"James Webb": lo que verá el telescopio más avanzado del mundo
Fantasmas del espacio profundo.
Un día alguien dijo: los creadores de Hubble necesitan erigir un monumento en cada ciudad importante de la Tierra. Sus méritos son muy, mucho. Así, por ejemplo, con la ayuda de este telescopio, los astrónomos obtuvieron una imagen de una galaxia muy lejana UDFj-39546284. En enero, 2011, los científicos descubrieron que se encuentra más lejos que el titular del registro anterior, UDFy-38135539, aproximadamente 150 millones de años luz. Galaxy UDFj-39546284 se elimina de nosotros en 13,4 mil millones de años luz. Es decir, Hubble vio estrellas que existían hace más de 13 mil millones de años, a través de 380 millones de años después del Big Bang. Es probable que estos objetos ya no estén "vivos": solo vemos la luz de las luminarias y galaxias muertas.
Pero por todos sus méritos, el Telescopio Espacial Hubble es una tecnología del milenio pasado: se lanzó en el año 1990. Por supuesto, a lo largo de los años, la tecnología ha avanzado. El telescopio Hubble apareció en nuestro tiempo, sus capacidades habrían superado enormemente a la versión original. Así es como apareció James Webb.
Lo que es útil "James Webb"
El nuevo telescopio, al igual que su antepasado, es también un observatorio orbital de infrarrojos. Esto significa que su principal tarea será el estudio de la radiación térmica. Recuerde que los objetos calentados a una cierta temperatura emiten energía en el espectro infrarrojo. La longitud de onda depende de la temperatura de calentamiento: cuanto más alta es, menor es la longitud de onda y más intensa es la radiación.
Sin embargo, hay una diferencia conceptual entre los telescopios. El Hubble está en órbita terrestre baja, es decir, gira alrededor de la Tierra a una altitud de aproximadamente 570 km. "James Webb" se lanzará en órbita de halo en el punto L2 de Lagrange del sistema Sol-Tierra. Girará alrededor del Sol y, a diferencia de la situación con el Hubble, la Tierra no lo perturbará. El problema surge inmediatamente: cuanto más lejos está el objeto de la Tierra, más difícil es contactarlo, por lo tanto, mayor es el riesgo de perderlo. Por lo tanto, "James Webb" se moverá alrededor de la luz en sincronía con nuestro planeta. En este caso, la remoción del telescopio de la Tierra será de 1,5 millones de kilómetros en la dirección opuesta al Sol. A modo de comparación, la distancia de la Tierra a la Luna es 384 403 km. Es decir, si el equipo de "James Webb" falla, repararlo, lo más probable es que no funcione (excepto en un modo remoto, que impone serias limitaciones técnicas). Por lo tanto, un telescopio prometedor se hace no solo confiable, sino también extremadamente confiable. Esto se debe en parte al aplazamiento constante de la fecha de lanzamiento.
Hay otra diferencia importante con James Webb. El equipo le permitirá concentrarse en objetos muy antiguos y fríos que Hubble no podría haber considerado. Así sabremos cuándo y dónde aparecerán las primeras estrellas, quásares, galaxias, cúmulos y supercúmulos de galaxias.
Los descubrimientos más interesantes que puede hacer un nuevo telescopio son los exoplanetas. Para ser más precisos, estamos hablando de determinar su densidad, lo que nos permitirá comprender qué tipo de objeto está frente a nosotros y si ese planeta podría ser potencialmente habitable. Con la ayuda de "James Webb", los científicos también esperan recopilar datos sobre la masa y el diámetro de planetas distantes, y esto abrirá nuevos datos sobre la galaxia nativa.
El equipo del telescopio permitirá detectar exoplanetas fríos con temperaturas de superficie de hasta 27 ° C (la temperatura promedio en la superficie de nuestro planeta es igual a 15 ° C). "James Webb" podrá encontrar dichos objetos ubicados a una distancia de más de 12 unidades astronómicas (es decir, distancias de la Tierra al Sol) de sus luminarias y alejadas de la Tierra a una distancia de 15 años luz. Los planes serios se relacionan con la atmósfera de los planetas. Los telescopios "Spitzer" y "Hubble" pudieron recopilar información sobre unos cien proyectiles de gas. Según los expertos, el nuevo telescopio podrá investigar al menos trescientas atmósferas de diferentes exoplanetas.
