Telescopul spațial James Webb

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Telescopul spațial James Webb
Emblema misiunii
JWST decal.svg
Imaginea vehiculului
James Webb Space Telescope.jpg
Reprezentarea telescopului
Date despre misiune
Operator Statele Unite NASA
Europa ESA
Canada CSA [1]
Destinaţie Punctul Lagrange L2 (1,5 milioane de kilometri de Pământ)
Rezultat în dezvoltare
Vector Ariane 5
Lansa 31 octombrie 2021
Locul lansării Centrul Spațial Guyanais
Durată 5 ani (proiectare)
10 ani (țintă)
Proprietatea navei spațiale
Putere 2 kW
Greutate la lansare 6 500 kg
Constructor Northrop Grumman , Ball Aerospace & Technologies , Orbital ATK
Sarcină 6 500 kg
Instrumentaţie
  • Cameră IR NIRCam Near
  • Spectrograf NIRSpec Near-IR
  • Instrument MIRI Mid IR
  • NIRISS Near IR Imager și Slitless Spectrograph
  • Senzor de ghidare fin FGS
Parametrii orbitali
Orbită orbita halo
Perioadă 6 luni
Site-ul oficial

Telescopul spațial James Webb ( JWST sau Webb ) este un telescop spațial pentru astronomie în infraroșu care se așteaptă să lanseze, în urma alunecărilor ulterioare, [2] pentru octombrie 2021 [3] [4] [5] [6] , plecând de la Arianespace spațiu în Kourou , Guyana Franceză , transportat pe orbita solară de o rachetă Ariane 5 . Telescopul este rezultatul unei colaborări internaționale între NASA ,Agenția Spațială Europeană (ESA) și Agenția Spațială Canadiană (CSA).

Prezentare generală

JWST, aflat în construcție, cunoscut sub numele de „ Next Generation Space Telescope ” (NGST, de unde și numele de „succesorul lui Hubble”), în 2002 a fost intitulat lui James Webb , [7] administrator [8] al NASA în timpul Gemenilor , Programele Mercury și Apollo [9] și pledează pentru centrul de control Johnson Space Center (JSC) din Houston , Texas .

Telescopul Webb va deschide noi orizonturi pentru astronomia în infraroșu datorită tehnologiilor de proiectare de ultimă oră. Va fi cel mai mare telescop trimis vreodată în spațiu și va lărgi căile deschise în univers de telescopul Hubble .

Inovațiile în comparație cu telescoapele spațiale anterioare sunt oglinda primară mare de 6,5 metri, pentru a studia lungimile de undă din banda infraroșie și prezența unui scut termic multistrat mare pentru a menține o temperatură de funcționare foarte scăzută pentru a bloca interferențele. precum Soarele , Luna , structura și instrumentația în sine a telescopului. [10]

Spre deosebire de Hubble, Webb va orbita Soarele la 1,5 milioane de km de Pământ în punctul L2 al Lagrange , o orbită deja utilizată pentru misiunile WMAP , Herschel și Planck ; care va menține telescopul Webb aliniat cu orbita Pământului [11] permițând scutului să protejeze telescopul de lumina și căldura Soarelui, Pământului și Lunii și asigurând comunicarea continuă cu centrul de control și colectarea neîntreruptă a datelor prin faptul că nu este împiedicat de interferența întunecată a orbitei lunare.

Pentru JWST au fost dezvoltate mai multe tehnologii inovatoare. Cele mai importante includ o oglindă primară formată din 18 oglinzi hexagonale ultra-ușoare de beriliu care se desfășoară după lansare vor forma o singură suprafață mare de colectare. O altă caracteristică a JWST este ecranarea mare în cinci straturi în formă de diamant (separată de vid) în Kapton , un material plastic din film care, ca un umbrelă de soare, atenuează căldura și garantează stabilitatea la excursiile termice considerabile la care vor fi instrumentele supus. Studiul metrologiilor extrem de precise în testele acustice și de mediu [12] a contribuit la dezvoltarea instrumentelor de precizie ( interferometrie laser dinamică) în ordinea picometrelor [13] . Webb este echipat cu un sistem criogen (criocooler) pentru răcirea (7 K) a detectoarelor în infraroșu mediu și cu micro- obloane inovatoare proiectate de Goddard care, la fel ca obloanele mici programabile, permit selectarea anumitor spectre de lumină în timpul funcționarea simultană a unei observații, permițând analizarea simultană a până la 100 de obiecte în spațiul profund cu o amplitudine vizuală de 3,2 x 3,3 minute arc [14]

JWST este produsul unei colaborări între NASA ,ESA și Agenția Spațială Canadiană (CSA). NASA Goddard Space Flight Center s-a ocupat de fazele de dezvoltare. Principalii parteneri industriali privați sunt Northrop Grumman și Orbital ATK pentru scutul termic; Space Telescope Science Institute (STScI) va gestiona operațiunile de cercetare, colectare și procesare post-lansare ale Webb.

