Подивіться, що здатний побачити в космосі наступник Хаббла. Огляд телескопа Уебб

Кейси
3 серпня 2020

Подивіться, що здатний побачити в космосі наступник Хаббла. Огляд телескопа Уебб

Далі

Анастасія
Нікіфорова

Новинний редактор

Анастасія
Нікіфорова

Новинний редактор

Космічний телескоп Джеймса Вебба (іноді його називають JWST або Webb) — це орбітальна інфрачервона обсерваторія, яка доповнить і розширить відкриття космічного телескопа Хаббла з більш довгим хвилястим охопленням і поліпшеною чутливістю. Пристрій Уэббуа дозволяє йому заглядати в пилові хмари, де сьогодні формуються зірки і планетні системи. Як Уеббу цю вдається, а Хабблу — ні? Порівнюємо два телескопа: їх розміри і результати спостережень. А також розповідаємо про перше завдання для телескопа, який лише нещодавно був повністю зібраний.

Уебб проти Хаббла

Заміна старого телескопа або наступник?

Уебб часто називають заміною Хабблу, але в НАСА його воліють називати наступником легендарного телескопа. Зрештою, наукові цілі Уебба були поставлені на підставі отриманих результатів від Хаббла.

Досягнення Хаббла підштовхнула вчених до ідеї використовувати хвилі більшої довжини, щоб «вийти за межі» спостережень. Більш віддалені об’єкти мають високу зміщення в червоний спектр. Таким чином, для спостереження за цими віддаленими об’єктами (наприклад, першими галактиками, утвореними у Всесвіті) потрібно інфрачервоний телескоп.

Це ще одна причина, по якій Уебб не є заміною Хабблу; його можливості не ідентичні. Уебб буде в першу чергу дивитися на Всесвіт в інфрачервоному діапазоні, в той час як Хаббл вивчає її в першу чергу на оптичних та ультрафіолетових довжинах хвиль (хоча він має деякі можливості роботи в інфрачервоному світлі).

Спостереження в інфрачервоному світлі дозволяють зазирнути за пылевую завісу, і побачити, що за нею ховається.

Чому Уебб бачить більше?

Світло поширюється у діапазоні частот вздовж електромагнітного спектру. Наші очі еволюціонували, щоб виявити смугу спектра, яка відома як «видимий світ», що не дивно, враховуючи, що наша атмосфера блокує багато інших довжини хвиль. Проте є багато інших форм світу, які ми не можемо бачити як всередині, так і за межами нашої атмосфери.

НАСА

Інфрачервоне світло має велику довжину хвилі і може проходити крізь об’єкти у просторі, які блокує видиме світло, такі як газ і пил. Ось чому зображення, отримані за допомогою телескопів, які виявляють інфрачервоні частоти, можуть виділяти об’єкти за межами цих хмар і здаватися більш чіткими, ніж ті, які зроблені за допомогою інших телескопів.

У Уебба також набагато більше дзеркало, ніж у Хаббла. Ця велика площа збирання світла означає, що Уебб може заглянути далі в часі, ніж Хаббл здатний це зробити.

Крім того, Хаббл знаходиться на дуже близькій орбіті навколо Землі, а Уебб буде на відстані 1,5 млн км у другій точці Лагранжа (L2).

Буде Уебб робити такі ж красиві знімки як Хаббл?

Так. Крім того, що за допомогою телескопа Уебба вчені зможуть побачити те, що ніколи раніше не бачили, у дослідників з’явиться можливість спостерігати вже відкриті об’єкти в новому світлі. У буквальному сенсі.

Краса і якість астрономічного зображення залежить від двох речей: різкості і кількості пікселів в камері. В обох випадках Уебб дуже схожий і у багатьох відношеннях краще, ніж Хаббл. Хоча зображення Уебба будуть інфрачервоними, їх можна перетворити за допомогою комп’ютера в видиме зображення. Крім того, він може бачити помаранчевий і червоний видиме світло. Зображення Уебба будуть іншими, але такими ж красивими, як у Хаббла.

