Denna konstnärsuppfattning visar hur James Webb rymdteleskop kommer att se ut när det lanseras i rymden. NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez Vår kunskap om universum är bunden av omfattningen av våra sinnen, men våra sinnen känner inga sådana gränser. När en lägereld glöder oss för källan till en kvist-snap i det skogbevuxna mörkret, vi föreställer oss alla slags fruktansvärda framtidsutsikter. Men ta några steg, sätta elden på ryggen, och vi ser djupare och tydligare. Fantasi möter information, och vi vet plötsligt vad vi har att göra med.
Men det krävs mer än en bra uppsättning ögon och en bit från stadsljus för att förstå kosmos; det kräver instrument som kan expandera våra sinnen bortom våra evolutionära gränser, vår atmosfär eller till och med vår planetbana. Astronomi och kosmologi är både tvingade och begränsade av kvaliteten på dessa instrument.
För cirka 400 år sedan, teleskopet avslöjade oväntade månar, planeter och solfläckar, utlöser en rad nya kosmiska teorier och bättre verktyg för att testa dem, avslöjar böljande nebulosor och samlande stjärnor längs vägen.
I mitten av 1900-talet, radioteleskop visade att galaxer - långt ifrån statiska klumpar - faktiskt var aktiva och sprängde av energi. Innan Kepler rymdteleskop, vi trodde exoplaneter var sällsynta i universum; nu misstänker vi att de kan vara fler än stjärnorna. Mer än tre decennier av det jordbana Hubble-rymdteleskopet hjälpte till att genomborra tidens slöja, fotografera stjärnkammare och bevisa att galaxer kolliderar. Nu, James Webb rymdteleskop står redo att placera ryggen mot solljuset, gå bort från jorden och gör den ivrig, känsliga observationer endast möjliga i kylan, mörka utrymmen bortom månen.
Planerad för en 18 december, 2021, lanseringsdatum från Europas rymdport i Kourou, Franska Guyana, Webb byggdes av ett internationellt samarbete mellan NASA, European Space Agency (ESA) och Canadian Space Agency (CSA), och åtalas för att ha svarat på en del mycket ambitiösa frågor. Det kommer också att ta astronomer närmare än någonsin till tidens början, ge glimtar av sevärdheter som länge är hypotetiserade men aldrig tidigare sett, från galaxernas födelse till ljus från de allra första stjärnorna.
James Webb-teleskopets 18-segmenterade spegel är speciellt utformad för att fånga infrarött ljus från de första galaxerna som bildades i det tidiga universum, och kommer att hjälpa teleskopet att se inuti dammmoln där stjärnor och planetsystem fortfarande bildas. NASA Innehåll
Den här bilden visar skillnaden mellan Hubbles synliga och infraröda vyer av Monkey Head Nebula. James Webb -teleskopet kommer att fokusera på infraröd bildbehandling. Hubble Heritage Team (STScI/AURA), och J. Hester Webbs uppdrag bygger på och utökar arbetet i NASAs stora observatorier, fyra anmärkningsvärda rymdteleskop vars instrument täcker vattnet i elektromagnetiska spektra. De fyra överlappande uppdragen har gjort det möjligt för forskare att observera samma astronomiska föremål i det synliga, gammastråle, Röntgen- och infraröda spektra.
Skolbussstorleken Hubble, som främst ser i det synliga spektrumet med viss ultraviolett och nära infraröd täckning, startade programmet 1990 och, med ytterligare service, kommer att komplettera och arbeta med Webb. Lämpligt namngivet efter Edwin Hubble, astronomen som upptäckte många av de händelser som den byggdes för att undersöka, teleskopet har sedan dess blivit ett av de mest produktiva instrumenten i vetenskaplig historia, föra fenomen som stjärnfödelse och död, galaktisk utveckling och svarta hål från teori till observerat faktum.
Med i Hubble i de fyra stora är Compton Gamma Ray Observatory (CGRO), Chandra röntgenobservatorium och Spitzer rymdteleskop.
Det som gör Webb annorlunda är att den har förmågan att titta djupt in i det nära och mitten av infrarött, och den kommer att ha fyra vetenskapliga instrument för att fånga bilder och spektra av astronomiska föremål. Varför spelar det någon roll? Stjärnor och planeter som just bildar sig dolda bakom damm som suger upp synligt ljus. Dock, infrarött ljus som kan släppa igenom denna dammiga filt, avslöjar vad som ligger bakom. Forskare hoppas att det gör att de kan observera de allra första stjärnorna i universum; bildandet och kollisionen av spädbarnsgalaxer; och födelsen av stjärnor och protoplanetära system, möjligen även de som innehåller livets kemiska beståndsdelar.
Dessa första stjärnor kunde ha nyckeln till att förstå universums struktur. Teoretiskt sett var och hur de bildades relaterar till tidiga mönster av mörk materia - osynliga, mystisk materia som kan upptäckas av gravitationen den utövar - och deras livscykler och dödsfall orsakade återkopplingar som påverkade bildandet av de första galaxerna [källa:Bromm et al.]. Och som supermassiv, kortlivade stjärnor, uppskattad till cirka 30-300 gånger massan (och miljontals gånger ljusstyrkan) för vår sol, dessa förstfödda stjärnor kan mycket väl ha exploderat när supernovor sedan kollapsade för att bilda svarta hål, senare svullnad och sammanslagning i de stora svarta hålen som upptar centren för de mest massiva galaxerna.
