Remove ads
Die James Webb-ruimteteleskoop (JWRT) is ’n ruimteteleskoop wat deur Nasa ontwikkel is, met bydraes deur die Europese Ruimteagentskap (ESA) en die Kanadese Ruimteagentskap (CSA). Dit is op 25 Desember 2021 gelanseer. Die JWRT sal ’n resolusie en sensitiwiteit sonder presedent hê, van sigbare lig met lang golflengtes tot middelinfrarooi, en sal die Hubble-ruimteteleskoop vervang as Nasa se vlagskipsending in astrofisika.[3][4] Dit is genoem na James E. Webb, wat van 1961 tot 1968 die administrateur van Nasa was en 'n groot rol in die Apollo-program gespeel het.[5][6]
| James Webb-ruimteteleskoop | |
|---|---|
 ’n Kunstenaar se voorstelling van die teleskoop. | |
| Operateur | STScI (Nasa)[1] |
| Soort sending | Ruimteverkenning |
| Gelanseer | 25 Desember 2021 |
| Duur van sending |
|
| Krag | 2 kW |
| Dimensies | 20,12 × 14,16 m |
| Status | Aktief |
| Webtuiste | jwst |
| Verwysingstelsel | Son-Aarde-L2-wentelbaan |
| Wentelperiode | 6 maande |
| Periapside | 250 000 km |
| Apoapside | 832 000 km |
| Teleskoopdeursnee | 6,5 m |
| Fokuslengte | 131,4 m |
| Fokusverhouding | f/20,2 |
| Golflengte | 0,6-28,3 μm (oranje tot middelinfrarooi) |
| Sterrekundeportaal | Sterrekunde |
Die teleskoop het ’n gesegmenteerde primêre spieël van 6,5 m. Die JWRT moet permanent onder 50 kelvin (-223 °C) bly om dowwe seine in die infrarooi te registreer sonder belemmering deur 'n ander hittebron; daarom sal dit by die Son-Aarde se Lagrange-punt L2 ontplooi word, 'n punt sowat 1,5 miljoen km van die Aarde af, waar die teleskoop se sonskerm dit terselfdertyd teen verhitting deur die Son, Aarde en Maan kan beskerm.[7][8]
Die JWRT is ontwerp om veel beter beelde as Hubble na die Aarde terug te stuur en voorwerpe van tot 100 keer dowwer [9] waar te neem. Dit sal 'n groot verskeidenheid ondersoeke in sterrekunde en kosmologie moontlik maak. Dit sluit sterrestelsels in met 'n rooiverskuiwing van tot z≈20,[9] wat van die heelal se oudste en verste voorwerpe is, asook gedetailleerde waarnemings van moontlik bewoonbare eksoplanete.
Dit is op Kersdag 2021[10] vanaf Kourou, Frans-Guiana, deur 'n Ariane 5-lanseringsvoertuig gelanseer. Nasa het die lansering as "foutloos" en "perfek" beskryf.[11] Teen 24 Januarie 2022 was die teleskoop ten volle ontplooi[12][13] en het dit in 'n halowentelbaan om L2 gegaan.[14][15] Dit het tot in Julie 2022 finale toetse en instellings ondergaan voor die beplande navorsing begin het.[16]
Op 3 Februarie 2022 het Nasa getweet dat die teleskoop sy eerste fotons waargeneem het,[17] en op 11 Februarie 2022 het Nasa aangekondig die teleskoop het die eerste fase van sy instelling voltooi, met elke segment van sy primêre spieël wat die ster HD 84406 opgespoor, afgeneem en min of meer gesentreer het.[18][19]
Remove ads
Die James Webb-ruimteteleskoop se massa is omtrent die helfte van dié van die Hubble-ruimteteleskoop, maar 'n goudoorgetrekte berillium- primêre spieël van 6,5 m wat uit 18 heksagonale spieëls bestaan, gee dit 'n algehele grootte van meer as ses keer dié van Hubble se spieël van 2,4 m. Hiervan word 0,9 m2 se uitsig belemmer deur die sekondêre steunstutte,[20] wat die werklike ligversamelingsoppervlak sowat 5,6 keer dié van Hubble s'n van 4,525 m2 maak.
Die JWRT is hoofsaaklik vir nabyinfrarooisterrekunde ontwerp, maar dit kan ook oranje en rooi sigbare lig waarneem, asook die middelinfrarooi streek, na gelang van die instrument. Dit kan voorwerpe waarneem wat tot 100 keer dowwer is as met Hubble, asook voorwerpe heelwat vroeër in die geskiedenis van die heelal, terug tot rooiverskuiwing z≈20.[9] Die vroegste sterre het byvoorbeeld vermoedelik tussen z≈30 en z≈20[21] en die eerste sterrestelsels rondom z≈15 gevorm, en Hubble kan nie verder terug as z≈12 sien nie.[9]
Die ontwerp lê om drie redes klem op die naby- tot middelinfrarooi:
- Hoërooiverskuiwingsvoorwerpe (baie oud en ver) se sigbare emissies het in die infrarooi geskuif en daarom kan hulle lig vandag net gesien word deur middel van infrarooisterrekunde.
