טלסקופ החלל המדהים של נאס'א יציץ 13.7 מיליארד שנים לעבר

לאחר כמעט רבע מאה וכמה עיכובים, טלסקופ החלל ג'יימס ווב של 9.6 מיליארד דולר נמצא בשטח הבית לקראת שיגור 2021.

טלסקופ החלל המדהים של נאס

זהו מראה מתוך רומן מדע בדיוני-מגדל גואה של מראות זהב משושה על גבי מגן שמש מסיבי מחמש שכבות ואפיק אוטובוס של חלליות. המראות מלוטשות עד ננומטר של דיוק, המראות מול רביעיית מכשירים מורכבים מספיק רגישים כדי לפענח אטמוספרות זרות ולחזור לשחר הזמן.



מאז הגיעו האחרונים מבין הרכיבים שהושלמו מבסיסי נאס'א ברחבי הארץ באוגוסט האחרון, 14,000 ליש'ט. טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) התאחדו בחדר נקי מערה בפארק החלל נורת'רופ גראמן ברדונדו ביץ ', קליפורניה. מהנוף של מרפסת התצפית, האינדיקציה היחידה לגובהה בן ארבע הקומות הן מהנדסים מיניאטורים לבושים בחליפות לבנות המסתערות על בסיסו. זו הפעם הראשונה שעיתונות - שהוזמנה בסוף החודש שעבר לתדריך על הצעדים הבאים של המשימה - ראתה את מצפה הכוכבים שהורכב במלואו.

במהלך השנים האחרונות עבדנו בשני חצאים. עד הקיץ של השנה שעברה, הם היו במעורבות ארוכה מאוד, והם התחתנו, צוחק סקוט וילובי, מנהל התוכנית של JWST בנורת'רופ גראמן. חיברנו את שני החצאים כדי ליצור מצפה כוכבים. אנו חוגגים את ההצלחה הזו.



לאחר 24 שנים ועיכובים רבים, המשימה של 9.6 מיליארד דולר נכנסת לשנתה האחרונה של שיפורים ובדיקות לפני שהטלסקופ נשלח למרכז החלל של גיאנה בגיאנה הצרפתית לצורך שיגור במרץ, 2021. המסע כלל אלפי מדענים ומהנדסים מ -24 מדינות בשלוש סוכנויות חלל - נאס'א, סוכנות החלל הקנדית וסוכנות החלל האירופית. הוא נבנה במספר מתקנים ברחבי ארה'ב, עם מוקד הפעילות בנורת'רופ גראמן ובמרכז טיסות החלל גודארד בגרינבלט, מרילנד.

חתונת לסלי ארפין פול חלודה



JWST, המקיף כמיליון קילומטרים מכדור הארץ, יציץ כ -13.7 מיליארד שנים לעבר, שבריר שנייה (או 100 מיליון שנים מקואורדינטות כדור הארץ) לאחר המפץ הגדול, כאשר היקום עבר ממצב פלזמה כהה ליצירת האור הראשון. , כוכבים וגלקסיות. הוא גם ינתח את ההרכב האטמוספרי של כוכבי לכת סלעיים קטנים יותר המקיפים כוכבים אחרים כדי לקבוע את אירוחם לחיים.

מאיפה אנחנו באים והאם אנחנו לבד, היא השליחות הכוללת, אומר וילובי. מעולם לא ראינו כוכב שנוצר שלא היה תוצר של כוכב שהתפוצץ. מה גרם ל'גבשושיות 'להתאחד ולהצית את הכוכבים הראשונים? בכל פעם שאתה חושב שאתה יודע משהו, אתה רוצה להוכיח את זה, כדי לראות איך זה קורה.



[תמונה: נאס'א]

בהתחלה, היקום לתינוקות היה ברובו מימן והליום - לפני עידנים של היתוך סולארי ייצרו את שפע היסודות האחרים שנמצאים כיום. הכוכבים היו גדולים פי 300 מהשמש וחיו רק כמה מיליוני שנים לפני שמתו בסופרנובות ענק. הטלסקופ נועד ללכוד עקבות של אור אינפרא אדום מהפיצוצים האלה, שכאשר ינתחו יספרו למדענים ממה הם עשויים ומהסביבות שבהן הם נוצרו. זה הפרק הבא של היקום שאחרי מדידת החום הקוסמי מהמפץ הגדול , שהעניק לג'ון מאתר וג'ורג 'סמוט את פרס נובל לפיזיקה בשנת 2006.

