มีคนเคยกล่าวไว้ว่า: ผู้สร้างฮับเบิลจำเป็นต้องสร้างอนุสาวรีย์ในเมืองใหญ่ทุกแห่งบนโลก เขามีคุณธรรมมากมาย ตัวอย่างเช่น ด้วยความช่วยเหลือของกล้องโทรทรรศน์นี้ นักดาราศาสตร์ได้ถ่ายภาพดาราจักร UDFj-39546284 ที่อยู่ห่างไกลออกไป ในเดือนมกราคม 2011 นักวิทยาศาสตร์พบว่ามันตั้งอยู่ไกลกว่า UDFy-38135539 ซึ่งเป็นเจ้าของสถิติก่อนหน้านี้ ประมาณ 150 ล้านปีแสง Galaxy UDFj-39546284 อยู่ห่างจากเรา 13.4 พันล้านปีแสง นั่นคือ ฮับเบิลเห็นดาวฤกษ์ที่มีอายุมากกว่า 13 พันล้านปีก่อน 380 ล้านปีหลังจากบิกแบง วัตถุเหล่านี้อาจไม่ "มีชีวิต" เป็นเวลานาน: เราเห็นเพียงแสงของดาวและกาแล็กซีที่ตายไปนานเท่านั้น
แต่สำหรับข้อดีทั้งหมดของมัน กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลเป็นเทคโนโลยีแห่งสหัสวรรษที่ผ่านมา: มันถูกเปิดตัวในปี 1990 แน่นอนว่าเทคโนโลยีมีความก้าวหน้าอย่างมากในช่วงหลายปีที่ผ่านมา หากกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลปรากฏในสมัยของเรา ความสามารถของมันคงจะเหนือกว่ารุ่นดั้งเดิมอย่างมหาศาล นี่คือที่มาของเจมส์ เวบบ์
ทำไม "เจมส์ เวบบ์" ถึงมีประโยชน์
กล้องโทรทรรศน์ใหม่ เช่นเดียวกับบรรพบุรุษของมัน ยังเป็นหอดูดาวอินฟราเรดที่โคจรอยู่ด้วย ซึ่งหมายความว่างานหลักของเขาคือการศึกษาการแผ่รังสีความร้อน จำได้ว่าวัตถุที่ถูกทำให้ร้อนจนถึงอุณหภูมิหนึ่งจะปล่อยพลังงานออกมาในสเปกตรัมอินฟราเรด ความยาวคลื่นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิความร้อน ยิ่งสูง ความยาวคลื่นก็จะยิ่งสั้นลงและการแผ่รังสีจะรุนแรงขึ้น
อย่างไรก็ตาม มีความแตกต่างทางแนวคิดอย่างหนึ่งระหว่างกล้องโทรทรรศน์ ฮับเบิลอยู่ในวงโคจรต่ำของโลก กล่าวคือ โคจรรอบโลกที่ระดับความสูงประมาณ 570 กม. James Webb จะเปิดตัวสู่วงโคจรรัศมีที่จุด L2 Lagrange ของระบบ Sun-Earth มันจะโคจรรอบดวงอาทิตย์ และไม่เหมือนสถานการณ์ของฮับเบิล โลกจะไม่เข้าไปยุ่งเกี่ยวกับมัน ปัญหาเกิดขึ้นทันที: ยิ่งวัตถุอยู่ห่างจากโลกมากเท่าไหร่ก็ยิ่งยากที่จะติดต่อได้ดังนั้นความเสี่ยงในการสูญเสียก็จะสูงขึ้น ดังนั้น "เจมส์ เวบบ์" จะเคลื่อนที่ไปรอบๆ ดาวฤกษ์โดยสัมพันธ์กับโลกของเรา ในกรณีนี้ ระยะห่างของกล้องโทรทรรศน์จากโลกจะอยู่ที่ 1.5 ล้านกม. ในทิศทางตรงกันข้ามจากดวงอาทิตย์ ระยะทางจากโลกถึงดวงจันทร์เท่ากับ 384,403 กม. กล่าวคือ ถ้าอุปกรณ์ James Webb ล้มเหลว เป็นไปได้มากว่าจะไม่สามารถซ่อมแซมได้ (ยกเว้นจากระยะไกล ซึ่งกำหนดข้อจำกัดทางเทคนิคที่ร้ายแรง) ดังนั้นกล้องโทรทรรศน์ที่มีแนวโน้มว่าจะไม่เพียง แต่มีความน่าเชื่อถือเท่านั้น แต่ยังน่าเชื่อถืออย่างยิ่ง ส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากการเลื่อนวันเปิดตัวอย่างต่อเนื่อง
