Описание
Космический телескоп имени Джеймса Уэбба — орбитальная инфракрасная обсерватория, которая заменит космический телескоп «Хаббл». Первоначально назван «Космический телескоп нового поколения» (англ. Next-generation space telescope — NGST). В 2002 году переименован в честь второго руководителя НАСА Джеймса Уэбба (1902—1992), возглавлявшего агентство в 1961—1968 годах. Будет размещён в точке Лагранжа L2 системы Солнце — Земля. Проект представляет собой международное сотрудничество 17 стран, во главе которых стоит NASA, со значительным вкладом Европейского и Канадского космических агентств.
Задачи: Первичными задачами JWST являются: обнаружение света первых звёзд и галактик, сформированных после Большого взрыва, изучение формирования и развития галактик, звёзд, планетных систем и происхождения жизни. Также «Уэбб» сможет рассказать о том, когда и где началась реионизация Вселенной и что её вызвало. Телескоп позволит обнаруживать относительно холодные экзопланеты с температурой поверхности до 300 К (что практически равно температуре поверхности Земли), находящиеся дальше 12 а. е. от своих звёзд, и удалённые от Земли на расстояние до 15 световых лет. В зону подробного наблюдения попадут более двух десятков ближайших к Солнцу звезд. Благодаря JWST ожидается настоящий прорыв в экзопланетологии — возможностей телескопа будет достаточно не только для того, чтобы обнаруживать сами экзопланеты, но даже спутники и спектральные линии этих планет (что будет являться недостижимым показателем ни для одного наземного и орбитального телескопа вплоть до начала 2020-х годов, когда в строй будет введен Европейский чрезвычайно большой телескоп с диаметром зеркала в 39,3 м).
Оборудование:
- Камера ближнего инфракрасного диапазона (Near-Infrared Camera);
- Прибор для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения (Mid-Infrared Instrument);
- Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (Near-Infrared Spectrograph);
- Датчик точного наведения c устройством формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевым спектрографом (Fine Guidance Sensor/Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph).
Камера ближнего инфракрасного диапазона:
Камера ближнего инфракрасного диапазона является основным блоком формирования изображения «Уэбба» и будет состоять из массива ртутно-кадмиево-теллуровых детекторов]. Рабочий диапазон прибора составляет от 0,6 до 5 мкм. Его разработка поручена Аризонскому университету и Lockheed Martin Advanced Technology Center. В задачи прибора входят:
- обнаружение света от самых ранних звёзд и галактик на стадии их формирования;
- изучение звёздных населений в ближайших галактиках;
- изучение молодых звёзд Млечного Пути и объектов пояса Койпера;
- определение морфологии и цвета галактик при сильном красном смещении;
- определение кривых блеска дальних сверхновых;
- создание карты тёмной материи с помощью гравитационного линзирования.
Прибор оснащён коронографом, который позволяет делать снимки слабых объектов близ ярких источников. С помощью коронографа астрономы надеются определить характеристики экзопланет, обращающихся вокруг ближайших звёзд.
Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона:
Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона будет анализировать спектр источников, что позволит получать информацию как о физических свойствах исследуемых объектов, например, температуру и массу, так и о их химическом составе. NIRSpec способен делать спектроскопию среднего разрешения в диапазоне длин волн 1—5 мкм и низкого разрешения с длиной волны 0,6—5 мкм. Многие объекты, которые «Уэбб» будет изучать, излучают настолько мало света, что телескопу для анализа спектра необходимо собирать свет от них в течение сотен часов. Чтобы изучить тысячи галактик за 5 лет работы телескопа, спектрограф был разработан с возможностью наблюдения за 100 объектами на площади неба 3×3 угловых минуты одновременно. Для этого учёные и инженеры Годдарда разработали новую технологию микрозатворов для управления светом, входящим в спектрограф. Суть технологии, позволяющей получать 100 одновременных спектров, заключается в микроэлектромеханической системе, именуемой «массив микрозатворов» (англ. microshutter array). У ячеек микрозатворов спектрографа NIRSpec есть крышки, которые открываются и закрываются под действием магнитного поля. Каждая ячейка размером 100 на 200 мкм индивидуально управляется и может быть открытой или закрытой, предоставляя или, наоборот, блокируя часть неба для спектрографа соответственно. Именно эта регулируемость позволяет прибору делать спектроскопию такого количества объектов одновременно. Поскольку объекты, которые будет исследовать NIRSpec, находятся далеко и тусклы, инструмент нуждается в подавлении излучения от более близких ярких источников. Микрозатворы работают подобно тому, как люди смотрят искоса, чтобы сосредоточиться на объекте, блокируя нежелательный источник света. Прибор уже разработан и в данный момент проходит испытания в Европе.
Прибор для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения:
Прибор для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения состоит из камеры и спектрографа, которые «видят» свет в среднем диапазоне инфракрасного излучения 5—28 мкм. MIRI состоит из трёх массивов мышьяко-кремниевых детекторов. Чувствительные детекторы этого прибора позволят увидеть красное смещение далёких галактик, формирование новых звёзд и слабо видимые кометы, а также объекты в поясе Койпера. Модуль камеры предоставляет возможность съёмки объектов в широком диапазоне частот с большим полем зрения, а модуль спектрографа обеспечивает спектроскопию среднего разрешения с меньшим полем зрения, что позволит получать подробные физические данные об удалённых объектах. Номинальная рабочая температура для MIRI — 7 К. Такая температура не может быть достигнута использованием только пассивной системы охлаждения. Вместо этого, охлаждение производится в два этапа: установка предварительного охлаждения на основе пульсационной трубы охлаждает прибор до 18 К, затем теплообменник с адиабатическим дросселированием (эффект Джоуля — Томсона) понижает температуру до 7 К. MIRI разрабатывает группа под названием MIRI Consortium, состоящая из ученых и инженеров из стран Европы, команды сотрудников Лаборатории реактивного движения в Калифорнии и учёных из ряда институтов США.
FGS/NIRISS:
Датчик точного наведения (FGS) и устройство формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф (NIRISS) будут упакованы вместе в «Уэббе», но по сути это два разных устройства. Оба устройства разрабатываются Канадским космическим агентством, и они уже получили прозвище «канадские глаза» по аналогии с «канадской рукой». Этот инструмент уже прошел интегрирование со структурой ISIM в феврале 2013 года.
Датчик точного наведения:
Датчик точного наведения (FGS) позволит «Уэббу» производить точное наведение, чтобы он мог получать изображения высокого качества. Камера FGS может формировать изображение из двух смежных участков неба размером 2,4×2,4 угловых минуты каждый, а также считывать информацию 16 раз в секунду с небольших групп пикселей размером 8×8, чего достаточно для нахождения соответствующей опорной звезды с 95%-й вероятностью в любой точке неба, включая высокие широты. Основные функции FGS включают в себя:
- получение изображения для определения положения телескопа в пространстве;
- получение предварительно выбранных опорных звёзд;
- обеспечение Attitude Control System измерениями центроида опорных звёзд со скоростью 16 раз в секунду.
Во время вывода на орбиту телескопа FGS также будет сообщать об отклонениях при развёртывании главного зеркала.
Устройство формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф:
Устройство формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф (NIRISS) работают в диапазоне 0,8—5,0 мкм и является специализированным инструментом с тремя основными режимами, каждый из которых работает с отдельным диапазоном. NIRISS будет использоваться для выполнения следующих научных задач:
- обнаружение «первого света»;
- обнаружение экзопланет;
- получение их характеристик;
- транзитная спектроскопия.