Vi mennesker har en umættelig sult efter at forstå universet. Som Carl Sagan sagde: "Forståelse er ekstase." Men for at forstå universet har vi brug for bedre og bedre måder at observere det på. Og det betyder én ting: store, enorme, enorme teleskoper.
I denne serie skal vi se på 6 af verdens Super Teleskoper:
- The Giant Magellan Telescope
- Det overvældende stort teleskop
- Det 30 meter teleskop
- Det europæiske ekstremt store teleskop
- Det store synoptiske undersøgelseskikkert
- James Webb-rumteleskopet
- Det brede feltinfrarøde målingsteleskop
James Webb-rumteleskopet ”> James Webb-rumteleskopet (JWST eller Webb) er måske den mest ivrige forventede af Super-teleskoperne. Måske fordi det har udholdt en tortureret vej på vej til at blive bygget. Eller måske fordi det er anderledes end de andre superteleskoper, hvad med det at være 1,5 millioner km (1 million miles) væk fra Jorden, når det først har fungeret.
Hvis du har fulgt dramaet bag Webb, ved du, at omkostningsoverskridelser næsten har forårsaget, at det blev annulleret. Det ville have været en virkelig skam.
JWST har været i bryggeri siden 1996, men har lidt nogle buler langs vejen. Denne vej og dens ujævnheder er blevet diskuteret andre steder, så det følgende er en kort gennemgang.
De oprindelige skøn for JWST var en prismærke på 1,6 milliarder dollars og en lanceringsdato i 2011. Men omkostningerne ballonerede, og der var andre problemer. Dette fik Representanthuset i USA til at flytte for at annullere projektet i 2011. Senere samme år vendte den amerikanske kongres imidlertid annulleringen. Til sidst udgjorde de endelige omkostninger til Webb 8,8 milliarder dollars, med en lanceringsdato indstillet til oktober 2018. Det betyder, at JWSTs første lys vil være meget hurtigere end de andre Super-teleskoper.
Webb blev forestillet sig som en efterfølger af Hubble-rumteleskopet, der har været i drift siden 1990. Men Hubble er i lav jordbane og har et primært spejl på 2,4 meter. JWST vil være placeret i kredsløb ved LaGrange 2-punktet, og dets primære spejl er 6,5 meter. Hubble observerer i det nær ultraviolette, synlige og nær infrarøde spektre, mens Webb vil observere i lang bølgelængde (orange-rødt) synligt lys gennem næsten-infrarød til midt-infrarød. Dette har nogle vigtige konsekvenser for videnskaben, som Webb giver.
James Webb er bygget op omkring fire instrumenter:
- Det nærinfrarøde kamera (NIRCam)
- Den nærinfrarøde spektrograf (NIRSpec)
- Det midtinfrarøde instrument (MIRI)
- Den fine vejledende sensor / nær infrarød billedbehandler og spidsfri spektrograf (FGS / NIRISS)
NIRCam er Webbs primære billedbehandling. Den vil observere dannelsen af de tidligste stjerner og galakser, bestanden af stjerner i nærliggende galakser, Kuiper-bælteobjekter og unge stjerner i Mælkevejen. NIRCam er udstyret med koronafsnit, der blokerer for lys fra lyse genstande for at observere lysere objekter i nærheden.
NIRSpec fungerer inden for området fra 0 til 5 mikron. Dets spektrograf vil opdele lyset i et spektrum. Det resulterende spektrum fortæller os om en genstand, temperatur, masse og kemisk sammensætning. NIRSpec vil observere 100 objekter på én gang.
MIRI er et kamera og en spektrograf. Det vil se det rødskiftede lys fra fjerne galakser, nydannende stjerner, genstande i Kuiper Belt og svage kometer. MIRIs kamera vil tilbyde bredbånd, bredbåndsafbildning, der rangerer der oppe med de forbløffende billeder, som Hubble har givet os en stabil diæt med. Spektrografen giver fysiske detaljer om de fjerne objekter, den vil observere.
Fine Guidance Sensor-delen af FGS / NIRISS giver Webb den nøjagtighed, der kræves for at give billeder i høj kvalitet. NIRISS er et specialiseret instrument, der fungerer i tre tilstande. Det vil undersøge første lysdetektion, eksoplanetdetektion og karakterisering og eksoplanettransportspektroskopi.