- Koue voorwerpe soos puinskywe en planete straal die sterkste in infrarooi uit.
- Dié infrarooi bande is moeilik om van die grond af of met bestaande teleskope soos Hubble te bestudeer.
Grondgebaseerde teleskope moet deur die aardatmosfeer kyk, en dit is in baie infrarooi bande ondeursigtig (sien skets links bo). Selfs waar die atmosfeer deursigtig is, bestaan baie van die teiken- chemiese verbindings, soos water, koolstofdioksied en metaan, ook in die atmosfeer en dit bemoeilik ontleding. Bestaande teleskope soos Hubble kan nie dié bande bestudeer nie, aangesien hulle spieëls nie koud genoeg is nie (Hubble se spieël bly op sowat 15 °C, of 288 K) en dus straal die teleskoop self sterk in die infrarooi bande uit.[22]
Die JWRT kan ook nabygeleë voorwerpe waarneem, insluitende voorwerpe in ons eie Sonnestelsel. Dit sluit alle planete en satelliete, komete en asteroïdes buite die Aarde se wentelbaan in, en "feitlik alle" bekende Kuipergordelvoorwerpe.[21] Verder kan dit onbeplande teikens waarneem binne 48 uur nadat besluit is om dit te doen, soos supernovas en gammastraaluitbarstings.[21]
Die JWRT sal in 'n wentelbaan om die Son-Aarde se L2-punt wees, sowat 1,5 miljoen km van die Aarde af. In vergelyking hiermee wentel Hubble 550 km bo die Aarde se oppervlak en die Maan is rofweg 400 000 km van die Aarde af. Dié groot afstand maak dit waarskynlik tans onmoontlik vir 'n bemande sending om die teleskoop te herstel of opgradeer, soos met Hubble gedoen is.[23]
Voorwerpe by die Son-Aarde se L2-punt kan saam met die Aarde om die Son wentel, en dit sal die teleskoop in staat stel om rofweg op 'n konstante afstand van die Aarde af te bly,[24] met 'n volgehoue oriëntasie van sy unieke sonskild en toerustingsbus (die JWRT se primêre steunkomponent) ten opsigte van die Son, Aarde en Maan om lig en hitte van dié drie liggame tegelykertyd te blokkeer en selfs die kleinste temperatuurveranderings te voorkom. Dié ligging sal die tuig se temperatuur heeltyd onder die 50 K hou wat nodig is vir dowwe infrarooi waarnemings.[8][25] Kommunikasie sal ook konstant wees.
Uitsig driekwart van bo.
Die onderkant (wat na die Son gerig is).
Sonskild
Om waarnemings in die infrarooi spektrum te doen moet die JWRT se temperatuur altyd onder 50 K wees, anders sal infrarooi straling van die teleskoop self die instrumente oorweldig. Om dit teen dié temperatuur te hou word 'n groot sonskild gebruik om lig en hitte van die Son, Aarde en Maan tegelykertyd te blokkeer – sy posisie by die L2-punt hou dié drie liggame te alle tye aan dieselfde kant van die teleskoop.[26] Sy wentelbaan om die L2-punt hou dit ook buite die Aarde en Maan se skaduwee en daarom bly die temperatuur konstant.[24]
Die vyflaagsonskild, met elke laag so dun soos 'n menslike haar,[27] is gemaak van 'n spesiale soort polimied met membrane wat aan albei kante bedek is met aluminum en 'n laag gedoteerde silikon aan die sonkant van die warmste twee lae om die Son se hitte terug die ruimte in te weerkaats.[8] Onvoorsiene skeure in die delikate laagstruktuur tydens toetse in 2018 was van die faktore wat die projek vertraag het.[28]
Die sonskild is so ontwerp dat dit 12 keer gevou kon word om te pas in die Ariane 5-vuurpyl se vragruim, wat 4,57 m breed en 16,19 m lank is. Die skild se volle ontplooide grootte is 14,162 x 21,197 m. Weens die sonskild kan die JWRT nie op enige tydstip onbeperk waarneem nie. Dit neem 40 persent van die lugruim vanuit een posisie waar en die hele lugruim oor 'n tydperk van ses maande,[29] die tydperk wat 'n halwe omwenteling om die Son duur.
Optika
.jpg)
Die JWRT se primêre spieël is 'n 6,5 m breë, goudbedekte berilliumreflektor met 'n versameloppervlak van 25,4 m2. As dit as 'n enkele groot spieël gebou sou gewees het, sou dit te groot vir bestaande lanseringsvoertuie gewees het. Dit bestaan dus uit 18 heksagonale segmente wat ná lansering ontvou word. Daarna sal hulle net elke paar dae opgedateer moet word vir optimale fokus.[30] Dit verskil van grondgebaseerde teleskope soos die Keck-teleskope, wat hulle spieëlsegmente weens versteurings voortdurend moet aanpas met behulp van aktiewe optika. Die Webb-teleskoop gebruik 126 klein motore om die optika nou en dan aan te pas, want daar is min omgewingsversteurings in die ruimte.[31]
Die JWRT se spieël gebruik geronde sekondêre en tersiêre spieëls om beelde te lewer sonder die optiese afwykings wat oor 'n wye veld voorkom. Die sekondêre spieël is 0,74 m breed. Daar is ook 'n fyn ingestelde navigasiespieël wat die spieël se posisie baie kere per sekonde kan aanpas vir beeldstabilisasie.