James Webb มีความแตกต่างที่สำคัญอีกประการหนึ่ง อุปกรณ์จะช่วยให้เขาจดจ่อกับวัตถุโบราณและเย็นมากที่ฮับเบิลมองไม่เห็น ด้วยวิธีนี้ เราจะทราบได้ว่าดาวฤกษ์ ควาซาร์ ดาราจักร กระจุก และกระจุกดาราจักรกลุ่มแรกเกิดเมื่อใดและที่ไหน
สิ่งที่น่าสนใจที่สุดที่กล้องโทรทรรศน์ใหม่สามารถทำได้คือดาวเคราะห์นอกระบบ เพื่อให้แม่นยำยิ่งขึ้น เรากำลังพูดถึงการกำหนดความหนาแน่นของพวกมัน ซึ่งจะช่วยให้เราเข้าใจว่าวัตถุประเภทใดอยู่ตรงหน้าเรา และดาวเคราะห์ดวงดังกล่าวสามารถอยู่อาศัยได้หรือไม่ ด้วยความช่วยเหลือของเจมส์ เว็บบ์ นักวิทยาศาสตร์ยังหวังที่จะรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับมวลและเส้นผ่านศูนย์กลางของดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกล ซึ่งจะเป็นการเปิดข้อมูลใหม่เกี่ยวกับดาราจักรบ้านเกิด
อุปกรณ์ของกล้องโทรทรรศน์จะช่วยให้สามารถตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบที่มีอุณหภูมิพื้นผิวสูงถึง 27 ° C (อุณหภูมิเฉลี่ยบนพื้นผิวโลกของเราคือ 15 ° C)"เจมส์ เวบบ์" จะสามารถค้นหาวัตถุดังกล่าวที่ตั้งอยู่ในระยะห่างมากกว่า 12 หน่วยดาราศาสตร์ (นั่นคือระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์) จากดวงดาวของพวกมันและอยู่ห่างจากโลกในระยะไกลถึง 15 แสง ปีที่. แผนการที่จริงจังเกี่ยวข้องกับชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ กล้องโทรทรรศน์สปิตเซอร์และฮับเบิลสามารถรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับซองก๊าซได้หลายร้อยซอง ผู้เชี่ยวชาญระบุว่ากล้องโทรทรรศน์ใหม่จะสามารถสำรวจชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบต่างๆ ได้อย่างน้อยสามร้อยชั้นบรรยากาศ
จุดที่ควรเน้นอีกประการหนึ่งคือการค้นหากลุ่มดาวฤกษ์ประเภทที่ 3 ที่สมมุติฐานซึ่งควรประกอบเป็นดาวรุ่นแรกที่ปรากฏขึ้นหลังบิ๊กแบง ตามที่นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าสิ่งเหล่านี้เป็นผู้ทรงคุณวุฒิที่มีน้ำหนักมากและมีอายุการใช้งานสั้นซึ่งแน่นอนว่าไม่มีอยู่แล้ว วัตถุเหล่านี้มีมวลมากเนื่องจากขาดคาร์บอนซึ่งจำเป็นสำหรับปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์แบบคลาสสิก ซึ่งไฮโดรเจนหนักจะถูกแปลงเป็นฮีเลียมเบา และมวลส่วนเกินจะถูกแปลงเป็นพลังงาน นอกจากนี้ กล้องโทรทรรศน์ใหม่จะสามารถศึกษารายละเอียดสถานที่ที่ยังไม่ได้สำรวจซึ่งเกิดดาวฤกษ์ ซึ่งมีความสำคัญมากสำหรับดาราศาสตร์ด้วยเช่นกัน
- ค้นหาและศึกษากาแลคซีที่เก่าแก่ที่สุด
- ค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบคล้ายโลก
- การตรวจจับประชากรดาวฤกษ์ประเภทที่สาม
- สำรวจ "เปลดวงดาว"
คุณสมบัติการออกแบบ
