Ai đó đã từng nói: những người tạo ra Hubble cần dựng tượng đài ở mọi thành phố lớn trên Trái đất. Anh ấy có rất nhiều công lao. Ví dụ, với sự trợ giúp của kính thiên văn này, các nhà thiên văn học đã chụp được bức ảnh của thiên hà rất xa UDFj-39546284. Vào tháng 1 năm 2011, các nhà khoa học phát hiện ra rằng nó nằm xa kỷ lục trước đó - UDFy-38135539 - khoảng 150 triệu năm ánh sáng. Thiên hà UDFj-39546284 cách chúng ta 13,4 tỷ năm ánh sáng. Đó là, Hubble đã nhìn thấy các ngôi sao tồn tại hơn 13 tỷ năm trước, 380 triệu năm sau Vụ nổ lớn. Những vật thể này có lẽ không "sống" trong một thời gian dài: chúng ta chỉ nhìn thấy ánh sáng của những ngôi sao và thiên hà đã chết từ lâu.
Nhưng vì tất cả những giá trị của nó, Kính viễn vọng Không gian Hubble là công nghệ của thiên niên kỷ trước: nó được phóng vào năm 1990. Tất nhiên, công nghệ đã có những bước tiến vượt bậc trong những năm qua. Nếu kính viễn vọng Hubble xuất hiện trong thời đại của chúng ta, khả năng của nó sẽ vượt qua phiên bản gốc một cách khổng lồ. Đây là cách James Webb ra đời.
Tại sao "James Webb" lại hữu ích
Kính thiên văn mới, giống như tổ tiên của nó, cũng là một đài quan sát hồng ngoại quay quanh quỹ đạo. Điều này có nghĩa là nhiệm vụ chính của anh ta sẽ là nghiên cứu bức xạ nhiệt. Nhớ lại rằng các vật bị nung nóng đến một nhiệt độ nhất định sẽ phát ra năng lượng trong quang phổ hồng ngoại. Bước sóng phụ thuộc vào nhiệt độ nung: càng cao, bước sóng càng ngắn và bức xạ càng mạnh.
Tuy nhiên, có một sự khác biệt về khái niệm giữa các kính thiên văn. Hubble đang ở quỹ đạo Trái đất thấp, tức là nó quay quanh Trái đất ở độ cao khoảng 570 km. James Webb sẽ được phóng lên quỹ đạo hào quang tại điểm L2 Lagrange của hệ Mặt trời-Trái đất. Nó sẽ quay xung quanh Mặt trời, và, không giống như tình hình với Hubble, Trái đất sẽ không can thiệp vào nó. Vấn đề ngay lập tức nảy sinh: một vật thể càng xa Trái đất, càng khó tiếp xúc với nó, do đó, nguy cơ mất nó càng cao. Do đó, "James Webb" sẽ di chuyển xung quanh ngôi sao đồng bộ với hành tinh của chúng ta. Trong trường hợp này, khoảng cách của kính thiên văn từ Trái đất sẽ là 1,5 triệu km theo hướng ngược lại với Mặt trời. Để so sánh, khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trăng là 384.403 km. Có nghĩa là, nếu thiết bị James Webb bị lỗi, nó rất có thể sẽ không được sửa chữa (ngoại trừ từ xa, điều này có những hạn chế kỹ thuật nghiêm trọng). Do đó, một kính thiên văn đầy hứa hẹn được chế tạo không chỉ đáng tin cậy mà còn siêu đáng tin cậy. Điều này một phần là do ngày ra mắt liên tục bị hoãn.
James Webb có một điểm khác biệt quan trọng khác. Thiết bị sẽ cho phép anh ta tập trung vào những vật thể rất cổ xưa và lạnh lẽo mà Hubble không thể nhìn thấy. Bằng cách này, chúng ta sẽ tìm ra khi nào và ở đâu những ngôi sao, chuẩn tinh, thiên hà, cụm và siêu đám thiên hà đầu tiên xuất hiện.
Phát hiện thú vị nhất mà kính thiên văn mới có thể tạo ra là ngoại hành tinh. Nói chính xác hơn, chúng ta đang nói về việc xác định mật độ của chúng, điều này sẽ cho phép chúng ta hiểu loại vật thể ở phía trước chúng ta và liệu một hành tinh như vậy có thể có khả năng sinh sống được hay không. Với sự giúp đỡ của James Webb, các nhà khoa học cũng hy vọng sẽ thu thập dữ liệu về khối lượng và đường kính của các hành tinh xa xôi, và điều này sẽ mở ra dữ liệu mới về thiên hà quê hương.