Wetenskaplike instrumente
Die Integrated Science Instrument Module (ISIM) is 'n raamwerk wat elektriese krag, rekenaarvermoëns, verkoeling en strukturele stabiliteit aan die teleskoop verskaf. Die ISIM bevat vier wetenskaplike instrumente en 'n gidskamera.[32]
- NIRCam (Near InfraRed Camera) is 'n infrarooikamera met 'n spektrale dekking wat wissel van sigbare lig (0,6 μm) tot by naby-infrarooi (5 μm).[33][34] Daar is 10 sensors elk van 4 megapieksels. NIRCam dien ook as die sterrewag se golffrontsensor.
- NIRSpec (Near InfraRed Spectrograph) doen ook spektroskopie oor dieselfde golflengte-omvang. Die NIRSpec-ontwerp verskaf drie waarnemingsmodusse: 'n laeresolusiemodus met behulp van 'n prisma, 'n R~1000-multivoorwerpmodus en 'n R~2700-integraleveldeenheid.[35] Daar word tussen modusse gewissel met behulp van 'n meganisme wat vooraf die golflengte kies en wat die Filter Wheel Assembly genoem word.[35] Die multivoorwerpmodus maak van 'n ingewikkelde mikrosluitermeganisme gebruik vir gelyktydige waarnemings van honderde individuele voorwerpe op enige plek in NIRSpec se sigveld. Daar is twee sensors van 4 megapieksels elk.
- MIRI (Mid-Infrared Instrument) meet die middel- tot langinfrarooi-golflengteomvang van 5 tot 27 μm.[36] Dit bevat beide 'n middelinfrarooikamera en 'n spektrometer.[37] MIRI maak gebruik van dieselfde wielmaganismes as NIRSpec. Sy temperatuur mag nie hoër styg as 6 K (-267 °C) nie; 'n heliumverkoeler aan die warm kant van die omgewingskild sorg vir die verkoeling.[38]
- FGS/NIRISS (Fine Guidance Sensor en Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph) word gebruik om die siglyn van die sterrewag tydens waarnemings te stabiliseer. Metings deur die FGS word gebruik vir beide die beheer van die algehele oriëntasie van die tuig en die aandrywing van die navigasiespieël vir beeldstabilisasie. Omdat die NIRISS saam met die FGS gemonteer is, word dikwels daarna as 'n enkele eenheid verwys; hulle dien egter heeltemal verskillende doele – die een is 'n wetenskaplike instrument en die ander deel van die sterrewag se steuninfrastruktuur.
NIRCam en MIRI het sterligblokkeringsmeganismes vir waarnemings van dowwe teikens soos eksoplanete baie na aan helder sterre.[36]
Ruimtetuigbus
Die ruimtetuigbus is die primêre steunkomponent van die James Webb-ruimteteleskoop. Dit bevat talle rekenaar-, kommunikasie-, krag-, aandrywings- en struktuuronderdele.[39] Saam met die sonskild maak dit die ruimtetuigelement van die ruimteteleskoop uit.[40] Die ander twee groot elemente van die JWRT is die ISIM en die OTE (Optical Telescope Element).[41] Streek 3 van die ISIM is ook in die ruimtetuigbus; streek 3 sluit die ISIM se bevels- en datahanteringsubstelsel en die MIRI in.[41] Die ruimtetuigbus is verbind met die OTE deur middel van die Deployable Tower Assembly, wat ook met die sonskild verbind is.[39] Die ruimtetuigbus is aan die "warm" sonkant van die sonskild en werk teen 'n temperatuur van sowat 300 K (27 °C).[40]
Die massa van die ruimtetuigbus se struktuur is 350 kg en moet die 6 200 kg van die teleskoop ondersteun.[42] Die ruimtetuigbus kan die teleskoop laat roteer met 'n presiesheid van een boogsekonde en isoleer vibrasie tot 'n paar milliboogsekondes.[43]
In die sentrale rekenaar-, geheuebergings- en kommunikasietoerusting[39] herlei die prosesseerder en sagteware data na en van die instrumente, na die geheuekern en na die radiostelsel wat data na die Aarde kan terugstuur en opdragte ontvang.[39] Die rekenaar beheer ook die rig van die ruimtetuig, die inneem van sensordata van die giroskoop en steropspoorder, en die stuur van opdragte aan die reaksiewiele of korreksievuurpyle.[39]
Webb het twee pare vuurpylenjins om koersveranderings aan te bring op pad na L2 en vir die handhawing van die regte posisie in sy wentelbaan. Agt kleiner korreksievuurpyle word gebruik vir hoogtebeheer.[44]
Remove ads
Die behoefte aan 'n groot infrarooiruimteteleskoop strek oor dekades. In Amerika is die Spitzer-ruimteteleskoop al beplan terwyl die Pendeltuig nog ontwikkel is, en die behoefte aan infrarooisterrekunde is toe reeds erken.[45] In vergelyking met grondgebaseerde teleskope word ruimteteleskope nie belemmer deur die atmosferiese absorpsie van infrarooi lig nie. Ruimtesterrewagte het 'n "nuwe lug" aan sterrekundiges bekend gestel.[45]
