Dengan setiap sentimeter tambahan bukaan, setiap detik tambahan waktu pengamatan, dan setiap atom tambahan dari kekacauan atmosfer yang dihilangkan dari bidang pandang teleskop, Semesta dapat dilihat lebih baik, lebih dalam, dan lebih jelas.
25 tahun Hubble
Ketika teleskop Hubble mulai beroperasi pada tahun 1990, teleskop ini membawa era baru dalam astronomi - luar angkasa. Tidak ada lagi pertempuran dengan atmosfer, tidak ada lagi kekhawatiran tentang awan atau kedipan elektromagnetik. Yang diperlukan hanyalah menyebarkan satelit ke target, menstabilkannya, dan mengumpulkan foton. Dalam 25 tahun, teleskop ruang angkasa mulai mencakup seluruh spektrum elektromagnetik, memungkinkan untuk pertama kalinya melihat alam semesta pada setiap panjang gelombang cahaya.
Tetapi seiring dengan bertambahnya pengetahuan kita, demikian pula pemahaman kita tentang yang tidak diketahui. Semakin jauh kita melihat ke alam semesta, semakin dalam masa lalu yang kita lihat: jumlah waktu yang terbatas sejak Big Bang, dikombinasikan dengan kecepatan cahaya yang terbatas, memberikan batas untuk apa yang dapat kita amati. Selain itu, perluasan ruang itu sendiri bekerja melawan kita dengan meregangkan panjang gelombangcahaya bintang-bintang saat bergerak melalui alam semesta ke mata kita. Bahkan Teleskop Luar Angkasa Hubble, yang memberi kita gambaran alam semesta terdalam dan paling menakjubkan yang pernah kita temukan, terbatas dalam hal ini.
Kekurangan Hubble
Hubble adalah teleskop yang luar biasa, tetapi memiliki sejumlah keterbatasan mendasar:
- Diameternya hanya 2,4m, membatasi resolusinya.
- Meskipun ditutupi dengan bahan reflektif, ia terus-menerus terkena sinar matahari langsung, yang memanaskannya. Ini berarti bahwa karena efek termal, ia tidak dapat mengamati panjang gelombang cahaya yang lebih besar dari 1,6 m.
- Kombinasi aperture terbatas dan panjang gelombang yang sensitif berarti teleskop dapat melihat galaksi yang tidak lebih tua dari 500 juta tahun.
Galaksi-galaksi ini indah, jauh dan ada ketika alam semesta hanya sekitar 4% dari usianya saat ini. Tapi diketahui bahwa bintang dan galaksi ada lebih awal.
Untuk melihat ini, teleskop harus memiliki sensitivitas yang lebih tinggi. Ini berarti pindah ke panjang gelombang yang lebih panjang dan suhu yang lebih rendah dari Hubble. Itulah mengapa Teleskop Luar Angkasa James Webb sedang dibangun.
Prospek Ilmu Pengetahuan
James Webb Space Telescope (JWST) dirancang untuk mengatasi keterbatasan ini dengan tepat: dengan diameter 6,5 m, teleskop mengumpulkan cahaya 7 kali lebih banyak daripada Hubble. Dia membukaultra-spektroskopi resolusi tinggi dari 600 nm hingga 6 m (4 kali panjang gelombang yang dapat dilihat Hubble), untuk melakukan pengamatan di wilayah spektrum inframerah-tengah dengan sensitivitas yang lebih tinggi daripada sebelumnya. JWST menggunakan pendinginan pasif untuk suhu permukaan Pluto dan mampu secara aktif mendinginkan instrumen inframerah-tengah hingga 7K.
Dia akan mengizinkan:
- amati galaksi paling awal yang pernah terbentuk;
- melihat melalui gas netral dan menyelidiki bintang pertama dan reionisasi alam semesta;
- melakukan analisis spektroskopi bintang pertama (populasi III) yang terbentuk setelah Big Bang;
- dapatkan kejutan luar biasa seperti penemuan lubang hitam supermasif dan quasar paling awal di alam semesta.
Tingkat penelitian ilmiah JWST tidak seperti apa pun di masa lalu, itulah sebabnya teleskop dipilih sebagai misi utama NASA tahun 2010-an.
Karya Ilmiah
Dari sudut pandang teknis, teleskop James Webb yang baru adalah karya seni sejati. Proyek ini telah berjalan jauh: telah terjadi pembengkakan anggaran, penundaan jadwal, dan bahaya proyek dibatalkan. Setelah intervensi kepemimpinan baru, semuanya berubah. Proyek tiba-tiba bekerja seperti jarum jam, dana dialokasikan, kesalahan, kegagalan dan masalah diperhitungkan, dan tim JWST mulai menyesuaikan diri.semua tenggat waktu, jadwal dan kerangka anggaran. Peluncuran perangkat dijadwalkan pada Oktober 2018 dengan roket Ariane-5. Tim tidak hanya berpegang pada jadwal, mereka memiliki sembilan bulan tersisa untuk memperhitungkan semua kemungkinan untuk memastikan semuanya dikemas dan siap untuk tanggal tersebut.
