עם כל סנטימטר נוסף של צמצם, כל שנייה נוספת של זמן תצפית וכל אטום נוסף של עומס אטמוספרי שהוסר משדה הראייה של הטלסקופ, ניתן לראות את היקום טוב יותר, עמוק יותר וברור יותר.
25 שנים של האבל
כאשר טלסקופ האבל החל לפעול בשנת 1990, הוא פתח עידן חדש באסטרונומיה - החלל. לא הייתה יותר לחימה עם האטמוספירה, לא הייתה יותר דאגה מעננים או הבהוב אלקטרומגנטי. כל שנדרש היה לפרוס את הלוויין למטרה, לייצב אותה ולאסוף פוטונים. תוך 25 שנים, טלסקופי חלל החלו לכסות את כל הספקטרום האלקטרומגנטי, ואפשרו לראשונה לצפות ביקום בכל אורך גל של אור.
אבל ככל שהידע שלנו גדל, כך גם הבנתנו את הלא נודע. ככל שאנו מביטים רחוק יותר לתוך היקום, כך אנו רואים את העבר עמוק יותר: פרק הזמן הסופי מאז המפץ הגדול, בשילוב עם מהירות האור הסופית, מספקים גבול למה שאנו יכולים לצפות בו. יתרה מכך, הרחבת החלל עצמה פועלת לרעתנו באמצעות מתיחת אורך הגלאור הכוכבים כשהוא עובר ביקום לעינינו. אפילו טלסקופ החלל האבל, שנותן לנו את התמונה הכי עמוקה ועוצרת נשימה של היקום שגילינו אי פעם, מוגבל בהקשר הזה.
חסרונות של האבל
האבל הוא טלסקופ מדהים, אבל יש לו מספר מגבלות בסיסיות:
- קוטר של 2.4 מ' בלבד, מגביל את הרזולוציה שלו.
- למרות היותו מכוסה בחומרים מחזירי אור, הוא חשוף כל הזמן לאור שמש ישיר, שמחמם אותו. משמעות הדבר היא שבשל השפעות תרמיות, הוא אינו יכול לצפות באורכי גל אור הגדולים מ-1.6 מיקרומטר.
- השילוב של צמצם מוגבל ואורכי הגל שהוא רגיש אליהם פירושו שהטלסקופ יכול לראות גלקסיות שגילו לא יותר מ-500 מיליון שנה.
הגלקסיות האלה יפות, מרוחקות והתקיימו כשהיקום היה רק כ-4% מגילו הנוכחי. אבל ידוע שכוכבים וגלקסיות היו קיימים אפילו קודם לכן.
כדי לראות זאת, הטלסקופ חייב להיות בעל רגישות גבוהה יותר. משמעות הדבר היא מעבר לאורכי גל ארוכים יותר ולטמפרטורות נמוכות יותר מאשר האבל. לכן נבנה טלסקופ החלל ג'יימס ווב.
Prospects for Science
טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) נועד להתגבר בדיוק על המגבלות הללו: בקוטר של 6.5 מ', הטלסקופ קולט פי 7 יותר אור מהאבל. הוא פותחאולטרה ספקטרוסקופיה ברזולוציה גבוהה מ-600 ננומטר עד 6 מיקרומטר (פי 4 מאורך הגל שהאבל יכול לראות), כדי לבצע תצפיות באזור האינפרא אדום האמצעי של הספקטרום ברגישות גבוהה מאי פעם. JWST משתמש בקירור פסיבי לטמפרטורת פני השטח של פלוטו ומסוגל לקרר באופן אקטיבי מכשירים אינפרא אדום עד 7K.
הוא יאפשר:
- לצפות בגלקסיות המוקדמות ביותר שנוצרו אי פעם;
- לראות דרך גז ניטרלי ולחקור את הכוכבים הראשונים ואת היינון מחדש של היקום;
- בצע ניתוח ספקטרוסקופי של הכוכבים הראשונים (אוכלוסיה III) שנוצרו לאחר המפץ הגדול;
- קבל הפתעות מדהימות כמו גילוי החורים השחורים הסופר-מאסיביים והקוואזרים הקדומים ביותר ביקום.