מאיפה בא האור? איך הגענו מהמפץ הגדול אלינו? אומר מאתר, מדען הפרויקטים הבכיר של JWST בגודארד. אנשים מוקסמים מההיסטוריה, הגנאלוגיה שלהם. הם רוצים לדעת, 'לאן אנחנו הולכים?' אז זה הקטע שלנו לגלות קצת מזה.



תפיסת אמן של שבעת כוכבי הלכת הסלעיים בתוך מערכת TRAPPIST-1, הממוקמת 40 שנות אור מכדור הארץ. אסטרונומים יצפו בעולמות אלה באמצעות טלסקופ החלל ג'יימס ווב.
[תמונה: NASA ו- JPL/Caltech]

בקנה מידה גדול, מציאת עולמות דמויי כדור הארץ היא הצעד הראשון להבטחת הישרדות אנושית לאחר שהשמש שלנו תמות בעוד 5 מיליארד שנים-אם לא נעשה את עצמנו תחילה. באופן מיידי יותר, הוא עשוי להציע רמזים למוצאנו הארצי ולסביבת הגידול המשתנה.

אחת הדרכים להבין טוב יותר את כדור הארץ היא למצוא מקומות אחרים ולברר כיצד הם עבדו, אומר מאתר. אנחנו עדיין מסוגלים למצוא עקבות של ההיסטוריה הגיאולוגית שלנו, אבל זה מספר לך רק סיפור אחד. אז אם היית יכול להגיד, 'איך הייתה ונוס לפני שהפכה לחממה?' או 'איך היה מאדים לפני שהתייבש?' הסביבה. מקומות אחרים אלה הם מעבדה מיניאטורית להבנה.

מה זאת אומרת 777

אתגרים חסרי תקדים

כאשר מהנדסים החלו לשקול את JWST בשנת 1996, הם היו זקוקים ל -10 טכנולוגיות שעדיין לא היו קיימות. אלה כללו מראה בקוטר 21.3 רגל שחייבה לחלק ל -18 חלקים בודדים אך עובדת כיחידה, וחמישה מסנני שמש בגודל מגרש טניס כדי לחסום את קרינת השמש ולצנן את טמפרטורת הטלסקופ עד -388˚F. המכלול במלואו נאלץ להתקפל כך שיתאים בתוך יריעת רקטות אריאן בקוטר 16 מטר ולהיות מתוכנת להיפרש במרחק של מיליון קילומטרים משם. הוא גם דרש דור חדש של גלאים רגישים יותר מהקודמים.

הרבה יותר מחקר מדעי יכול להסתיים בפחות זמן.

ביל אוקס, מרכז טיסות החלל גודארד צפייה באובייקטים ממרחק מיליארדי שנות אור דורשת מראה גדולה מספיק כדי לאסוף אור מאובייקטים קלושים מאוד. מראה JWST בגודל של שבעה טלסקופ החלל האבל מראות ויראה אובייקטים חלשים פי מאות מטלסקופים קרקעיים וחלליים הנוכחיים.

האבל היה 25,000 פאונד והיה לו אופטיקה אחת של 2.4 מטר (7.87 רגל). ה- Webb הוא 14,000 פאונד לאופטיקה של 6 וחצי מטרים (21.3 רגל), אומר ווילובי. אז הגדלנו את האופטיקה פי שבע משטח האיסוף, עם חצי מהמשקל, שמתאים לרקטה.

במקום זכוכית הרבה יותר כבדה, המראה עשויה בריליום, מתכת נדירה שהיא חזקה יותר מפלדה אך קלה יותר מאלומיניום. לאחר מכן הוא מצופה בשכבה דקה מיקרוסקופית של זהב 24K, המשקפת 98% מהאור האינפרא אדום. זה זהב של להקות נישואין, אומר ביל אוקס, מנהל הפרויקטים של JWST בגודארד.

[תמונה: נאס'א]

המראה הראשונית ממקדת את האור האינפרא אדום אל המראה המשנית, המחזירה אותו לאחור לארבעה מכשירים מדעיים שמאחורי המראה מנתחת את טווח אורכי הגל האינפרא אדום, מסמלת את המידע ומקרינה אותו בחזרה לכדור הארץ. אחד מאותם מכשירים, הספקטרוגרף הקרוב-אינפרא אדום, מכיל אלפי תריסי מיקרו לתכנות שתוכננו במיוחד, עם צמצמים בגודל של כמה שערות אנושיות. התריסים יכולים להפחית טוב יותר את נפח האור הנכנס ולבצע תצפיות בו זמנית.

