Il James Webb Telescope è il telescopio più potente del mondo. James Webb: come funziona il telescopio spaziale più perfetto Nuovo telescopio James Webb

Telescopio spaziale James Webb. Credito e copyright: NASA.

Il James Webb Space Telescope (JWST) ha ancora molta strada da fare e il suo scintillante specchio dorato ha già raggiunto lo status di cult. Questo specchio segmentato assomiglia all'occhio di un insetto e, in futuro, quando l '"occhio" inizierà il suo lavoro nel punto di Lagrange (L2), fornirà all'umanità i dati più dettagliati sul nostro Universo. Lo specchio del telescopio è già stato assemblato ed è ospitato in una camera bianca presso il Goddard Space Flight Center, il che ci dà l'opportunità di sapere come sarà il telescopio quando inizierà la sua missione.

Anche se non sai nulla di JWST, delle sue capacità o dei compiti assegnati, rimarrai impressionato solo a guardarlo. Ovviamente, questo è uno strumento high-tech e unico nel suo genere. In effetti, può anche essere scambiato per un'opera d'arte. Purtroppo ho visto arte contemporanea meno attraente, vero?

Naturalmente, molti di voi sono consapevoli del fatto che il JWST supererà il suo predecessore, il telescopio spaziale Hubble. E questo è abbastanza comprensibile, dato che Hubble è stato lanciato nell'aprile del 1990. Ma come farà esattamente JWST a superare Hubble e quali sono i suoi obiettivi principali?

Gli obiettivi principali della missione JWST possono essere suddivisi in quattro aree:

1. Osservazioni a infrarossi che possono essere paragonate a una macchina del tempo. Ci danno un'idea delle prime stelle e galassie che si sono formate nell'universo oltre 13 miliardi di anni fa;
2. Studio comparativo di galassie a spirale ed ellittiche luminose, nonché di galassie primitive più deboli;
3. Sondaggio nello spazio esterno, che ci permette di guardare attraverso nubi di gas e polvere per studiare la formazione di stelle e pianeti;
4. Studio degli esopianeti e delle loro atmosfere, nonché la scoperta di biomarcatori lì.

Cioè, questo è un elenco piuttosto impressionante, anche in un'era in cui le persone danno per scontato il progresso tecnologico e scientifico. Ma insieme a questi obiettivi pianificati, ci saranno senza dubbio delle sorprese. Indovinare potrebbe essere una cosa sciocca da fare, ma proviamo comunque.

Crediamo che il processo di abiogenesi sulla Terra sia avvenuto piuttosto rapidamente, ma, sfortunatamente, non abbiamo nulla con cui confrontarci. Troveremo analogie studiando esopianeti lontani e le loro atmosfere, faremo luce sulle condizioni necessarie per l'emergere della vita? Sembra incredibile, ma chissà.

Siamo abbastanza sicuri che l'universo si stia espandendo, e ci sono prove abbastanza forti per questo. Stiamo imparando qualcosa di nuovo su questo processo? O troveremo qualcosa che farà luce sulla materia oscura o sull'energia oscura e sul loro ruolo nella vita dell'universo primordiale?

JWST. Credito e copyright: NASA.

Naturalmente, non tutto deve essere sorprendente per essere eccitante. Trovare prove a sostegno delle teorie moderne è anche intrigante. E "James Webb" deve fornirci questa prova.

Non c'è dubbio che JWST sarà in grado di superare il telescopio Hubble. Ma per una o due generazioni di persone, Hubble avrà sempre un posto speciale. Ha sorpreso e interessato molti di noi con le sue immagini mozzafiato di nebulose, galassie e altri oggetti, durante la sua famosa missione Deep Field, e, naturalmente, con i suoi ricerca scientifica... L'Hubble è probabilmente il primo telescopio a raggiungere lo status di celebrità.

James Webb probabilmente non riceverà mai lo status speciale che Hubble ha acquisito. È come se ci potesse essere un solo Beatles o uno di un tipo. Ma JWST sarà uno strumento molto più potente e ci rivelerà molte cose che non erano disponibili per "Hubble".

Se tutto andrà secondo i piani, il JWST sarà un enorme traguardo tecnologico per tutta l'umanità. La sua capacità di guardare attraverso nubi di gas e polvere, o di guardare indietro nel tempo per mostrarci i primi giorni dell'universo, lo renderà un potente strumento scientifico.