Otro punto es resaltar la búsqueda de poblaciones estelares hipotéticas de tipo III, que deberían constituir la primera generación de estrellas que apareció después del Big Bang. Los científicos estiman que estas son luminarias muy pesadas con una vida útil corta, que, por supuesto, ya no existen. Estos objetos tenían una gran masa debido a la ausencia de carbono, lo cual es necesario para la reacción termonuclear clásica, en la cual el hidrógeno pesado se convierte en helio ligero y el exceso de masa se convierte en energía. Además de todo esto, el nuevo telescopio podrá estudiar en detalle los lugares no explorados donde nacen las estrellas, lo que también es muy importante para la astronomía.
Las principales tareas del nuevo telescopio:
- Búsqueda y estudio de las galaxias más antiguas.
- Búsqueda de exoplanetas similares a la Tierra;
- Detección de poblaciones estelares del tercer tipo;
- El estudio de las "cunas estelares".
Las características de diseño
El dispositivo fue desarrollado por dos compañías estadounidenses: Northrop Grumman y Bell Aerospace. James Webb Space Telescope es una obra de ingeniería. El nuevo telescopio pesa 6,2 T - para comparar, el Hubble tiene una masa de 11 T. Pero si el telescopio antiguo se puede comparar en tamaño con un camión, entonces el nuevo telescopio es comparable a una cancha de tenis. Su longitud alcanza 20 m, y su altura es como la de una casa de tres pisos. La parte más grande del Telescopio Espacial James Webb es el enorme escudo contra el sol. Esta es la base de toda la estructura, creada a partir de una película de polímero. Por un lado, está cubierto con una fina capa de aluminio, y por el otro, silicona metálica.
El protector solar tiene varias capas. El vacío entre ellos llena el vacío. Esto es necesario para proteger el equipo del "golpe de calor". Este enfoque permite enfriar matrices supersensibles a –220 ° C, lo cual es muy importante cuando se trata de observar objetos distantes. El hecho es que, a pesar de los sensores perfectos, no pudieron ver los objetos debido a otros detalles "candentes" de "James Webb".
En el centro del diseño - un espejo enorme. Esta es una "superestructura" que se necesita para enfocar los haces de luz: un espejo los endereza, creando una imagen clara. El diámetro del espejo principal del telescopio "James Webb" es igual a 6,5 m. Incluye bloques 18: durante el lanzamiento del cohete portador, estos segmentos estarán en una forma compacta y se abrirán solo después de que el aparato entre en órbita. Cada segmento tiene seis esquinas: esto se hace para hacer un uso óptimo del espacio disponible. Y la forma redonda del espejo permite enfocar mejor la luz en los detectores.
Para la fabricación del espejo, se eligió el berilio, un metal relativamente duro de color gris claro, que, entre otras cosas, se caracteriza por un alto costo. Una de las ventajas de esta elección es que el berilio conserva su forma incluso a temperaturas muy bajas, lo cual es muy importante para la correcta recopilación de información.
Instrumentos cientificosg
Un resumen de la perspectiva del telescopio sería incompleto si no nos centramos en sus principales instrumentos:
MIRI. Este es un dispositivo de infrarrojo medio. Incluye una cámara y un espectrógrafo. La estructura de MIRI incluye varias matrices de detectores de silicio-arsénico. Debido a los sensores de este dispositivo, los astrónomos esperan considerar el desplazamiento hacia el rojo de objetos distantes: estrellas, galaxias e incluso pequeños cometas. El desplazamiento al rojo cosmológico es la disminución de las frecuencias de radiación, que se explica por la eliminación dinámica de las fuentes entre sí debido a la expansión del Universo. Lo más interesante es que no se trata solo de arreglar un objeto remoto en particular, sino de obtener una gran cantidad de datos sobre sus propiedades.
NIRCam, o la cámara de infrarrojo cercano, es la principal unidad de imagen del telescopio. NIRCam es un complejo de sensores de mercurio-cadmio-telurio. El rango operativo del dispositivo NIRCam es 0,6-5 µm. Es difícil siquiera imaginar qué secretos ayudará a resolver NIRCam. Los científicos, por ejemplo, quieren crear un mapa de materia oscura con él, utilizando el llamado método de lente gravitacional, es decir, encontrando coágulos de materia oscura en su campo gravitatorio, notable en la curvatura de la trayectoria de la radiación electromagnética cercana.