Thiết bị của kính thiên văn sẽ cho phép phát hiện các hành tinh ngoài lạnh có nhiệt độ bề mặt lên tới 27 ° C (nhiệt độ trung bình trên bề mặt hành tinh của chúng ta là 15 ° C)."James Webb" sẽ có thể tìm thấy những vật thể như vậy nằm ở khoảng cách hơn 12 đơn vị thiên văn (tức là khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời) từ các ngôi sao của chúng và ở xa Trái đất với khoảng cách lên đến 15 ánh sáng. nhiều năm. Các kế hoạch nghiêm túc liên quan đến bầu khí quyển của các hành tinh. Kính thiên văn Spitzer và Hubble có thể thu thập thông tin về một trăm lớp khí. Theo các chuyên gia, kính thiên văn mới sẽ có thể khám phá ít nhất ba trăm bầu khí quyển của các hành tinh ngoại khác nhau.
Một điểm riêng biệt đáng làm nổi bật là việc tìm kiếm các quần thể sao giả định loại III, tạo nên thế hệ sao đầu tiên xuất hiện sau Vụ nổ lớn. Theo các nhà khoa học, đây là những vật phát sáng rất nặng, có thời gian tồn tại ngắn, tất nhiên là không còn tồn tại. Những vật thể này có khối lượng lớn do thiếu cacbon cần thiết cho phản ứng nhiệt hạch cổ điển, trong đó hydro nặng được chuyển thành heli nhẹ, và khối lượng dư được chuyển thành năng lượng. Ngoài tất cả những điều này, kính thiên văn mới sẽ có thể nghiên cứu chi tiết những nơi chưa được khám phá trước đây nơi các ngôi sao được sinh ra, điều này cũng rất quan trọng đối với thiên văn học.
- Tìm kiếm và nghiên cứu các thiên hà cổ xưa nhất;
- Tìm kiếm các ngoại hành tinh giống trái đất;
- Phát hiện quần thể sao kiểu thứ ba;
- Khám phá "cái nôi của các vì sao"
Tính năng thiết kế
Thiết bị này được phát triển bởi hai công ty Mỹ - Northrop Grumman và Bell Aerospace. Kính viễn vọng không gian James Webb là một kiệt tác của kỹ thuật. Kính thiên văn mới nặng 6, 2 tấn - để so sánh, Hubble có khối lượng 11 tấn Nhưng nếu kính thiên văn cũ có thể được so sánh với kích thước của một chiếc xe tải, thì kính thiên văn mới có thể so sánh với một sân quần vợt. Chiều dài của nó lên tới 20 m, và chiều cao của nó tương đương với một tòa nhà ba tầng. Phần lớn nhất của Kính viễn vọng Không gian James Webb là một tấm chắn mặt trời khổng lồ. Đây là cơ sở của toàn bộ cấu trúc, được tạo ra từ một màng polyme. Một mặt của nó được bao phủ bởi một lớp nhôm mỏng và mặt khác là silicon kim loại.
Tấm chắn nắng có nhiều lớp. Khoảng trống giữa chúng được lấp đầy bởi chân không. Điều này là cần thiết để bảo vệ thiết bị khỏi bị “say nắng”. Cách tiếp cận này cho phép người ta làm nguội ma trận siêu nhạy xuống –220 ° C, điều này rất quan trọng khi quan sát các vật thể ở xa. Thực tế là, mặc dù có cảm biến hoàn hảo, họ không thể nhìn thấy các vật thể do các chi tiết "nóng" khác của "James Webb".
Ở trung tâm của cấu trúc là một tấm gương khổng lồ. Đây là một "cấu trúc thượng tầng" cần thiết để hội tụ các chùm ánh sáng - gương chiếu thẳng chúng, tạo ra một bức ảnh rõ nét. Đường kính của gương chính của kính thiên văn James Webb là 6,5 m, nó bao gồm 18 khối: trong quá trình phóng xe phóng, các đoạn này sẽ ở dạng nhỏ gọn và chỉ mở ra sau khi tàu vũ trụ đã đi vào quỹ đạo. Mỗi phân khúc có sáu góc để tận dụng tốt nhất không gian có sẵn. Và hình dạng tròn của gương cho phép tập trung ánh sáng tốt nhất vào máy dò.
Để sản xuất gương, người ta đã chọn berili - một kim loại tương đối cứng, có màu xám nhạt, ngoài những thứ khác, có đặc điểm là giá thành cao. Trong số những ưu điểm của sự lựa chọn này là thực tế là berili vẫn giữ được hình dạng của nó ngay cả ở nhiệt độ rất thấp, điều này rất quan trọng đối với việc thu thập thông tin chính xác.
