James Webb το επαναστατικό τηλεσκόπιο που θα αλλάξει τα πάντα στο χώρο της αστρονομίας

 Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb είναι το πιο περίπλοκο διαστημικό επιστημονικό παρατηρητήριο που έχει κατασκευαστεί ποτέ. Η επαναστατική επιστήμη του καθίσταται δυνατή από τις βασικές συνεισφορές από την τεχνογνωσία της NASA στη Silicon Valley και θα επιτρέψει στους επιστήμονες να εξερευνήσουν μέρη του σύμπαντος που δεν έχουν ξαναδεί.

Ο Webb θα κοιτάξει πάνω από 13,5 δισεκατομμύρια χρόνια πίσω στην κοσμική ιστορία σε μια εποχή που εξελίσσονταν τα πρώτα φωτεινά αντικείμενα. Είναι το πρώτο παρατηρητήριο ικανό να εξερευνήσει τους πιο πρώιμους γαλαξίες και θα μπορούσε να μεταμορφώσει την κατανόησή μας για το σύμπαν. Ο Webb θα μελετήσει επίσης τις ατμόσφαιρες των πλανητών που περιφέρονται γύρω από άλλα αστέρια και θα παρατηρήσει φεγγάρια, πλανήτες, κομήτες και άλλα αντικείμενα μέσα στο δικό μας ηλιακό σύστημα. Αυτά τα δεδομένα θα αποκαλύψουν τα μόρια και τα στοιχεία που υπάρχουν σε μακρινούς πλανήτες και θα μπορούσαν να ξεκλειδώσουν ενδείξεις για την προέλευση του πλανήτη μας και της ζωής όπως τον ξέρουμε.  

Το Ερευνητικό Κέντρο Ames της NASA στη Silicon Valley της Καλιφόρνια συνέβαλε σημαντικά στις αρχές της αποστολής, την ανάπτυξη τεχνολογίας και τη μοντελοποίηση. Οι ερευνητές του Ames θα ηγηθούν και θα συμβάλουν στις επιστημονικές έρευνες της αποστολής.

 

Πρώιμες έννοιες και ανάπτυξη τεχνολογίας ανιχνευτών  

Όταν σχεδίαζαν το Webb, οι μηχανικοί έπρεπε να φανταστούν ένα τηλεσκόπιο που δεν έμοιαζε με όλα τα προηγούμενα. Στα τέλη της δεκαετίας του 1990, η NASA έλαβε μια επίσημη σύσταση ότι ένα τηλεσκόπιο που θα ακολουθεί το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble  θα πρέπει να λειτουργεί σε υπέρυθρα μήκη κύματος και να είναι εξοπλισμένο με έναν καθρέφτη μεγαλύτερο από τέσσερα μέτρα. Μετά από αυτό, μια ομάδα μηχανικών και αστρονόμων στο Ames συνεργάστηκε για να καθοδηγήσει, να καθορίσει, να αναπτύξει και να δοκιμάσει τη νέα  τεχνολογία ανίχνευσης του Webb  . Όλα τα επιστημονικά όργανα του Webb επωφελούνται από τις συνεισφορές του Ames. 

Οι καθρέφτες του Webb συλλέγουν φως και το κατευθύνουν στα επιστημονικά όργανα, τα οποία φιλτράρουν αυτό το φως πριν το εστιάσουν στους ανιχνευτές. Κάθε ένα από τα τέσσερα όργανα του Webb έχει το δικό του σύνολο ανιχνευτών, οι οποίοι απορροφούν φωτόνια και τα μετατρέπουν σε ηλεκτρονικές τάσεις που μπορούν να μετρηθούν.  

Αυτοί οι νέοι ανιχνευτές πρέπει να είναι εξαιρετικά ευαίσθητοι για να καταγράφουν το ασθενές φως από μακρινούς γαλαξίες, νεφελώματα, αστέρια και πλανήτες. Ο Webb χρειάζεται συστοιχίες ανιχνευτών μεγάλης περιοχής για την αποτελεσματική έρευνα του ουρανού. Η Ames έχει επεκτείνει την τελευταία λέξη της τεχνολογίας για τους ανιχνευτές υπερθύρων καθοδηγώντας την ανάπτυξη συστοιχιών ανιχνευτών που είναι χαμηλότερου θορύβου, μεγαλύτερης μορφής και μεγαλύτερης διάρκειας από τους προκατόχους τους. 