Infrarooiteleskope het egter 'n nadeel: Hulle moet heeltyd uiters koud bly, en hoe langer die infrarooi golflengte hoe kouer moet hulle wees.[22] As hulle nie koud genoeg is nie, kan die hitte van die toestel self die aanwysers oorweldig en hulle eintlik "blind" maak.[22] Dit kan oorkom word deur versigtige ruimtetuigontwerp, veral deur die plasing van die teleskoop in 'n vakuumhouer met 'n uiters koue stof, soos vloeibare helium.[22] Dit beteken die meeste infrarooiteleskope se lewensduur word deur hulle verkoelingsmiddel beperk. Dit kan 'n paar maande wees, of hoogstens 'n paar jaar.[22]
In sommige gevalle was dit moontlik om sonder 'n verkoelingsmiddel 'n lae genoeg temperatuur te handhaaf vir naby-infrarooi-waarnemings danksy die ontwerp van die tuig, soos met die uitgebreide sendings van Spitzer en die WISE-teleskoop. Nog 'n voorbeeld is Hubble se Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS)-instrument, waarvan die aanvanklike stikstofys ná 'n paar jaar opgeraak het en toe deur 'n krioverkoeler vervang is wat aanhoudend gewerk het. Die James Webb is so ontwerp dat hy homself verkoel sonder 'n verkoelingsmiddel in 'n vakuumhouer, danksy die gebruik van 'n kombinasie van sonskilde en verkoelers. Die middelinfrarooi-instrument gebruik 'n bykomende krioverkoeler.[46]
| Naam | Jaar | Golflengte (μm) | Lensopening (m) |
Verkoeler |
|---|---|---|---|---|
| Spacelab-infrarooiteleskoop (IRT) | 1985 | 1,7-118 | 0,15 | Helium |
| Infrarooi-ruimtesterrewag (ISO)[48] | 1995 | 2,5-240 | 0,60 | Helium |
| Hubble se Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) | 1997 | 0,115-1,03 | 2,4 | Passief |
| Hubble se Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS) | 1997 | 0,8-2,4 | 2,4 | Stikstof, later krioverkoeler |
| Spitzer-ruimteteleskoop | 2003 | 3-180 | 0,85 | Helium |
| Hubble se Wide Field Camera 3 (WFC3) | 2009 | 0,2-1,7 | 2,4 | Passief, en termo-elektries[49] |
| Herschel-ruimtesterrewag | 2009 | 55-672 | 3,5 | Helium |
| JWRT | 2021 | 0,6-28,5 | 6,5 | Passief, en krioverkoeler (MIRI) |
Remove ads
Agtergrond
Vroeë ontwikkelingswerk vir 'n opvolger van die Hubble-ruimteteleskoop tussen 1989 en 1994 het gelei tot die Hi-Z-teleskoopkonsep,[50] 'n ten volle ingeslote infrarooiteleskoop met 'n lensopening van 4 m wat in 'n baan by 3 AE sou wentel.[51] Dié verafgeleë wentelbaan sou interplanetêre stof van die teleskoop weghou.[51]
Die herstel van Hubble se teleurstellende werking in sy eerste jare het 'n belangrike rol gespeel in die geboorte van die JWRT. In 1993 het Nasa die Pendeltuig gereed gekry om Hubble se kamera te vervang en die sferiese afwyking in sy primêre spieël te herstel. Terwyl gretig op die sending gewag is, het Nasa aangekondig dat dié werkverrigting in die ruimte aansienlike risiko's inhou en dat die sukses daarvan nie gewaarborg kan word nie. 'n Komitee van vooraanstaande Amerikaanse sterrekundiges is daarom gestig om die doeltreffendheid van die herstellingsending te ondersoek, asook idees vir toekomstige ruimteteleskope wat nodig sou wees as die herstellingsending misluk. Die "HST & Beyond Committee", soos dit bekend geraak het, was gelukkig genoeg om die sukses van die herstellingsending van 1993 te beleef en die opgewonde reaksie van die publiek te sien op die ongelooflike foto's wat Hubble geneem het. Die sterrekundegemeenskap, en Nasa self, was net so geesdriftig.
Bemoedig deur Hubble se sukses het HST & Beyond in 1996 'n verslag opgestel om die konsep van 'n groter en veel kouer, infrarooisensitiewe teleskoop te ontgin wat kon terugkyk in die kosmiese tyd tot met die geboorte van die eerste sterrestelsels. Dié belangrike wetenskaplike doel was buite die vermoëns van Hubble, omdat dit as 'n warm teleskoop verblind word deur infrarooi-uitstralings van sy eie optikastelsel. Benewens aanbevelings om die Hubble-sending tot in 2005 te verleng en om tegnologieë te ontwikkel om planete om ander sterre te ontdek, het Nasa die hoofaanbeveling van HST & Beyond[52] aanvaar vir 'n groot, koue ruimteteleskoop (by honderde grade onder 0 °C). Hulle het toe begin beplan aan wat die JWRT sou word.