Порівнюємо розміри телескопів

У Уебба буде первинне дзеркало діаметром 6,5 м, це дає йому значно більшу площу збору, ніж дзеркала, доступні в космічному телескопі нинішнього покоління. Дзеркало Хаббла набагато менше — 2,4 м в діаметрі і його площа збирання інформації становить 4,5 м2. У Джеймса Вебба ця площа в 6,25 рази більше. Крім того, у Уебба буде значно більше поле зору, ніж у камери NICMOS на Хаббле. Уебб зможе охопити в 15 разів більше простору.

Як далеко побачить Уебб? І що не бачить Хаббл?

З-за часу, що потрібно світла, щоб подорожувати, ніж ми далі від об’єкта, тим далі назад в часі ми дивимося.

Ця ілюстрація порівнює різні телескопи і те, як далеко вони можуть бачити. По суті, Хаббл може бачити еквівалент «галактик-малюків», а телескоп Уебба зможе бачити вже «дитячі галактики». Одна з причин, по якій Уебб зможе побачити перші галактики, полягає в тому, що це інфрачервоний телескоп.

Чим далі об’єкт, тим більше тому ми дивимося з-за часу, що потрібно світла, щоб подорожувати. Коли ми дивимося на об’єкти через вдосконалений телескоп, ми бачимо ці об’єкти майже такими ж, якими вони були, коли світ вперше покинув їх 13,6 мільярда років тому.

Завдяки своїй здатності бачити Всесвіт у більш довгохвильовому інфрачервоному світлі Джеймс Уебб зможе бачити деякі з найвіддаленіших галактик у Всесвіті, крім видимого/ультрафіолетового випромінювання Хаббла. Це тому, що світло від віддалених об’єктів розтягується розширенням нашого Всесвіту, і ефект, відомий як червоне зміщення. Таким чином, у той час як Хаббл зміг переглядати «малюки» галактик, Джеймс Уебб почне вдивлятися в їх народження.

Всесвіт (і, отже, галактика в ній) розширюється. Коли ми говоримо про найбільш віддалених об’єктах, насправді в гру вступає Ейнштейн. Розширення всесвіту означає, що простір між об’єктами фактично розтягується, змушуючи об’єкти (галактики) відходити один від одного. Крім того, будь-світло в цьому просторі також буде розтягуватися, змінюючи довжину хвилі цього світла в бік більш довгих хвиль. Це може зробити віддалені об’єкти дуже тьмяним (або невидимими) на видимих довжинах хвиль світла, тому що це світло досягає нас вже як інфрачервоне світло. Інфрачервоні телескопи, такі як Уебб, ідеально підходять для спостереження за цими ранніми галактиками.

Порівнюємо орбіту Уебба і Хаббла

Земля знаходиться в 150 млн. км від Сонця, а Місяць обертається навколо Землі на відстані приблизно 384 500 км. Космічний телескоп Хаббла обертається навколо Землі на висоті ~570 км над нею. Насправді Уебб не буде обертатися навколо Землі — він буде перебувати на відстані 1,5 млн км.

Уебб буде обертатися навколо Сонця на відстані 1,5 мільйона кілометрів (1 мільйон миль) від Землі в так званій другій точці Лагранжа або L2. (Зверніть увагу, що ця графіка не в масштабі)

Оскільки Хаббл перебуває на навколоземній орбіті, корабель зміг запустити її в космос. Уебб буде запущений на ракеті Ariane 5, і оскільки не буде перебувати на навколоземній орбіті, то не призначений для обслуговування космічним човником.

Сонячний щит Уебба буде блокувати світло від Сонця, Землі і Місяця. Це допоможе Веббу залишатися в спокійному стані і не «відволікатися» на ближнє світло, що дуже важливо для інфрачервоного телескопа.

Коли Земля обертається навколо Сонця, Уебб буде обертатися навколо неї — але залишиться нерухомим в тому ж місці відносно Землі і Сонця

Особливості Уебба

Дзеркала

Основне дзеркало Уебба має 18 сегментів, які працюють разом як один, усі вони можуть бути налаштовані індивідуально. Його сегменти мають масу ~20 кг і заввишки близько метра. Покриття дзеркал настільки тонке, що людський волосся в 1 000 разів товщі! У кожного сегмента свої особливості.

Чому шестикутна форма?