Personalmente, sono giunto alla conclusione che il telescopio James Webb ha troppe invenzioni, troppi rischi ed è un progetto fuori dagli schemi.- queste le parole dirette del capo della commissione di controllo indipendente, Tom Young, in una riunione del comitato di astronomia e astrofisica del consiglio di ricerca spaziale della National Academy of Sciences degli Stati Uniti il ​​29 ottobre. Tuttavia, ha subito chiarito di non essere un oppositore del telescopio e di non avere dubbi sul fatto che il progetto potesse essere portato a termine con successo. Lo stato delle cose, infatti, suscita sentimenti contrastanti: da un lato si tratta di un progetto interessante che dovrebbe dare alla scienza nuove opportunità, dall'altro il superamento di tempi e costi ha raggiunto valori veramente astronomici. In generale, la storia del progetto fa pensare alla tempestività dell'implementazione delle tecnologie e ai criteri per quando è meglio fermarsi. E infine, le lezioni di "James Webb" sono assolutamente necessarie per iniziare un progetto molto più ampio di una stazione orbitale circumlunare.

Foto della NASA / Desiree Stover

Per rendere più chiaro il commento di Young, vale la pena chiarire il contesto. Nel 2010, quando il progetto del telescopio James Webb ha violato ancora una volta scadenze e costi precedentemente annunciati, la senatrice Barbara Mikulski ha chiesto la convocazione di un comitato di revisione indipendente. Sulla base dei risultati del suo lavoro, la NASA ha ristrutturato il progetto e ha assicurato al Congresso degli Stati Uniti che il costo non avrebbe superato gli 8 miliardi di dollari e il telescopio non sarebbe stato lanciato. tardo autunno 2018. Ma nell'autunno del 2017, le scadenze sono state spostate al 2019 e nella primavera del 2018 al 2020. La NASA, senza aspettare l'ira del senatore, ha riunito una nuova commissione indipendente da sola. Comprendeva rinomati esperti aerospaziali e Tom Young, che lavorava alla Lockheed Martin, ne divenne il capo.

Tom Young, foto NASA / Bill Ingals

La commissione ha completato i suoi lavori nel maggio 2018 e ha presentato una relazione il 31. In esso, sulla base di stime della complessità e dei tempi del progetto nelle diverse condizioni, si raccomandava di fissare la data di lancio per marzo 2021. Ciò comporterebbe il superamento del tetto di 8 miliardi fissato dal Congresso. Il rapporto ha anche formulato 32 raccomandazioni per il miglioramento dei processi.

Ora avanti veloce all'autunno 2018. Il 29 ottobre si è tenuta una riunione del Comitato di astronomia e astrofisica dello Space Research Council dell'Accademia nazionale delle scienze degli Stati Uniti. Non sorprende che Tom Young si sia esibito lì. Il portale SpaceNews lo cita dicendo:

Ci sono persone che sosterranno JWST a tutti i costi, e ci sono quelli che lo supportano, ma sono indignati dall'aumento di tempo e costi. Credo che il progetto non verrà chiuso e il processo politico non farà nulla di male al telescopio.

Ha anche aggiunto che non ha escluso "danni collaterali" ad altri programmi della NASA, ma non ha previsto soluzioni specifiche. Spiegazione: la NASA e l'amministrazione statunitense stanno attualmente valutando la possibilità di ritardare o annullare il telescopio a infrarossi WFIRST per trasferire denaro a JWST.

So che stiamo iniziando progetti che fanno sembrare James Webb piccolo. E queste missioni dovrebbero tenere conto dell'esperienza del JWST. Penso che nel prossimo decennio dovremo interrogarci su questo problema.

Young ha anche parlato delle difficoltà di convincere la NASA della validità delle raccomandazioni. È stato necessario dedicare molti sforzi per dimostrare che la NASA può e deve controllare la preparazione al volo del razzo europeo Ariane 5, su cui verrà lanciato il telescopio. Inizialmente, la NASA ha sostenuto che ciò era impossibile, ma alla fine i rappresentanti della commissione sono riusciti a convincere l'agenzia.

Se questo programma non avesse un alto potenziale scientifico e non toccasse le questioni della leadership statunitense, penso che sarebbe chiuso.

Incubo eccezionale

Il James Webb Telescope originariamente doveva costare 500 milioni di dollari e sarebbe andato nello spazio nel 2007. Ma le stime iniziali del costo sono aumentate di 19 volte e i termini sono diminuiti di 14 anni.