JWST רמת המחקר המדעי לא דומה לשום דבר בעבר, וזו הסיבה שהטלסקופ נבחר כמשימת הדגל של נאס א בשנות ה-2010.
יצירת מופת מדעית
מנקודת מבט טכנית, הטלסקופ החדש של ג'יימס ווב הוא יצירת אמנות אמיתית. הפרויקט עבר כברת דרך: היו חריגות תקציביות, עיכובים בלוחות הזמנים וסכנת ביטול הפרויקט. לאחר התערבות ההנהגה החדשה הכל השתנה. הפרויקט עבד פתאום כמו שעון, הוקצו כספים, שגיאות, כשלים ובעיות נלקחו בחשבון, וצוות JWST החל להשתלבכל המועדים, לוחות הזמנים ומסגרות התקציב. שיגור המכשיר מתוכנן לאוקטובר 2018 על רקטת Ariane-5. הצוות לא רק עומד בלוח הזמנים, נותרו להם תשעה חודשים לתת את הדעת על כל המקרים כדי להבטיח שהכל ארוז ומוכן לתאריך הזה.
הטלסקופ ג'יימס ווב מורכב מ-4 חלקים עיקריים.
חוסם אופטי
כולל את כל המראות, מהן שמונה-עשרה המראות המפולחות הראשיות בציפוי זהב הן היעילות ביותר. הם ישמשו לאיסוף אור כוכבים רחוק ולמקד אותו במכשירים לניתוח. כל המראות האלה עכשיו מוכנות וללא רבב, עשויות בדיוק לפי לוח הזמנים. לאחר ההרכבה, הם יקופלו למבנה קומפקטי שישוגר למרחק של יותר ממיליון ק מ מכדור הארץ לנקודת L2 Lagrange, ולאחר מכן ייפרסו אוטומטית ליצירת מבנה חלת דבש שיאסוף אור לטווח ארוך במיוחד לשנים הבאות. זה דבר ממש יפה והתוצאה המוצלחת של המאמצים הטיטאניים של מומחים רבים.
מצלמה אינפרא אדום קרוב
Webb מצויד בארבעה מכשירים מדעיים שלמים ב-100%. המצלמה הראשית של הטלסקופ היא מצלמת קרוב ל-IR הנעה מאור כתום גלוי ועד אינפרא אדום עמוק. הוא יספק תמונות חסרות תקדים של הכוכבים המוקדמים ביותר, הגלקסיות הצעירות ביותר שעדיין בתהליך היווצרות, הכוכבים הצעירים של שביל החלב והגלקסיות הסמוכות, מאות עצמים חדשים בחגורת קויפר. היאמותאם להדמיה ישירה של כוכבי לכת סביב כוכבים אחרים. זו תהיה המצלמה הראשית שתשמש את רוב המשקיפים.
ספקטרוגרף אינפרא אדום קרוב
כלי זה לא רק מפריד אור לאורכי גל נפרדים, אלא הוא מסוגל לעשות זאת עבור יותר מ-100 אובייקטים נפרדים בו-זמנית! מכשיר זה יהיה ספקטרוגרף Webba אוניברסלי המסוגל לפעול ב-3 מצבי ספקטרוסקופיה שונים. הוא נבנה על ידי סוכנות החלל האירופית, אך רכיבים רבים, כולל גלאים וסוללה מרובה שערים, סופקו על ידי מרכז טיסות החלל. גודארד (נאס א). מכשיר זה נבדק ומוכן להתקנה.