Terwyl die konsep van die nuwe teleskoop gevorder het, het dit die belangrikheid beklemtoon van die bestudering van die geboorte van sterrestelsels in die jong heelal, asook 'n soeke na planete om ander sterre.
Die konsep wat die JWRT sou word, het sy oorsprong in 1996 gehad as 'n voorstel met die naam "Next Generation Space Telescope" (NGST). In 2002, ná verdere ontwikkeling van die ontwerp, is dit hernoem na Nasa se tweede administrateur, James E. Webb. Webb het die agentskap tydens die Apollo-program gelei en wetenskaplike navorsing as 'n kernaktiwiteit van Nasa gevestig.[53] Die JWRT is 'n projek van Nasa, met internasionale samewerking deur die Europese Ruimteagentskap (ESA) en die Kanadese Ruimteagentskap (CSA).
In die tydperk van "vinniger, beter, goedkoper" van die middel 1990's het Nasa se leiers probeer om 'n ruimteteleskoop teen 'n klein koste op te rig.[54] Die resultaat was die NGST-konsep, 'n teleskoop met 'n lensopening van 8 m wat na L2 gevlieg sou word en rofweg $500 miljoen sou kos.[54] Die lansering is vir 2007 beplan, maar is menige keer uitgestel.
Konstruksie
_(cropped).jpg)
In Januarie 2007 het die grootste deel van die projek 'n inspeksie geslaag,[55] en in April 2007 die laaste deel. Die ontwerpfase het daarna begin. Teen Mei 2007 was die koste nog soos beplan.[56] In Maart 2008 het die projek sy voorlopige ontwerpinspeksie geslaag en oor die volgende drie jaar nog inspeksies.[57]
In April 2010 het die teleskoop 'n tegniese inspeksie geslaag wat daarop gedui het die sterrewag voldoen aan al die wetenskaplike en ingenieursvereistes vir die sending.[58] 'n Herbeplanning van die sending het daarna gevolg, met 'n beplande lansering in 2015, maar so laat as 2018. Teen 2010 het die stygende koste ander projekte beïnvloed, hoewel werk aan die JWRT self nog op tyd was.[59]
Teen 2011 was die JWRT-projek in die finale ontwerp- en vervaardigingsfase. Soos wat gewoonlik gebeur met 'n ingewikkelde ontwerp wat nie verander kan word nadat dit eers gelanseer is nie, was daar gedetailleerde inspeksies van elke deel van die operasie.
Die montering van die primêre spieël het in November 2015 begin en is op 3 Februarie 2016 voltooi. Die sekondêre spieël is op 3 Maart 2016 geïnstalleer.[60][61] Die finale konstruksie van die Webb-teleskoop is in November 2016 voltooi, waarna intensiewe toetse begin het.[62]
In Maart 2018 het Nasa die lansering van die teleskoop vir 'n jaar uitgestel tot Mei 2020 nadat die sonskild tydens toetse geskeur het. In Junie 2018 is die lansering met nog 10 maande uitgestel tot Maart 2021 ná 'n assessering van 'n onafhanklike inspeksieraad.[63] Daarvolgens was daar 344 moontlike probleme met die lansering en ontplooiing, dinge wat reggestel moes word vir die JWRT om te werk, omdat dit nie ná die tyd gedoen kon word nie.[64] In Augustus 2019 is die meganiese integrasie van die teleskoop voltooi, iets wat aanvanklik vir 12 jaar vroeër, 2007, beplan is.[65]
Nadat die konstruksie voltooi is, het die JWRT finale toetse in Kalifornië ondergaan.[66] 'n Skip met die teleskoop het op 26 September 2021 uit Kalifornië vertrek, deur die Panamakanaal gevaar en op 12 Oktober 2021 in Frans-Guiana aangekom.[67]
Deelnemende lande
Nasa, die ESA en die CSA het sedert 1996 saam aan die teleskoop gewerk. Die ESA se deelname in die bou en lansering is in 2003 deur sy lede goedgekeur en 'n ooreenkoms tussen die ESA en Nasa is in 2007 onderteken. In ruil vir volle vennootskap, verteenwoordiging en toegang tot die teleskoop vir sy sterrekundiges, verskaf die ESA die NIRSpec-instrument, die Optical Bench Assembly van die MIRI-instrument, 'n Ariane 5-lanseerder en mannekrag om operasies te ondersteun.[68][69] Die CSA verskaf die Fine Guidance Sensor en die Near-Infrared Imager Slitless Spectrograph plus mannekrag vir die ondersteuning van operasies.[70]
'n Paar duisend wetenskaplikes, ingenieurs en tegnici van 15 lande het bygedra tot die bou, toets en integrasie van die JWRT.[71] Altesaam 258 maatskappye, regeringsagentskappe en akademiese instellings het aan die voorlanseringsprojek deelgeneem; 142 van die VSA, 104 van 12 Europese lande en 12 van Kanada.[71] Ander lande wat as Nasa-vennote optree, soos Australië, was ook by die voorlansering betrokke.[72]
|
|
|
|
.svg){kind=small}
.svg){kind=small}
Remove ads
Die James Webb-ruimteteleskoop het vier hoofmikpunte:
- om te soek na lig van die eerste sterre wat ná die Oerknal in die heelal gevorm het;
- om die vorming en evolusie van sterrestelsels te ondersoek;
- om 'n begrip te kry van stervorming en planetêre stelsels; en
- om planetêre stelsels en die oorsprong van lewe te bestudeer.[73]
Dié doelwitte kan makliker bereik word met waarnemings in infrarooi lig eerder as die sigbare deel van die spektrum. Om dié rede sal die JWRT se instrumente nie sigbare of ultraviolet lig meet soos Hubble nie, maar dit het 'n veel groter vermoë om infrarooi astronomie uit te voer. Die JWRT is sensitief vir 'n reeks golflengtes van 0,6 tot 28 μm (wat ooreenstem met onderskeidelik oranje en diep-infrarooi straling by sowat 100 K (-173 °C).
