Kwa kila sentimeta ya ziada ya kipenyo, kila sekunde ya ziada ya muda wa uchunguzi, na kila chembe ya ziada ya msongamano wa angahewa ikiondolewa kutoka kwenye uga wa mwonekano wa darubini, Ulimwengu unaweza kuonekana vyema, kwa undani zaidi na kwa uwazi zaidi.
miaka 25 ya Hubble
Darubini ya Hubble ilipoanza kufanya kazi mwaka wa 1990, ilileta enzi mpya ya unajimu - anga. Hakukuwa na mapigano tena na angahewa, hakuna tena wasiwasi juu ya mawingu au kumeta kwa sumakuumeme. Kilichohitajika ni kupeleka satelaiti kwa lengo, kuiimarisha na kukusanya fotoni. Ndani ya miaka 25, darubini za angani zilianza kufunika wigo mzima wa sumakuumeme, na hivyo kuruhusu kwa mara ya kwanza kutazama ulimwengu katika kila mawimbi ya mwanga.
Lakini jinsi ujuzi wetu unavyoongezeka, ndivyo uelewa wetu wa mambo yasiyojulikana unavyoongezeka. Kadiri tunavyotazama ulimwengu, ndivyo tunavyoona ndani zaidi wakati uliopita: muda wa mwisho tangu Big Bang, pamoja na kasi ya mwisho ya mwanga, hutoa kikomo kwa kile tunaweza kuona. Zaidi ya hayo, upanuzi wa nafasi yenyewe hufanya kazi dhidi yetu kwa kunyoosha urefu wa wimbinuru ya nyota inaposafiri katika ulimwengu hadi kwa macho yetu. Hata Darubini ya Anga ya Hubble, ambayo hutupatia taswira ya ndani zaidi, ya kuvutia zaidi ya ulimwengu ambayo tumewahi kugundua, haina mipaka katika suala hili.
Hasara za Hubble
Hubble ni darubini ya ajabu, lakini ina vikwazo kadhaa vya kimsingi:
- Kipenyo cha 2.4m pekee, kinachozuia azimio lake.
- Licha ya kufunikwa na nyenzo za kuangazia, inaangaziwa kila wakati na jua moja kwa moja, ambayo huipasha joto. Hii ina maana kwamba kutokana na athari za joto, haiwezi kuona urefu wa mawimbi ya mwanga zaidi ya 1.6 µm.
- Mchanganyiko wa kipenyo kidogo na urefu wa mawimbi unaohisiwa kumaanisha kuwa darubini inaweza kuona galaksi zisizozidi miaka milioni 500.
Magalaksi haya ni mazuri, ya mbali na yalikuwepo wakati ulimwengu ulikuwa karibu 4% tu ya umri wake wa sasa. Lakini inajulikana kuwa nyota na galaksi zilikuwepo hata mapema zaidi.
Ili kuona hili, darubini lazima iwe na hisi ya juu zaidi. Hii inamaanisha kuhamia urefu wa urefu wa mawimbi na halijoto ya chini kuliko Hubble. Ndiyo maana darubini ya anga ya James Webb inatengenezwa.
Matarajio ya Sayansi
Darubini ya Anga ya James Webb (JWST) imeundwa ili kushinda kwa usahihi vikwazo hivi: ikiwa na kipenyo cha m 6.5, darubini hiyo hukusanya mwanga mara 7 zaidi ya Hubble. Anafunguamwonekano wa juu wa hali ya juu kutoka nm 600 hadi 6 µm (mara 4 ya urefu wa mawimbi ambayo Hubble anaweza kuona), ili kufanya uchunguzi katika eneo la kati la infrared la wigo lenye unyeti wa juu zaidi kuliko hapo awali. JWST hutumia upoaji tulivu kwa halijoto ya uso ya Pluto na ina uwezo wa kupoza ala za kati ya infrared hadi 7K.