מכשיר אינפרא אדום באמצע
המכשיר ישמש להדמיה בפס רחב, כלומר, הוא יפיק את התמונות המרשימות ביותר מכל מכשירי Webb. מנקודת מבט מדעית, זה יהיה שימושי ביותר במדידת דיסקים פרוטו-פלנטריים סביב כוכבים צעירים, מדידה והדמיה של עצמים בחגורת קויפר ואבק שחומם על ידי אור כוכבים בדיוק חסר תקדים. זה יהיה המכשיר היחיד שמקורר קריוגנית ל-7 K. בהשוואה לטלסקופ החלל שפיצר, זה ישפר את התוצאות בפקטור של 100.
Splitless Near-IR Spectrograph (NIRISS)
המכשיר יאפשר לך לייצר:
- ספקטרוסקופיה עם זווית רחבה באורכי גל אינפרא אדום קרובים (1.0 - 2.5 מיקרומטר);
- גריזם ספקטרוסקופיה של אובייקט אחד בטווח גלוי ואינפרא אדום (0.6 - 3.0 מיקרון);
- אינטרפרומטריה מסיכת צמצם באורכי גל של 3.8 - 4.8 מיקרומטר (שם צפויים הכוכבים והגלקסיות הראשונים);
- צילום רחב של שדה הראייה כולו.
מכשיר זה נוצר על ידי סוכנות החלל הקנדית. לאחר שעבר בדיקות קריוגניות, הוא יהיה מוכן גם לשילוב בתא המכשירים של הטלסקופ.
מגן שמש
טלסקופי חלל עדיין לא צוידו בהם. אחד ההיבטים המפחידים ביותר בכל השקה הוא השימוש בחומר חדש לחלוטין. במקום לקרר באופן אקטיבי את החללית כולה עם נוזל קירור מתכלה חד פעמי, טלסקופ ג'יימס ווב משתמש בטכנולוגיה חדשה לגמרי, מגן שמש בן 5 שכבות שייפרס כדי להחזיר קרינת שמש מהטלסקופ. חמישה יריעות באורך 25 מטר יחוברו עם מוטות טיטניום ויותקנו לאחר פריסת הטלסקופ. ההגנה נבדקה בשנים 2008 ו-2009. המודלים בקנה מידה מלא שהשתתפו בבדיקות המעבדה עשו כל מה שהם היו אמורים לעשות כאן על כדור הארץ. זהו חידוש יפהפה.
זה גם רעיון מדהים: לא רק לחסום את האור מהשמש ולהציב את הטלסקופ בצל, אלא לעשות זאת בצורה כזו שכל החום יוקרן בכיוון ההפוך לכיוון הטלסקופ. כל אחת מחמש השכבות בוואקום של החלל תתקרר כשהיא מתרחקת מהחיצונית, שתהיה מעט יותר חמה מהטמפרטורה.פני כדור הארץ - כ-350-360 K. הטמפרטורה של השכבה האחרונה צריכה לרדת ל-37-40 K, שהיא קר יותר מאשר בלילה על פני פלוטו.
בנוסף, ננקטו אמצעי זהירות משמעותיים כדי להגן מפני הסביבה הקשה של החלל העמוק. אחד הדברים שצריך לדאוג לגביהם כאן הם חלוקי נחל זעירים בגודל חלוקי נחל, גרגרי חול, כתמי אבק וקטנים עוד יותר שעפים בחלל הבין-פלנטרי במהירויות של עשרות ואפילו מאות אלפי קילומטרים לשעה. המיקרומטאוריטים הללו מסוגלים ליצור חורים זעירים ומיקרוסקופיים בכל מה שהם נתקלים בהם: חלליות, חליפות אסטרונאוטים, מראות טלסקופ ועוד. אם המראות מקבלות רק שקעים או חורים, מה שמפחית מעט את כמות ה"אור הטוב" הזמין, אז המגן הסולארי עלול להיקרע מקצה לקצה, ולהפוך את השכבה כולה לחסרת תועלת. נעשה שימוש ברעיון מבריק כדי להילחם בתופעה.
