Ջեյմս Ուեբ (աստղադիտակ)

Ջեյմս Ուեբ տիեզերական աստղադիտակ ( ) ուղեծրային ինֆրակարմիր աստղադիտարան է։ Այն մարդու կողմից արձակված ամենամեծ տիեզերական աստղադիտակն է  ամենամեծ հայելիով ( հատվածավոր հայելիու ընդհանուր տրամագիծը  6,5 մետր է, սակայն ամենամեծ մոնոլիտ հայելինՀերշելի աստղադիտակինն է՝ 3,5 մետր )        ։

Ի սկզբանե այն կոչվում էր Նոր սերնդի տիեզերական աստղադիտակ ( ): 2002 թվականին այն վերանվանվեց ի պատիվ ՆԱՍԱ -ի երկրորդ ղեկավար Ջեյմս Ուեբի (1906-1992), ով ղեկավարել է գործակալությունը 1961-1968 թվականներին՝ Ապոլոն ծրագրի իրականացման ժամանակ։

Որոշվել է աստղադիտակի հայելին ոչ թե ամբողջական պատրաստել, այլ բաղկացած ծալովի հատվածներից, որոնք կբացվեն ուղեծրում, քանի որ առաջնային հայելու տրամագիծը թույլ չէր տա այն տեղադրել Ariane-5 կրող հրթիռում։ Ջեյմս Ուեբ աստղադիտակի առաջնային հայելին հատվածավորված է և բաղկացած է 18 վեցանկյուն հատվածներից՝ պատրաստված ոսկեպատ բերիլիումից, յուրաքանչյուր հատվածի չափը 1,32 մետր է, որոնք միասին միավորված են մեկ հայելու մեջ՝ ընդհանուր 6,5 մետր տրամագծով ։ Սա աստղադիտակին տալիս 5,6 անգամ ավելի մեծ լույսի հավաքման տարածք՝ 25,37մ² հավաքման մակերեսով, քան Հաբլ աստղադիտակի 2,4 մ տրամագծով հայելին՝   4,52մ²։ Ի տարբերություն Հաբլի, որը դիտում է մոտ ուլտրամանուշակագույն, տեսանելի և մոտ ինֆրակարմիր (0,1-1,0 մկմ ) սպեկտրներում, Ջեյմս Ուեբ աստղադիտակը դիտում է ավելի ցածր հաճախականության միջակայքում՝ երկարալիք տեսանելի լույսից (կարմիր) մինչև միջին ինֆրակարմիր ( 0,6-28,3 մկմ)։ Սա թույլ է տալիս նրան դիտարկել տիեզերքի ամենահեռավոր օբյեկտները, բարձր կարմիր շեղումով օբյեկտները (տիեզերքի առաջին գալակտիկաներն ու աստղերը), որոնք չափազանց հին են, թույլ և հեռու են Հաբլ աստղադիտակի համար  ։ Աստղադիտակը պաշտպանված է 5-շերտ ջերմային վահանով, որը թույլ է տալիս պահպանել հայելու և գործիքների ջերմաստիճանը 50 K (  )-ից ցածր , որպեսզի աստղադիտակը կարողանա աշխատել ինֆրակարմիր տիրույթում և դիտել թույլ ինֆրակարմիր ազդանշաններն առանց որևէ այլ ջերմային աղբյուրների միջամտության։ Հետևաբար, աստղադիտակը տեղադրված է Արև-Երկիր համակարգի Լանգրանժի Լ  կետում՝ լուսապսակ-ուղեծրի վրա, Երկրից 1,5 մլն կմ հեռավորության վրա, որտեղ նրա  օդապարիկի տեսքով է և թենիսի կորտի չափով 5-շերտ ջերմային պաշտպանությունը պաշտպանում է այն Արեգակի, Երկրի և Լուսնի տաքացումից միաժամանակ   ։ Տիեզերքում աստղադիտակի տեղադրումը հնարավորություն է տալիս գրանցել էլեկտրամագնիսական ճառագայթումը այն տիրույթներում, որտեղ երկրագնդի մթնոլորտը անթափանց է. հիմնականում ինֆրակարմիր տիրույթում։ Մթնոլորտի ազդեցության բացակայության պատճառով աստղադիտակի լուծող ուժը 7-10 անգամ ավելի մեծ է, քան Երկրի վրա տեղակայված նմանատիպ աստղադիտակինը։

Այս ծրագիրը 17 երկրների միջազգային համագործակցության արդյունք է ՝ NASA-ի գլխավորությամբ, եվրոպական և կանադական տիեզերական գործակալությունների զգալի ներդրումներով։

