Hoe De James Webb Space Telescope Zal Werken

{h1}

De james webb space telescope reist 1 miljoen mijl vanaf de aarde en brengt ons in de buurt van het begin der tijden. Lees over de jwst op WordsSideKick.com

Onze kennis van ons universum wordt begrensd door de reikwijdte van onze zintuigen, maar onze geest kent dergelijke grenzen niet. Wanneer de gloed van een kampvuur ons blind maakt voor de bron van een twijg in de beboste duisternis, stellen we ons allerlei ontzettende vooruitzichten voor. Maar stap een paar passen uit, zet het vuur op onze rug en we zien dieper en duidelijker. Verbeelding ontmoet informatie en we weten plotseling waar we mee te maken hebben.

Was het maar altijd zo eenvoudig. Maar er is meer voor nodig dan een goed stel ogen en op enige afstand van stadslichten om de kosmos te begrijpen; het vereist instrumenten die in staat zijn om onze zintuigen te verruimen voorbij onze evolutionaire grenzen, onze atmosfeer of zelfs onze planetaire baan. Astronomie en kosmologie zijn beide gedwongen en beperkt door de kwaliteit van deze instrumenten. Ongeveer 400 jaar geleden onthulde de telescoop onverwachte manen, planeten en zonnevlekken, wat leidde tot een opeenvolging van nieuwe kosmische theorieën en betere hulpmiddelen om ze te testen, met onderweg onthullende golvende nevels en samenkomende sterren.

In het midden van de 20e eeuw toonden radiotelescopen dat sterrenstelsels, ver van statische klodders, in feite actief waren en barsten van energie. Vóór de Kepler-ruimtetelescoop dachten we dat exoplaneten zeldzaam waren in het universum; nu vermoeden we dat ze in aantal meer zullen zijn dan sterren. Twee decennia van de om de aarde draaiende Hubble-ruimtetelescoop hielp de sluier van tijd door te dringen, beeldrijke kinderdagverblijven te stichten en te bewijzen dat sterrenstelsels botsen. Nu staat de James Webb Space Telescope klaar om zijn rug tegen het zonlicht te plaatsen, van de aarde af te stappen en de scherpe, delicate waarnemingen alleen mogelijk te maken in de koude, donkere ruimtes achter de maan.

Gepland voor een lanceringsdatum 2018 en team-gebouwd door 14 landen, 27 staten en het District of Columbia, is Webb belast met het beantwoorden van enkele heel ambitieuze vragen. Wanneer de machtige telescoop boven op een Ariane 5 ECA-raket van het Europees Ruimteagentschap wordt gelanceerd, zal dit de start betekenen van een nieuwe golf van ambitieuze grond- en ruimtegebaseerde instrumenten, waaronder een aantal nieuwe observatoria in Hawaii en Chili [bronnen: Billings; Overbye].

Als het de lancering en de 1,5 miljoen kilometer lange reis van de aarde naar de baan van het tweede Lagrange (L2) -punt overleeft - een van de vijf plekken in het systeem van de aarde en de zon waar de zwaartekracht vanzelfsprekend blijft bestaan een ruimtevaartuig min of meer op zijn plaats - het zal astronomen dichter bij het begin van de tijd brengen dan ooit, en geeft een glimp van bezienswaardigheden lang verondersteld maar nog nooit gezien, vanaf de geboorte van sterrenstelsels tot licht vanaf de allereerste sterren.

The Mission: Standing on the Shoulders of Giants

Webb's missie bouwt voort op en breidt het werk uit van NASA's Great Observatories, vier opmerkelijke ruimtetelescopen waarvan de instrumenten de waterkanten van elektromagnetische spectra bedekken. Met de vier overlappende missies konden wetenschappers dezelfde astronomische objecten observeren in de zichtbare, gammastralen, röntgen- en infraroodspectra.