Die JWRT kan gebruik word om inligting in te samel oor KIC 8462852 (Tabby se Ster), wat in 2015 ontdek is en 'n paar abnormale ligkurwe-eienskappe het.[74]
Lansering en lengte van sending
Die lansering (Ariane-vlug VA256) het soos beplan plaasgevind op 25 Desember 2021 om 12:20 UTC vanaf die Guiana-ruimtesentrum in Frans-Guiana.[75][10] Ná die geslaagde lansering het Nasa se administrateur, Bill Nelson, dit as 'n "groot dag vir planeet Aarde" beskryf.[76]
Daar is bevestig dat die teleskoop krag ontvang en 'n ontplooiingsfase van twee weke is begin[77] terwyl dit na sy bestemming reis.[78][79][80] Die sterrewag is aan die Ariane 5 gekoppel met behulp van 'n verbindingsring wat deur 'n toekomstige ruimtetuig gebruik sal kan word om die sterrewag vas te gryp in 'n poging om groot ontplooiingsprobleme reg te stel. Die teleskoop self kan egter nie gediens word nie en ruimtevaarders sal nie take kan uitvoer soos instrumente omruil, soos met Hubble, nie.[37] Die teleskoop is 27 minute 7 sekondes ná lansering van sy boonste fase vrygestel en die ruimtetuig het 'n baanaanpassing van 30 dae begin wat die teleskoop na die L2-punt sal neem.
Die teleskoop is met 'n effens kleiner spoed gelanseer as wat nodig is om sy finale wentelbaan te bereik, en dit sal nog stadiger vlieg namate dit van die Aarde af wegbeweeg sodat dit L2 met die regte snelheid sal bereik om in sy wentelbaan te gaan. Die vlug sluit drie beplande koersregstellings in om sy snelheid en koers aan te pas. Dit is omdat die sterrewag kan herstel van 'n te stadige snelheid, maar nie van 'n te vinnige snelheid nie – die sonskild moet tussen die teleskoop en die Son bly en dit voorkom dat die tuig kan omdraai of dat sy korreksievuurpyle die snelheid kan verminder.[81]
Die teleskoop het 'n minimum sendingtyd van vyf jaar, met 'n doel van 10 jaar.[82] Die wetenskaplike sending van vyf jaar sal begin ná 'n opdragfase van ses maande.[83] 'n L2-wentelbaan is onstabiel, en daarom moet die JWRT 'n dryfmiddel gebruik om in die wentelbaan te bly en nie uit die baan weg te dryf nie.[84] Dit is ontwerp om genoeg dryfmiddel vir 10 jaar te vervoer,[83] maar die presiesheid van die Ariane 5-lansering en die eerste koersaanpassing het genoeg brandstof gespaar sodat die sterrewag vir "aansienlik langer" in sy wentelbaan sal kan bly.[85]
Ariane 5 en die JWRT op die lanseerblad.
Ariane 5 met die JWRT oomblikke ná die lansering.
Die JWRT soos van die boonste fase gesien kort ná die vrystelling. Die Aarde en die Golf van Aden kan op die agtergrond gesien word.[86]
.jpg)
Wentelbaan
Die JWRT wentel naby die tweede Lagrange-punt (L2) van die Son-Aarde-stelsel om die Son; dit is 1,5 miljoen km verder van die Son as die Aarde se wentelbaan en sowat vier keer so ver as die Maan.
Gewoonlik sal dit 'n voorwerp wat verder as die Aarde van die Son af is, langer as 'n jaar neem om om die Son te wentel. Naby die L2-punt bring die gesamenlike aantrekkingskrag van die Aarde en die Son egter mee dat 'n ruimtetuig net so lank om die Son wentel as die Aarde.
