제임스 웨브 우주망원경
제임스 웹 우주 망원경(JWST; James Webb Space Telescope)은 노후화된 허블 우주 망원경의 뒤를 이을, 계획 중에 있는 적외선 관측용 우주 망원경이다. 이 망원경의 주목적은 지상에 설치된 망원경이나 허블 우주 망원경이 관측하지 못했던, 우주의 아주 먼 곳에 있는 천체들을 관측하는 것이다. JWST는 미국 항공우주국(NASA)과 유럽 우주국(ESA), 그리고 캐나다 우주국(CSA)의 협력 하에 제작되고 있다. 이 망원경은 원래 "차세대 우주 망원경"(NGST; Next Generation Space Telescope)이라 불렸으나, 2002년에 NASA의 제 2대 국장인 제임스 E. 웹(James E. Webb)의 이름을 따서 현재의 이름으로 명명되었다. 망원경은 2020년 봄 이후, 프랑스령 기아나에 있는 기아나 우주 센터에서 아리안 5호 로켓에 실려 발사될 예정이다. 원래 2018년 발사하려고 했으나, 연기되었다. 그러나 2021년 3월 20일로 다시 한번 연기되었다.
제임스 웹우주 망원경의 주된 임무는 적외선(우주 마이크로파 배경)을 조사해, 현재 관측 가능한 우주의 초기 상태에 대해 연구하는 것이다. 이 목적을 달성하기 위해 망원경에는 고감도 적외선 센서와 분광기 등이 탑재될 것이다. 망원경 설비 자체에서 나오는 적외선 방출 때문에 관측이 방해받는 일이 없게 하기 위해 장비들은 40켈빈(−233.15 °C)이라는 극저온 상태에 놓일 것이고, 또한 태양빛이나 지구와 달로부터 반사되는 빛도 피하기 위해 작게 접혀진 차광판이 부속하게 될 것이다. JWST는 허블 우주 망원경처럼 지구 주위를 도는 것이 아니라 지구에서 150만 km 떨어진 태양-지구의 L 라그랑주점에 위치하게 되는데, 그렇게 되면 망원경의 관측 시야에서 태양과 지구가 동일한 상대적 위치에 놓이게 되어 차광판이 제대로 역할을 수행할 수 있게 된다. 하지만 허블 우주 망원경이 지표로부터 610km라는 비교적 낮은 궤도상에 위치하고 있어 광학 기기에 이상이 있을 때 수리나 부품 교체가 가능했던 데 반해, JWST는 먼 거리 때문에 그럴 수 없다는 단점이 있다. 따라서 제임스 웨브 망원경에 문제가 생겨버리면 문제가 생긴 상태로 관측을 해야 한다.
제임스 웹우주 망원경의 질량은 허블 우주 망원경의 절반 수준인 6.2t으로 계획되고 있다. 하지만 베릴륨을 주소재로 한 주 반사경의 지름은 6.5 m로서 2.4 m인 허블 우주 망원경의 2.5배에 달해, 뛰어난 관측 성능이 기대되고 있다. 주 반사경은 한 장 짜리가 아니라 18개의 육각형 조각으로 분할되어 있다. 이 반사경 조각들은 발사 전에는 접혀져 있다가 망원경이 발사된 후에 우주에서 펼쳐지도록 설계되어 있다.
JWST의 주경은 금으로 코팅된 베릴륨 반사경으로 지름 6.5m, 25m²의 집광 면적을 가지고 있다. 현재의 발사체로 운반하기에는 너무 커서 18개의 육각 거울로 분할되어 있으며 발사 후 펼쳐지게 된다. 위상 변화를 통해 영상평면의 파면은 매우 정밀한 마이크로 모터를 사용하여 적절한 위치에 거울 부분을 위치시킨다. 초기 설정 후, 그들은 가장 최적인 초점을 유지하기 위해 며칠마다 자주 업데이트 해야 한다. 이것은 지속적으로 중력이나 바람 하중의 영향을 극복하기 위해 능동적인 광학계를 이용하여 그 거울 부분을 조정하며 Keck망원경과 같은 지상 망원경과 다르며, 우주에서 망원경에 대한 환경적 방해가 없기 때문에 가능하도록 만들어진다.
JWST의 광학 설계를 통해 넓은 시야에서 광학 수차를 포함하지 않는 영상을 제공하기 위해 곡선 제 2 및 제 3 거울을 이용한 3개의 비점수차 보정 렌즈 이다. 또한 여러번의 이미지 안정화를 제공하는 두 번째 위치를 조정할 수 있고, 고속 스티어링 거울이 있다.
(주)Ball 항공 우주 및 기술은 그린벨트, 메릴랜드에있는 NASA 고다드 우주 비행 센터에서의 계약에 따라 주로 계약 Northrop Grumman 항공 우주 시스템이 이끄는 JWST 프로그램의 주요 광학 하청이다. 18개의 주경 부분의 이차, 삼차와 세세한 스티어링 거울, 플러스 비행 여분 Axsys, 브러시 웰 및 틴 슬리 연구소를 포함한 여러 회사에서 제조된 베릴륨 세그먼트 공백을 기반으로 제조 하고 Ball 항공 우주에 의해 연마 되어 있다. 2011년 6월 시점에서는 강성의 지지 프레임과 극저온의 액체추진에이터를 포함한 6개의 완전히 완료된 거울 부분의 첫 번째 세트는 미 항공 우주국 (NASA) 마셜 우주 비행 센터에서 마지막 시험을 치르고 나머지 거울 을 모두 테스트 하고 있었지만, 예정보다 2개월 전인 2011년 12월에 완료했다.