NIRSpec. Sin un espectrógrafo de infrarrojo cercano, sería imposible determinar las propiedades físicas de los objetos astronómicos, como la masa o la composición química. NIRSpec puede proporcionar espectroscopía de resolución media en el rango de longitud de onda de 1 a 5 µm y baja resolución con una longitud de onda de 0,6-5 µm. El dispositivo consiste en un conjunto de celdas con control individual, que le permite concentrarse en objetos específicos, “eliminando” la radiación innecesaria.
FGS / NIRISS. Este es un par que consiste en un sensor de puntería de precisión y un dispositivo de imágenes de infrarrojo cercano con un espectrógrafo sin espacios. Debido al sensor de guía de precisión (FGS), el telescopio podrá enfocar con la mayor precisión posible y, a expensas de NIRISS, los científicos intentarán realizar las primeras pruebas orbitales del telescopio, que darán una idea general de su estado. También se supone que el dispositivo de imágenes desempeñará un papel importante en la observación de planetas distantes.
Formalmente, el telescopio pretende operar de cinco a diez años. Sin embargo, como muestra la práctica, este período puede extenderse indefinidamente. Y "James Webb" puede proporcionarnos información mucho más útil y simplemente interesante de lo que nadie podría haber imaginado. Además, ahora es imposible imaginar qué tipo de "monstruo" reemplazará al "James Webb" en sí, y qué suma astronómica costará su construcción.
En la primavera de 2018, el precio del proyecto aumentó a un impensable $ 9,66 mil millones. En comparación, el presupuesto anual de la NASA es de alrededor de $ 20 mil millones, y Hubble valía $ 2,5 mil millones en el momento de la construcción. En otras palabras, James Webb ya ingresó historia como el telescopio más caro y uno de los proyectos más caros en la historia de la exploración espacial. Solo el programa lunar, la Estación Espacial Internacional, los transbordadores y el sistema de posicionamiento GPS global cuestan más. Sin embargo, "James Webb" aún está por delante: su precio aún puede crecer aún más. Y a pesar de que expertos de los países de 17 participaron en su construcción, la mayor parte de la financiación aún está en manos de los Estados. Se debe asumir que esto continuará.
Un día alguien dijo: los creadores de Hubble necesitan erigir un monumento en cada ciudad importante de la Tierra. Sus méritos son muy, mucho. Así, por ejemplo, con la ayuda de este telescopio, los astrónomos obtuvieron una imagen de una galaxia muy lejana UDFj-39546284. En enero, 2011, los científicos descubrieron que se encuentra más lejos que el titular del registro anterior, UDFy-38135539, aproximadamente 150 millones de años luz. Galaxy UDFj-39546284 se elimina de nosotros en 13,4 mil millones de años luz. Es decir, Hubble vio estrellas que existían hace más de 13 mil millones de años, a través de 380 millones de años después del Big Bang. Es probable que estos objetos ya no estén "vivos": solo vemos la luz de las luminarias y galaxias muertas.
Pero por todos sus méritos, el Telescopio Espacial Hubble es una tecnología del milenio pasado: se lanzó en el año 1990. Por supuesto, a lo largo de los años, la tecnología ha avanzado. El telescopio Hubble apareció en nuestro tiempo, sus capacidades habrían superado enormemente a la versión original. Así es como apareció James Webb.
Lo que es útil "James Webb"
El nuevo telescopio, al igual que su antepasado, es también un observatorio orbital de infrarrojos. Esto significa que su principal tarea será el estudio de la radiación térmica. Recuerde que los objetos calentados a una cierta temperatura emiten energía en el espectro infrarrojo. La longitud de onda depende de la temperatura de calentamiento: cuanto más alta es, menor es la longitud de onda y más intensa es la radiación.
