Możliwości zbadania jeszcze bardziej odległych rejonów przestrzeni kosmicznej zostały znacząco zwiększone dzięki umieszczeniu na orbicie okołoziemskiej Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. To niezwykle zaawansowane obserwatorium astronomiczne wysłano dokładnie 25 grudnia 2021 roku, po 14 latach współpracy NASA, ESA oraz CSA. Czym zatem charakteryzuje się JWST (skrót od ang. James Webb Space Telescope)? Czego możemy się po nim spodziewać?
Jakie informacje znajdziemy w publikacji?
Po co powstał JWST?
Głównym celem, dla którego powstał Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, jest wsparcie obserwacyjne dla pracy wysłużonego już Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Docelowym miejscem, gdzie JWST miał zostać ulokowany, jest punkt libracyjny L2 (osiągnął jego orbitę 24 stycznia 2022) – zwany także inaczej punktem Lagrange’a L2 układu Słońce-Ziemia (z ang. SEL2, skrót od Sun-Earth L2). Po pierwotnej kalibracji optycznej, która trwała około 3 miesiące (od 2 lutego 2022 roku), obserwatorium zostało przygotowane do rejestrowania światła pierwszych gwiazd.
Dzięki odpowiednio zaawansowanej technologii w postaci instrumentów badawczych będzie możliwe:
- dokładniejsze zbadanie struktur znajdujących się w naszym Układzie Słonecznym,
- bardziej szczegółowe obserwowanie warunków panujących na wykrytych i analizowanych pozasłonecznych planetach (w tym ich atmosfery),
- dzięki obserwacji wykorzystującej podczerwień będzie dostrzeżenie jeszcze bardziej odległych gwiazd oraz galaktyk, znajdujących się wiele miliardów lat świetlnych od naszej planety (na krańcach widzialnego Wszechświata).
To również powinno zainteresować …
Budowa segmentów zwierciadła i lustra głównego JWST
Lustro główne zamontowane na Kosmicznym Teleskopie Webba ma średnicę 6,6 m. Zwierciadło to składa się z 18 segmentów posiadających jednakową średnicę wynoszącą 1,32 m. Powierzchnia łączna lustra z segmentami to około 25 m2, a masa łączna to 705 kg.
Poszczególne segmenty lustra głównego i zwierciadła wtórnego są poruszane za pomocą 6 siłowników, przymocowanych do tylnej części luster. Segmenty główne posiadają dodatkowy siłownik w samym centrum lustra, pozwalający na regulację ich krzywizny, co umożliwia ustawienie 18 segmentów zwierciadła głównego względem siebie, w efekcie czego następuje dostosowanie lustra głównego i wtórnego do stałego lustra trzeciorzędowego i instrumentów naukowych (lustra trzeciorzędowe i wtórne są zakrzywione, dzięki czemu rejestrowane obrazy pozbawione są optycznej aberracji).
Do budowy zwierciadła Kosmicznego Teleskopu Webba wykorzystano nieco ponad 48 g złota. Złoto to stanowi cienką (100 nanometrów) warstwę, która jest osadzana próżniowo na każdym z 18 segmentów lustra głównego i na pojedynczym lustrze wtórnym. Kruszec ten to materiał silnie odbijający światło w podczerwieni, co pomaga skupić światło odległych obiektów na czułych instrumentach teleskopu.
Budowa i rola tarczy słonecznej na JWST
Zamontowana osłona w postaci tarczy słonecznej ma wymiary 21.2 m na 14.2 m, natomiast wysokość całej konstrukcji teleskopu wynosi 8 m.
Chcąc dokładnie i precyzyjnie wykryć słabe światło podczerwone pochodzące od odległych obiektów we wszechświecie, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba musi być osłonięty przed silnym światłem podczerwonym emitowanym z pobliskich obiektów, takich jak Słońce, Ziemia oraz Księżyc. Odpowiada za to pięć warstw tarczy słonecznej, które blokują światło emitowane przez te ciała niebieskie oraz naszą planetę. Warstwy osłony przeciwsłonecznej są zbudowane w taki sposób, że jeśli cokolwiek przebije jedną warstwę, nie będzie w stanie rozerwać jej zbyt mocno, pozwalając zachować integralność strukturalną i tym samym funkcjonalność całej konstrukcji.
To również powinno zainteresować …
Instrumenty naukowe na pokładzie JWST
Teleskop Jamesa Webba wykorzystuje cztery główne instrumenty naukowe:
- NIRCam (skrót od ang. Near Infrared Camera) – kamerę bliskiej podczerwieni, będącą przetwornikiem obrazu dla promieniowania fal w zakresie od 0.6 µm do 5.0 µm,
- NIRSpec (skrót od ang. Near Infrared Spectrograph) – spektrograf bliskiej podczerwieni, o możliwościach badania fal promieniowania o długości od 0.6 µm do 5.0 µm,
- NIRISS (skrót od ang. Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph) – imager bliskiej podczerwieni i spektrograf bezszczelinowy, badający zakres promieniowania od 0.8 µm do 5 µm,
- MIRI (skrót od ang. Mid Infrared Instrument) – instrument średniej i długiej podczerwieni (kamera i spektrograf – badają zakres promieniowania od 5 µm do 28 µm).
Każdy z tych instrumentów wykorzystuje detektory podczerwieni do przechwytywania światła z odległych rejonów Wszechświata. Teleskop Webba może przesyłać co najmniej 57.2 GB zarejestrowanych danych naukowych każdego dnia, z maksymalną prędkością 28 Mb/s.
Układ napędowy JWST
Na pokładzie Teleskopu Webba znajduje się bateria słoneczna, która magazynuje nadwyżki energii zgromadzonej dzięki panelom fotowoltaicznym, przekazującym do obserwatorium 2 kW energii. System napędowy z kolei jest odpowiedzialny za położenie i utrzymanie całej konstrukcji na orbicie. Szacuje się, że ilość paliwa napędowego powinna wystarczyć na przynajmniej 10 lat badań (pierwotnie zakładano 5 lat trwania misji, jednak możliwości pozwalają na przynajmniej 2-krotne wydłużenie czasu samej operacji).
W trakcie dotychczasowego okresu orbitalnego Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba ma możliwość obserwacji niemal każdego punktu na niebie. Samo pole widzenia teleskopu jest ograniczone do 50-stopniowego wycinka sfery niebieskiej, natomiast około 39% nieba jest potencjalnie widoczne w danym momencie.
Teleskop Jamesa Webba nie może obserwować Słońca, Merkurego, Wenus, Ziemi oraz Księżyca, ponieważ są one na tyle ciepłe i w niewielkiej odległości, że mogą zakłócić zdolność do obserwacji słabego światła podczerwonego.
Źródła publikacji:
(1) webbtelescope.org / „Telescope Quick Facts”
(2) urania.edu.pl / „Pierwsze światło Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba”
(3) jwst.nasa.gov / James Webb Space Telescope – NASA blog