Гексагональна форма допускає приблизно кругле сегментоване дзеркало з високим коефіцієнтом заповнення і шестиразовій симетрією». Високий коефіцієнт заповнення означає, що сегменти з’єднуються без зазорів. Якби сегменти були круглими, між ними були б проміжки. Симетрія хороша тим, що для 18 сегментів потрібно всього 3 різних оптичних рецепта, по 6 на кожен (див. Праву діаграму вище). Нарешті, бажана приблизно кругла загальна форма дзеркала, оскільки вона фокусує світло в найбільш компактну область на детекторах. Наприклад, овальне дзеркало дає зображення, витягнуті в одному напрямку. Квадратне дзеркало посилало багато світла з центральної області.

Ось як світло буде надходити на телескоп Уебба.

Чутливість, роздільна здатність і довжина хвилі телескопа Уебб

Уебб настільки чутливий, що може виявити теплову сигнатуру джмеля на відстані місяця і може бачити деталі розміром з копійку США на відстані близько 40 км

Уебб побачить Всесвіт у світі, невидимому для людського ока. Хоча здається, що це в першу чергу інфрачервоне світло, він також може бачити червоний і золотий видиме світло. (Діапазон довжин хвиль Уебба становить від 0,6 до 28,5 мкм).

Розгортання Уебба. Як це відбудеться?

Команда Webb Telescope також вирішила побудувати дзеркало в сегментах на структурі, яка складається, щоб він міг поміститися в ракету. Дзеркало розкриється після запуску: кожен з 18 дзеркальних сегментів гексагональної форми має діаметр 1,32 м. Вторинне дзеркало Уебба має діаметр 0,74 м.

https://www.youtube.com/watch?v=bTxLAGchWnA&feature=youtu.beЧто буде вивчати телескоп Уебб?

Перші зірки і галактики

Завдяки безпрецедентній чутливості до інфрачервоному випромінюванню він буде дивитися в часі більш ніж на 13,5 млрд років, щоб побачити перші галактики, народжені після Великого вибуху.

Як збираються галактики

Уебб допоможе астрономам порівнювати найслабші і самі ранні галактики з сучасними великими спіралями і эллиптиками, допомагаючи нам зрозуміти, як галактики збираються за мільярди років.

Народження зірок і планетних систем

Уебб зможе бачити крізь масивні хмари пилу, непрозорі для обсерваторій видимого світла, таких як Хаббл, де народжуються зірки і планетні системи.

Екзопланети

Уебб розповість нам більше про атмосферах позасонячних планет і, можливо, навіть знайде будівельні блоки життя в інших місцях всесвіту. На додаток до інших планетним систем Уебб буде також вивчати об’єкти в нашій власній Сонячній системі.

Перше завдання Уебба: він вивчить Юпітер, його кільця і дві інтригуючі місяця

Різноманітна команда з більш ніж 40 дослідників, очолювана астрономом Инке де Патером з Каліфорнійського університету, Берклі і Тьєррі Фуше з Обсерваторії Парижа, розробила амбітну програму спостережень, яка проведе деякі з перших наукових спостережень Уебба в Сонячній системі. Вони будуть вивчати Юпітер, його кільцеву систему і дві його місяця: Ганімед і Іо.

Це буде дійсно складний експеримент, підкреслюють вчені. Юпітер настільки яскравий, а інструменти Уебба настільки чутливі, що спостереження за яскравою планетою, її більш слабкими кільцями і місяцями стане відмінним випробуванням інноваційних технологій Уебба.

Юпітер і його шторми

На додаток до калібрування інструментів Уебба для яскравості Юпітера астрономи також повинні враховувати обертання планети, тому що Юпітер завершує один день всього за 10 годин. Кілька зображень повинні бути зшиті разом у мозаїку, щоб повністю захопити певну область — наприклад, знаменитий шторм, відомий як Велика Червона Пляма, — завдання, яке ускладнюється, коли сам об’єкт рухається. У той час як багато телескопи вивчали Юпітер і його шторми, велике дзеркало Уебба і потужні інструменти дадуть нові ідеї.