Αυτοί οι ανιχνευτές επιτρέπουν στον Webb να «βλέπει» το φως έξω από το ορατό εύρος και να μας δείχνει κρυφές περιοχές του διαστήματος στο εγγύς υπέρυθρο και στο μέσο υπέρυθρο μήκη κύματος. Με τα μεγαλύτερα μήκη κύματος της, η υπέρυθρη ακτινοβολία μπορεί να διαπεράσει πυκνά μοριακά σύννεφα, των οποίων η σκόνη εμποδίζει το μεγαλύτερο μέρος του φωτός που ανιχνεύεται από τα όργανα Hubble.

Ανιχνευτές υπερθύρων 

Τρία από τα τέσσερα επιστημονικά όργανα του Webb καταγράφουν μήκη κύματος κοντά στο υπέρυθρο. Ο φασματογράφος εγγύς υπερθύρου ή  NIRSpec ; Κάμερα εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας ή  NIRCam ; και το Fine Guidance System/Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph ή  FGS/NIRISS , όλα χρησιμοποιούν ανιχνευτές υδραργύρου-τελλουρίου καδμίου. Το Mid-Infrared Instrument, ή  MIRI , χρησιμοποιεί ανιχνευτές πυριτίου με πρόσμιξη αρσενικού και είναι το μόνο εργαλείο μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας της Webb.  

Το Ames Detector Lab πραγματοποίησε θεμελιώδη εργασία για να χαρακτηρίσει την απόδοση ανιχνευτών μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας σε περιβάλλον διαστημικής ακτινοβολίας και ανέπτυξε ανιχνευτές μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας μεγάλης περιοχής, χαμηλού φόντου. Οι καρποί αυτής της προσπάθειας πολλών δεκαετιών βρίσκονται στο MIRI, αλλά ωφελήθηκαν και αρκετοί υποψήφιοι ανιχνευτές Webb. 

     Έξι λειτουργίες για διαχωρισμό φωτός

.  Εκτός από το έργο του ανιχνευτή, οι επιστήμονες της Ames συνέβαλαν στο σχεδιασμό, την ανάπτυξη και τη δοκιμή δύο επιστημονικών οργάνων του Webb, του NIRCam και του MIRI Και τα τέσσερα επιστημονικά όργανα του Webb χρησιμοποιούν φασματοσκοπία για να διασπάσουν το φως σε ξεχωριστά μήκη κύματος –όπως οι σταγόνες της βροχής δημιουργούν ένα ουράνιο τόξο– για να καθορίσουν τις φυσικές και χημικές ιδιότητες διαφόρων μορφών κοσμικής ύλης. Οι φασματογράφοι διαιρούν το φως για να το στείλουν στους ανιχνευτές, οι οποίοι μετρούν την έντασή τους. Η ένταση των μηκών κύματος, ή η απουσία τους, μπορεί να αποκαλύψει τη θερμοκρασία, την πυκνότητα, την κίνηση, την απόσταση, τα στοιχεία και τα μόρια των αντικειμένων. 

Ο Webb είναι εξοπλισμένος με διάφορους τρόπους φασματοσκοπίας για την αντιμετώπιση συγκεκριμένων επιστημονικών ερωτημάτων. Ένας επιστήμονας στο Ames σχεδίασε δια σκορπιστές πυριτίου - τους οποίους οι φασματογράφοι χρησιμοποιούν για να διαχέουν το φως - και οδήγησε στην ανάπτυξη των φασματοσκοπικών τρόπων λειτουργίας του οργάνου NIRCam, οι οποίοι είναι: 

• Φασματοσκοπία χωρίς σχισμή ευρέος πεδίου: για τη λήψη του συνολικού φάσματος ενός ευρέος οπτικού πεδίου – ένα πεδίο αστεριών, μέρος ενός κοντινού γαλαξία ή πολλών γαλαξιών – ταυτόχρονα.
• Φασματοσκοπία Time-Series: για να συλλάβει το φάσμα ενός αντικειμένου ή περιοχής του χώρου σε τακτά χρονικά διαστήματα, προκειμένου να παρατηρήσει πώς το φάσμα αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. Η φασματοσκοπία χρονοσειρών χρησιμοποιείται για τη μελέτη πλανητών καθώς διέρχονται από τα αστέρια τους.

Η εκτόξευση του James Webb θα διεξαχθεί στις 25 Δεκεμβρίου 13:50π.μ. και θα μεταδοθεί απευθείας από τη  NASA καθώς και από το κανάλι Astronio.