Att bevittna något av detta är en prestation bortom något instrument eller teleskop som byggts hittills.
Första ljusetTermen första ljus avser de första stjärnorna som någonsin bildats i universum, som antändes 400 miljoner år efter big bang och helt består av urgas. Dessa gamla solar är inte de äldsta strålningskällorna, dock. Den äran tillhör den kosmiska bakgrundsstrålningen, mikrovågsstrålningen som frigörs genom bildandet av de första atomerna runt 400, 000 år efter big bang och observerades av NASA:s Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) och Cosmic Background Explorer (COBE) uppdrag. Webb, dock, kommer inte att få se denna tidiga strålning.
Tekniker utförde framgångsrikt ett kritiskt test på Webbs femskiktiga solskydd genom att helt distribuera vart och ett av dess unikt stora lager till samma position som de kommer att ha medan de kretsar runt solen en miljon mil från jorden. NASA/Chris Gunn Webb ser lite ut som en diamantformad flotta med en tjock, krökt mast och segel - om seglet byggdes av jätte, beryllium-tuggande honungsbin. "Flotten" (eller solskyddet) är gjord av membranlager - alla så tunna som ett människohår - av Kapton, en högpresterande plast belagd med en reflekterande metall. Tillsammans skyddar de huvudreflektorn och instrumenten.
Webbs "köl" är vad du skulle tänka på som dess enhetliga pallstruktur. Det är där det massiva solskyddet fälls upp för lyft. I mitten ligger rymdfarkostbussen, som packar alla supportfunktioner som håller Webb igång, inklusive elektrisk kraft, attitydkontroll, kommunikation, kommando och datahantering, och termisk styrning. En antenn med hög förstärkning pryder Webbs yttre, liksom en uppsättning stjärnspårare som arbetar med den fina styrsensorn för att hålla allt riktat i rätt riktning. Till sist, i ena änden av solskyddet, och vinkelrätt mot det, är en momentum -trimflik som kompenserar det tryck som fotoner utövar på fartyget, ungefär som en trimflik på ett segelfartyg.
Ovanför solskyddet är "seglet, "eller Webbs jätte speglar. Webb har en primärspegel som är 6,5 meter tvärs över det som mäter ljuset från avlägsna galaxer. (I jämförelse, Hubble -rymdteleskopets spegel är 2,4 meter). Den är gjord av 18 sexkantiga berylliumsektioner som utspelar sig efter lanseringen, samordna sedan för att fungera som en jättestor primärspegel. Denna spegel har en mycket lättare design och gör att hela strukturen kan vikas som ett tabellblad. Speglarnas sexkantiga form gör att strukturen kan vara ungefär cirkulär, utan luckor. Om spegelsegmenten istället var cirklar, det skulle finnas luckor mellan dem.
Låt oss titta närmare på de instrument som gör alla dessa studier möjliga.
James Webb Telescope -speglarna är täckta av ett mikroskopiskt tunt guldlager, som optimerar dem för att reflektera infrarött ljus, den primära våglängden för ljus som den kommer att observera. NASA
Webbs nära infraröda kamera har en 16-megapixels mosaik av ljussensorer. Mosaiken består av fyra separata chips monterade tillsammans med en svart mask som täcker luckorna mellan chipsen. Kenneth W. Don Även om det ser något in i det visuella området (rött och guldljus), Webb är i grunden ett stort infrarött teleskop.
Men infraröd observation är avgörande för att förstå universum. Damm och gas kan blockera stjärnornas synliga ljus i stjärnkammare, men infrarött går igenom. Dessutom, när universum expanderar och galaxer rör sig isär, deras ljus "sträcker sig ut" och blir rödskiftat, glider mot längre elektromagnetiska (EM) våglängder som infrarött. Ju längre bort galaxen, ju snabbare det avtar och desto mer rödskiftat ljuset, därav, värdet av ett teleskop som Webb.
Infraröda spektra kan också ge en mängd information om exoplanetatmosfärer - och om de innehåller molekylära ingredienser associerade med livet. På jorden, vi kallar vattenånga, metan och koldioxid "växthusgaser" eftersom de absorberar termiskt infrarött (aka värme). Eftersom denna tendens gäller överallt, forskare kan använda Webb för att upptäcka sådana ämnen i atmosfären i avlägsna världar genom att leta efter avslöjande absorptionsmönster i sina spektroskopiska avläsningar.
Det dolda universumAstronomer kallar det infraröda intervallet för det elektromagnetiska (EM) spektrumet det "dolda universum". Även om alla föremål med värme utstrålar infrarött ljus, Jordens atmosfär blockerar det mesta, gör den osynlig för markbaserad astronomi.
Webb har till uppgift att besvara många av livets största mysterier, som hur utvecklades livet på jorden; hur gör galaxer, som den här som kallas Messier 81, form; och fanns det någonsin liv på Mars? NASA/JPL-Caltech/ESA/Harvard-Smithsonian CfA James Webb rymdteleskop är det största, mest kraftfulla rymdteleskop som någonsin byggts. Det blir det mest komplexa teleskop som skjuts upp i rymden. Uppgifterna som den tillhandahåller under sitt uppdrag, som förväntas pågå mellan fem och tio år, kan förändra vår förståelse av universum.
Varför? Eftersom dess mål är att undersöka alla faser i vår kosmiska historia, inklusive big bang. Men det finns fyra distinkta mål för Webb -teleskopet under dess uppdrag, och de är grupperade i fyra teman:
Ursprungligen publicerat:9 oktober, 2014