Ataruhusu:
- tazama galaksi za mapema zaidi kuwahi kutokea;
- angalia gesi isiyo na upande wowote na uchunguze nyota za kwanza na mwonekano mpya wa ulimwengu;
- fanya uchanganuzi wa spectroscopic wa nyota za kwanza kabisa (idadi ya watu III) zilizoundwa baada ya Mlipuko Kubwa;
- pata vituko vya kustaajabisha kama vile ugunduzi wa mashimo meusi makubwa zaidi na quasars katika ulimwengu.
Kiwango cha utafiti wa kisayansi cha JWST ni tofauti na kitu chochote hapo awali, ndiyo maana darubini ilichaguliwa kuwa misheni kuu ya NASA ya miaka ya 2010.
Kito cha kisayansi
Kwa mtazamo wa kiufundi, darubini mpya ya James Webb ni kazi ya kweli ya sanaa. Mradi umekuja kwa muda mrefu: kumekuwa na ziada ya bajeti, ucheleweshaji wa ratiba, na hatari ya mradi kughairiwa. Baada ya kuingilia kati kwa uongozi mpya, kila kitu kilibadilika. Mradi ulifanya kazi ghafla kama saa, pesa zilitengwa, makosa, mapungufu na matatizo yalizingatiwa, na timu ya JWST ilianza kufaa.makataa yote, ratiba na mifumo ya bajeti. Uzinduzi wa kifaa hicho umepangwa Oktoba 2018 kwenye roketi ya Ariane-5. Timu haizingatii tu ratiba, imebakiza miezi tisa kuwajibika kwa matukio yote ya dharura ili kuhakikisha kila kitu kiko tayari kwa tarehe hiyo.
Darubini ya James Webb ina sehemu kuu 4.
Kizuizi cha macho
Inajumuisha vioo vyote, ambavyo vioo vya msingi kumi na nane vilivyopakwa dhahabu ndivyo vinavyofaa zaidi. Zitatumika kukusanya mwanga wa nyota wa mbali na kuzielekeza kwenye vyombo vya uchanganuzi. Vioo hivi vyote sasa viko tayari na havina dosari, vimetengenezwa kwa ratiba. Mara tu zikikusanywa, zitakunjwa kuwa muundo thabiti utakaozinduliwa zaidi ya kilomita milioni 1 kutoka Duniani hadi eneo la L2 Lagrange, na kisha kutumwa kiotomatiki kuunda muundo wa sega la asali ambalo litakusanya mwanga wa masafa marefu zaidi kwa miaka ijayo. Hili ni jambo zuri sana na ni matokeo ya mafanikio ya juhudi za titanic za wataalamu wengi.
Karibu kamera ya infrared
Webb ina vifaa vinne vya kisayansi ambavyo vimekamilika kwa 100%. Kamera kuu ya darubini ni kamera ya karibu-IR kuanzia mwanga unaoonekana wa chungwa hadi infrared ya kina. Itatoa picha ambazo hazijawahi kutokea za nyota za mwanzo, galaksi ndogo zaidi ambazo bado ziko kwenye mchakato wa malezi, nyota changa za Milky Way na galaksi za karibu, mamia ya vitu vipya kwenye ukanda wa Kuiper. Yeye niiliyoboreshwa kwa taswira ya moja kwa moja ya sayari zinazozunguka nyota zingine. Hii itakuwa kamera kuu inayotumiwa na waangalizi wengi.
Karibu na spectrografu ya infrared
Zana hii haitenganishi mwanga tu katika urefu tofauti wa mawimbi, lakini inaweza kufanya hivi kwa zaidi ya vitu 100 tofauti kwa wakati mmoja! Chombo hiki kitakuwa spectrografu ya ulimwengu wote ya Webba inayoweza kufanya kazi katika hali 3 tofauti za taswira. Ilijengwa na Shirika la Anga la Ulaya, lakini vipengele vingi, ikiwa ni pamoja na vigunduzi na betri ya milango mingi, vilitolewa na Kituo cha Ndege cha Nafasi. Goddard (NASA). Kifaa hiki kimejaribiwa na kiko tayari kusakinishwa.