Illustrazione di Grant Tremblay

È abbastanza prevedibile che ora sia un peccato buttare via i miliardi di dollari già spesi, quindi "James Webb" verrà lanciato e, spero, diventerà un ottimo telescopio. Ma i suoi fratelli dal grande strategico missioni spaziali La NASA sta mostrando un successo molto maggiore. Ad esempio, la Parker Solar Probe lanciata quest'anno è costata solo 1,5 miliardi. Le missioni più piccole con budget ridotti sembrano perfette sullo sfondo di James Webb - TESS, che ha recentemente iniziato a lavorare in orbita e ha già trovato i primi esopianeti, costato 200 milioni, risparmiato 40 milioni e completato due mesi prima del previsto. La matematica semplice dice che il costo di JWST potrebbe lanciare quasi 50 veicoli TESS, sei analoghi Parker Solar Probe o 3 analoghi del rover Curiosity Mars. E sospetto che in questo caso ci sarebbero più benefici scientifici.

Un umorismo triste a parte è che l'analisi dei rinvii fornisce la data di lancio nel 2026. Il calcolo, ovviamente, non è serio, ma intorno al 2021 vale la pena ricordarlo.

Illustrazione di Corey S. Powell

Pensieri finali

La triste storia di "James Webb" porta a diverse conclusioni:

I salti tecnologici sono fatti meglio su dispositivi di test relativamente economici. La NASA ha avuto un'esperienza eccellente con la sonda Deep Space 1, che ha testato dodici nuove tecnologie, che sono state poi applicate con successo nelle missioni successive. La sonda è costata, tra l'altro, solo poco più di duecento milioni di dollari ai prezzi odierni. L'Agenzia spaziale europea offre un buon esempio del successo di LISA Pathfinder. Questo dispositivo mostra la possibilità di creare un rilevatore di spazio onde gravitazionali da diversi satelliti, e il fatto che il loro design non differirà molto dall'apparato già funzionante aumenta l'accuratezza della stima dei tempi e dei costi del progetto. Sì, certo, potrebbe esserci un'obiezione sul fatto che il "mini-JWST" non sarà di grande utilità, ma si tratta di progettare un apparato e inventare compiti per esso. La pratica è il criterio della verità e solo l'implementazione di successo di una tecnologia mostra la sua vera prontezza e valore.

Un aumento graduale e invisibile dei costi e dei tempi del progetto può andare molto lontano ed è necessario disporre di criteri chiari per quando la situazione va oltre la ragionevolezza. Questo consiglio, tra l'altro, è universale, soprattutto perché l'irrazionale evitamento delle perdite è radicato nella psiche umana (ricordate l'esperimento di Max Bazerman con una banconota da venti dollari all'asta). In particolare, nel caso di "James Webb" nel 2010-11, il costo è gradualmente aumentato da 5 a 6,5, e poi a 8 miliardi. E a quel punto sono riusciti a spendere circa 3 miliardi, il che, ovviamente, è diventato molto dispiaciuto di buttarlo via. Fino al 2011 non ci sono fork con audit e possibilità di chiudere il progetto. Il 2006 fornisce una stima dei costi di 3,3 miliardi, meno dell'Hubble, e ora sembra un'illustrazione molto grafica.

Potresti dare un'occhiata più da vicino al telescopio Hubble. E questo ci aspetta nel prossimo futuro! =)

Il James Webb Space Telescope è un osservatorio a infrarossi orbitante che dovrebbe sostituire il telescopio spaziale Hubble.

Originariamente chiamato "Telescopio spaziale di nuova generazione". Nel 2002 è stato ribattezzato in onore del secondo capo della NASA, James Webb (1902-1992), che ha guidato l'agenzia nel 1961-1968.

James Webb avrà uno specchio composito 6,5 metri di diametro (il diametro dello specchio Hubble è di 2,4 metri) e uno scudo solare delle dimensioni di un campo da tennis.

Sarà posizionato nel punto L2 di Lagrange del sistema Sole-Terra.


Il punto L2 nel sistema Sole - Terra è un luogo ideale per la costruzione di osservatori spaziali orbitanti e telescopi. Poiché l'oggetto nel punto L2 è in grado di mantenere a lungo il suo orientamento rispetto al Sole e alla Terra, diventa molto più facile schermarlo e calibrarlo. Tuttavia, questo punto si trova un po' più lontano dell'ombra terrestre (nella regione della penombra), in modo che la radiazione solare non sia completamente bloccata. I veicoli spaziali delle agenzie spaziali americane ed europee - WMAP, Planck, Herschel e Gaia - sono già a questo punto e James Webb si unirà nel 2018.