Observator

Telescop Webb, vedere frontală
Telescop Webb, perspectivă frontală

Observatorul este componenta spațială a sistemului JWST (care include și sisteme terestre) și este compus din trei elemente: instrumentarea științifică integrată (ISIM, Modulul instrumentului științific integrat ); telescopul optic (OTE, Optical Telescope Element ) care include oglinzile și suportul de susținere; sistemul de nacelă, care include nacelă ( Spacecraft Bus ) și protecție solară .

OTE este ochiul observatorului. Colectează lumina din spațiu și o trimite către instrumentele științifice situate în modulul ISIM. Planul de fundal suportă structura optică.

Scutul solar ( Sunshield ) separă partea telescopului direct lovită și încălzită de lumina soarelui (întregul observator) de componentele electronice (ISIM) care, prin procesarea frecvențelor infraroșii, trebuie să funcționeze la temperaturi scăzute. Temperatura de funcționare este menținută de sistemul criogen sub 50 K (-223 ° C sau -370 ° F).

Telescop Webb, vedere din spate
Telescop Webb, perspectivă din spate

Nava spațială oferă funcțiile de sprijin pentru funcționarea observatorului și integrează principalele subsisteme necesare pentru funcționarea navei spațiale: sistemul electric, sistemul de control al atitudinii , sistemul de comunicații, sistemul de comandă și gestionare. Date, sistemul de propulsie și sistemul de control termic .

Blocurile logice [15] sunt, în detaliu :

Instrumentarea științifică este conectată și distanțată în același timp de sistemul optic de un braț telescopic (Deployable Tower Assembly, DTA) [16] realizat din material compozit grafit- epoxidic , care garantează stabilitatea în ciuda excursiilor termice considerabile. Această turelă, pe lângă protejarea în continuare a opticii de orice vibrații și căldură disipată prezentă pe blocul de instrumente ISIM, va permite mișcările automate ale diferitelor componente să nu le facă să intre în contact în timpul fazei de desfășurare în spațiu. [17]

Lansare, orbită și poziționare

Lansarea telescopului spațial James Webb este programată pentru 31 octombrie 2021, pe o rachetă Ariane 5 de la platforma de lansare ELA-3 a Arianespace , un complex situat lângă Korou , Guyana Franceză , furnizat deESA . [18] Apropierea ecuatorială și rotația Pământului contribuie la o nouă împingere a rachetei purtătoare. [18] [19]

Webb încapsulat în racheta Ariane 5
Webb încapsulat în racheta Ariane 5
Webb încapsulat. Animaţie

JWST va orbita [20] în jurul celui de-al doilea punct Lagrange (L2) de-a lungul unei axe Pământ-Soare, la 1.500.000 km de Pământ. Punctul de echilibru L2 va permite un timp redus pentru a finaliza o orbită completă, chiar dacă este mai îndepărtată decât orbita Pământului. Telescopul va ateriza pe punctul L2 pe o orbită de halou , înclinată spre planul eclipticii . Deoarece L 2 este un punct de echilibru instabil în careaccelerațiile gravitaționale exercitate de Soare și Pământ constituie accelerații centripete a căror anulare reciprocă este necesară pentru ca telescopul să finalizeze orbita determinată, sonda va urma o traiectorie închisă în jurul punctului Lagrange în mișcare de revoluție în jurul Soarelui.

Particularitatea acestei orbite este că permite alinierea telescopului pe o axă teoretică permițând scutului termic al satelitului să protejeze telescopul de lumina și căldura Soarelui, Pământului și Lunii.

Locația JWST la L2 face comunicațiile cu Pământ fără probleme, prin rețeaua spațială profundă (DSN) a JPL , utilizând trei antene radio situate în Australia, Spania și California. În timpul operațiunilor de rutină , JWST va lega în sus secvențe de comenzi și va conecta datele de până la două ori pe zi, prin DSN. Observatorul este capabil să efectueze în mod autonom secvențe de comenzi (controale și observații). Institutul de Științe pentru Telescopul Spațial , managerul de cercetare și date, va transfera date săptămânal și va face corecturi zilnice adecvate.

Secvența de apropiere de punctul orbitei L2
Secvența de apropiere de punctul orbitei L2

Cronologia apropierii de punctul de orbită L2

După lansare, atingerea orbitei constă în faze programate în care vor fi efectuate aproximativ 200 de operațiuni, inclusiv corecții de curs, ajustări și verificări ale echipamentului:

  • Prima zi: decolare. Racheta Ariane va asigura forța pentru aproximativ 8 minute. Webb se va separa de transportatorul Ariane V la o jumătate de oră după lansare și va implementa ulterior panoul solar și alte sisteme; desfășurarea antenei cu câștig ridicat, depășirea orbitei lunare și prima manevră corectivă.
  • În prima săptămână: a doua manevră corectivă. Deschiderea completă a scutului termic și tensiunea straturilor izolatoare ale scutului solar. Desfășurarea oglinzii secundare și deschiderea aripilor oglinzii primare.
  • În prima lună: inițializarea software-ului și corectarea finală a orbitei de zbor. Atingerea orbitei L2; solicitări electronice ale modulului ISIM.
  • În a doua lună: Senzor de ghidare fină, pornire NIRCam și NIRSpec. Prima imagine NIRCam test; prima aliniere a segmentelor oglinzii primare.
  • În a treia lună: alinierea definitivă a segmentelor oglinzii primare, activarea MIRI și primele imagini științifice. Decontarea finală în punctul de orbită L2.
  • De la a patra până la a șasea lună: optimizarea și calibrarea NIRCam a tuturor celorlalte instrumente.
  • După șase luni: Webb își va începe misiunea științifică.