De schoolbus-sized Hubble, die voornamelijk in het zichtbare spectrum met wat ultraviolet en bijna-infrarood dekking ziet, startte het programma in 1990 en zou, bij verder onderhoud, lang genoeg moeten meegaan om het stokje af te geven aan Webb. De telescoop is toepasselijk vernoemd naar Edwin Hubble, de astronoom die veel van de gebeurtenissen ontdekte die hij moest onderzoeken, maar sindsdien is de telescoop een van de meest productieve instrumenten in de wetenschappelijke geschiedenis geworden, met fenomenen als geboorte en dood van sterren, galactische evolutie en zwarte gaten van theorie tot waargenomen feit [bron: NASA].

Deelnemen aan de Hubble in de grote vier zijn de Compton Gamma Ray Observatory (CGRO), Chandra X-ray Observatory en Spitzer Space Telescope.

  • De CGRO, geïntroduceerd in 1991 en niet meer in gebruik, detecteerde energieke, gewelddadige brillen in het 30 kiloelectron volts (keV) tot 30 gigaelectron volt (GeV) spectrum, inclusief de energie-spuwen nuclei van actieve sterrenstelsels.
  • Chandra, ingezet in 1999 en nog steeds sterk, bewaakt zwarte gaten, quasars en hoge-temperatuurgassen in het röntgenspectrum en biedt essentiële gegevens over de geboorte, groei en uiteindelijke lot van het universum.
  • Spitzer, dat zich in een baan om de aarde bevindt, bekijkt de lucht in thermisch infrarood (3-180 micron), een bandbreedte die nuttig is voor het bekijken van sterlingen, galactische centra en koele, donkere sterren en voor het detecteren van moleculen in de ruimte.

Webb zal diep in het nabij- en midden-infrarood staren, geholpen door zijn positie op het L2-punt voorbij de maan en door zijn zonneschermen, die opdringerig licht van de zon, de aarde en de maan zullen blokkeren en tegelijkertijd het vaartuig efficiënt koelen. Wetenschappers hopen de allereerste sterren in het universum te observeren, de vorming en botsing van babysterrenstelsels, en de geboorte van sterren en protoplanetaire systemen - mogelijk degenen die de chemische bestanddelen van het leven bevatten.

Deze eerste sterren zouden de sleutel kunnen vormen om de structuur van het universum te begrijpen. Theoretisch gezien, waar en hoe ze zich hebben gevormd, heeft betrekking op vroege patronen van donkere materie - ongeziene, mysterieuze materie die detecteerbaar is door de zwaartekracht die het uitoefent - en hun levenscycli en sterfgevallen veroorzaakten feedback die de vorming van de eerste sterrenstelsels beïnvloedde [bron: Bromm et al.]. En als superzware, kortstondige sterren, geschat op ongeveer 30-300 keer de massa (en miljoenen keer de helderheid) van onze zon, zouden deze eerstgeboren sterren misschien wel geëxplodeerd zijn toen supernova's vervolgens instortten om zwarte gaten te vormen, later zwellend en samenvoegend in de enorme zwarte gaten die de centra van de meeste massieve sterrenstelsels bezetten.

Het getuigen van een van deze dingen is een prestatie die verder gaat dan elk instrument dat we tot nu toe hebben gebouwd.Dat gaat veranderen, dankzij een pakket instrumenten - en een ruimteschip - gebouwd voor de klus.

Eerste licht

De voorwaarde Eerste licht verwijst naar de eerste sterren die zich ooit in het universum hebben gevormd, die 400 miljoen jaar na de oerknal ontstaken en volledig uit primordiaal gas bestaan. Deze oude zonnen zijn echter niet de oudste stralingsbronnen. Die eer behoort toe aan de kosmische achtergrondstraling, de microgolfstraling die vrijkomt bij de vorming van de eerste atomen ongeveer 400.000 jaar na de oerknal en waargenomen door NASA's WMAP- en COBE-missies. WMAP staat voor Wilkinson Microwave Anisotropy Probe en COBE is een afkorting voor Cosmic Background Explorer. Webb krijgt deze vroege straling echter niet te zien.

The Nickel Tour van de James Webb Space Telescope

NASA-ingenieur Ernie Wright bestudeert de eerste zes vluchtklare primaire spiegelsegmenten van Webb terwijl ze klaar zijn om te beginnen met het definitieve cryogene testen. De primaire spiegel heeft in totaal 18 segmenten.