Il progetto è una collaborazione internazionale di 17 paesi, guidati dalla NASA, con importanti contributi delle agenzie spaziali europee e canadesi.

I piani attuali prevedono il lancio del telescopio con un razzo Ariane 5 nel 2018.

Modello di razzo al Museo dell'aviazione e dello spazio, Francia

I compiti primari del JWST sono: rilevare la luce delle prime stelle e galassie formatesi dopo il Big Bang, studiare la formazione e lo sviluppo di galassie, stelle, sistemi planetari e l'origine della vita. Inoltre, "Webb" sarà in grado di raccontare quando e dove è iniziata la reionizzazione dell'Universo (il periodo della storia dell'Universo compreso tra 150 milioni di anni e 800 milioni di anni dopo il Big Bang) e cosa l'ha causata.

Il telescopio dovrebbe essere in grado di rilevare pianeti relativamente piccoli - diverse volte più grandi della Terra - cosa che Hubble non può. Inoltre, il Webb avrà una maggiore sensibilità alle atmosfere delle stelle vicine alla Terra. Il telescopio sarà in grado di fornire riprese ravvicinate di pianeti Sistema solare, da Marte e oltre. La grande luminosità di Venere e Mercurio va oltre la portata dell'ottica del telescopio.

Il telescopio consentirà di rilevare esopianeti relativamente freddi con una temperatura superficiale fino a 300 K (che è praticamente uguale alla temperatura della superficie terrestre), situati a oltre 12 UA. Cioè, dalle loro stelle e distanti dalla Terra a una distanza fino a 15 anni luce (il doppio di Sirio). Più di due dozzine di stelle più vicine al Sole cadranno nella zona di osservazione dettagliata. Grazie a JWST, è prevista una vera svolta nell'esoplanetologia: le capacità del telescopio saranno sufficienti non solo per rilevare gli esopianeti stessi, ma anche i satelliti e le linee spettrali di questi pianeti (che saranno un indicatore irraggiungibile per qualsiasi pianeta terrestre e orbitante telescopio fino all'inizio degli anni 2020. quando sarà messo in servizio il telescopio europeo estremamente grande con un diametro dello specchio di 39,3 m).

Fabbricazione di sistemi ottici

I problemi

La sensibilità di un telescopio e la sua risoluzione sono direttamente correlate alle dimensioni dell'area dello specchio che raccoglie la luce dagli oggetti. Scienziati e ingegneri hanno stabilito che il diametro minimo dello specchio primario deve essere di 6,5 metri per misurare la luce delle galassie più lontane. La semplice realizzazione di uno specchio simile a quello del telescopio Hubble, ma più grande, era inaccettabile, poiché la sua massa sarebbe stata troppo grande per lanciare il telescopio nello spazio. Un team di scienziati e ingegneri ha dovuto trovare una soluzione in modo che il nuovo specchio avesse 1/10 della massa dello specchio del telescopio Hubble per unità di area.

Sviluppo e test

La NASA ha iniziato a ricercare nuovi modi per creare uno specchio del telescopio. Per fare ciò è stato creato il programma Advanced Mirror System Demonstrator, una collaborazione di 4 anni tra la NASA, la US National Space Intelligence Agency e la US Air Force. Sulla base della ricerca, sono stati costruiti e testati due specchi di prova. Uno è stato realizzato in berillio da Ball Aerospace & Technologies, l'altro è stato costruito da Kodak (ora ITT) con vetro speciale.

Specchia "Hubble" (a sinistra) e "Webb" (a destra) nella stessa scala

Un gruppo di esperti ha testato entrambi gli specchi per determinare quanto bene hanno svolto il loro compito, quanto costano e quanto sarebbe facile (o difficile) costruire uno specchio a grandezza naturale da 6,5 ​​metri. Gli esperti hanno raccomandato uno specchio al berillio per il telescopio James Webb per diversi motivi, uno dei quali è che il berillio mantiene la sua forma a temperature criogeniche. Sulla base del consiglio di un esperto, Northrop Grumman ha selezionato uno specchio al berillio e il Goddard Space Flight Center ha approvato la decisione.