อุปกรณ์ดังกล่าวได้รับการพัฒนาโดยบริษัทอเมริกันสองแห่ง ได้แก่ Northrop Grumman และ Bell Aerospace James Webb Space Telescope เป็นผลงานชิ้นเอกของวิศวกรรม กล้องโทรทรรศน์ใหม่มีน้ำหนัก 6, 2 ตัน - สำหรับการเปรียบเทียบฮับเบิลมีมวล 11 ตัน แต่ถ้ากล้องโทรทรรศน์เก่าสามารถเปรียบเทียบขนาดกับรถบรรทุกได้กล้องโทรทรรศน์ใหม่ก็เปรียบได้กับสนามเทนนิส มีความยาวถึง 20 ม. และสูงเท่ากับอาคารสามชั้น ส่วนที่ใหญ่ที่สุดของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์คือเกราะบังแดดขนาดใหญ่ นี่คือพื้นฐานของโครงสร้างทั้งหมด ที่สร้างขึ้นจากฟิล์มโพลีเมอร์ ด้านหนึ่งหุ้มด้วยอลูมิเนียมบาง ๆ และอีกด้านหนึ่งเป็นซิลิกอนโลหะ
แผงบังแดดมีหลายชั้น ช่องว่างระหว่างพวกเขาเต็มไปด้วยสุญญากาศ นี่เป็นสิ่งจำเป็นในการปกป้องอุปกรณ์จาก "ลมแดด" วิธีนี้ช่วยให้เมทริกซ์อัลตราไวโอเลตเย็นลงได้ถึง –220 ° C ซึ่งสำคัญมากเมื่อต้องสังเกตวัตถุที่อยู่ห่างไกล ความจริงก็คือ แม้จะมีเซ็นเซอร์ที่สมบูรณ์แบบ แต่ก็ไม่สามารถมองเห็นวัตถุได้เนื่องจากรายละเอียดอื่นๆ ที่ "ร้อนแรง" ของ "James Webb"
ตรงกลางของโครงสร้างเป็นกระจกบานใหญ่ นี่คือ "โครงสร้างส่วนบน" ที่จำเป็นสำหรับการโฟกัสลำแสง - กระจกจะยืดให้ตรง ทำให้เกิดภาพที่ชัดเจน เส้นผ่านศูนย์กลางของกระจกเงาหลักของกล้องโทรทรรศน์เจมส์ เวบบ์คือ 6.5 ม. ประกอบด้วย 18 บล็อก: ในระหว่างการปล่อยยานเปิดตัว ส่วนเหล่านี้จะอยู่ในรูปแบบกะทัดรัดและจะเปิดได้ก็ต่อเมื่อยานอวกาศเข้าสู่วงโคจรแล้วเท่านั้น แต่ละส่วนมีหกมุมเพื่อใช้พื้นที่ที่มีอยู่ให้เกิดประโยชน์สูงสุด และรูปทรงโค้งมนของกระจกช่วยให้การโฟกัสของแสงไปที่เครื่องตรวจจับได้ดีที่สุด
สำหรับการผลิตกระจกเบริลเลียมได้รับการคัดเลือกซึ่งเป็นโลหะที่ค่อนข้างแข็งที่มีสีเทาอ่อนซึ่งมีค่าใช้จ่ายสูง ข้อดีของตัวเลือกนี้คือความจริงที่ว่าเบริลเลียมยังคงรักษารูปร่างไว้ได้แม้ในอุณหภูมิที่ต่ำมาก ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับการรวบรวมข้อมูลที่ถูกต้อง
เครื่องมือวิทยาศาสตร์
การตรวจสอบกล้องโทรทรรศน์ที่มีแนวโน้มว่าจะไม่สมบูรณ์หากเราไม่ได้เน้นที่เครื่องมือหลัก:
มิริ นี่คืออุปกรณ์อินฟราเรดกลาง ประกอบด้วยกล้องและสเปกโตรกราฟ MIRI ประกอบด้วยเครื่องตรวจจับสารหนู-ซิลิกอนหลายชุด ต้องขอบคุณเซ็นเซอร์ของอุปกรณ์นี้ นักดาราศาสตร์หวังว่าจะได้พิจารณาการเปลี่ยนสีแดงของวัตถุที่อยู่ห่างไกล เช่น ดวงดาว กาแล็กซี และแม้แต่ดาวหางขนาดเล็ก redshift ของจักรวาลเรียกว่าความถี่การแผ่รังสีที่ลดลงซึ่งอธิบายได้จากระยะห่างแบบไดนามิกของแหล่งกำเนิดจากกันและกันเนื่องจากการขยายตัวของจักรวาล สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือไม่ใช่แค่การแก้ไขวัตถุระยะไกลนี้หรือวัตถุระยะไกลเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวกับการได้รับข้อมูลจำนวนมากเกี่ยวกับคุณสมบัติของมัน