Sin embargo, hay una diferencia conceptual entre los telescopios. El Hubble está en órbita terrestre baja, es decir, gira alrededor de la Tierra a una altitud de aproximadamente 570 km. "James Webb" se lanzará en órbita de halo en el punto L2 de Lagrange del sistema Sol-Tierra. Girará alrededor del Sol y, a diferencia de la situación con el Hubble, la Tierra no lo perturbará. El problema surge inmediatamente: cuanto más lejos está el objeto de la Tierra, más difícil es contactarlo, por lo tanto, mayor es el riesgo de perderlo. Por lo tanto, "James Webb" se moverá alrededor de la luz en sincronía con nuestro planeta. En este caso, la remoción del telescopio de la Tierra será de 1,5 millones de kilómetros en la dirección opuesta al Sol. A modo de comparación, la distancia de la Tierra a la Luna es 384 403 km. Es decir, si el equipo de "James Webb" falla, repararlo, lo más probable es que no funcione (excepto en un modo remoto, que impone serias limitaciones técnicas). Por lo tanto, un telescopio prometedor se hace no solo confiable, sino también extremadamente confiable. Esto se debe en parte al aplazamiento constante de la fecha de lanzamiento.
Hay otra diferencia importante con James Webb. El equipo le permitirá concentrarse en objetos muy antiguos y fríos que Hubble no podría haber considerado. Así sabremos cuándo y dónde aparecerán las primeras estrellas, quásares, galaxias, cúmulos y supercúmulos de galaxias.
Los descubrimientos más interesantes que puede hacer un nuevo telescopio son los exoplanetas. Para ser más precisos, estamos hablando de determinar su densidad, lo que nos permitirá comprender qué tipo de objeto está frente a nosotros y si ese planeta podría ser potencialmente habitable. Con la ayuda de "James Webb", los científicos también esperan recopilar datos sobre la masa y el diámetro de planetas distantes, y esto abrirá nuevos datos sobre la galaxia nativa.
El equipo del telescopio permitirá detectar exoplanetas fríos con temperaturas de superficie de hasta 27 ° C (la temperatura promedio en la superficie de nuestro planeta es igual a 15 ° C). "James Webb" podrá encontrar dichos objetos ubicados a una distancia de más de 12 unidades astronómicas (es decir, distancias de la Tierra al Sol) de sus luminarias y alejadas de la Tierra a una distancia de 15 años luz. Los planes serios se relacionan con la atmósfera de los planetas. Los telescopios "Spitzer" y "Hubble" pudieron recopilar información sobre unos cien proyectiles de gas. Según los expertos, el nuevo telescopio podrá investigar al menos trescientas atmósferas de diferentes exoplanetas.
Otro punto es resaltar la búsqueda de poblaciones estelares hipotéticas de tipo III, que deberían constituir la primera generación de estrellas que apareció después del Big Bang. Los científicos estiman que estas son luminarias muy pesadas con una vida útil corta, que, por supuesto, ya no existen. Estos objetos tenían una gran masa debido a la ausencia de carbono, lo cual es necesario para la reacción termonuclear clásica, en la cual el hidrógeno pesado se convierte en helio ligero y el exceso de masa se convierte en energía. Además de todo esto, el nuevo telescopio podrá estudiar en detalle los lugares no explorados donde nacen las estrellas, lo que también es muy importante para la astronomía.
Las principales tareas del nuevo telescopio:
- Búsqueda y estudio de las galaxias más antiguas.
- Búsqueda de exoplanetas similares a la Tierra;
- Detección de poblaciones estelares del tercer tipo;
- El estudio de las "cunas estelares".
Las características de diseño
El dispositivo fue desarrollado por dos compañías estadounidenses: Northrop Grumman y Bell Aerospace. James Webb Space Telescope es una obra de ingeniería. El nuevo telescopio pesa 6,2 T - para comparar, el Hubble tiene una masa de 11 T. Pero si el telescopio antiguo se puede comparar en tamaño con un camión, entonces el nuevo telescopio es comparable a una cancha de tenis. Su longitud alcanza 20 m, y su altura es como la de una casa de tres pisos. La parte más grande del Telescopio Espacial James Webb es el enorme escudo contra el sol. Esta es la base de toda la estructura, creada a partir de una película de polímero. Por un lado, está cubierto con una fina capa de aluminio, y por el otro, silicona metálica.
El protector solar tiene varias capas. El vacío entre ellos llena el vacío. Esto es necesario para proteger el equipo del "golpe de calor". Este enfoque permite enfriar matrices supersensibles a –220 ° C, lo cual es muy importante cuando se trata de observar objetos distantes. El hecho es que, a pesar de los sensores perfectos, no pudieron ver los objetos debido a otros detalles "candentes" de "James Webb".