Նախագծի գնահատված արժեքը 10 միլիարդ դոլար է (այն կաճի աստղադիտակի գործարկման և աշխատանքի հետ միասին), այդ գումարից ՆԱՍԱ-ի ներդրումը գնահատվում է մոտ 8,8 միլիարդ դոլար, Եվրոպական տիեզերական գործակալության ներդրումը կազմում է 850 միլիոն դոլար՝ ներառյալ արձակումը, Կանադայի տիեզերական գործակալության ներդրումը կազմում է $165 միլիոն ։

2021 թվականի դեկտեմբերի 25-ին աստղադիտակը հաջողությամբ արձակվեց Կուրուից՝ օգտագործելով Ariane-5 հրթիռը  ։ Առաջին գիտական ուսումնասիրությունները սկսվել են 2022 թվականի ամռանը։ Աստղադիտակի կյանքի տևողությունը հիմնականում սահմանափակվում է L  կետի շուրջ մանևրելու վառելիքի քանակով։ Աստղադիտակի աշխատանքի ժամանակի նախնական հաշվարկը 5-10 տարի էր, սակայն գործարկման ժամանակ հնարավոր եղավ կատարել չափազանց հաջող մանևր, և վառելիքի ներկայիս պաշարով այն կարող է ուղեծրում մնալ 20 տարի, բայց դրա ոչ բոլոր սարքերը կարող են այդքան երկար աշխատել 

2022 թվականի հունվարի 9-ին աստղադիտակը հաջողությամբ տեղակայեց իր բոլոր համակարգերը և անցավ լիարժեք գործող վիճակի, իսկ 2022 թվականի հունվարի 24-ին այն հաջողությամբ մտավ հալո-ուղեծիր Արև-Երկիր համակարգի Լ  կետում, Երկրից 1,5 միլիոն կմ հեռավորության վրա  ։ Աստղադիտակի սառեցումը մինչև աշխատանքային ջերմաստիճանը տևեց մի քանի շաբաթ, և այնուհետև սկսվեցին վերջնական ստուգաչափման ընթացակարգերը, որոնք էլ տևեցին մոտ 5 ամիս   ։

Առաջադրանքները 
2017 թվականի հունիսի 15-ին NASA-ն և ESA- ն հրապարակեցին աստղադիտակի առաջին թիրախների ցուցակը, ներառյալ ավելի քան 2100 դիտարկումներ։ Դրանք Արեգակնային համակարգի մոլորակներ և փոքր մարմիններ են, էկզոմոլորակներ և նախամոլորակային սկավառակներ, գալակտիկաներ և գալակտիկաների կուտակումներ, ինչպես նաև քվազարներ   ։

2021 թվականի մարտի 30-ին ՆԱՍԱ-ն հրապարակեց դիտարկումների առաջնային թիրախների վերջնական ցուցակը, որոնց ուսումնասիրումը կսկսվի աստղադիտակի գործարկումից 6 ամիս անց։ Ընդհանուր առմամբ, աստղագիտության յոթ հիմնական ոլորտներում հազարից ավելի դիմումներից ընտրվել է 286 հայտ, որն ընդհանուր առմամբ կպահանջի աստղադիտակի դիտման մոտ վեց հազար ժամ, ինչը կազմում է առաջին փուլում հատկացված ընդհանուր ժամանակի մոտ երկու երրորդը։    ։ ՆԱՍԱ-ն կստանա աստղադիտակի աշխատաժամանակի 80%-ը, մինչդեռ Եվրոպական  տիեզերական գործակալությունը՝ 15 % , Կանադական տիեզերական գործակալությունը՝ 5 %  ։

Աստղաֆիզիկա 
JWST-ի հիմնական նպատակները Մեծ պայթյունից հետո ձևավորված առաջին աստղերի և գալակտիկաների լույսի հայտնաբերումն է, գալակտիկաների, աստղերի, մոլորակային համակարգերի ձևավորումն ու զարգացումը և կյանքի ծագումը։ «Ջեյմս Ուեբը» կկարողանա պատմել այն մասին, թե երբ և որտեղ է սկսվել Տիեզերքի ռեիոնացումը և ինչու այն առաջացել  ։ «Ջեյմս Ուեբը» պետք է պարզի, թե ինչպիսին են եղել գալակտիկաները Մեծ պայթյունից 400 հազարից- 400 միլիոն տարի անց։ Այս ամենը սովորական աստղադիտակների համար անհասանելի են ոչ թե ոչ բավարար լուծող ուժի, այլ Դոպլերի էֆեկտով պայմանավորված Կարմիր շեղման պատճառով որը շեղում է այս օբյեկտների օպտիկական ճառագայթումը դեպի ինֆրակարմիր տիրույթ։