Dụng cụ khoa học
Việc xem xét một kính thiên văn đầy hứa hẹn sẽ không đầy đủ nếu chúng ta không tập trung vào các công cụ chính của nó:
MIRI. Đây là thiết bị hồng ngoại tầm trung. Nó bao gồm một máy ảnh và một máy quang phổ. MIRI bao gồm một số dãy máy phát hiện asen-silicon. Nhờ các cảm biến của thiết bị này, các nhà thiên văn học hy vọng có thể xem xét sự dịch chuyển đỏ của các vật thể ở xa: các ngôi sao, thiên hà và thậm chí cả các sao chổi nhỏ. Dịch chuyển đỏ vũ trụ được gọi là sự giảm tần số bức xạ, được giải thích là do khoảng cách động của các nguồn với nhau do sự giãn nở của Vũ trụ. Điều thú vị nhất là nó không chỉ là việc sửa chữa cái này hay cái đối tượng từ xa kia, mà là việc thu được một lượng lớn dữ liệu về các thuộc tính của nó.
NIRCam, hoặc camera hồng ngoại gần, là đơn vị hình ảnh chính của kính thiên văn. NIRCam là một phức hợp của các cảm biến thủy ngân-cadmium-tellurium. Phạm vi hoạt động của thiết bị NIRCam là 0,6-5 micron. Thật khó để tưởng tượng những bí mật mà NIRCam sẽ giúp làm sáng tỏ. Ví dụ, các nhà khoa học muốn sử dụng nó để tạo bản đồ vật chất tối bằng cách sử dụng cái gọi là phương pháp thấu kính hấp dẫn, tức là tìm thấy các cục vật chất tối bằng trường hấp dẫn của chúng, được chú ý bởi độ cong của quỹ đạo của bức xạ điện từ gần đó.
NIRSpec. Nếu không có máy quang phổ cận hồng ngoại, sẽ không thể xác định được các đặc tính vật lý của các đối tượng thiên văn, chẳng hạn như khối lượng hoặc thành phần hóa học. NIRSpec có thể cung cấp quang phổ có độ phân giải trung bình trong dải bước sóng 1-5 μm và quang phổ có độ phân giải thấp với bước sóng 0,6-5 μm. Thiết bị bao gồm nhiều ô với điều khiển riêng biệt, cho phép bạn tập trung vào các đối tượng cụ thể, "lọc bỏ" các bức xạ không cần thiết.
FGS / NIRISS. Nó là một cặp bao gồm cảm biến ngắm bắn chính xác và thiết bị chụp ảnh hồng ngoại gần với máy quang phổ không khe. Nhờ cảm biến hướng dẫn chính xác (FGS), kính thiên văn sẽ có thể lấy nét chính xác nhất có thể, và nhờ NIRISS, các nhà khoa học dự định tiến hành các thử nghiệm quỹ đạo đầu tiên của kính thiên văn, từ đó sẽ đưa ra ý tưởng chung về tình trạng của nó.. Người ta cũng tin rằng thiết bị hình ảnh sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc quan sát các hành tinh xa xôi.
Về mặt hình thức, họ dự định vận hành kính thiên văn trong 5 đến 10 năm. Tuy nhiên, như thực tế cho thấy, khoảng thời gian này có thể được kéo dài vô thời hạn. Và "James Webb" có thể cung cấp cho chúng ta nhiều thông tin hữu ích và đơn giản là thú vị hơn bất kỳ ai có thể tưởng tượng. Hơn nữa, bây giờ thậm chí không thể tưởng tượng được loại "quái vật" nào sẽ thay thế "James Webb", và việc xây dựng nó sẽ tốn bao nhiêu tiền.
Vào mùa xuân năm 2018, giá của dự án đã tăng lên mức không thể tưởng tượng được là 9,66 tỷ đô la. Để so sánh, ngân sách hàng năm của NASA là khoảng 20 tỷ đô la và Hubble vào thời điểm xây dựng trị giá 2,5 tỷ đô la. Nói cách khác, James Webb đã đi vào lịch sử với tư cách là kính thiên văn đắt nhất và là một trong những dự án tốn kém nhất trong lịch sử khám phá không gian. Chỉ có chương trình mặt trăng, Trạm vũ trụ quốc tế, tàu con thoi và hệ thống định vị toàn cầu GPS mới có giá cao hơn. Tuy nhiên, “James Webb” còn mọi thứ ở phía trước: giá của nó có thể tăng cao hơn nữa. Và mặc dù các chuyên gia từ 17 quốc gia đã tham gia vào việc xây dựng nó, phần lớn nguồn tài trợ vẫn nằm trên vai của Hoa Kỳ. Có lẽ, điều này sẽ tiếp tục như vậy.