NASA-ingenieur Ernie Wright bestudeert de eerste zes vluchtklare primaire spiegelsegmenten van Webb terwijl ze klaar zijn om te beginnen met het definitieve cryogene testen. De primaire spiegel heeft in totaal 18 segmenten.

Voordat u zich aanmeldt op de stippellijn, weten we dat u de banden wilt schoppen en het voertuig een snelle wandeling wilt geven. Neem je tijd - deze baby is uniek in zijn soort.

Webb lijkt een beetje op een ruitvormig vlot met een dikke, gebogen mast en zeil - als het zeil werd gebouwd door gigantische, beryllium-kauwende honingbijen. Het "vlot" -gedeelte, dat van onder naar de zon gericht is, bestaat uit vijf door een spleet gescheiden lagen van op Kapton gebaseerd hitteschild. Elk gescheiden door een met vacuüm gevulde ruimte voor effectieve koeling, beschermen ze samen de hoofdreflector en instrumenten.

Kapton is een heel dunne (denk mensenhaar!) Polymeerfilm gemaakt door DuPont en in staat om stabiele mechanische eigenschappen te behouden onder extreme hitte en trillingen, en het is al tijd in de ruimte gedaan. Als u zo geneigd was, kunt u water aan de ene kant van het scherm koken en stikstof aan de andere kant vloeibaar maken. Oh, en het vouwt ook aardig op, wat het moet doen voor de lancering.

De "kiel" van het schip bestaat uit een unitaire palletstructuur, die de zonnekap opslaat tijdens het opstijgen en zonnecellen voor vermogen. In het midden ligt de ruimtevaartbus, die alle ondersteunende functies verzamelt die ervoor zorgen dat Webb blijft draaien, inclusief elektrische stroom, standcontrole, communicatie, commando en gegevensverwerking en thermische controle. Een antenne met een hoge versterking siert de buitenkant van de bus, net als een set ster-trackers die werken met de Fijngeleiding Sensor (zie volgende gedeelte) om alles in de juiste richting te houden. Ten slotte ligt aan het ene uiteinde van het hitteschild, en loodrecht daarop, een lipje voor het momentumversnelling dat de druk die fotonen op het schip uitoefenen, verschuift, net als bij een trimflap op een zeilschip.

Aan de ruimtewandzijde van het schild ligt het 'zeil', de gigantische spiegel van Webb, onderdeel van een optiek- en instrumentatiepakket. De 18 zeshoekige berylliumsecties worden na de lancering onthuld en coördineren om te fungeren als een kolossale primaire spiegel die 21,3 voet (6,5 meter) breed is.

Tegenover deze spiegel, die op zijn plaats wordt gehouden door drie steunen, staat de secondaire spiegel, die licht van de primaire spiegel op het achteroptiekensubsysteem richt, een wigvormige doos die uit het midden van de hoofdspiegel steekt. Deze structuur buigt strooilicht af en richt het licht van de secundaire spiegel naar de instrumenten die zich in de "mast" van de achterplaat bevinden, wat dubbel werk doet door ook de structuur van de gesegmenteerde hoofdspiegel te handhaven.

Zodra het schip zijn zes maanden durende inbedrijfstellingsperiode na de lancering heeft voltooid, duurt het 5-10 jaar en, naar we hopen, langer, afhankelijk van het brandstofverbruik, maar het zal te ver weg cirkelen voor onderhoud. Eigenlijk zijn Hubble en het internationale ruimtestation de uitzonderingen in dat opzicht, maar net als Hubble en andere algemene observatoria zullen zijn missies dan voortvloeien uit concurrerende, peer-reviewed en gerangschikte voorstellen, ingediend door wetenschappers over de hele wereld. De resultaten zullen hun weg vinden naar gepubliceerde onderzoeken en gegevens die beschikbaar zijn op internet.

Laten we eens kijken naar de instrumenten die al die studies mogelijk maken.

Wat zit er in een naam?