Det overordnede mål for JWST sammen med mange andre teleskoper er at forstå universet og vores oprindelse. Webb undersøger fire brede temaer:
- Første lys og re-ionisering: I de tidlige stadier af universet var der ikke noget lys. Universet var uigennemsigtigt. Til sidst, da det afkøles, kunne fotoner rejse mere frit. Derefter, sandsynligvis hundreder af millioner af år efter Big Bang, dannede de første lyskilder: stjerner. Men vi ved ikke hvornår eller hvilke typer stjerner.
- Sådan samles galakser: Vi er vant til at se fantastiske billeder af de store spiral galakser, der findes i Space Magazine. Men galakser var ikke altid sådan. Tidlige galakser var ofte små og klumpede. Hvordan dannede de sig til de former, vi ser i dag?
- Fødsel af stjerner og protoplanetære systemer: Webbs skarpe øje kikker lige gennem skyer af støv, som 'scopes som Hubble ikke kan se igennem. Disse støvskyer er der, hvor stjerner dannes, og deres protoplanetære systemer. Det, vi ser der, vil fortælle os meget om dannelsen af vores eget solsystem og om at kaste lys over mange andre spørgsmål.
- Planeter og livets oprindelser: Vi ved nu, at eksoplaneter er almindelige. Vi har fundet tusinder af dem, der kredser rundt om alle typer stjerner. Men vi ved stadig meget lidt om dem, som hvor almindelige atmosfærer er, og hvis livets byggesten er fælles.
Dette er alle åbenlyst fascinerende emner. Men i vores nuværende tid skiller sig en af dem ud blandt de andre: Planeter og livets oprindelser.
Den nylige opdagelse af TRAPPIST 1-systemet har folk begejstret over eventuelt at opdage liv i et andet solsystem. TRAPPIST 1 har 7 landlige planeter, og 3 af dem er i den beboelige zone. Det var kæmpe nyheder i februar 2017. Branden er stadig håndgribelig, og folk venter ivrigt på flere nyheder om systemet. Det er her JWST kommer ind.
Et stort spørgsmål omkring TRAPPIST-systemet er "Har planeterne atmosfærer?" Webb kan hjælpe os med at besvare dette.
NIRSpec-instrumentet på JWST vil være i stand til at registrere eventuelle atmosfærer omkring planeterne. Måske vigtigere er, at det er i stand til at undersøge atmosfærerne og fortælle os om deres sammensætning. Vi vil vide, om atmosfærerne, hvis de findes, indeholder drivhusgasser. Webb registrerer muligvis også kemikalier som ozon og metan, som er biosignaturer og kan fortælle os, om der kan være liv på disse planeter.
Man kunne sige, at hvis James Webb var i stand til at opdage atmosfærer på TRAPPIST 1-planeterne og bekræfte eksistensen af biosignaturskemikalier der, vil den allerede have gjort sit job. Selvom det ophørte med at arbejde efter det. Det er sandsynligvis langsigtet. Men stadig er muligheden der.
Den videnskab, som JWST vil give, er ekstremt spændende. Men vi er ikke der endnu. Der er stadig spørgsmålet om JWST's lancering, og det er en vanskelig implementering.
JWSTs primære spejl er meget større end Hubbles. Det er 6,5 meter i diameter mod 2,4 meter for Hubble. Hubble var ikke noget problem at lancere, på trods af at han var så stor som en skolebus. Det blev anbragt inden i en rumfærgen og indsat af Canadarm i en lav jordkredsløb. Det fungerer ikke for James Webb.
Webb skal startes ombord på en raket, der skal sendes på vej til L2, det er eventuelt hjem. Og for at blive lanceret ombord på dens raket, skal den passe ind i et lasterum i raketens næse. Det betyder, at det skal foldes sammen.
Spejlet, der består af 18 segmenter, er foldet i tre inde i raketten og foldet ud på vej til L2. Antennerne og solcellene skal også udfolde sig.
I modsætning til Hubble skal Webb holdes ekstremt køligt for at gøre sit arbejde. Den har en kryo-køler til at hjælpe med det, men den har også en enorm solskærm. Denne parasol er fem lag og meget stor.
Vi har brug for alle disse komponenter til at implementere for at Webb kan gøre sine ting. Og intet som dette er blevet prøvet før.
Webb's lancering er kun 7 måneder væk. Det er virkelig tæt, i betragtning af at projektet næsten blev annulleret. Der er et overflødighedshorn af videnskab, der skal gøres, når det fungerer.
Men vi er ikke der endnu, og vi bliver nødt til at gennemgå den nervepirrende lancering og distribution, inden vi virkelig kan blive ophidset.