È stato inoltre deciso di realizzare lo specchio non in un unico pezzo, ma con segmenti che verranno spostati in orbita, poiché le dimensioni di uno specchio monopezzo non ne permetterebbero il posizionamento nel veicolo di lancio Ariane-5. La dimensione di ciascuno dei 18 segmenti esagonali dello specchio è di 1,32 metri da bordo a bordo e il peso del segmento è di 20 kg.

La forma esagonale dei segmenti non è stata scelta a caso. Ha un alto fattore di riempimento e una simmetria del sesto ordine. Un fattore di riempimento elevato significa che i segmenti si incastrano senza spazi vuoti. La cosa buona della simmetria è che hai solo bisogno di 3 diverse impostazioni ottiche per 18 segmenti, 6 segmenti per ciascuno. Infine, è desiderabile che lo specchio abbia una forma quasi circolare per la focalizzazione più compatta della luce sui rivelatori. Uno specchio ovale, ad esempio, darà un'immagine allungata e uno quadrato emetterà molta luce dall'area centrale.

Dopo il lancio e le relative vibrazioni, l'array di specchi deve essere distribuito in quello che i progettisti chiamano "pre-posizionamento". Questo processo prevede il rilascio di ciascuno dei 18 segmenti dello specchio primario dalle impugnature del grilletto. Ogni segmento è controllato da un computer con sei gradi di libertà e il computer controlla l'estensione/ritrazione del punto centrale di ogni specchio per modificare il raggio di curvatura della superficie. Ogni specchio ha il proprio sistema di azionamento per questi movimenti. Una volta sbloccata la posizione degli specchi, gli attuatori devono allineare la loro posizione lungo il "fronte d'onda" con una tolleranza di 20 nanometri (1/5000 di spessore del capello).

Produzione

Per il mirror Webb viene utilizzato un tipo speciale di berillio. È una polvere fine. La polvere viene posta in un contenitore di acciaio inossidabile e pressata in uno stampo piatto. Dopo che il contenitore d'acciaio è stato rimosso, un pezzo di berillio viene tagliato a metà per creare due spazi vuoti a specchio di circa 1,3 metri di diametro. Ogni specchio grezzo viene utilizzato per creare un segmento.

Il processo di sagomatura dello specchio inizia tagliando il materiale in eccesso sul retro del pezzo in berillio in modo tale che rimanga una sottile struttura a nervature. Il lato anteriore di ogni pezzo viene levigato tenendo conto della posizione del segmento nello specchio grande.


Quindi la superficie di ogni specchio viene rettificata per dare una forma simile a quella calcolata. Successivamente, lo specchio viene accuratamente levigato e lucidato. Questo processo viene ripetuto fino a quando la forma del segmento dello specchio diventa quasi ideale. Il segmento viene quindi raffreddato a una temperatura di -240 ° C e le dimensioni del segmento vengono misurate utilizzando un interferometro laser. Quindi lo specchio, tenendo conto delle informazioni ricevute, subisce una lucidatura finale.

Al completamento dell'elaborazione del segmento, la parte anteriore dello specchio viene rivestita con un sottile strato di oro per una migliore riflessione della radiazione infrarossa nell'intervallo di 0,6-29 micron e il segmento finito viene nuovamente testato a temperature criogeniche.

Attrezzatura

Il JWST disporrà dei seguenti strumenti scientifici per condurre l'esplorazione spaziale:

Fotocamera nel vicino infrarosso;

La telecamera nel vicino infrarosso è l'unità di imaging principale di Webb e sarà composta da una serie di rilevatori di mercurio-cadmio-tellurio. Il range di lavoro del dispositivo va da 0,6 a 5 micron.

Strumento a medio infrarosso

Il dispositivo per lavorare nell'infrarosso medio è costituito da una telecamera e uno spettrografo, che "vedono" la luce nell'infrarosso medio di 5-28 micron.

spettrografo nel vicino infrarosso;

Lo spettrografo nel vicino infrarosso analizzerà lo spettro delle sorgenti, che consentirà di ottenere informazioni sia sulle proprietà fisiche degli oggetti in studio, ad esempio temperatura e massa, sia sulla loro composizione chimica. NIRSpec è in grado di eseguire spettroscopia a media risoluzione nella gamma di lunghezze d'onda 1-5 µm e spettroscopia a bassa risoluzione a 0,6-5 µm di lunghezza d'onda.

Sensore di guida fine / Imager a infrarossi vicini e spettrografo senza fessura.