Die teleskoop se halowentelbaan is skuins in verhouding met die sonnebaan en die radius wissel tussen 250 000 en 832 000 km. Dit neem sowat ses maande om te voltooi.[24]
Omdat L2 'n ewewigspunt is sonder swaartekragaantrekking, is 'n halowentelbaan nie 'n wentelbaan in die gewone sin van die woord nie: Die ruimtetuig is eintlik in 'n wentelbaan om die Son, en die halowentelbaan kan beskou word as beheerde drywing sodat dit in die omgewing van die L2-punt sal bly.[87]
Dit vereis dat die tuig se koers beheer word om dit in sy halowentelbaan te hou.[88]
Animasie van die JWRT se wentelbaan
Van bo af.
Van die kant af.
Van die kant af vanaf die Son.
Infrarooisterrekunde
Die JWRT is die amptelike opvolger van die Hubble-ruimteteleskoop. Omdat dit primêr op infrarooisterrekunde fokus, is dit ook 'n opvolger van die Spitzer-infrarooiteleskoop. JWRT sal die vermoëns van dié twee teleskope ver oortref en sal baie meer en baie ouer sterre en sterrestelsels kan sien.[89] Waarnemings in die infrarooi spektrum is 'n sleuteltegniek hiervoor vanweë kosmologiese rooiverskuiwing en omdat dit beter deur stof en gas dring. Só kan dowwer, koeler voorwerpe gesien word. Omdat waterdamp en koolstofdioksied in die aardatmosfeer die meeste infrarooi absorbeer, is infrarooisterrekunde met behulp van grondgebaseerde teleskope beperk tot smal golflengtes waar die absorpsie swakker is. Daarbenewens straal die heelal self in die infrarooi spektrum uit en oorweldig dit dikwels die lig van die voorwerp wat bestudeer word. Dit maak 'n ruimteteleskoop nuttiger vir infrarooisterrekunde.[90]
Hoe verder 'n voorwerp is, hoe jonger lyk dit. Dit is omdat sy lig ons ná 'n langer tydperk bereik het. Omdat die heelal aan die uitdy is, kry die lig 'n rooiverskuiwing hoe verder dit beweeg, en daarom is voorwerpe op uiterse afstande maklik om in infrarooi te sien.[91] Die JWRT se infrarooivermoëns sal dit na verwagting terug in die tyd laat sien tot met die vorming van die eerste sterrestelsels net 'n paar honderd miljoen jaar ná die Oerknal.[92]
Infrarooi straling skyn makliker deur streke met ruimtestof as sigbare lig. Waarnemings kan dus in infrarooisterrekunde gemaak word van voorwerpe wat nie in sigbare lig gesien kan word nie weens stof en gas,[91] soos die molekulêre wolke waarin sterre gebore word, die sirkumstellêre skywe waaruit planete ontstaan en die kerns van aktiewe sterrestelsels.[91]
Relatief koel voorwerpe (by temperature van minder as 'n paar duisend grade) straal hoofsaaklik in infrarooi uit, soos beskryf deur die Wet van Planck. Daarom kan die meeste voorwerpe wat koeler as sterre is, beter in infrarooi bestudeer word.[91] Dit sluit wolke in die interstellêre medium, bruindwerge, planete in ons en ander stelsels, komete en Kuipergordelvoorwerpe in wat met die MIRI bestudeer sal word.[92]
Koersaanpassings en ontplooiing
Van 31 minute tot sowat 13 dae ná lansering is die JWRT se sonpaneel, antenne, sonskild en spieëls ontplooi.[93]
Die sonpaneel is net ná lansering begin ontplooi, sowat een en 'n halwe minuut nadat dit van die tweede fase van die Ariane-vuurpyl geskei het;[85][94] dit het effens vroeër gebeur as wat verwag is, omdat die lansering gladder verloop het as wat beplan is. Die skeiding en die sonpaneeluitvouing was albei sigbaar op 'n regstreekse uitsending deur die kamera op die vuurpyl.[95]
Sowat 12 uur ná lansering het die teleskoop se twee primêre vuurpyle vir 65 minute gevuur om die eerste van drie beplande koersveranderings te doen.[96] Op dag twee het die kommunikasie-antenne outomaties ontplooi.[94] Op 27 Desember, 60 uur ná lansering, het die teleskoop se vuurpyle vir 9 minute 27 sekondes gevuur vir die tweede beplande koersaanpassing op pad na L2.[97]
Op 28 Desember, drie dae ná lansering, het sendingbeheerders begin met die ontplooiing oor verskeie dae van die JWRT se uiters belangrike sonskild. Die panele wat die skild omhul het, is laat oopgaan en toe is die delikate skildmembraan uitgevou.[98][99]
Op 29 Desember het beheerders die toringstruktuur ontplooi vir die skei van die twee hoofdele van die sterrewag – die teleskoop met sy spieëls en wetenskaplike instrumente, en die "bus" met die elektronika en aandrywing. Dit het die nodige afstand tussen die dele geskep sodat die teleskoop kan afkoel en die sonskild heeltemal kon oopvou.[100][101] Op 30 Desember is bedekkings opgerol wat die sonskild beskerm het en is die skild vir die eerste keer aan die ruimte blootgestel.[102][29] Op 5 Januarie is die sekondêre spieël ontplooi[103] en teen 8 Januarie was die hele teleskoop ontplooi.[12]