מכשירים ספקטרוסקופיים אחרים טסו בחלל בעבר, אך לאף אחד מהם לא הייתה יכולת לאפשר תצפית ברזולוציה גבוהה של עד 100 אובייקטים בו זמנית, אומר אוקס. זה אומר שהחקירה המדעית הרבה יותר יכולה להסתיים בפחות זמן.

לשמור על קור רוח

מכשירי JWST ימדדו את הספקטרום הקרוב עד אמצעי אינפרא אדום, שם אורכי הגל פועלים בין 6 ל -28 מיקרון, בהתאמה גובלים בצבע האדום ובמיקרוגל. אינפרא אדום מאפשר לנו לראות רחוק יותר לתוך היקום (ובכך, עוד יותר אחורה בזמן), מכיוון שהיקום מתרחב ויוצר אפקט של הזזה אדומה. אובייקטים המתרחקים מאיתנו פולטים אורכי גל אלקטרומגנטיים ארוכים יותר המופיעים בחלק האדום והאינפרא אדום של הספקטרום.

כדי לקבוע את ההרכבים הכימיים של אטמוספרות כוכב הלכת, ספקטרוגרפים המשולבים ימדדו תנודות אור אינפרא אדום - המתאימות לאלמנטים שונים - מכוכבי האם כאשר כוכבי הלכת שלהם חוצים את נתיביהם.

מכיוון שמצלמות אינפרא אדום רגישות יותר לקרינה (קרי אור וחום), הטלסקופ צריך להיות רחוק מספיק מהשמש ומאורו המוחזר על כדור הארץ והירח, ולהיות בעל מגן החוסם את קרני השמש ושומר על הטלסקופ. קר מספיק כדי למנוע הפרעות מקרינת אינפרא אדום המגיעה מהטלסקופ.

בצד הקר, האופטיקה פועלת ב -388˚F, כי שם הם אוספים את האור האינפרא אדום, אומר וילובי. הצד החם, בו נמצא האוטובוס והשמש זורחת, מגיע ל 185˚F. אז אנו יוצרים כמעט הפרש של 600˚F. והנתון המהנה הוא שאם זה היה קרם הגנה, זה היה SPF אחד.

קריוקולר מקרר עוד יותר את מכשירי המדע ל -448˚F. הגלאים האלה כל כך רגישים, שבעצם אנחנו צריכים לעשות את זה קר יותר ממה שאנחנו יכולים לעשות באופן פסיבי, אומר אוקס.

חליפת ארנב נדרשת

כמו רובר מאדים 2020, מבנה JWST דורש את התנאים הטהורים של חדר נקי ללא חלקיקים. מהנדסים לובשים חליפות ארנב - חולצות פוליאסטר לבנות, תחתונים, ברדסים, מסכות כירורגיות וכפפות לטקס. המראות מלוטשות עד 20 ננומטר של דיוק נתון פני השטח, קטנות יותר מגודל של חיידק בודד. המשטח חלק כל כך מכיוון שכל בליטה תגרום לפוטון לסטות לכיוון אחר, אומר וילובי. אתה צריך לדאוג מכל כתם של אבק, מה אנשים לובשים, ואפילו קולונים ובשמים. העובדה שאתה יכול להריח אותם פירושה שהם מוותרים אטומים ומולקולות. אנחנו לא רוצים שהמולקולות האלה יתחברו למגן השמש או למראות.

עם סיום אחרון הבדיקות התרמיות - הכפיית האופטיקה, המגן והאוטובוס לקיצוניות טמפרטורה - האתגר הגדול ביותר בשנה האחרונה היה הצטרפות לאופטיקה עם מגן השמש. למרות שלקח רק יום להשיג זאת, זה תוצאה של שנים של תכנון ותרגול.

יש לנו מהנדסים שרק בנו ציוד שעזר לפרוס דברים, אומר וילובי. מסתבר שהעבודה שלהם קשה לא פחות מבניית הדבר שנכנס לחלל.

באיזו שנה אתה נחשב למילניום

כוח הכבידה הוא כנראה הדבר הקשה ביותר שלנו איתו אנו מתמודדים כרגע.

סקוט וילובי של נורת'רופ גראמן חלק מהאתגר היה העתקת חוסר משקל או התייחסות לכוח הכבידה. ברגע שהם במסלול, האופטיקה ומגן השמש יפרידו 4 רגל כדי לאפשר לפריסת המגן. אבל ההצטרפות אליהם על פני כדור הארץ כללה הצבת 8,000 פאונד של טלסקופ על שישה עמודים על גבי המגינים. הם הצליחו לדמות בטווח של 70 קילוגרמים מאפס הכבידה באמצעות ריקוד מורכב של מנועים, גלגלות תקרה ומשקולות נגד קירות.