Ala ya Infrared ya Kati
Kifaa kitatumika kupiga picha kwa njia pana, yaani, kitatoa picha za kuvutia zaidi kutoka kwa ala zote za Webb. Kwa mtazamo wa kisayansi, itakuwa muhimu zaidi katika kupima diski za protoplanetary karibu na nyota changa, kupima na kupiga picha vitu vya ukanda wa Kuiper na vumbi linalopashwa na mwanga wa nyota kwa usahihi usio na kifani. Kitakuwa chombo pekee kitakachopozwa kwa sauti ya juu hadi 7 K. Ikilinganishwa na darubini ya anga ya Spitzer, hii itaboresha matokeo kwa asilimia 100.
Slitless Near-IR Spectrograph (NIRISS)
Kifaa kitakuruhusu kutoa:
- spekta ya pembe-pana katika urefu wa karibu wa mawimbi ya infrared (1.0 - 2.5 µm);
- mtazamo wa grism wa kitu kimoja ndanimasafa yanayoonekana na ya infrared (mikroni 0.6 - 3.0);
- aperture-masking interferometry katika urefu wa mawimbi wa 3.8 - 4.8 µm (ambapo nyota za kwanza na galaksi zinatarajiwa);
- upigaji wa upana wa uga mzima wa mwonekano.
Zana hii iliundwa na Shirika la Anga la Kanada. Baada ya kupitia majaribio ya cryogenic, itakuwa tayari pia kuunganishwa kwenye sehemu ya kifaa cha darubini.
Ngao ya jua
Darubini za anga bado hazijawekwa. Moja ya vipengele vya kutisha zaidi vya kila uzinduzi ni matumizi ya nyenzo mpya kabisa. Badala ya kupoza chombo kizima kwa kipozezi kinachoweza kutumika mara moja, darubini ya James Webb hutumia teknolojia mpya kabisa, ngao ya jua yenye safu 5 ambayo itatumwa kuakisi mionzi ya jua kutoka kwa darubini. Karatasi tano za mita 25 zitaunganishwa na vijiti vya titan na kusakinishwa baada ya darubini kutumwa. Ulinzi ulijaribiwa mnamo 2008 na 2009. Wanamitindo kamili walioshiriki katika vipimo vya maabara walifanya kila walichopaswa kufanya hapa Duniani. Huu ni ubunifu mzuri.
Pia ni dhana ya ajabu: sio tu kuzuia mwanga kutoka kwa Jua na kuweka darubini kwenye kivuli, lakini kuifanya kwa njia ambayo joto lote linaangaziwa katika mwelekeo tofauti wa uelekeo wa darubini. Kila moja ya tabaka tano katika ombwe la nafasi itakuwa baridi inaposogea kutoka nje, ambayo itakuwa joto kidogo kuliko halijoto.uso wa Dunia - karibu 350-360 K. Joto la safu ya mwisho inapaswa kushuka hadi 37-40 K, ambayo ni baridi zaidi kuliko usiku kwenye uso wa Pluto.
Aidha, hatua muhimu zimechukuliwa ili kulinda dhidi ya mazingira magumu ya eneo la kina kirefu. Mojawapo ya mambo ya kuhangaikia hapa ni kokoto ndogo ndogo zenye ukubwa wa kokoto, chembe za mchanga, chembechembe za vumbi na hata ndogo zaidi zinazoruka kwenye anga za sayari kwa kasi ya makumi au hata mamia ya maelfu ya kilomita kwa saa. Micrometeorite hizi zina uwezo wa kutengeneza mashimo madogo madogo katika kila kitu wanachokutana nacho: vyombo vya anga, suti za mwanaanga, vioo vya darubini na zaidi. Ikiwa vioo hupata tu dents au mashimo, ambayo hupunguza kidogo kiasi cha "mwanga mzuri" unaopatikana, basi ngao ya jua inaweza kubomoa kutoka makali hadi makali, na kuifanya safu nzima kuwa haina maana. Wazo zuri lilitumika kupambana na jambo hili.
Ngao nzima ya jua imegawanywa katika sehemu kwa njia ambayo ikiwa kuna mwanya mdogo katika moja, mbili au hata tatu, safu hiyo haitapasuka zaidi, kama ufa kwenye kioo cha mbele. gari. Kugawanya kutaweka muundo mzima, ambayo ni muhimu ili kuzuia uharibifu.