Se riusciremo a rispettare il programma di costruzione, il nuovo telescopio sarà operativo prima della chiusura del telescopio spaziale Hubble. "La prospettiva che Hubble e Webb funzionino contemporaneamente è molto interessante, poiché le loro capacità si completano a vicenda in molti modi", afferma John Gardner, Goddard Space Flight Center.

Un'interessante rassegna fotografica è raccolta su questo sito!

Alcune informazioni sono tratte dal sito http://sci-lib.com

Webb scruterà nello spettro del vicino e medio infrarosso, il che sarà facilitato dalla sua posizione nel punto L2 dietro la luna e dagli scudi solari, che bloccano la luce intrusiva del Sole, della Terra e della Luna, influenzando beneficamente il raffreddamento dell'apparato. Gli scienziati sperano di vedere le primissime stelle nell'universo, la formazione e la collisione di giovani galassie, la nascita di stelle nei sistemi protoplanetari, che potrebbero contenere i componenti chimici della vita.

Queste prime stelle potrebbero contenere la chiave per comprendere la struttura dell'universo. In teoria, dove e come si formano è direttamente correlato ai primi modelli. materia oscura- una misteriosa sostanza invisibile che viene rilevata dall'influenza gravitazionale - e i loro cicli di vita e di morte causano risposta che influenzò la formazione delle prime galassie. E poiché le stelle supermassicce con una vita breve sono circa 30-300 volte più pesanti del nostro Sole in massa (e milioni di volte più luminose), queste prime stelle potrebbero esplodere sotto forma di supernove, per poi collassare e formare buchi neri, che gradualmente occupava i centri delle galassie più massicce.

Vedere tutto questo è sicuramente un'impresa per gli strumenti che abbiamo realizzato finora. Grazie anche a nuovi strumenti navicella spaziale, potremo vedere ancora di più.

Tour del telescopio spaziale James Webb

Webb si presenta come una zattera a forma di diamante, dotata di albero e vela spessi e ricurvi, se costruita da api giganti che si nutrono di berillio. Diretto dalla sua parte inferiore verso il Sole, dal basso, la "zattera" è costituita da uno scudo - strati di kapton, separati da fessure. Ogni strato è separato da una fessura per il vuoto per un raffreddamento efficiente e insieme proteggono il riflettore principale e gli strumenti.

Kapton è una pellicola polimerica molto sottile (immagina capelli umani) prodotta da DuPont che è in grado di mantenere proprietà meccaniche stabili in condizioni di calore e vibrazioni estreme. Se lo desideri, puoi far bollire l'acqua su un lato dello scudo e conservare l'azoto stato liquido altro. Si piega anche abbastanza bene, il che è importante per il lancio.

La chiglia di una nave è costituita da una struttura che immagazzina uno scudo solare durante il varo e pannelli solari per fornire energia all'imbarcazione. Al centro c'è una scatola che contiene tutte le importanti funzioni di supporto di cui Webb è alimentato, inclusi alimentazione, controllo dell'assetto, comunicazioni, comando, elaborazione dati e controllo termico. L'antenna decora aspetto esteriore scatola e aiuta ad assicurarsi che tutto sia orientato nella giusta direzione. Ad un'estremità dello scudo termico, perpendicolare ad esso, è presente un torque trim che compensa la pressione esercitata dai fotoni sull'apparato.

Sul lato esterno dello scudo c'è una vela, un gigantesco specchio Webb, un pezzo di equipaggiamento ottico e una scatola di equipaggiamento. Le 18 sezioni esagonali in berillio si apriranno al momento del lancio per diventare un grande specchio primario di 6,5 metri di diametro.

Di fronte a questo specchio, tenuto in posizione da tre supporti, c'è uno specchio secondario che concentra la luce dallo specchio primario nel sottosistema ottico di poppa, una scatola a forma di cuneo che sporge dal centro dello specchio primario. Questa struttura devia la luce diffusa e dirige la luce dallo specchio secondario agli strumenti posti nella parte posteriore dell'“albero”, che sostiene anche la struttura segmentata dello specchio primario.

Dopo che l'unità avrà completato il suo periodo di messa in servizio di sei mesi, durerà 5-10 anni, forse di più, a seconda del consumo di carburante, ma la sua posizione sarà troppo lontana per essere riparata. In effetti, Hubble è una specie di eccezione in questo senso. Ma, come Hubble e altri osservatori condivisi, la missione di Webb sarà quella di lavorare con scienziati selezionati in modo competitivo da tutto il mondo. I risultati troveranno quindi la loro strada nella ricerca e nei dati disponibili su Internet.