כוח הכבידה הוא כנראה הדבר הקשה ביותר שלנו איתו אנו מתמודדים כרגע, אומר וילובי. בחלל, הוא יצוף באפס G. אז כשנחתנו את האופטיקה למעלה, הוא היה צריך לגעת בפינות 6 הרגליים ולהיות ממוקם בתוך .004 אינץ '. וברגע שאתה יוצא משלושה, קשה לעשות מטוס.

הצוות התאמן במשך חצי שנה עם דגמים ומעקבי לייזר לפני שניסה זאת בעסקה האמיתית. זה כנראה אחד הפריסות המסובכות ביותר שעשינו, הוא מוסיף. היה מושלם. זה היה דווקא יפה.

השנה הקרובה

במהלך השנה הקרובה צוותים ינהלו כ -400 משימות לפני יציאה מהחדר הנקי. הם כוללים בדיקת פריסות האופטיקה ומגן השמש, הפעלת המצפה באמצעות בדיקות חשמל וסביבה, והדמיית האקוסטיקה והרעידות של השיגור וחלל החלל. משם, JWST יעשה את הטיול בן שבועיים דרך תעלת פנמה לאתר השיגור, עטוף במיכל מבוקר על סביבה. לאחר שהגיעו לשם, המהנדסים יבלו 72 ימים בביצוע 800 משימות נוספות לפני שהיא תתפוצץ סוף סוף. (שיגור ליד קו המשווה רותם את המומנטום של סיבוב כדור הארץ כדי לסייע לו לזרוק אותו לחלל, ובכך דורש פחות דלק טילים.)

בינתיים, ה מכון מדעי טלסקופ החלל (STSI) באוניברסיטת ג'ונס הופקינס בבולטימור, מרכז המבצעים של JWST, סידר את האסטרונומיה שיש ללמוד. כשחצי השנה הראשונה של המצפה כבר מתוכננות, ה- STSI ימלא את שארית השנה הראשונה על ידי בחירה מתוך 1,500 הצעות מדע צפויות. המכון יפרסם מדי שנה בקשות להצעות חדשות, וארכיון תמונות נכנסות לצוותי המדע המתאימים.

לא כל תגליות JWST טמונות בעתיד. חלק מהטכנולוגיה שלה כבר מצאה יישומים על פני כדור הארץ. לדוגמה, מנגנון מיקוד במיקרוסקופים עיניים הומצא על ידי מהנדסים שתכננו את מראות הטלסקופ. אז יש קשר שאתה אף פעם לא רואה, אומר מאתר.

פעם במסלול

יידרשו כמעט שלושה שבועות עד שהמלאכה תגיע למסלול - עמדה הנקראת נקודה לגראנגית שנייה , או L2 - כאשר כוחות הכבידה המשולבים של כדור הארץ והשמש מאפשרים לאובייקט שם לסובב את השמש באותו קצב כמו כדור הארץ. בעודם בדרך, בקרי הקרקע יזמינו את 178 המכשירים המחזיקים אותו יחד לצורך ההשקה כדי לפתוח ולהתחיל בפריסה המתוכנתת של החללית.

אלה מכם שכיסו את נחיתת מאדים במקום שאמרו שיש להם את 'שבע וחצי דקות הטרור'? אומר אוקס, מתייחס סרטון הטיזר הדרמטי של קוריוז . התייחסתי לזה בצחוק כ'שבועיים וחצי של חרדה גבוהה. & Apos;

מדוע החלום האמריקאי אינו ניתן להשגה

פעם במסלול, ובמשך ששת החודשים שלאחר מכן, יעסקו בערך 500 פעילויות שונות ברחבי החללית, מכשירי המדע והטלסקופ כדי להפוך אותה לפעולה. ואז, המדע יכול להתחיל.

בסופו של דבר, ה- JWST יישא מספיק דלק הידרזין כדי לשמור על תפקודו עד 14 שנים עם ניהול קפדני. צוות בגודארד עובד על משימת תדלוק רובוטית שעשויה להאריך עוד יותר את חיי המצפה.

זוהי פרק זמן מרגש באמת כי הכל מתאחד, אומר אוקס. אנו מצפים להשיק את המדע. כל האנשים האלה עובדים יחד במשך תקופה זו. יש לי אנשים שעובדים בשבילי שהתחילו כשהילדים שלהם היו קטנים ועכשיו הילדים האלה מסיימים את לימודיהם באוניברסיטה.