En el centro del diseño - un espejo enorme. Esta es una "superestructura" que se necesita para enfocar los haces de luz: un espejo los endereza, creando una imagen clara. El diámetro del espejo principal del telescopio "James Webb" es igual a 6,5 m. Incluye bloques 18: durante el lanzamiento del cohete portador, estos segmentos estarán en una forma compacta y se abrirán solo después de que el aparato entre en órbita. Cada segmento tiene seis esquinas: esto se hace para hacer un uso óptimo del espacio disponible. Y la forma redonda del espejo permite enfocar mejor la luz en los detectores.
Para la fabricación del espejo, se eligió el berilio, un metal relativamente duro de color gris claro, que, entre otras cosas, se caracteriza por un alto costo. Una de las ventajas de esta elección es que el berilio conserva su forma incluso a temperaturas muy bajas, lo cual es muy importante para la correcta recopilación de información.
Instrumentos cientificosg
Un resumen de la perspectiva del telescopio sería incompleto si no nos centramos en sus principales instrumentos:
MIRI. Este es un dispositivo de infrarrojo medio. Incluye una cámara y un espectrógrafo. La estructura de MIRI incluye varias matrices de detectores de silicio-arsénico. Debido a los sensores de este dispositivo, los astrónomos esperan considerar el desplazamiento hacia el rojo de objetos distantes: estrellas, galaxias e incluso pequeños cometas. El desplazamiento al rojo cosmológico es la disminución de las frecuencias de radiación, que se explica por la eliminación dinámica de las fuentes entre sí debido a la expansión del Universo. Lo más interesante es que no se trata solo de arreglar un objeto remoto en particular, sino de obtener una gran cantidad de datos sobre sus propiedades.
NIRCam, o la cámara de infrarrojo cercano, es la principal unidad de imagen del telescopio. NIRCam es un complejo de sensores de mercurio-cadmio-telurio. El rango operativo del dispositivo NIRCam es 0,6-5 µm. Es difícil siquiera imaginar qué secretos ayudará a resolver NIRCam. Los científicos, por ejemplo, quieren crear un mapa de materia oscura con él, utilizando el llamado método de lente gravitacional, es decir, encontrando coágulos de materia oscura en su campo gravitatorio, notable en la curvatura de la trayectoria de la radiación electromagnética cercana.
NIRSpec. Sin un espectrógrafo de infrarrojo cercano, sería imposible determinar las propiedades físicas de los objetos astronómicos, como la masa o la composición química. NIRSpec puede proporcionar espectroscopía de resolución media en el rango de longitud de onda de 1 a 5 µm y baja resolución con una longitud de onda de 0,6-5 µm. El dispositivo consiste en un conjunto de celdas con control individual, que le permite concentrarse en objetos específicos, “eliminando” la radiación innecesaria.
FGS / NIRISS. Este es un par que consiste en un sensor de puntería de precisión y un dispositivo de imágenes de infrarrojo cercano con un espectrógrafo sin espacios. Debido al sensor de guía de precisión (FGS), el telescopio podrá enfocar con la mayor precisión posible y, a expensas de NIRISS, los científicos intentarán realizar las primeras pruebas orbitales del telescopio, que darán una idea general de su estado. También se supone que el dispositivo de imágenes desempeñará un papel importante en la observación de planetas distantes.
Formalmente, el telescopio pretende operar de cinco a diez años. Sin embargo, como muestra la práctica, este período puede extenderse indefinidamente. Y "James Webb" puede proporcionarnos información mucho más útil y simplemente interesante de lo que nadie podría haber imaginado. Además, ahora es imposible imaginar qué tipo de "monstruo" reemplazará al "James Webb" en sí, y qué suma astronómica costará su construcción.
En la primavera de 2018, el precio del proyecto aumentó a un impensable $ 9,66 mil millones. En comparación, el presupuesto anual de la NASA es de alrededor de $ 20 mil millones, y Hubble valía $ 2,5 mil millones en el momento de la construcción. En otras palabras, James Webb ya ingresó historia como el telescopio más caro y uno de los proyectos más caros en la historia de la exploración espacial. Solo el programa lunar, la Estación Espacial Internacional, los transbordadores y el sistema de posicionamiento GPS global cuestan más. Sin embargo, "James Webb" aún está por delante: su precio aún puede crecer aún más. Y a pesar de que expertos de los países de 17 participaron en su construcción, la mayor parte de la financiación aún está en manos de los Estados. Se debe asumir que esto continuará.
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