Diamo un'occhiata più da vicino agli strumenti che rendono possibile tutta questa ricerca.

Strumenti: fuori vista

Sebbene veda qualcosa nel campo visivo (luce rossa e dorata), Webb è fondamentalmente un grande telescopio a infrarossi.

La sua principale termocamera, una termocamera nel vicino infrarosso NIRCam, vede nella gamma di 0,6-5,0 micron (vicino infrarosso). Sarà in grado di rilevare la luce infrarossa della nascita delle primissime stelle e galassie, condurre rilevamenti di galassie vicine e oggetti locali che scorrono attraverso la fascia di Kuiper - distese di corpi ghiacciati in orbita attorno a Nettuno, che contengono anche Plutone e altri. pianeti nani.

NIRCam è inoltre dotato di un coronografo, che consentirà alla telecamera di osservare i sottili aloni che circondano le stelle luminose, bloccando la loro luce accecante, uno strumento necessario per rilevare gli esopianeti.

Lo spettrografo NIR opera nella stessa gamma di lunghezze d'onda del NIRCam. Come altri spettrografi, analizza Proprietà fisiche oggetti come le stelle, dividendo la luce da esse emessa in spettri, la cui struttura cambia a seconda della temperatura, della massa e della composizione chimica dell'oggetto.

Il NIRSpec studierà migliaia di antiche galassie con radiazioni così deboli che un singolo spettrografo impiegherà centinaia di ore per svolgere il lavoro. Per semplificare questo compito arduo, lo spettrografo è dotato di un dispositivo straordinario: una griglia di 62.000 tende singole, ciascuna delle quali ha una dimensione di circa 100 x 200 micron (largo qualche capello umano) e ognuna delle quali può essere aperta e chiusa, bloccando più luce. stelle luminose... Con questo array, NIRSpec diventerà il primo spettrografo spaziale a osservare centinaia di oggetti diversi contemporaneamente.

Sensore di guida fine e uno spettrografo senza fessura (FGS-NIRISS) sono essenzialmente due sensori impacchettati insieme. NIRISTE include quattro modalità, ognuna delle quali è associata a una diversa lunghezza d'onda. Questi vanno dalla spettroscopia gapless, che crea uno spettro usando un prisma e un reticolo chiamato "grism", che insieme creano schemi di interferenza che rivelano la luce esoplanetaria sullo sfondo della luce stellare.

FGSè una fotocamera sensibile e non lampeggiante che scatta foto di navigazione e le invia a sistemi di orientamento che mantengono il telescopio nella direzione corretta.

L'ultimo strumento di Webb amplia la sua gamma dal vicino infrarosso al medio infrarosso, utile per osservare oggetti spostati verso il rosso, così come pianeti, comete, asteroidi, polvere riscaldata dal sole e dischi protoplanetari. Essendo una fotocamera e uno spettrografo allo stesso tempo, questo strumento MIRI copre la più ampia gamma di lunghezze d'onda, 5-28 micron. La sua fotocamera a banda larga sarà in grado di scattare più tipi di foto per le quali amiamo Hubble.

Inoltre, le osservazioni a infrarossi sono importanti per comprendere l'universo. La polvere e il gas possono bloccare la luce visibile dalle stelle nei vivai stellari, ma gli infrarossi no. Inoltre, quando l'Universo si espande e le galassie si allontanano, la loro luce si "allunga" e diventa redshift, entrando nello spettro delle lunghezze d'onda lunghe onde elettromagnetiche come gli infrarossi. Più la galassia è lontana, più velocemente si allontana e più importante diventa il suo spostamento verso il rosso: questo è il valore del telescopio Webb.

Lo spettro infrarosso può anche fornire una grande quantità di informazioni sulle atmosfere degli esopianeti e se contengono componenti molecolari associati alla vita. Sulla Terra, chiamiamo vapore acqueo, metano e anidride carbonica "gas serra" perché assorbono calore. Poiché questa tendenza è vera ovunque, gli scienziati possono utilizzare Webb per rilevare sostanze familiari nelle atmosfere di mondi lontani, osservando i modelli di assorbimento delle sostanze mediante spettrografi.

Il giorno prima, ha fatto un annuncio, che ha sconvolto ancora una volta molti scienziati, ha confuso le loro carte e ora porterà a un aumento della spesa dei fondi di bilancio.