כל המגן הסולארי חולק למקטעים בצורה כזו שאם יש פער קטן באחד, שניים או אפילו שלושה מהם, השכבה לא תיקרע עוד יותר, כמו סדק בשמשה הקדמית של אוטו. חלוקה תשמור על המבנה כולו ללא פגע, וזה חשוב כדי למנוע השפלה.
חללית: מערכות הרכבה ובקרה
זהו הרכיב הנפוץ ביותר, כפי שיש לכל טלסקופי החלל ומשימות המדע. ב-JWST, זה ייחודי, אבל גם מוכן לחלוטין. כל מה שנותר לקבלן הכללי של הפרויקט, נורת'רופ גרומן, היה להשלים את המגן, להרכיב את הטלסקופ ולבדוק אותו. המכונה תהיה מוכנה להשקה בעוד שנתיים.
10 שנים של גילוי
אם הכל יתנהל כשורה, האנושות תעמוד על סף תגליות מדעיות גדולות. צעיף הגז הנייטרלי שהסתיר עד כה את הנוף של הכוכבים והגלקסיות המוקדמות ביותר יתבטל על ידי יכולות האינפרא אדום של ה-Webb ועוצמת הארה העצומה שלו. זה יהיה הטלסקופ הגדול והרגיש ביותר שנבנה אי פעם, עם טווח אורכי גל עצום של 0.6 עד 28 מיקרון (העין האנושית רואה 0.4 עד 0.7 מיקרון). זה צפוי לספק עשור של תצפיות.
לפי נאס א, חיי משימת Webb יהיו בין 5.5 ל-10 שנים. הוא מוגבל על ידי כמות ההנעה הדרושה לשמירה על המסלול ואורך החיים של האלקטרוניקה והציוד בסביבה הקשה של החלל. הטלסקופ המסלולי של ג'יימס ווב ישא דלק במשך כל התקופה של 10 שנים, ו-6 חודשים לאחר השיגור יתבצעו בדיקות תמיכה בטיסה, מה שמבטיח 5 שנים של עבודה מדעית.
מה יכול להשתבש?
הגורם המגביל העיקרי הוא כמות הדלק על הסיפון. כשהוא יסתיים, הלוויין יסחף הרחק מנקודת לגרנז' L2, ויכנס למסלול כאוטי בסביבה הקרובה של כדור הארץ.
בוא עם זה, צרות אחרות יכולות לקרות:
- השפלה של מראות, שתשפיע על כמות האור שנאסף ותיצור חפצי תמונה, אך לא תפגע בהמשך הפעולה של הטלסקופ;
- כשל בחלק או כולו של מסך השמש, מה שיוביל לעלייהטמפרטורת החללית וצמצם את טווח אורכי הגל השמיש לאינפרא אדום הקרוב מאוד (2-3 מיקרומטר);
- כשל במערכת קירור מכשיר באמצע-IR, מה שהופך אותו לבלתי שמיש אך אינו משפיע על מכשירים אחרים (0.6 עד 6 מיקרומטר).
הבדיקה הקשה ביותר שמצפה לטלסקופ ג'יימס ווב היא השיגור והחדרה למסלול נתון. מצבים אלו נבדקו והושלמו בהצלחה.
מהפכה במדע
אם טלסקופ ג'יימס ווב יפעל, יהיה מספיק דלק כדי להפעיל אותו מ-2018 עד 2028. בנוסף, ישנו פוטנציאל לתדלוק, שעשוי להאריך את חיי הטלסקופ בעשור נוסף. בדיוק כפי שהאבל פועלת כבר 25 שנה, JWST יכול לספק דור של מדע מהפכני. באוקטובר 2018 ישגר רכב השיגור Ariane 5 למסלול את עתיד האסטרונומיה, שאחרי יותר מ-10 שנים של עבודה קשה, מוכן להתחיל לשאת פרי. העתיד של טלסקופי החלל כמעט כאן.