Ինֆրակարմիր ճառագայթման միջին տիրույթում աշխատող սարք 
Օբյեկտներից շատերը, որոնք կուսումնասիրի Ուեբը, այնքան քիչ լույս են արձակում, որ աստղադիտակին անհրաժեշտ է հարյուրավոր ժամեր լույս հավաքել դրանցից՝ սպեկտրը վերլուծելու համար։ Շահագործման 5 տարիների ընթացքում հազարավոր գալակտիկաներ ուսումնասիրելու համար աստղադիտակի  սպեկտրոգրաֆը նախագծվել է 3×3աղեղային րոպեներ երկնքի տարածքում միաժամանակ 100 օբյեկտ դիտելու ունակությամբ ։ Դա անելու համար Գոդարդի գիտնականներն ու ինժեներները մշակեցին նոր միկրոփեղկավոր տեխնոլոգիա՝ սպեկտրոգրաֆ մտնող լույսը կառավարելու համար։ 

Հենց այս կարգավորելիությունն էլ թույլ է տալիս միաժամանակ կատարել բազմաթիվ առարկաների սպեկտրոսկոպիա։ Այն օբյեկտները, որոնք ուսումնասիրվելու են աստղադիտակի կողմից, հեռու են և խամրած, գործիքը պետք է ճնշի ավելի մոտ գտնվող ավելի պայծառ աղբյուրների ճառագայթումը ավելի թույլ ճառագայթումը ուսումնասիրելու համար։ Միկրոփեղկերն աշխատում են այնպես, ինչպես մարդիկ աչքերը նեղացնում են օբյեկտի վրա կենտրոնանալու համար՝ արգելափակելով անցանկալի լույսի աղբյուրը։ Սարքն արդեն մշակվել է և ներկայումս փորձարկվում է Եվրոպայում  ։

Հայտնագործությունները 
2022 թվականի հուլիսին հայտնաբերվել է GLASS-z13 գալակտիկան՝ ամենահին գալակտիկան, որը հայտնաբերվել է դիտարկման ժամանակ։

2022 թվականի հուլիսի 11-ին, ԱՄՆ նախագահ Ջո Բայդենը Սպիտակ տանը ներկայացրեց նոր Ջեյմս Ուեբ տիեզերական աստղադիտակով արված առաջին լուսանկարը՝ SMACS 0723 գալակտիկաների կլաստերի պատկերը  որը գտնվում է Երկրից 4,6 միլիարդ լուսատարի հեռավորության վրա։  աստղադիտակի շահագործման առաջին պաշտոնական օրը՝ 2022 թվականի հուլիսի 12-ին, Ջեյմս Ուեբ աստղադիտակը սենսացիոն բացահայտումներ արեց։ Այսպես WASP-96b մոլորակի վրա աստղադիտակը ջուր հայտնաբերեց։ Սպեկտրային վերլուծությունը ցույց տվեց WASP-96b-ի մթնոլորտի վերին հատվածում ջրի գոլորշիների առկայությունը, ինչպես նաև այնտեղ ամպերի և մառախուղի կուտակումների առկայությունը  ։ Աստղադիտակը կարողացավ տիեզերքի առաջին նկարները նկարել։ Սարքը, օգտագործելով վեց մետրանոց հայելին, կարողացել է լուսանկարել մեր մոլորակից 13 միլիարդ լուսային տարի հեռավորության վրա գտնվող գալակտիկաների կուտակումը։ Աստղադիտակի մյուս նոր հայտնագործություններից՝ հինգ գալակտիկաների միաժամանակյա բախումը լուսանկարելն է  ։Սարքավորումները

JWST-ը հագեցած է տիեզերական հետազոտության հետևյալ գիտական գործիքներով.

 Մոտիկ ինֆրակարմիր տեսախցիկ ();
 Միջին ինֆրակարմիր ճառագայթման տիրույթում աշխատելու սարք ();
 Մոտ ինֆրակարմիր սպեկտրոգրաֆ ();
  Նուրբ ուղղորդման ցուցիչ () և մոտ ինֆրակարմիր պատկերման սարք և առանց ճեղքվածքի սպեկտրոգրաֆ ():

Մոտ ինֆրակարմիր տեսախցիկը Ուեբի հիմնական պատկերային սարքն է և բաղկացած է սնդիկ-կադմիում-տելուրային դետեկտորներից   ։ Սարքի աշխատանքային տիրույթը 0,6 -ից 5 մկմ է։ Դրա մշակումը վստահված է Արիզոնայի համալսարանին և  առաջադեմ տեխնոլոգիաների Lockheed Martin կենտրոնին։