Op 24 Januarie, byna 'n maand ná lansering, is die derde koersaanpassing gedoen om die teleskoop in sy halowentelbaan om L2 te plaas.[14][15]
Instelling en toetsing
Op 12 Januarie 2022, terwyl die teleskoop nog op pad na sy bestemming was, het die spieëlinstelling begin. Om die 18 segmente van die primêre spieël in te stel om as een spieël te werk en die toetsing het sowat vyf maande geduur.[104][105] Vir die spieëls se instelling is dit nodig dat al 18 segmente, en die sekondêre spieël, binne 50 nanometer van mekaar is.[106]
Die eerste ster wat die teleskoop afgeneem het, is die helder HD 84406 van die 6de magnitude in die Groot Beer.[107] Altesaam 156 beelde van die lug is geneem om uit te vind waarheen elk van die 18 segmente aanvanklik wys.[19] Die spieël was nog nie opgelyn nie en die beeld bevat 18 aparte, dowwe foto's, elk met 'n beeld van die ster. Die beelde is gebruik om hulle onderskeie segmente op te lyn.[106] Elke segment is individueel gekorrigeer om fokusfoute uit te skakel, wat dan 18 aparte foto's van goeie gehalte tot gevolg het.[106] Hierna is die 18 foto's van elke segment geskuif sodat hulle presies ooreenstem om 'n enkele beeld te skep.[106]
Ter voorbereiding vir die instelling het Nasa op 3 Februarie 2022 op Twitter aangekondig dat NIRCam die teleskoop se eerste fotons waargeneem het (toe nog nie volledige foto's nie).[106][17] Op 11 Februarie 2022 het Nasa aangekondig fase 1 van die instelling is amper voltooi, met elke segment van die primêre spieël wat die teikenster, HD 84406, afgeneem en min of meer opgelyn het.[19]
Selfie: Die JWRT se primêre spieël by sy bestemming.[19]
18 beelde van dieselfde ster, HD 84406, deur die 18 ongefokusde spieëlsegmente.
Beeld ná fase 1, met die segmente aangedui wat elke foto geneem het.
18 ongefokusde beelde van HD 84406.
'n Foto van HD 84406 ná die voltooiing van fase 1.
Ná fase 2, met die effek voor en ná segmentoplyning.
Ná fase 3, met die 18 segmente "opeengestapel".
Die ster 2MASS J17554042+6551277, soos afgneem deur die NIRCam-instrument.
'n "Selfie" deur die NIRCam tydens die instellingsproses.
Skerp gefokusde sterre in die sigveld van elke instrument wys die teleskoop is ten volle ingestel en in fokus. Die grootte en posisie van elke beeld hier wys die relatiewe rangskikking van die Webb-instrumente in die beeldvlak.
'n Vergelyking tussen foto's deur die Spitzer-ruimteteleskoop (links) en die JWRT[108]
.png)
.png)
Remove ads
Die uitreiking van die eerste volkleurbeelde en spektroskopiese data het op 12 Julie 2022 plaasgevind. Dit was ook die amptelike begin van Webb se algemene wetenskaplike operasies. Die Amerikaanse president Joe Biden het die eerste foto, Webb se Eerste Diepveld, op 11 Julie 2022 onthul[109][110] (sien die foto links heel bo).
Nasa het die lys waarnemings bekend gemaak wat ook uitgereik word:[111]
- Carina-newel
- WASP-96b
- Suidelike Ring-newel
- Stephan se Kwintet
- SMACS J0723.3-7327, 'n gravitasielensbeeld van baie verafgeleë sterrestelsels.
Op 14 Julie 2022 het Nasa vir die eerste keer beelde van Jupiter en verwante gebiede uitgereik, insluitende infrarooibeelde deur die JWRT.[112]
Binne twee weke ná die eerste JWRT-foto's het verskeie koerante 'n groot reeks vroeë sterrestelsels beskryf wat vermoedelik van 235 miljoen jaar (z=16,7) tot 280 miljoen jaar ná die Oerknal bestaan het, veel vroeër was wat voorheen vermoed is. Die resultate moet nog bevestig word.[113] Op 17 Augustus 2022 het Nasa 'n groot mosasïekbeeld van 690 individuele raampies uitgereik wat deur die nabyinfrarooikamera op die JWRT geneem is van talle baie vroeë sterrestelsels.[114][115] Van die sterrestelsels, soos CEERS-93316, het 'n geraamde rooiverskuiwing van z=16,7, wat ooreenstem met 235,8 miljoen jaar ná die Oerknal.[116]
- Eerste beelde deur die JWRT
Carina-newel
Stephan se Kwintet
Die spektrum van WASP-96b
.png)
_(weic2206a).jpeg)
- Die Wawielsterrestelsel, 500 miljoen ligjare van die Son af in die Beeldhouer
NIRCam/MIRI-samestelling
NIRCam
MIRI
.png)
Remove ads
Remove ads
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
Remove ads