Teleskop James Webb terdiri dari 4 bagian utama.
Blok optik
Termasuk semua cermin, di mana delapan belas cermin berlapis emas tersegmentasi utama adalah yang paling efektif. Mereka akan digunakan untuk mengumpulkan cahaya bintang yang jauh dan memfokuskannya pada instrumen untuk analisis. Semua cermin ini sekarang siap dan tanpa cacat, dibuat sesuai jadwal. Setelah dirakit, mereka akan dilipat menjadi struktur kompak untuk diluncurkan lebih dari 1 juta km dari Bumi ke titik Lagrange L2, dan kemudian secara otomatis disebarkan untuk membentuk struktur sarang lebah yang akan mengumpulkan cahaya jarak sangat jauh untuk tahun-tahun mendatang. Ini adalah hal yang sangat indah dan hasil yang sukses dari upaya besar dari banyak spesialis.
Kamera inframerah dekat
Webb dilengkapi dengan empat instrumen ilmiah yang 100% lengkap. Kamera utama teleskop adalah kamera inframerah-dekat mulai dari cahaya oranye yang terlihat hingga inframerah dalam. Ini akan memberikan gambar yang belum pernah terjadi sebelumnya dari bintang paling awal, galaksi termuda yang masih dalam proses pembentukan, bintang muda Bima Sakti dan galaksi terdekat, ratusan objek baru di sabuk Kuiper. Dia adalahdioptimalkan untuk pencitraan langsung planet di sekitar bintang lain. Ini akan menjadi kamera utama yang digunakan oleh sebagian besar pengamat.
Spektrograf inframerah dekat
Alat ini tidak hanya memisahkan cahaya menjadi panjang gelombang yang terpisah, tetapi juga mampu melakukan ini untuk lebih dari 100 objek terpisah pada saat yang bersamaan! Instrumen ini akan menjadi spektrograf Webba universal yang mampu beroperasi dalam 3 mode spektroskopi berbeda. Itu dibangun oleh Badan Antariksa Eropa, tetapi banyak komponen, termasuk detektor dan baterai multi-gerbang, disediakan oleh Pusat Penerbangan Luar Angkasa. Dewi (NASA). Alat ini telah diuji dan siap dipasang.
Instrumen Inframerah Pertengahan
Perangkat akan digunakan untuk pencitraan pita lebar, yaitu, akan menghasilkan gambar yang paling mengesankan dari semua instrumen Webb. Dari sudut pandang ilmiah, ini akan sangat berguna dalam mengukur cakram protoplanet di sekitar bintang muda, mengukur dan mencitrakan objek sabuk Kuiper dan debu yang dipanaskan oleh cahaya bintang dengan presisi yang belum pernah terjadi sebelumnya. Ini akan menjadi satu-satunya instrumen yang didinginkan secara kriogenik hingga 7 K. Dibandingkan dengan teleskop luar angkasa Spitzer, ini akan meningkatkan hasil dengan faktor 100.
Spektrograf IR Dekat Tanpa Celah (NIRISS)
Perangkat akan memungkinkan Anda untuk menghasilkan:
- spektroskopi sudut lebar pada panjang gelombang inframerah dekat (1,0 - 2,5 m);
- spektroskopi grism dari satu objek direntang terlihat dan inframerah (0,6 - 3,0 mikron);
- aperture-masking interferometry pada panjang gelombang 3,8 - 4,8 m (di mana bintang dan galaksi pertama diharapkan);
- pemotretan jarak jauh dari seluruh bidang pandang.
Instrumen ini dibuat oleh Badan Antariksa Kanada. Setelah melewati pengujian kriogenik, ia juga akan siap untuk diintegrasikan ke dalam kompartemen instrumen teleskop.
Pelindung matahari
Teleskop luar angkasa belum dilengkapi dengannya. Salah satu aspek yang paling menakutkan dari setiap peluncuran adalah penggunaan materi yang benar-benar baru. Alih-alih secara aktif mendinginkan seluruh pesawat ruang angkasa dengan pendingin sekali pakai, Teleskop James Webb menggunakan teknologi yang sama sekali baru, pelindung matahari 5 lapis yang akan digunakan untuk memantulkan radiasi matahari dari teleskop. Lima lembar 25 meter akan dihubungkan dengan batang titanium dan dipasang setelah teleskop dikerahkan. Perlindungan diuji pada tahun 2008 dan 2009. Model skala penuh yang berpartisipasi dalam tes laboratorium melakukan semua yang seharusnya mereka lakukan di Bumi. Ini adalah inovasi yang indah.
Ini juga merupakan konsep yang luar biasa: tidak hanya menghalangi cahaya dari Matahari dan menempatkan teleskop dalam bayangan, tetapi melakukannya sedemikian rupa sehingga semua panas terpancar ke arah yang berlawanan dengan orientasi teleskop. Masing-masing dari lima lapisan dalam ruang hampa udara akan menjadi dingin saat bergerak menjauh dari luar, yang akan sedikit lebih hangat daripada suhunya.permukaan Bumi - sekitar 350-360 K. Suhu lapisan terakhir akan turun menjadi 37-40 K, yang lebih dingin daripada pada malam hari di permukaan Pluto.