Էականն այն է, որ այս տեսախցիկը չի նկարում տեսախցիկների սովորական իմաստով։ Պատկերները, որոնք նախատեսված են լայն հանրության համար, համակարգչային մոդելավորման արդյունք են, որոնք ստացվում են բազմաթիվ պատկերներ տարբեր զտիչներով միմյանց վրա դնելով և համակարգչով հնարավորինս մաքրելով դիֆրակցիան։

 ամենավաղ աստղերից և գալակտիկաներից լույսի հայտնաբերում  դրանց դեռևս ձևավորման փուլում.
 մոտակա գալակտիկաների աստղային պոպուլյացիաների ուսումնասիրություն;
 երիտասարդ աստղերի ուսումնասիրություն Ծիր Կաթինի և Կոյպերի գոտու օբյեկտներում ;
 Գալակտիկաների մորֆոլոգիայի և գույնի որոշում բարձր կարմիր շեղուման պայմաններում ;
 հեռավոր գերնոր աստղերի լույսի կորերի որոշում ;
 ստեղծել մութ նյութի քարտեզ՝ օգտագործելով գրավիտացիոն ոսպնյակներ

 0,6-2,3 մկմ տիրույթում նկարահանելու համար մատրիցան (կարճ ալիքի երկարության ալիք)՝ 0,031 արկվայրկյան/փիքսել և 256 պայծառության մակարդակ;
  2,4-5,0 միկրոն տիրույթում նկարահանելու համար մատրիցան (երկարալիքի երկարության տիրույէ) սև և սպիտակ պատկերով  0,063 արկվայրկյան/փիքսել թույլատրությամբ;
 Քանի որ ինֆրակարմիր մատրիցներն ունեն բավականին փոքր դինամիկ տիրույթ, տեսախցիկը հագեցած է երկու զտիչ թմբուկավոր ֆիլտրերով՝  պայծառության և  ալիքի երկարության համար;
 Պրիզմա՝ սպեկտրոգրաֆիայի ռեժիմի համար, այս դեպքում աստղերը լուսանկարում «քսվում են» սպեկտրի գոտում.
 3 կլոր և 2 քառակուսի դիմակների պսակագիրը, որը թույլ է տալիս փակել աստղի կամ մոլորակի ամենավառ պատկերը, այնուհետև կարող են օգտագործվել սպեկտրոմետր և տարբեր ալիքների երկարությունների ֆիլտրերի հավաքածուներ.
 Ապաֆոկուս ոսպնյակներ, որոնք թույլ են տալիս տեսնել աստղադիտակի հայելու և նրա առանձին հատվածների դիֆրակցիան, որն օգտագործվում է դրանք ճշգրտելու համար։ 

Մոտ ինֆրակարմիր սպեկտրոգրաֆը կվերլուծի աղբյուրներից ստացված սպեկտրը, որը տեղեկատվություն կտրամադրի ուսումնասիրվող օբյեկտների ֆիզիկական հատկությունների (օրինակ՝ ջերմաստիճանի և զանգվածի) և դրանց քիմիական կազմի մասին։ Գործիքը ի վիճակի է կատարել միջին լուծաչափության սպեկտրոսկոպիա ալիքի երկարության  մկմ և ցածր թույլատրելիությամբ՝  մկմ ալիքի երկարությամբ  միջակայքում ։

Միաժամանակ 100 սպեկտր ստանալու տեխնոլոգիայի էությունը կայանում է միկրոէլեկտրամեխանիկական համակարգիցկիրառման մեջ, որը կոչվում է «միկրոփեղկերի զանգված» ( ):  սպեկտրոգրաֆի միկրոփեղկավոր բջիջներն ունեն կափարիչներ, որոնք բացվում և փակվում են մագնիսական դաշտի ազդեցության տակ։ Յուրաքանչյուր բջիջը 100-200 մկմ չափսի է և  կառավարվում է անհատապես և կարող է լինել բաց կամ փակ՝ համապատասխանաբար ապահովելով կամ, ընդհակառակը, արգելափակելով երկնքի մի մասը սպեկտրոգրաֆի համար։

Ինֆրակարմիր ճառագայթման միջին տիրույթում աշխատող սարքը (  ) բաղկացած է 1024 × 1024 փիքսել թույլատրելիությամբ սենսորով տեսախցիկից և սպեկտրոգրաֆից ։

Աղբյուրներ 
 
 
 
 Телескоп «Джеймс Уэбб»
 
  // NASA Live.
Տիեզերագիտություն