Ooit bekend als de Next Generation Space Telescope (NGST), werd Webb hernoemd in september 2002 ter ere van de voormalige NASA-beheerder James Webb. Tijdens zijn ambtstermijn als hoofd van het ontluikende ruimteagentschap van februari 1961 tot oktober 1968, drong hij er op aan om ruimtevlucht te maken over exploratie en niet alleen maar over de Koude Oorlogspolitiek. Dientengevolge heeft de NASA geprofiteerd van wetenschappelijke inspanningen, onderwijs en talrijke industrieën ter plaatse [bronnen: NASA; NASA].

The Instruments: Sight Beyond Sight

Webb's Near-Infrared Camera hangt in een schone kamer in het Lockheed Martin Advanced Technology Center op 12 februari 2014. Het is veilig om te zeggen dat een werkende NIRCam een ​​aantal ontzettend geweldige kosmische bezienswaardigheden in zich opneemt.

Webb's Near-Infrared Camera hangt in een schone kamer in het Lockheed Martin Advanced Technology Center op 12 februari 2014. Het is veilig om te zeggen dat een werkende NIRCam een ​​aantal ontzettend geweldige kosmische bezienswaardigheden in zich opneemt.

Hoewel het enigszins in het visuele bereik (rood en goudlicht) valt, is Webb in wezen een grote infraroodtelescoop (zie zijbalk).

De primaire imager, de Near-InfraRed Camera (NIRCam), zintuigen in het bereik van 0,6-5,0 micron (nabij-infrarood). Het detecteert infraroodlicht van de vroegste sterren en melkwegstelsels die worden geboren, maakt een telling van nabije sterrenstelsels en spot objecten die door de Kuipergordel slingeren - de uitgestrektheid van ijzige objecten die buiten Neptunus cirkelen en die Pluto en andere dwergplaneten bevatten. Het zal ook helpen bij het corrigeren van Webb's telescopische visie als dat nodig is.

NIRCam is uitgerust met een coronagraaf, waarmee de camera de piekerige halo rond heldere sterren kan observeren door hun verblindende licht te blokkeren - een essentieel hulpmiddel voor het spotten van exoplaneten.

De Near InfraRed Spectrograph (NIRSpec) werkt in hetzelfde golflengtebereik als NIRCam.Net als andere spectrografen, analyseert het de fysieke kenmerken van objecten zoals sterren door licht hun licht in een spectrum te splitsen, waarvan het patroon varieert afhankelijk van de temperatuur, massa en chemische samenstelling van het doelwit.

NIRSpec zal duizenden oude sterrenstelsels bestuderen met straling die zo zwak is dat een enkele spectrograaf honderden uren nodig heeft om te maken. Om deze lastige taak te ondersteunen, rust de spectrograaf op een opmerkelijke gadget: een raster van 62.000 individuele luiken, elk met een afmeting van ongeveer 100 bij 200 micron (de breedte van een paar menselijke haren) en in staat om te openen en te sluiten om het licht van de helderder te blokkeren sterren. Dankzij deze microshutterserie zal NIRSpec de eerste op de ruimte gebaseerde spectrograaf worden die in staat is om 100 verschillende objecten tegelijk te observeren.

De Fijngeleiding sensor / nabije infrarode imager en slitless spectrograaf (FGS-NIRISS) is eigenlijk twee sensoren samen verpakt. De NIRISS bevat vier modi, elk geassocieerd met een ander golflengtebereik. Deze variëren van slitless spectroscopy, dat een spectrum creëert via een prisma- en rasp-combinatie genaamd a grism, naar diafragma maskerende interferometrie, die een masker gebruikt om interferentiepatronen te creëren die exoplanetair licht onderscheiden van achtergrondsteronstraling [bron: STSI].

De FGS is een gevoelige, niet-knipperende camera die navigatieafbeeldingen maakt en deze naar het systeem voor houdbaarheid stuurt om de telescoop in de juiste richting te houden.