Anga: mifumo ya kuunganisha na kudhibiti
Hiki ndicho kipengele kinachojulikana zaidi, kama vile darubini zote za angani na misheni ya sayansi zinavyo. Katika JWST, ni ya kipekee, lakini pia tayari kabisa. Kilichosalia kwa mkandarasi mkuu wa mradi huo, Northrop Grumman, ilikuwa ni kukamilisha ngao, kukusanya darubini, na kuijaribu. Mashine itakuwa tayari kwaitazinduliwa baada ya miaka 2.
miaka 10 ya uvumbuzi
Ikiwa kila kitu kitaenda sawa, ubinadamu utakuwa kwenye kizingiti cha uvumbuzi mkubwa wa kisayansi. Pazia la gesi lisiloegemea upande wowote ambalo hadi sasa limeficha mtazamo wa nyota na galaksi za mwanzo litaondolewa na uwezo wa infrared wa Webb na mwangaza wake mkubwa. Itakuwa darubini kubwa zaidi, nyeti zaidi kuwahi kujengwa, yenye safu kubwa ya urefu wa mawimbi ya mikroni 0.6 hadi 28 (jicho la mwanadamu linaona mikroni 0.4 hadi 0.7). Inatarajiwa kutoa muongo mmoja wa uchunguzi.
Kulingana na NASA, maisha ya misheni ya Webb yatakuwa kutoka miaka 5.5 hadi 10. Ni mdogo kwa kiasi cha propellant inahitajika kudumisha obiti na maisha ya umeme na vifaa katika mazingira magumu ya nafasi. Darubini ya James Webb Orbital itabeba mafuta kwa kipindi chote cha miaka 10, na miezi 6 baada ya kuzinduliwa, majaribio ya usaidizi wa safari ya ndege yatatekelezwa, ambayo yanatoa uhakikisho wa miaka 5 ya kazi ya kisayansi.
Ni nini kinaweza kwenda vibaya?
Kigezo kikuu ni kiasi cha mafuta kwenye bodi. Ikiisha, setilaiti itasogea mbali na sehemu ya L2 Lagrange, na kuingia kwenye obiti yenye machafuko katika maeneo ya karibu ya Dunia.
Njoo na hii, matatizo mengine yanaweza kutokea:
- uharibifu wa vioo, ambao utaathiri kiasi cha mwanga uliokusanywa na kuunda vizalia vya picha, lakini hautaharibu utendakazi zaidi wa darubini;
- kushindwa kwa sehemu au skrini yote ya jua, ambayo itasababisha ongezekohalijoto ya chombo cha angani na kupunguza safu ya urefu wa mawimbi inayoweza kutumika hadi infrared iliyo karibu sana (2-3 µm);
- Mid-IR mfumo wa kupoeza wa chombo, na hivyo kuufanya kutotumika lakini bila kuathiri ala zingine (0.6 hadi 6 µm).
Jaribio gumu zaidi linalosubiri darubini ya James Webb ni uzinduzi na uwekaji kwenye obiti fulani. Hali hizi zilijaribiwa na kukamilishwa kwa ufanisi.
Mapinduzi katika sayansi
Ikiwa darubini ya James Webb itafanya kazi, kutakuwa na mafuta ya kutosha ya kuiendesha kuanzia 2018 hadi 2028. Kwa kuongeza, kuna uwezekano wa kuongeza mafuta, ambayo inaweza kupanua maisha ya darubini kwa muongo mwingine. Kama vile Hubble imekuwa ikifanya kazi kwa miaka 25, JWST inaweza kutoa kizazi cha sayansi ya mapinduzi. Mnamo Oktoba 2018, gari la uzinduzi la Ariane 5 litazindua katika obiti ya baadaye ya unajimu, ambayo, baada ya zaidi ya miaka 10 ya kazi ngumu, iko tayari kuanza kuzaa matunda. Mustakabali wa darubini za anga unakaribia kufika.
