Космическият телескоп „Джеймс Уеб“ (JWST): описание и характеристики

Космическият телескоп "Джеймс Уеб" (JWST) е голям научен орбитален телескоп, предназначен предимно за наблюдения в инфрачервения диапазон. В оригиналните планове той беше обявен за изстрелване през 2021 г.; на практика телескопът беше успешно изстрелян на 25 декември 2021 г. и след период на разгъване и настройки започна редовни научни наблюдения през лятото на 2022 г. JWST е проектиран като наследник и допълнение на космическия телескоп "Хъбъл", който беше изстрелян през 1990 г., но е оптимизиран за по-дълги (инфрачервени) дължини на вълната.

Телескопът е кръстен на Джеймс Е. Уеб, който е бил директор в НАСА и е имал ключова роля в развитието на американските космически програми, включително и в епохата на програмата "Аполо", благодарение на която астронавти стъпиха на Луната.

Основни характеристики

• Огледало: Основното огледало е с еквивалентен диаметър 6,5 метра (21 фута) и е съставено от 18 шестоъгълни сегмента. Това дава около шест пъти по-голяма събираща площ в сравнение с Хъбъл.
• Материал и покритие: Огледалните сегменти са изработени от бериллий и са покрити със злато, защото златото отразява много добре инфрачервения спектър.
• Вълнови диапазони: JWST наблюдава основно в инфрачервения диапазон и част от червената зона на видимия спектър; диапазонът на работа обхваща приблизително от 0.6 до 28 микрометра, което позволява да се виждат много по-отдалечени и червени обекти.
• Охлаждане: За да се намали собственото топлинно излъчване, телескопът трябва да работи при много ниски температури. Той е защитен с голям многослоен слънчев щит, приблизително с размерите на тенис корт, за да се запази хладно и тъмно.
• Изображения: Понеже много от наблюденията са в инфрачервеното, резултатните кадри често се представят с фалшив цвят, за да можем да ги интерпретираме визуално.

Инструменти на борда

• NIRCam (Near-Infrared Camera) – основната камера за близко инфрачервено наблюдение; използва се за търсене на първите галактики и за картографиране на звездообразуването.
• NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) – спектрограф за анализ на спектрите на обекти в близката инфрачервена област (многоредов режим позволява едновременно наблюдение на стотици обекти).
• MIRI (Mid-Infrared Instrument) – работи в средноинфрачервения диапазон и има както камера, така и спектрограф; за да достигне необходимите температури, MIRI използва и допълнителен охладител и работи при няколко келвина.
• FGS/NIRISS (Fine Guidance Sensor / Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) – комбиниран инструмент за насочване и допълнителни научни наблюдения, включително изучаване на екзопланетни атмосфери.

Орбита и операции

JWST е разположен около второто Лагранжево място на системата Слънце–Земя (L2), на около 1,5 милиона километра от Земята в посока противоположна на Слънцето. Тази орбита осигурява стабилни температурни условия и постоянна видимост към дълбокия космос, като слънчевият щит винаги остава между телескопа и Слънцето/Земята/Луната.

Пълното разгъване и фина оптика на огледалата и инструментите беше сложна операция, включваща разгъване на слоевете на слънчевия щит, разгъване и настройка на огледалните сегменти, както и калибровка на инструменти. Процесът на каомисиониране отне няколко месеца, след което започнаха научните наблюдения.

Научни цели

• Проучване на първите галактики и звездни поколения след Големия взрив (cosmic dawn) — кога и как са се образували първите звездни системи;
• Изучаване на епохата на реонизацията и формирането на галактики;
• Проучване на процесите на звездо- и планетообразуване в прахови облаци, чрез наблюдение в инфрачервения, където прахът става прозрачен;
• Изследване на атмосфери на екзопланети чрез транзитна спектроскопия и директни изображения;
• Наблюдения на обекти в Слънчевата система — луны, планети, комети и астероиди — за изучаване на химическия им състав и структура.

Организация и продължителност на мисията

Проектът е реализиран под ръководството на НАСА в сътрудничество с Европейската космическа агенция (ESA) и Канадската космическа агенция (CSA). Телескопът беше изстрелян с ракета Ariane 5 от космодрума Куру, Френска Гвиана.

Очакваната експлоатационна продължителност зависи основно от наличните резерви от гориво за поддържане на орбитата и ориентацията; планираната начална цел беше поне 5–10 години, но реалистични оценки сочат възможност за над 10 години работа при добро управление на ресурсите.

Отношение към "Хъбъл" и бъдеще

JWST не заменя напълно Хъбъл — двата телескопа са допълващи се: Хъбъл остава изключително ценен за наблюдения в ултравиолетовия и видимия диапазон, докато JWST „надгражда“ с покритие на инфрачервените вълни и по-голяма чувствителност за отдалечени и прашни обекти. Комбинацията от данни от двата телескопа дава по-пълна картина на много астрономически явления.

Забележка: Информацията тук е актуализирана след реалното изстрелване и началото на научните операции на JWST. Технологичните детайли и научните резултати продължават да се развиват с натрупване на данни от мисията.

Орбита

JWST ще бъде в орбита далеч от Земята, за да се избегне топлината, излъчвана от Земята и Луната. Тази специална орбита е отвъд Луната, във втората точка на Лагранж (L2) на системата Слънце-Земя, място със стабилна гравитация. Тази орбита е на 1 500 000 км от Земята, което е около четири пъти по-далеч от нас, отколкото Луната. Поради това през по-голямата част от времето тя се намира в сянката на Земята; всъщност тя не обикаля около Земята, а се движи около Слънцето със същата скорост като Земята.

Орбита на JWST (без мащаб)

Въпроси и отговори

В: Какво представлява космическият телескоп Джеймс Уеб (JWST)?

В: Кой е Джеймс Е. Уеб?

В: Колко широко е основното огледало на JWST?

В: Как е изработено главното огледало на JWST?

В: Какъв вид телескоп е JWST?

В: Защо JWST е покрит със злато?

В: Как JWST се охлажда?

Търсене по буква