De ce un telescop cu infraroșu

Opacitatea atmosferei Pământului , cauzată de elemente precum vapori de apă și dioxid de carbon , împiedică vizualizarea telescoapelor optice pe sol, deoarece lumina din spațiu este blocată sau modificată de aceste elemente, în ciuda inovațiilor recente datorate opticii adaptive care corectează neclaritatea în câmpuri mici și în prezența stelelor strălucitoare . Telescopul spațial Hubble a înlăturat aceste implicații orbitând dincolo de atmosferă. [21] Cu toate acestea, praful cosmic și gazele provenite din nori interstelali sunt o limitare pentru telescoapele optice spațiale. Mai mult, din moment ce Universul este în continuă expansiune, lumina corpurilor spațiale profunde care se îndepărtează tinde, de asemenea, să se miște, ajungând astfel la noi cu frecvență redusă ( deplasare spre roșu ). Prin urmare, aceste obiecte sunt mai ușor de detectat dacă sunt observate cu instrumente optimizate pentru studiul frecvențelor în infraroșu.

Observațiile în infraroșu permit studiul obiectelor și regiunilor spațiului altfel ascunse de gaz și praf în spectrul vizibil. Norii moleculari fertili cu formațiuni stelare , discuri protoplanetare și nucleele galaxiilor active se numără printre obiectele relativ reci (în comparație cu temperaturile stelare) care emit radiații în principal în infraroșu și, prin urmare, pot fi studiate cu un telescop cu infraroșu.

Studiul corpurilor din infraroșu apropiat și mediu

În funcție de proprietățile termice și fizice ale corpurilor studiate, observațiile în infraroșu mediu și apropiat sunt mai potrivite în conformitate cu următorul tabel: [22]

Aproape de infrarosu În infraroșu mijlociu
Lumina ultravioletă din galaxiile îndepărtate Lumina vizibilă din galaxiile îndepărtate
Molecule și atomi cu energie ridicată Molecule cu energie scăzută
Sisteme protostelare în formare Stele foarte tinere în formare
Exoplanete fierbinți aproape de stelele lor Exoplanete îndepărtate de stelele lor la temperaturi terestre

Observațiile din infraroșu mediu vor prezenta pitici maronii , comete și alte obiecte ale centurii Kuiper , planete ale sistemului solar și exoplanete .

Cercetare științifică

JWST este un telescop cu scop general , spre deosebire de misiuni precum Gaia , Spitzer , Fermi , care vizează studii sectoriale specifice. Cercetarea va acoperi domenii largi de astronomie , astrofizică , cosmologie . Observațiile Webb, de asemenea, în urma descoperirii câmpului ultra-adânc al Hubble, se vor concentra asupra unor teme principale, grație diferitelor instrumente concepute și dedicate studiului diferitelor lungimi de undă:

Cosmologia și structura Universului: prima lumină

  • JWST va face posibilă studierea structurii pe scară largă a Universului , care se extinde sau se contractă sub influența gravitației materiei din interiorul său. Prin observarea unor supernove îndepărtate cu luminozitate cunoscută , va fi posibilă estimarea dimensiunii și structurii geometrice a acestora, aprofundând studiile teoretice privind natura și densitatea materiei întunecate și a energiei întunecate . Prin detectarea unor distorsiuni subtile în formele galaxiilor mai îndepărtate cauzate de deformările gravitaționale ale maselor invizibile, va fi posibil să se studieze distribuția materiei întunecate, relația acesteia cu materia obișnuită și evoluția galaxiilor precum Calea Lactee. Prin intermediul unor campanii de observație în infraroșu apropiat și analize ulterioare ulterioare la rezoluție spectroscopică și fotometrică scăzută în infraroșu mediu, studiul celor mai vechi galaxii va fi aprofundat.
    Reprezentarea evoluției Universului
    Reprezentarea evoluției Universului
  • Cu JWST va fi posibilă aprofundarea teoriei reionizării [23] , perioada primordială a Universului în care hidrogenul neutru ar fi reionizat în urma radiației în creștere a primelor stele masive. După răcirea universului, protonii și neutronii s-au combinat în atomi ionizați de hidrogen și deuteriu , acesta din urmă s-a contopit în heliu-4 și, prin urmare, a creat primele stele masive prin forța gravitației și a explodat ulterior ca supernove.

Originea și evoluția primelor galaxii

  • Capacitatea JWST de a testa regiunea infraroșie a spectrului cu o sensibilitate foarte mare îi va permite să depășească limitele telescoapelor optice și să capteze lumina slabă, schimbată în roșu, a celor mai vechi și îndepărtate obiecte. JWST va permite investigarea prezenței găurilor negre în majoritatea galaxiilor și a procentului lor de masă, în comparație cu materia vizibilă.
  • Webb va putea vedea grupurile primelor stele formate ca urmare a răcirii hidrogenului și a constituirii elementelor chimice mai grele, necesare pentru formarea planetelor și a vieții. Următoarea primelor stele supernova care au format primul gaz -galaxii pitice bogate, progenitori ai galaxiilor actuale care au format structura cosmică cunoscută astăzi. JWST, analizând spectrografiile stelelor individuale din regiunile aglomerate, va studia conformația, umflarea discurilor centrale ale galaxiilor, cele mai vechi stele, analogiile cu Calea Lactee, distribuția materiei trecute și prezente și relațiile acestei materii cu formare de stele.
Modelul unei tinere stele înconjurată de un disc proto-planetar
Modelul unei tinere stele înconjurată de un disc proto-planetar

Nașterea și formarea stelelor și a planetelor

  • JWST va putea penetra nori de praf în discurile proto-stelare, studiind parametrii care definesc masa unei stele care se formează și obiecte de masă mai mică, pitici maronii și planete de dimensiuni Jupiter (Jupiter), care nu ajung la una. ca să permită formarea unei stele.

Evoluția sistemelor planetare și a condițiilor de viață

  • Folosind tehnica tranzitelor , viteza radială și cu observații ulterioare susținute de telescoapele de la sol, masele exoplanetelor vor fi estimate și atmosferele lor studiate, căutând orice semnături biologice . [24] Coronografele și studiul spectroscopic vor permite vizualizarea directă în banda infraroșie a exoplanetelor lângă stele strălucitoare, inclusiv orice diferențe sezoniere, vegetație posibilă, rotație, climă. Spectroscopia, analiza luminii reflectate a exoplanetelor și separarea acesteia în lungimi de undă distincte ne va permite să identificăm componentele lor chimice pentru a determina componentele lor atmosferice. Webb va putea căuta biomarkeri chimici, cum ar fi ozonul și metanul , generați de procese biologice . Ozonul se formează atunci când oxigenul produs de organismele fotosintetice (cum ar fi copacii și fitoplanctonul ) sintetizează lumina. Deoarece ozonul este puternic legat de prezența organismelor, Webb îl va căuta în atmosfere planetare ca un posibil indicator al vieții elementare. JWST, datorită razelor solare, nu poate fi direcționat către corpuri interne precum Luna, Venus și Mercur, dar va putea caracteriza toate corpurile exterioare Marte, asteroizii din apropierea Pământului , cometele, lunile planetare și corpurile înghețate ale sistemului solar extern.

Structura observatorului

Blocurile logice ale observatorului James Webb sunt trei: sistemul optic ( OTE, Optical Telescope Element ) care include oglinda primară și structura suport; instrumentația științifică ( ISIM, Modulul de instrument științific integrat ), sistemul navei spațiale, care include autobuzul navei spațiale și scutul termic ( Sunshield ).

Schema bloc a observatorului
Planul de fundal încapsulat

Structura de susținere (fundalul) oglinzii primare este alcătuită dintr-un grafit compozit scheletizat, titan și Invar , furnizat de compania Orbital ATK . Suportă cele 18 segmente hexagonale ale oglinzii și modulul de instrumente științifice. Se compune din trei secțiuni. una centrală ( Pathfinder ) care suportă 12 oglinzi și cele două aripi laterale pliabile verticale susținând fiecare 3 oglinzi. Această conformație a fost necesară deoarece lățimea oglinzii este mai mare decât capacitatea de reținere a rachetei Ariane. Planul structurii este convex pentru a minimiza corecțiile care trebuie făcute pentru a avea ca rezultat un plan focal . Oglinda secundară este situată în fața structurii.

Structura este proiectată pentru stabilitate termică la temperaturi sub -240 ° C (-400 ° F) cu o toleranță la defecte sub 32 nanometri .

Segmentele oglinzii montate pe cadru
Segmentele oglinzii montate pe cadru

Oglindă (OTE)

Oglinda primară este formată din 18 elemente hexagonale din beriliu plasate una lângă alta într-un fagure. Fiecare oglindă, cu o dimensiune de 1,4 metri, este acoperită cu o folie de aur groasă de 1000 Angstrom (100 nanometri), care reflectă mai bine lumina infraroșie. [25] Folia de aur este ea însăși acoperită cu un strat subțire de SiO2 amorf (sticlă) pentru a o proteja de zgârieturi în caz de manipulare sau particule mici. În timpul lansării, oglinda primară este compactată în 3 secțiuni și depozitată în rachetă; ulterior este implementat cu micromotoare. Tehnologia optică a JWST constă din trei oglinzi anastigmatice .

Cele patru tipuri de oglinzi din sistemul optic

În această configurație, oglinda primară este concavă, secundara este convexă și funcționează ușor în afara axei; oglinda terțiară elimină astigmatismul rezultat și, de asemenea, aplatizează planul focal . [25] Acest lucru permite, de asemenea, un câmp vizual larg pentru a produce imagini fără aberații optice . Sistemul de oglinzi include o oglindă plată suplimentară (oglindă fină de direcție [26] ) pentru a direcționa lumina către instrumente. [27] Ansamblul optic este furnizat de Ball Aerospace & Technologies Corp, un contractor al Northrop Grumman Aerospace Systems .

(ISIM) Instrumente științifice

Instrumentele științifice sunt inima JWST și sunt conținute în modulul științei integrate, ISIM ( Integrate Science Instrument Module ). ISIM furnizează energie electrică, resurse de calcul, răcire și stabilitate structurală telescopului Webb. Este realizat cu o legătură compozită din grafit epoxidic atașată la partea inferioară a cadrului telescopului Webb. ISIM conține patru instrumente științifice și o cameră de ghidare. [28]

Cele patru instrumente ISIM:

NirCam

NIRCam (Cameră cu infraroșu apropiat)

Camera cu infraroșu apropiat (NIRCam) este camera principală a Webb. Acesta va acoperi intervalul de lungimi de undă în infraroșu de la 0,7 la 4,8 microni [29] , adiacent frecvențelor vizibile. NIRCam va permite studierea procesului de formare a primelor galaxii ; populația de stele din galaxiile din apropiere; tinere stele din Calea Lactee și obiecte din Centura Kuiper . NIRCam este echipat cu coronografe , care vă permit să faceți fotografii cu obiecte foarte slabe în jurul corpurilor luminoase, determinând caracteristicile sistemelor stelare luate în considerare. Coronografele NIRCam blochează lumina de la obiectele luminoase, permițându-vă să vizualizați corpul întunecat din apropiere. NIRCam va servi și ca senzor al frontului de undă al observatorului [30] , care este necesar pentru activitățile de detectare și control. NIRCam a fost dezvoltat de Universitatea din Arizona și Centrul de Tehnologii Avansate Lockheed-Martin din Palo Alto , California .

NirSpec

NIRSpec (Spectrograf cu infraroșu apropiat)

Spectrograful cu infraroșu apropiat (NIRSpec) este un spectrograf care funcționează în infraroșu apropiat la o lungime de undă cuprinsă între 0,6 și 5 microni, cu o durată minimă de utilizare estimată la 5 ani. Instrumentul a fost proiectat și construit de ESA la ESTEC , Olanda . în timp ce subsistemele au fost dezvoltate la Goddard Space Flight Center . NIRSpec are trei moduri de funcționare: rezoluție scăzută, medie și înaltă și, în funcție de mod, pentru spectroscopie se utilizează o prismă sau un spectroscop în modul long-slit (o fantă lungă). Comutarea modului se realizează grație unei tehnologii utilizate cu succes pe foto polarimetrul Observatorului Spațiului Infrarosu , telescopul spațial cu infraroșu lansat cu succes de ESA, NASA și JAXA în 1995.

Un spectrograf (sau spectrometru ) este folosit pentru a împărți lumina dintr-un obiect într-un spectru . Prin analiza spectrului unui obiect, sunt studiate proprietățile sale fizice, inclusiv temperatura, masa și compoziția chimică. Pentru a colecta lumina spectrală slabă a corpurilor îndepărtate, NIRSpec a fost conceput pentru a observa simultan 100 de obiecte folosind un sistem inovator de micro- obloane care probează și selectează lumina care intră în NIRSpec. Aceste obloane pot fi controlate individual pentru a vizualiza sau bloca anumite porțiuni ale cerului și lumina interferentă a celor mai apropiate și mai strălucitoare corpuri.

Modelul MIRI
Modelul MIRI

MIRI (Instrument cu infraroșu mediu)

MIRI este compus dintr-o cameră și un spectrograf care detectează lumina în regiunea infraroșie medie a spectrului electromagnetic, acoperind lungimi de undă de la 5 la 28 microni. Detectoarele sale sensibile ne vor permite să vedem lumina deplasată de la galaxii îndepărtate, stele nou formate, comete slabe și obiecte din centura Kuiper. Camera MIRI va oferi o vizualizare pe câmp larg, precum cea a lui Hubble. Spectrograful va permite spectroscopia cu rezoluție medie, oferind detalii fizice precise ale corpurilor observate.

MIRI funcționează sub 6 Kelvin , temperatură garantată de un răcitor de heliu mecanic situat pe partea fierbinte a scutului termic. MIRI a fost construit de Consorțiul MIRI.

FGS NIRISS

FGS / NIRISS (Senzor de ghidare fină / Imagine aproape de infraroșu și spectrograf fără fante)

NIRISS, un spectrograf de vizionare în infraroșu apropiat, va fi utilizat pentru prima testare a luminii, detectarea și caracterizarea exoplanetei și spectroscopia de tranzit planetar. FGS / NIRISS are o lungime de undă de 0,8 până la 5,0 microni cu trei camere, oferind astfel un al treilea nivel de redundanță în date. Fiecare dintre camere analizează o lungime de undă separată.

Senzorul de orientare este utilizat pentru a stabiliza calea optică (l ine-of-of-sight ) a observatorului în timpul observațiilor științifice. Măsurătorile FGS sunt utilizate pentru a verifica orientarea navei spațiale și pentru a efectua micro-corecțiile pentru stabilizarea imaginii . Împreună cu FGS este montat NIRISS, un spectrograf fără fante pentru afișare astronomică în lungime de undă la 0,8-5 micrometri. Cele două instrumente sunt operate de agenția spațială canadiană

NIRCam e MIRI dispongono di coronografi per bloccare la luce stellare per l'osservazione di oggetti deboli quali pianeti extrasolari , caratterizzare loro atmosfere e dischi circumstellari molto vicino a stelle luminose. [31] La gestione e il trasferimento dei dati tra le varie componenti del modulo ISIM vengono effettuati tramite tecnologia SpaceWire , [32] uno standard di gestione avanzato dei dati nei sistemi di comunicazione spaziali

Bus

Il bus navicella ( Bus Spacecraft ) fornisce le funzioni di supporto necessarie per il funzionamento dell'osservatorio. Alloggia i seguenti sottosistemi:

  • Sistema di controllo dell'assetto
  • Sistema di gestione e comando dei dati
  • Sistema di propulsione
  • Sistema di controllo termico
  • Sistema di comunicazione
  • Sistema elettrico di alimentazione
Schema a blocchi del Bus,
Schema a blocchi del Bus, con evidenziati il pannello solare (verde) ed i radiatori (viola)

Il sistema di controllo dell'assetto comanda l'orientamento dell'osservatorio mantenendolo in un'orbita stabile, e fornisce un primo puntamento per l'area del cielo oggetto di studio, a cui segue un controllo più mirato ad opera del FGS: controlla il momento della navicella elaborando i dati dai sensori dei giroscopi e inviando i comandi necessari alle ruote di reazione o ai propulsori.

Il sistema di gestione e comando dei dati (C & DH, Command & Data Handling ) è il cervello del bus navicella. Elabora la telemetria (CTP) del sistema di comunicazione sollecitando lo strumento appropriato e dispone di una memoria a stato solido ( Solide State Recorder , SSR) per i dati dell'osservatorio. Il CTP controllerà l'interazione tra gli strumenti scientifici, la SSR e il sistema di comunicazione.

Il sistema di propulsione contiene i serbatoi es i razzi che, quando richiesto dal controllo di assetto del sistema, vengono avviati per mantenere l'orbita.

Il sistema di controllo termico mantiene stabile la temperatura di funzionamento del bus navicella.

Il sistema di comunicazione riceve i comandi dal centro operativo di controllo a terra (OOC) e vi trasmette i dati scientifici e di stato.

Il sistema elettrico di alimentazione converte la luce dei pannelli solari in energia elettrica per azionare i sottosistemi del bus e la strumentazione scientifica del modulo ISIM.

Il Bus è collegato al sottosistema ottico tramite una torretta telescopica che viene protesa in fase di posizionamento dell'osservatorio. La sua struttura, costituita essenzialmente in grafite composita, [33] pesa circa 650 kg e supporta il peso del telescopio, 6,5 ton. [33] Il bus può garantire un puntamento di un secondo d'arco e isola le vibrazioni fino a due milliarcosecondi .

Scudo Termico

Il parasole del JWST a cinque strati
Il parasole a cinque strati del JWST, grande come un campo da tennis, sviluppato da Northrop Grumman

Lo schermo termico ( Sunshield ) consentirà al telescopio un raffreddamento passivo e una temperatura stabile inferiore a 50 Kelvin (-223 °C). Gli strumenti Near Infrared (NIRCam, NIRSpec, FGS / NIRISS) operano a circa 39 K (-234 °C). La ( MIRI ) nel medio infrarosso funziona ad una temperatura di 7 K (-266 °C), utilizzando un sistema criogenico ad elio . [34] . Il raffreddamento consente anche ai segmenti dello specchio primario di rimanere correttamente allineati quando cambia l'orientamento rispetto al Sole

Lo scudo termico consta di 5 strati di Kapton , ognuno dei quali è separato da vuoto isolante che dissipa il calore mantenendo ogni strato più freddo del precedente.

Gli strati dello scudo sono rivestiti con alluminio e silicio drogato per le loro proprietà ottiche, conduttive e durata nell'ambiente spaziale. L'alta emissività del silicio dissipa buona parte del calore del Sole e della luce preservando gli strumenti e la superficie di alluminio altamente riflettente disperde l'energia residua verso i bordi dello scudo termico.

Lo spessore degli strati varia da 0,05 millimetri per quello rivolto verso il Sole a 0,25 mm per i restanti. Gli spessori dei rivestimenti di alluminio e silicio sono rispettivamente di 50 nanometri (nm) e di 100 nm. [34]

Gestione osservazioni e campagne scientifiche

La Space Telescope Science Institute (STScI), con sede a Baltimora , Maryland nel campus Homewood della Johns Hopkins University , è responsabile della ricerca scientifica e della divulgazione dei dati alla comunità astronomica. I dati saranno trasmessi dal JWST a terra tramite il Deep Space Network , del JPL , NASA, elaborati e distribuiti via internet alle comunità astronomiche. Come per Hubble, lo STScI valuterà le proposte della comunità scientifica per successive campagne osservative. Ogni anno i comitati di astronomi potranno valutare in peer review le proposte presentate per selezionare i programmi di osservazione degli anni successivi. La conversione dei dati scientifici da analogico a digitale ( ADC ) viene eseguita dal ASIC SIDECAR.

GTO: osservazioni a tempo garantito

Osservazioni a tempo garantito (GTO, Guaranteed Time Observers ) vengono assegnate ai gruppi di studio selezionati che ne avranno fatto richiesta. Per massimizzare il ritorno scientifico, i progetti GTO vengono programmati in anticipo e ufficializzati entro i primi due anni di attività del telescopio. Ogni ciclo GTO viene definito attraverso l' Astronomer's Proposal Tool (APT), [35] un pacchetto software messo a disposizione della comunità astronomica per presentare in peer review le proposte per il JWST, nel rispetto delle policy a protezione di ricerche già effettuate [36] . A giugno 2017 è stato annunciato il primo ciclo [37] di GTO costituito da circa 8700 ore di osservazioni, circa un anno. Queste osservazioni studieranno i pianeti solari esterni, la fascia di Kuiper, le prime galassie ei pianeti extrasolari [38] [39] . I satelliti naturali Europa ed Encelado saranno tra gli obiettivi del primo ciclo di osservazioni. [40]

Poiché il primo ciclo di indagini è stato riservato ai ricercatori direttamente coinvolti nello sviluppo del telescopio ei dati delle ricerche non dovrebbero essere resi pubblici entro i primi tre anni, la comunità astronomica ha sollecitato e ottenuto [41] un programma di ricerche che si sovrapporrà al primo ciclo. Questo programma, chiamato Early Release Science (ERS) avrà circa il 10% del tempo disponibile del Webb, circa 460 ore. Il 13 novembre 2017 è stata resa pubblica [42] la selezione finale dei 13 programmi scientifici di questo mini ciclo, che verranno eseguiti nei primi cinque mesi di operatività del JWST e la cui fattibilità e ordine temporale di esecuzione potrebbe risentire a seguito dello slittamento della data di lancio e anche perché il telescopio non può essere orientato nella parte di volta celeste illuminata dal Sole.

Campagne osservative, ricerca e risultati scientifici

Partecipazioni

Lo sviluppo del telescopio James Webb è una collaborazione internazionale delle 3 principali agenzie spaziali: NASA , ESA e CSA , oltre a diversi partner privati e accademici. Tra i principali collaboratori :

Centri di ricerca NASA

La NASA ha il coordinamento generale per la missione JWST.

Note

  1. ^ NASA JWST FAQ "Who are the partners in the Webb project?" , su jwst.nasa.gov , NASA . URL consultato il 18 novembre 2011 .
  2. ^ ( EN ) Leonard David, Is the James Webb Space Telescope "Too Big to Fail?" , su Scientific American , 29 dicembre 2017.
  3. ^ ( EN ) NASA's James Webb Space Telescope to be Launched Spring 2019 , su nasa.gov , 28 settembre 2017.
  4. ^ ( EN ) NASA's Webb Observatory Requires More Time for Testing and Evaluation; New Launch Window Under Review , su nasa.gov , 27 marzo 2020.
  5. ^ ( EN ) NASA Completes Webb Telescope Review, Commits to Launch in Early 2021 , su astronomy.com , 27 giugno 2018.
  6. ^ ( EN ) NASA Announces New James Webb Space Telescope Target Launch Date , su nasa.gov , 16 luglio 2020.
  7. ^ ( EN ) NASA: James Webb: biografia ufficiale , su hq.nasa.gov .
  8. ^ ( EN ) Confronto Kennedy/Webb sulla necessità della missione lunare per battere i sovietici , su jfklibrary.org , 25 maggio 2011.
  9. ^ ( EN ) NASA: Breve biografia James Webb , su nasa.gov .
  10. ^ ( EN ) Infrared astronomy: beyond the visible. , su webbtelescope.org . URL consultato il 28 aprile 2017 (archiviato dall' url originale il 6 maggio 2017) .
  11. ^ ( EN ) NASA: Orbita L2 allineata per Webb , su jwst.nasa.gov . URL consultato il 31 dicembre 2017 (archiviato dall' url originale il 15 dicembre 2017) .
  12. ^ ( EN ) Eric Villard, NASA's James Webb Space Telescope Completes Final Cryogenic Testing , su nasa.gov (a cura di), nasa.gov , Lynn Jenner, 20 novembre 2017.
  13. ^ ( EN ) Accuratezza picometrica nei test del Webb , su nasa.gov .
  14. ^ ( EN ) Microshutters : i micro-otturatori per la NIRSpec , su nasa.gov . URL consultato il 31 dicembre 2017 .
  15. ^ ( EN ) NASA: schema 3d a blocchi del JWST , su jwst.nasa.gov . URL consultato il 31 dicembre 2017 .
  16. ^ ( EN ) The Secrets of NASA's Webb Telescope's "Deployable Tower Assembly" , su nasa.gov , 9 settembre 2015. URL consultato il gennaio 2021 .
  17. ^ ( EN ) NASA's Webb Completes Significant Testing Milestone for Deployable Tower , su nasa.gov , 18 novembre 2020. URL consultato il gennaio 2021 .
  18. ^ a b ( EN ) Webb: piattaforma di lancio , su jwst.nasa.gov . URL consultato il 31 dicembre 2017 .
  19. ^ Lancio equatoriale : specifiche di spinta , su it.emcelettronica.com . URL consultato il 31 dicembre 2017 .
  20. ^ ( EN ) Explained: Incorrect to say that JWST "will be at L2." Rather, JWST will orbit around L2 , su stsci.edu . URL consultato il 19 giugno 2017 (archiviato dall' url originale il 16 gennaio 2019) .
  21. ^ ( EN ) Ottica, infrarosso ed atmosfera terrestre , su caltech.edu . URL consultato il 31 dicembre 2017 .
  22. ^ ( EN ) New Eyes on Space : JPL official YouTube channel , su youtube.com . URL consultato il 31 dicembre 2017 .
  23. ^ ( EN ) John Mather , NASA's James Webb Space Telescope and the Big Bang: A Short Q&A with Nobel Laureate Dr. John Mather , su NASA (a cura di), nasa.gov . URL consultato il 15 ottobre 2017 .
  24. ^ Filmato audio ( EN ) Hubblecast 102: Taking the fingerprints of exoplanets , STScI, 11 ottobre 2017.
  25. ^ a b ( EN ) Specifiche generali gruppo ottico , su jwst.nasa.gov . URL consultato il 31 dicembre 2017 .
  26. ^ ( EN ) Mirrors Steer NASA in the Right Direction , su spinoff.nasa.gov . URL consultato il 17 giugno 2020 .
  27. ^ ( EN ) NASA'S Webb Telescope Team Completes Optical Milestone , su nasa.gov . URL consultato il 17 giugno 2020 .
  28. ^ ( EN ) NASA : Modulo integrato ISIM, specifiche. , su jwst.nasa.gov .
  29. ^ ( EN ) STScI : specifiche NirCam , su stsci.edu .
  30. ^ ( EN ) Università dell'Arizona : specifiche NirCam , su arizona.edu . URL consultato il 31 dicembre 2017 .
  31. ^ ( EN ) NASA: MIRI, specifiche ed obiettivi , su jwst.nasa.gov .
  32. ^ ( EN ) NASA : interfaccia di rete avanzata SpaceWire , su nasa.gov .
  33. ^ a b ( EN ) Specifiche generali osservatorio , su jwst.nasa.gov . URL consultato il 31 dicembre 2017 .
  34. ^ a b ( EN ) Specifiche generali schermo solare , su jwst.nasa.gov .
  35. ^ ( EN ) STScI (a cura di), Astronomer's Proposal Tool (APT) , su stsci.edu . URL consultato il 21 settembre 2017 .
  36. ^ ( EN ) NASA - STScI (a cura di), NASA-SMD Policies and Guidelines for the Operations of JWST at STScI , su jwst-docs.stsci.edu . URL consultato il 21 settembre 2017 (archiviato dall' url originale il 9 maggio 2019) .
  37. ^ ( EN ) JWST GTO Observation Specifications , su stsci.edu . URL consultato il 17 giugno 2017 (archiviato dall' url originale l'8 settembre 2018) .
  38. ^ ( EN ) Icy Moons, Galaxy Clusters, and Distant Worlds Among Selected Targets for James Webb Space Telescope , su nasa.gov .
  39. ^ JWST: definiti gli obiettivi scientifici. (INAF) , su media.inaf.it .
  40. ^ ( EN ) Eric Villard, NASA's Webb Telescope Will Study Our Solar System's “Ocean Worlds” , su nasa.gov , 24 agosto 2017.
  41. ^ ( EN ) Lee Billings, What Will NASA's Biggest-Ever Space Telescope Study First? , su Scientific American (a cura di), scientificamerican.com , 7 dicembre 2017.
  42. ^ ( EN ) STScI (a cura di), Selections Made for the JWST Director's Discretionary Early Release Science Program , su stsci.edu , 13 novembre 2017. URL consultato il 7 gennaio 2020 (archiviato dall' url originale il 13 novembre 2017) .

Voci correlate

Collegamenti esterni

Controllo di autorità VIAF ( EN ) 129468073 · LCCN ( EN ) nr97043411 · WorldCat Identities ( EN ) lccn-nr97043411