Selain itu, tindakan pencegahan signifikan telah diambil untuk melindungi dari lingkungan luar angkasa yang keras. Salah satu hal yang perlu dikhawatirkan di sini adalah kerikil kecil seukuran kerikil, butiran pasir, bintik debu dan bahkan yang lebih kecil terbang melintasi ruang antarplanet dengan kecepatan puluhan bahkan ratusan ribu kilometer per jam. Mikrometeorit ini mampu membuat lubang mikroskopis kecil di segala hal yang mereka temui: pesawat ruang angkasa, pakaian astronot, cermin teleskop, dan banyak lagi. Jika cermin hanya mendapatkan penyok atau lubang, yang sedikit mengurangi jumlah "cahaya yang baik" yang tersedia, maka pelindung matahari dapat robek dari ujung ke ujung, membuat seluruh lapisan tidak berguna. Sebuah ide brilian digunakan untuk memerangi fenomena ini.
Seluruh pelindung matahari telah dibagi menjadi beberapa bagian sedemikian rupa sehingga jika ada celah kecil di satu, dua atau bahkan tiga di antaranya, lapisan tidak akan robek lebih jauh, seperti retakan di kaca depan mobil. mobil. Partisi akan menjaga seluruh struktur tetap utuh, yang penting untuk mencegah degradasi.
Pesawat Luar Angkasa: sistem perakitan dan kontrol
Ini adalah komponen yang paling umum, seperti yang dimiliki semua teleskop luar angkasa dan misi sains. Di JWST, ini unik, tetapi juga sepenuhnya siap. Yang tersisa untuk kontraktor umum proyek, Northrop Grumman, adalah menyelesaikan perisai, merakit teleskop, dan mengujinya. Mesin akan siap untukdiluncurkan dalam 2 tahun.
10 tahun penemuan
Jika semuanya berjalan dengan baik, umat manusia akan berada di ambang penemuan ilmiah yang hebat. Selubung gas netral yang sejauh ini mengaburkan pandangan bintang dan galaksi paling awal akan dihilangkan oleh kemampuan inframerah Webb dan luminositasnya yang besar. Ini akan menjadi teleskop terbesar dan paling sensitif yang pernah dibuat, dengan rentang panjang gelombang besar 0,6 hingga 28 mikron (mata manusia melihat 0,4 hingga 0,7 mikron). Diharapkan dapat memberikan pengamatan selama satu dekade.
Menurut NASA, umur misi Webb adalah dari 5,5 hingga 10 tahun. Ini dibatasi oleh jumlah propelan yang dibutuhkan untuk mempertahankan orbit dan masa pakai elektronik dan peralatan di lingkungan luar angkasa yang keras. Teleskop Orbital James Webb akan membawa bahan bakar untuk seluruh periode 10 tahun, dan 6 bulan setelah peluncuran, pengujian dukungan penerbangan akan dilakukan, yang menjamin 5 tahun karya ilmiah.
Apa yang bisa salah?
Faktor pembatas utama adalah jumlah bahan bakar di kapal. Ketika berakhir, satelit akan menjauh dari titik L2 Lagrange, memasuki orbit kacau di sekitar Bumi.
Ayo dengan ini, masalah lain bisa terjadi:
- degradasi cermin, yang akan memengaruhi jumlah cahaya yang dikumpulkan dan membuat artefak gambar, tetapi tidak akan merusak pengoperasian teleskop selanjutnya;
- kegagalan sebagian atau seluruh layar surya, yang akan menyebabkan peningkatansuhu pesawat ruang angkasa dan mempersempit rentang panjang gelombang yang dapat digunakan ke inframerah sangat dekat (2-3 m);
- Kegagalan sistem pendingin instrumen IR Tengah, membuatnya tidak dapat digunakan tetapi tidak memengaruhi instrumen lain (0,6 hingga 6 m).
Tes paling sulit yang menunggu teleskop James Webb adalah peluncuran dan penyisipan ke orbit tertentu. Situasi ini telah diuji dan berhasil diselesaikan.
Revolusi dalam sains
Jika Teleskop James Webb beroperasi, akan ada cukup bahan bakar untuk menyalakannya dari 2018 hingga 2028. Selain itu, ada potensi pengisian bahan bakar, yang dapat memperpanjang umur teleskop hingga satu dekade lagi. Sama seperti Hubble telah beroperasi selama 25 tahun, JWST dapat memberikan generasi ilmu pengetahuan revolusioner. Pada Oktober 2018, kendaraan peluncuran Ariane 5 akan diluncurkan ke orbit masa depan astronomi, yang, setelah lebih dari 10 tahun kerja keras, siap untuk mulai berbuah. Masa depan teleskop luar angkasa hampir tiba.