통합 과학 도구 모듈(ISIM)은 4개의 과학 장비와 가이드 카메라를 포함한다.
근적외선 카메라 (Near InfraRed Camera, NIRCam)는 가시광 영역의 끝 부분(0.6 micrometers)부터 근 적외선(5micrometers)사이 범위를 적용하는 적외선 화상처리기이다. NIRCam은 파면 감지와 통제 활동을 위해 요구되는 천문대의 파면 센서 처럼 사용될 것이다. 애리조나 대학팀이 주도하여 NIRCam을 만들고 있다.
근 적외선 스펙트로 그래프(Near InfareRed Spectrograph, NIRSpec)은 동일한 파장 범위를 넘어 분광관측을 수행할 것이다. NIRSpec은 유럽 우주 기구(ESA)에 의해 만들어 지고 있다. NIRSpec 설계는 3가지 관측 모드를 제공한다: 프리즘을 이용한 저해상도 모드를 R 에서 1000 다중 객체 모드 및 R ~ 2700 적분 필드 단위 또는 long-slit 분광기 모드전환에 의해 만들어진 필터 휠 어셈블리라는 파장의 사전 선택 메커니즘을 작동 하고 격자 휠 어셈블리 기구를 이용해 통신하는 분산 소자 ( 프리즘 또는 회절 격자 ) 를 선택 한다. 두 기구는 적외선 우주 천문대에서 성공한 ISOPHOT 휠 메커니즘을 기반으로 하고 있다. 다중 객체 모드는 어떤 위치에 보기 NIRSpec 영역에서 개별 개체 의 수백개의 동시 관측 을 가능하게 하기 위해 복잡한 마이크로 셔터 기구에 의존하고 있다 . 메커니즘과 그 광학 소자 설계 되었고, 통합되어 있으며, 아스트리움 의 계약에 따라, 독일의 칼 자이스사에 의해 테스트 되고 있다.
NIRSpec 설계 는 3 관찰 모드가 준비되어 있다. 프리즘을 이용한 저해상도 모드를 R 에서 1000 다중 객체 모드 및 R ~ 2700 적분 필드 단위 또는 long-slit 분광기 모드전환에 의해 만들어진 필터 휠 어셈블리라는 파장의 사전 선택 메커니즘을 작동 하고 격자 휠 어셈블리 기구를 이용해 통신하는 분산 소자 ( 프리즘 또는 회절 격자 ) 를 선택 한다. 두 기구는 적외선 우주 천문대에서 성공한 ISOPHOT 휠 메커니즘을 기반으로 하고 있다. 다중 객체 모드는 어떤 위치에 보기 NIRSpec 영역에서 개별 개체 의 수백개의 동시 관측 을 가능하게 하기 위해 복잡한 마이크로 셔터 기구에 의존 하고 있다 . 메커니즘과 그 광학 소자 설계 되었고, 통합되어 있으며, 아스트리움 의 계약에 따라, 독일의 칼 자이스사에 의해 테스트 되고 있다.
중적외선 장비(MIRI)는 5 ~ 27 마이크로 미터, 중적외선 파장 범위를 측정 할 수 있다. 이것은 중적외선 카메라와 영상 분광기가 모두 포함되어 있다. MIRI는 미국 항공 우주국 (NASA)과 유럽 국가의 컨소시엄과의 제휴로 조지 리 케 (애리조나 대학)와 질리안 라이트 (영국 천문학 기술이 주도하고있는 센터, 에든버러, 과학 기술 시설위원회 (STFC)의 일부)에 의해 개발되었다. MIRI도 개발하고 천문학을위한 막스 플랑크 연구소, 하이델베르크에서의 계약에 따라 칼 자이스사에 의해 구축되어 NIRSpec뿐만 아니라 자동차 같은 장비를 갖추고 있다. MIRI의 완성 광학 벤치 어셈블리는 ISIM에 최종 통합을 위해 2012년 중순에 고다드에 전달되었다.
프로젝트의 과학자 존 해치 스(헤르츠 베르크 천체물리학 연구소, 캐나다 국립 연구위원회)에서 캐나다 우주국 이 주도하는 Fine Guidance 센서(FGS)는 과학자가 관측하는 동안 관측 방향을 안정시키기 위해 사용된다. FGS에의한 측정은 우주선 전체의 방향을 제어하기 위해 영상 안정화를 위해 작은 스티어링 거울을 구동 하기 위해 사용 된다. 캐나다 우주국은 또한 몬트리올 대학의 수석 연구원인 르네 도영이 이끄는 0.8 에서 5 마이크로 미터 파장 범위의 천문 영상 및 분광을 위한 근적외선 영상과 슬릿이 없는 분광기( NIRISS )의 모듈을 제공 하고있다. 그래서 NIRISS는 물리적으로 FGS과 함께 장착 되고 그들은 종종 개별적인 장비라 하지만, 그들은 하나의 과학 장비이며, 다른 하나는 관측소의 지원 인프라의 일부이며 전혀 다른 목적을 완수한다.
NIRCam과 MIRI는 외계 행성이나 밝은 별 바로 옆에 항성 주변 디스크 등의 희미한 대상의 관찰을 위해 별빛을 차단하는 코로나 그래프를 제공한다.
NIRCam, NIRSpec, FGS 및 NIRISS모듈의 적외선 감지기는 텔레다인 영상 센서(구 로크웰 과학 회사)에 의해 제공되고 있다.