Штормові циклони оточують Північний полюс Юпітера, захоплений в інфрачервоному світлі космічним кораблем НАСА Юнона.

Кредити: НАСА/JPL-Caltech/SwRI/ASI/INAF/JIRAM

Уебб також вивчить атмосферу полярного регіону, де космічний корабель НАСА Юнона виявив скупчення циклонів. Спектроскопічні дані Уебба нададуть набагато більше деталей, ніж це було можливо в попередніх спостереженнях, вимірах вітру, часток хмар, складу газу і температури.

Кільця Юпітера

У всіх чотирьох газових гігантів планет Сонячної системи є кільця, причому Сатурн є найвидатнішим. Кільцева система Юпітера складається з трьох частин: плоского основного кільця; гало всередині основного кільця у формі подвійної опуклої лінзи; і тонке кільце, зовнішнє по відношенню до основного кільця. Кільцева система Юпітера виключно слабка, тому що частинки, з яких складаються кільця, настільки малі і рідкісні, що не відображають багато світла. Поряд з яскравістю планети вони практично зникають, кидаючи виклик астрономам.

На космічному кораблі НАСА «Галілей» було отримано зображення кільцевої системи Юпітера, включаючи дифузне зовнішнє тонке кільце.

Кредити: НАСА/JPL/Корнельський університет

Супутник Юпітера — Ганімед

Кілька особливостей крижаного Ганімеда роблять його захоплюючим для астрономів. Крім того, що вона є найбільшою місяцем у Сонячній системі і навіть більше, ніж планета Меркурій, це єдина відома місяць, що володіє власним магнітним полем. Команда досліджує самі зовнішні частини атмосфери Ганімеда, його екзосфери, щоб краще зрозуміти взаємодію Місяця з частками у магнітному полі Юпітера.

Є також докази того, що у Ганімеда може бути рідкий солоний морський океан під його товстим поверхневим льодом, який Уебб буде досліджувати з докладним спектроскопічним дослідженням поверхневих солей та інших сполук. Досвід групи, що вивчає поверхню Ганімеда, може бути корисний при подальшому вивченні інших супутників крижаний Сонячної системи, імовірно, мають подповерхностные океани, включаючи супутник Сатурна Енцелад і супутник Юпітера Європа.

Супутник Юпітера — Іо

На відміну від Ганімеда, іншого супутника, команда вивчить Іо, самий вулканически активний світ в Сонячній системі. Динамічна поверхня покрита сотнями величезних вулканів, які затьмарять ті, що на Землі, а також озерами розплавленої лави і гладкими заплавами затверділої лави. Астрономи планують використовувати Уебба, щоб дізнатися більше про вплив вулканів Іо на його атмосферу.

Ще одна загадка, яку Уебб розгляне на Іо, — це існування «прихованих вулканів», які випускають газові струмені без світловідбиваючої пилу, яку можна виявити за допомогою космічного корабля, такого як місії НАСА «Вояджер» і «Галілео», і тому до цих пір залишаються непоміченими. Висока роздільна здатність Уебба дозволить виділити окремі вулкани, які раніше були б схожі на одну велику точку доступу, дозволяючи астрономам збирати докладні дані про геології Іо.

Космічний корабель НАСА «Галілей» ловить Іо в розпал виверження вулкана.

Кредити: НАСА/JPL/DLR

Уебб також надасть безпрецедентні дані про температуру гарячих точок Іо і визначить, ближче вони до вулканизму на Землі сьогодні або мають набагато більш високу температуру, подібну навколишнього середовища на Землі в перші роки після її утворення. Попередні спостереження місії «Галілео» і наземних обсерваторій натякали на ці високі температури; Уебб продовжить дослідження і надасть нові докази, які можуть вирішити питання.

Читати також

Астрономи знайшли краще місце на Землі для телескопа

В Іспанії і Великобританії зафіксували рекордно високу температуру

Німеччина заборонила одноразові пластикові трубочки, прилади і посуд

Источник

Описание admin

Рекомендуем прочесть

Tesla представить двофакторну аутентифікацію

Новини 16 серпня 2020 Tesla представить двофакторну аутентифікацію Далі Ильнур Шарафиев Редактор Ильнур Шарафиев Редактор …

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *