กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ที่ประกอบอย่างสมบูรณ์พร้อมกับกระจกหน้ารถและ“ โครงสร้างพาเลทแบบแยกส่วน” (ซึ่งพับเก็บรอบ ๆ กล้องโทรทรรศน์เพื่อเปิดตัว) จะเห็นบางส่วนถูกนำไปใช้กับโครงแบบเปิดเพื่อเปิดใช้งานการติดตั้งกล้องโทรทรรศน์
(ภาพ: © NASA / Chris Gunn)
Paul M. Sutter เป็นนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่ มหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอไฮโอโฮสต์ของ ถามนักบินอวกาศ และ วิทยุอวกาศและผู้เขียน "สถานที่ของคุณในจักรวาล"ซัทเทอร์สนับสนุนบทความนี้เพื่อ เสียงผู้เชี่ยวชาญของ Space.com: Op-Ed & Insights.
นาซ่า กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ คือ (ปัจจุบัน) มีกำหนดจะเปิดตัวในเดือนมีนาคม 2564 หลังจากปีแห่งความล่าช้าและใช้เงินเป็นพันล้านดอลลาร์ในงบประมาณ ในขณะที่มันง่ายที่จะโต้แย้งว่าเวลาและเงินทั้งหมดนั้นสูญเปล่าหอสังเกตการณ์นี้จะเป็นแชมป์ปฐมทัศน์และไม่มีปัญหาของความยาวคลื่นอินฟราเรดทำให้เราสามารถเข้าถึงมุมของเอกภพที่ไม่มีใครเทียบได้ในขณะนี้
หากเราต้องการเรียนรู้สิ่งใหม่เกี่ยวกับทุกสิ่งตั้งแต่กาแลคซีแรกไปจนถึงโอกาส ชีวิตบนดาวเคราะห์ดวงอื่นJames Webb ประมาณ 9.7 พันล้านเหรียญสหรัฐเป็นความหวังเดียวของเรา
ไม่มีความเย็น
ในขณะที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ ("JWST" ต่อผู้ที่รู้) ได้รับการประกาศให้เป็น "ผู้สืบทอด" ต่อเรื่องราวของนาซ่า กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลมันไม่ใช่แบบนั้น ฮับเบิลเป็นกล้องโทรทรรศน์ออปติคัลเป็นหลักโดยทำการจับความยาวคลื่นของแสงคล้ายกับช่วงที่สายตามนุษย์ทำและขยายผ่านเข้าไปเล็กน้อยในส่วนอินฟราเรดและรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) ของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ในสาระสำคัญฮับเบิลเป็นดวงตากลมโตขนาดยักษ์ที่ส่งภาพที่น่าทึ่งที่คุณจะเห็นหากประสาทตาของคุณติดตั้งในทำนองเดียวกัน
แต่ JWST นั้นแตกต่างกัน มันจะทำการสังเกตทั้งหมดในอินฟราเรดโดยแทบจะไม่เห็นรอยแดงที่ลึกที่สุดเท่าที่มนุษย์สามารถมองเห็นได้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง JWST จะศึกษาจักรวาลที่มองไม่เห็นจากประสบการณ์ของมนุษย์เป็นส่วนใหญ่
หนึ่งในเหตุผลสำคัญที่ JWST ถูกออกแบบมาให้เป็นขอบเขตอินฟราเรดคือโดยทั่วไปแล้วดาราศาสตร์อินฟราเรดนั้นยากที่จะทำจากพื้นผิวโลก มลพิษทางแสง เป็นความหายนะของนักดาราศาสตร์ที่ต้องการท้องฟ้าแจ่มใสและมืดสนิทเพื่อทำการสังเกตและวัดอย่างละเอียด
และมลพิษทางแสงอินฟราเรดนั้นมาจากหลายที่ โดยทั่วไปสิ่งใดที่อบอุ่น ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วทุกอย่าง ร่างกายมนุษย์สร้างรังสีอินฟราเรดได้ 100 วัตต์ โลกเองนั้นค่อนข้างอบอุ่นและเปล่งประกายอย่างแรงในแถบอินฟราเรด แม้แต่กล้องโทรทรรศน์เองถ้าอยู่ที่อุณหภูมิห้องก็จะสว่างในอินฟราเรด
ไม่ใช่ว่าเราทำไม่ได้ ดาราศาสตร์อินฟราเรด จากพื้นดินมันแค่นั้นมันยากเหลือเกิน
ดังนั้นพื้นที่
ไกลจากบ้าน
JWST จะทำงานจากโลกประมาณ 1 ล้านไมล์ (1.5 ล้านกิโลเมตร) เพื่อให้มันอยู่ไกลจากโลกที่อบอุ่นและส่องแสงอินฟราเรดของเราอย่างปลอดภัย แต่ถึงอย่างนั้นก็ยังมี ดวงอาทิตย์ เพื่อต่อสู้กับ เคยนั่งข้างนอกในวันฤดูร้อนที่ดีรู้สึกถึงความอบอุ่นของดวงอาทิตย์บนผิวของคุณหรือไม่? ใช่นั่นคือการแผ่รังสีอินฟราเรดที่ถูกสูบออกโดยกลุ่มคน และแม้กระทั่งห่างออกไปหนึ่งล้านไมล์จากโลกดวงอาทิตย์ยังคงมีรสชาติเล็กน้อย
เพื่อต่อสู้กับสิ่งนี้ผู้ออกแบบกล้องโทรทรรศน์อวกาศอินฟราเรดมีสองทางเลือก ทางเลือกที่ใช้กันมากที่สุดคือการใช้ระบบทำความเย็นแบบแอคทีฟเพื่อลดอุณหภูมิของกล้องโทรทรรศน์ลงเพื่อดูความยาวคลื่นอินฟราเรดอย่างเหมาะสม สิ่งนี้ยอดเยี่ยมมากและถูกใช้งานโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศอินฟราเรดก่อนหน้านี้ แต่มัน จำกัด อายุการใช้งานของมัน ไม่มีสารหล่อเย็น = ไม่มีดาราศาสตร์อีกต่อไป
ดังนั้น JWST จะติดตั้งร่มขนาดยักษ์ราคาแพงยาว 72 ฟุต (22 เมตร) และกว้าง 36 ฟุต (11 เมตร) ทำจากวัสดุสะท้อนแสงสูงห้าชั้นแต่ละชั้นบางกว่าผมมนุษย์ อันยิ่งใหญ่นี้ "sunshield"จะทำให้กล้องโทรทรรศน์อยู่ในที่ร่มซึ่งอยู่ทางใต้ของอุณหภูมิลบ 370 องศาฟาเรนไฮต์ (ลบ 223 องศาเซลเซียส) ซึ่งเหมาะสำหรับความยาวคลื่นอินฟราเรดที่กำลังศึกษาอยู่
ถึงแม้ว่าจะสนุก แต่เครื่องมืออย่างหนึ่งที่อยู่บนเรือจะถูกแช่เย็นด้วยระบบระบายความร้อนที่ใช้งานได้ต่ำกว่าลบ 433 ฟาเรนไฮต์ (ลบ 258 C) ซึ่งจะช่วยให้สามารถเข้าถึงความยาวคลื่นอินฟราเรดที่ยาวกว่า
ดูวิทยาศาสตร์
สรุปแล้ว JWST มีขนาดใหญ่มาก ในความเป็นจริงมันใหญ่มากจนไม่สามารถใส่จรวดได้ นอกจากกระจกบังแดดขนาดใหญ่แล้วกระจกหลักจะมีความยาว 21 ฟุต (6.5 เมตร) ซึ่งกว้างกว่าจรวดที่ใช้งานอยู่ในปัจจุบัน การอัดเทปกระจกเข้ากับด้านข้างของจรวดไม่ใช่วิธีการแก้ปัญหาที่แน่นอนดังนั้นวิศวกร NASA ที่ฉลาดได้แตกกระจกออกเป็น 18 ส่วนหกเหลี่ยมที่เล็กกว่าซึ่งจะถูกซ่อนและพับลงในจรวด (พร้อมกับพับขึ้น) sunshield และส่วนที่เหลือของกล้องโทรทรรศน์ตัวเอง)
หากทุกอย่างถูกต้องเพียงไม่กี่วันหลังจากเปิดตัว JWST จะมุ่งหน้าไปยังจุดสังเกตของมันแฉและเริ่มจ้องมอง
และสิ่งที่มันจะเห็น - และฉันไม่ได้ใช้คำนี้เบา - น่าทึ่ง หนึ่งในเป้าหมายหลักของมันคือจักรวาลยุคแรกเมื่อจักรวาลของเรามีอายุเพียงไม่กี่ร้อยล้านปี ดาวและกาแล็กซี่ดวงแรกที่ปรากฏบนฉากจักรวาลเปล่งประกายสว่างในสเปกตรัมที่มองเห็นได้ แต่ในช่วง 13 พันล้านปีที่ผ่านมา จักรวาล ได้ขยายขยายแสงออกจากช่วงที่มองเห็นและลงไปในอินฟราเรด - ในจุดที่หวานของพารามิเตอร์การออกแบบของ JWST
เนื่องจากเราไม่มีภาพใด ๆ เลยจากยุคของดาวดวงแรกและกาแลกซี่ (ซึ่งรู้จักกันในชื่อ colloquially ว่า "รุ่งอรุณของจักรวาล") นี่จะเป็นครั้งแรกของเราที่จะได้เห็นยุคสำคัญในประวัติศาสตร์ของจักรวาล
JWST จะเข้าใกล้บ้านเพื่อศึกษาสิ่งเจ๋ง ๆ ในจักรวาลตั้งแต่ดิสก์ก่อกำเนิดดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์ไปจนถึงเมฆโมเลกุลดาวหางวัตถุในแถบไคเปอร์และอื่น ๆ
และ JWST จะใช้อุปกรณ์พิเศษในการปิดกั้นแสงจากดาวไกลโพ้นบางดวงทำให้หอดูดาวสามารถถ่ายภาพวัตถุใด ๆ ดาวเคราะห์นอกระบบ. ดาวเคราะห์เหล่านั้นจะเรืองแสงในอินฟราเรดและแสงจากดาวเคราะห์เหล่านั้นจะถูกแก้ไขโดยสารเคมีและองค์ประกอบในชั้นบรรยากาศสารเคมีและองค์ประกอบที่อาจเป็นสัญญาณของสิ่งมีชีวิต
ตั้งแต่นักล่า ET ไปจนถึงผู้เปิดเผยจักรวาล JWST จะคุ้มค่ากับการรอคอยอย่างแน่นอน
- กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์นาซ่าของนาซา: ผู้สืบทอดจักรวาลของฮับเบิล
- บิลใช้จ่ายไฟบ้านยิงเตือนที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์
- กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ของนาซ่ามาถึงแคลิฟอร์เนียเพื่อประกอบขั้นสุดท้าย (ภาพถ่าย)
เรียนรู้เพิ่มเติมโดยการฟังตอน "เจมส์เวบบ์คุ้มค่ากับการรอคอยหรือไม่" ในพอดคาสต์ Ask A Spaceman มีให้ที่ iTunes และบนเว็บที่ http://www.askaspaceman.com. ขอขอบคุณ @SethDSanders @hhyech, White I. และ Veljo U. สำหรับคำถามที่นำไปสู่งานชิ้นนี้! ถามคำถามของคุณใน Twitter โดยใช้ #AskASpaceman หรือทำตามพอล @PaulMattSutter และ facebook.com/PaulMattSutter.