Het uiteindelijke Webb-instrument breidt zijn bereik verder uit dan nabij-infrarood en in het midden-infrarood, handig voor het oppakken van roodverschuivende objecten, evenals planeten, kometen, asteroïden, door sterren verhit stof en protoplanetaire schijven. Zowel een camera als een spectrograaf, dit Mid-InfraRed Instrument (MIRI) bestrijkt het breedste golflengtebereik, van 5-28 micron. De breedveld-breedbandcamera zal meer van de soorten beelden maken die Hubble beroemd hebben gemaakt.

Maar infraroodwaarneming is essentieel om het universum te begrijpen. Stof en gas kunnen het zichtbare licht van sterren in sterrenkwekerijen blokkeren, maar er gaat infrarood doorheen. Bovendien, terwijl het universum uitzet en sterrenstelsels uit elkaar bewegen, strekt hun licht zich uit en wordt het roodverschuiving, glijdend naar langere EM-golflengten zoals infrarood. Hoe verder weg de melkweg, hoe sneller deze terugwijkt en hoe meer zijn licht wordt verschoven - vandaar de waarde van een telescoop zoals Webb.

Infraroodspectra kunnen ook een schat aan informatie over exoplanet-omgevingen bieden - en of ze moleculaire ingrediënten bevatten die geassocieerd zijn met het leven. Op aarde noemen we waterdamp, methaan en koolstofdioxide "broeikasgassen" omdat ze thermisch infrarood absorberen (ook bekend als warmte). Omdat deze tendens overal waar is, kunnen wetenschappers Webb gebruiken om dergelijke stoffen in de atmosfeer van verre werelden op te sporen door te zoeken naar sterk absorberende patronen in hun spectroscopische metingen.

The Hidden Universe

Astronomen noemen het infraroodbereik van het elektromagnetische (EM) spectrum het "verborgen universum". Hoewel elk voorwerp met warmte infrarood licht uitstraalt, blokkeert de atmosfeer van de aarde het grootste deel ervan, waardoor het onzichtbaar wordt voor astronomie op de grond.

Notitie van de auteur: Hoe de James Webb Space Telescope zal werken

Er is gezegd dat we te veel tijd besteden aan het nadenken over het verleden, maar in werkelijkheid voeden onze zintuigen ons niets dan gedateerde informatie. Alles wat we voelen is al gebeurd, of het nu een fractie van een fractie van een seconde eerder is of miljoenen jaren geleden, wat onze ogen tot op een zeer kleine schaal maakt voor tijdmachines.

Maar er is zoveel meer informatie in de lucht dan we kunnen waarnemen - Polaroids vervagen van het nauwelijks herkenbare vroege universum, vervaagd tot roodverschuivende beelden van miljarden jaren oud, die voorbij het beperkte EM-venster liggen waar onze ogen gevoelig voor zijn. Maar dat is het mooie van een gereedschapsmakende soort: onze hulpmiddelen kunnen onze mogelijkheden, ons bereik en onze visie uitbreiden, zelfs tot aan de geboorte van de kosmos.


Video Supplement: Seeing Beyond - The James Webb Space Telescope (Final Cut).




Onderzoek


Luisteren Naar Het Pulseren Van Sterren
Luisteren Naar Het Pulseren Van Sterren

Hoe Kan De Oceaan Ons Schone Energie Geven?
Hoe Kan De Oceaan Ons Schone Energie Geven?

Science Nieuws


Wat Is Het Verschil Tussen Maïssiroop En Suiker?
Wat Is Het Verschil Tussen Maïssiroop En Suiker?

Super Bowl 2017: Is Een Grasmat Of Grasveld Riskanter Voor Spelers?
Super Bowl 2017: Is Een Grasmat Of Grasveld Riskanter Voor Spelers?

Intelligentie In Kaart Gebracht In De Hersenen
Intelligentie In Kaart Gebracht In De Hersenen

Stoppen Met Junkfood Is Als Medicijnopname, Stelt De Studie Voor
Stoppen Met Junkfood Is Als Medicijnopname, Stelt De Studie Voor

Hoe Waterkrachtcentrales Werken
Hoe Waterkrachtcentrales Werken

WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com