Gli Stati Uniti stanno ancora una volta, ormai da quasi un anno, posticipando il lancio della tanto attesa missione del James Webb Space Telescope.

Citando come motivo una serie di intoppi tecnici ed errori che avrebbero potuto essere evitati, la direzione della NASA ha annunciato che il lancio è stato posticipato dal 2019 a maggio 2020.

Tuttavia, la NASA non ha altra scelta, poiché tutti gli errori di progettazione devono essere corretti a terra, perché, a differenza del telescopio Hubble, non ci sarà la possibilità di riparare il telescopio in orbita.

"Fondamentalmente, abbiamo solo una possibilità di fare tutto prima di andare nello spazio", ha affermato Thomas Zurbuchen, vicedirettore scientifico della NASA. "Ora sembra che abbiamo l'opportunità di farlo prima di tagliare il traguardo".

In sostanza, l'hardware del telescopio è ora già assemblato in due pezzi separati. Il primo è il telescopio stesso, costituito da uno specchio di 6,5 metri di diametro, assemblato da 18 segmenti esagonali, e quattro strumenti scientifici.

La seconda parte è l'area di servizio, che ospita i sistemi di alimentazione e una protezione solare che deve dispiegarsi nello spazio e creare un'ombra delle dimensioni di un campo da tennis per evitare che il telescopio si riscaldi a causa dei raggi solari. Questa parte, prodotta nello stabilimento di Northrop Grumman in California, è in guai seri. Pertanto, durante un dispiegamento di prova dello scudo protettivo sono state rilevate perdite nelle valvole nel sistema di propulsione e difficoltà.

"Abbiamo commesso alcuni errori", ha detto Zurbuchen. Tra le altre cose, si è scoperto che durante una distribuzione di prova, lo schermo, composto da cinque strati di kapton, si è rotto in più punti. In totale sono state identificate sette lacrime, due delle quali erano lunghe più di 10 cm.

E i cavi per tenerlo teso erano troppo deboli per rompersi nello spazio.

La NASA e Northrop Grumman sanno già come risolvere questi problemi, ma risolverli ora richiederà ulteriori mesi di lavoro.

L'agenzia ha deciso di convocare un comitato di revisione indipendente guidato dal veterano della NASA Thomas Young, che supervisionerà l'assemblaggio del telescopio e invierà un rapporto al Congresso in estate. Allo stesso tempo, l'agenzia non si nasconde più

che il lavoro aggiuntivo richiederebbe più degli 8 miliardi di dollari stanziati dal Congresso per la missione.

La decisione della NASA ha già provocato una violenta reazione sia da parte di scienziati che di politici. “L'annuncio di oggi che il lancio del telescopio è nuovamente posticipato e costerà più di 8 miliardi di dollari è triste e inaccettabile... Questi continui ritardi e superamenti dei costi minano la credibilità della NASA e del suo appaltatore principale Northrop Grumman. La NASA deve mantenere le sue promesse ai contribuenti ", ha affermato il capo della US House Science Committee.

A causa del previsto superamento dei costi, gli scienziati temono che il telescopio Webb possa mettere a repentaglio il lancio di altre missioni astronomiche, in particolare la missione Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), prevista per gli anni 2020.

"Il Webb potrebbe essere il telescopio che ucciderà l'astrofisica della NASA", ha avvertito Brian Kitting, cosmologo dell'Università della California, a San Diego.

che nel 2010 definì il progetto un telescopio che "divorava l'astronomia".

Il successivo rinvio della lunga e costosa missione per sostituire il telescopio spaziale Hubble non è stata una grande sorpresa. A febbraio, l'Ufficio di audit degli Stati Uniti nel suo rapporto ha definito "piuttosto impraticabile" il lancio della missione prevista per marzo-giugno e ha annunciato la minaccia di sforamento del budget.

Il James Webb Telescope, originariamente previsto per il lancio nel 2007, ha una lunga storia di ritardi nel lancio e aumenti esponenziali dei costi. Lo sviluppo di un nuovo telescopio è stato avviato nel 1996, il suo costo è stato stimato in 500 milioni di dollari.

Gli obiettivi principali del telescopio dovrebbero essere la ricerca cosmologica, le domande sulla formazione di stelle e pianeti e la ricerca di pianeti vicino ad altre stelle. Allo stesso tempo, è stato pianificato di dedicare una parte significativa del tempo di osservazione alle applicazioni degli scienziati che lavorano su altri argomenti.