NIRCam หรือกล้องใกล้อินฟราเรดเป็นหน่วยสร้างภาพหลักของกล้องโทรทรรศน์ NIRCam เป็นเซนเซอร์ปรอท-แคดเมียม-เทลลูเรียมที่ซับซ้อน ช่วงการทำงานของอุปกรณ์ NIRCam คือ 0.6-5 ไมครอน ยากที่จะจินตนาการว่า NIRCam จะช่วยไขความลับอะไรได้บ้าง ตัวอย่างเช่น นักวิทยาศาสตร์ต้องการใช้เพื่อสร้างแผนที่ของสสารมืดโดยใช้วิธีการเลนส์โน้มถ่วงที่เรียกว่า การค้นหาก้อนสสารมืดโดยสนามโน้มถ่วง สังเกตได้จากความโค้งของวิถีโคจรของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่ใกล้เคียง
สภ. หากไม่มีเครื่องสเปกโตรกราฟใกล้อินฟราเรด จะไม่สามารถระบุคุณสมบัติทางกายภาพของวัตถุทางดาราศาสตร์ได้ เช่น มวลหรือองค์ประกอบทางเคมี NIRSpec สามารถให้สเปกโตรสโคปีความละเอียดปานกลางในช่วงความยาวคลื่น 1-5 μm และสเปกโทรสโกปีความละเอียดต่ำที่มีความยาวคลื่น 0.6-5 μm อุปกรณ์ประกอบด้วยเซลล์จำนวนมากที่มีการควบคุมเฉพาะตัว ซึ่งช่วยให้คุณโฟกัสไปที่วัตถุเฉพาะ "กรอง" รังสีที่ไม่จำเป็นออก
FGS / นิริส. เป็นคู่ที่ประกอบด้วยเซ็นเซอร์การเล็งที่แม่นยำและอุปกรณ์สร้างภาพอินฟราเรดใกล้พร้อมสเปกโตรกราฟแบบไม่มีกรีด ด้วยเซ็นเซอร์นำทางที่แม่นยำ (FGS) กล้องโทรทรรศน์จะสามารถโฟกัสได้อย่างแม่นยำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และต้องขอบคุณ NIRISS นักวิทยาศาสตร์ตั้งใจที่จะทำการทดสอบวงโคจรครั้งแรกของกล้องโทรทรรศน์ ซึ่งจะให้แนวคิดทั่วไปเกี่ยวกับสภาพของมัน. เชื่อกันว่าอุปกรณ์สร้างภาพจะมีบทบาทสำคัญในการสังเกตดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกล
อย่างเป็นทางการ พวกเขาตั้งใจที่จะใช้งานกล้องโทรทรรศน์เป็นเวลาห้าถึงสิบปี อย่างไรก็ตาม ตามแนวทางปฏิบัติ ระยะเวลานี้สามารถขยายได้ไม่มีกำหนด และ "เจมส์ เวบบ์" สามารถให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์และน่าสนใจแก่เรามากกว่าที่ใครจะจินตนาการได้ ยิ่งกว่านั้น ตอนนี้มันเป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการว่า "สัตว์ประหลาด" ชนิดใดจะมาแทนที่ "เจมส์ เวบบ์" และค่าก่อสร้างของมันราคาเท่าไหร่
ย้อนกลับไปในฤดูใบไม้ผลิปี 2018 ราคาของโครงการเพิ่มขึ้นเป็น 9.66 พันล้านดอลลาร์ที่ไม่มีใครจินตนาการ สำหรับการเปรียบเทียบ งบประมาณประจำปีของ NASA อยู่ที่ประมาณ 20 พันล้านดอลลาร์ และฮับเบิล ณ เวลาก่อสร้างมีมูลค่า 2.5 พันล้านดอลลาร์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง James Webb ได้ลงไปในประวัติศาสตร์ในฐานะกล้องโทรทรรศน์ที่แพงที่สุดและเป็นหนึ่งในโครงการที่แพงที่สุดในประวัติศาสตร์ของการสำรวจอวกาศ เฉพาะโปรแกรมทางจันทรคติ สถานีอวกาศนานาชาติ รถรับส่ง และระบบระบุตำแหน่ง GPS ทั่วโลกเท่านั้นที่มีราคาสูงกว่า อย่างไรก็ตาม “เจมส์ เวบบ์” มีทุกสิ่งรออยู่ข้างหน้า: ราคาของมันอาจสูงขึ้นไปอีก และแม้ว่าผู้เชี่ยวชาญจาก 17 ประเทศจะเข้าร่วมในการก่อสร้าง แต่ส่วนแบ่งเงินทุนของสิงโตยังคงอยู่บนไหล่ของสหรัฐอเมริกา คงจะเป็นอย่างนี้ต่อไป