Vesmírný dalekohled Jamese Webba -James Webb Space Telescope

Vesmírný dalekohled Jamese Webba
Model kosmické lodi JWST 3.png
Vykreslení vesmírného dalekohledu Jamese Webba plně nasazeno.
Jména Vesmírný dalekohled nové generace (NGST; 1996–2002)
Typ mise Astronomie
Operátor STScI ( NASA ) / ESA / CSA
ID COSPAR 2021-130A Upravte to na Wikidata
SATCAT č. 50463
webová stránka Oficiální webové stránky
Doba trvání mise
Vlastnosti kosmických lodí
Výrobce
Startovací hmota 6 161,4 kg (13 584 lb)
Rozměry 20,197 m × 14,162 m (66,26 ft × 46,46 ft), sluneční clona
Napájení 2 kW
Začátek mise
Datum spuštění 25. prosince 2021 , 12:20 UTC ( 2021-12-25 )
Raketa Ariane 5 ECA ( VA256 )
Spouštěcí místo Prostorové centrum Guyanais , ELA-3
Dodavatel Arianespace
Zadaná služba 12. července 2022
Orbitální parametry
Referenční systém Oběžná dráha Slunce–Země L 2
Režim Halo oběžná dráha
Nadmořská výška periapsie 250 000 km (160 000 mi)
Výška apoapise 832 000 km (517 000 mi)
Doba 6 měsíců
Hlavní dalekohled
Typ Korschův dalekohled
Průměr 6,5 m (21 stop)
Ohnisková vzdálenost 131,4 m (431 stop)
Ohniskový poměr f /20.2
Oblast sběru 25,4 m 2 (273 čtverečních stop)
Vlnové délky 0,6–28,3 μm ( oranžová až střední infračervená )
Transpondéry
Kapela
Šířka pásma
Nástroje
Prvky
Logo spuštění JWST.png
Logo mise vesmírného dalekohledu Jamese Webba  

Vesmírný dalekohled Jamese Webba ( JWST ) je vesmírný dalekohled určený především k provádění infračervené astronomie . Jako největší optický dalekohled ve vesmíru, jeho výrazně vylepšené infračervené rozlišení a citlivost mu umožňují pozorovat objekty příliš brzy, vzdálené nebo slabé pro Hubbleův vesmírný dalekohled . Očekává se , že to umožní širokou škálu výzkumů napříč obory astronomie a kosmologie , jako je pozorování prvních hvězd a formování prvních galaxií a podrobná atmosférická charakterizace potenciálně obyvatelných exoplanet .

Americký Národní úřad pro letectví a vesmír (NASA) vedl vývoj JWST ve spolupráci s Evropskou kosmickou agenturou (ESA) a Kanadskou kosmickou agenturou (CSA). NASA Goddard Space Flight Center (GSFC) v Marylandu řídilo vývoj dalekohledu, Space Telescope Science Institute v Baltimore v Homewood Campus Johns Hopkins University provozuje JWST a hlavním dodavatelem byl Northrop Grumman . Dalekohled je pojmenován po Jamesi E. Webbovi , který byl v letech 1961 až 1968 správcem NASA během programů Mercury , Gemini a Apollo .

Vesmírný dalekohled Jamese Webba byl vypuštěn 25. prosince 2021 na raketě Ariane 5 z Kourou ve Francouzské Guyaně a dorazil k bodu Slunce-Země L 2 Lagrange v lednu 2022. První snímek z JWST byl zveřejněn prostřednictvím tisku. konference dne 11. července 2022. Dalekohled je nástupcem HST jako vlajkové lodi NASA v astrofyzice .

Primární zrcadlo JWST se skládá z 18 šestiúhelníkových zrcadlových segmentů vyrobených z pozlaceného berylia , které dohromady vytvářejí zrcadlo o průměru 6,5 metru (21 stop) ve srovnání s 2,4 m (7 stop 10 palců) HST. To dává JWST plochu pro shromažďování světla asi 25 metrů čtverečních, což je asi šestkrát víc než Hubble. Na rozdíl od HST, který pozoruje v blízkém ultrafialovém , viditelném a blízkém infračerveném (0,1–1,7 μm) spektru, JWST pozoruje v nižším frekvenčním rozsahu, od dlouhovlnného viditelného světla (červené) až po střední infračervené (0,6–28,3 μm) . Dalekohled musí být udržován extrémně studený, pod 50 K (-223 °C; -370 °F), takže infračervené světlo vyzařované samotným dalekohledem neinterferuje se shromážděným světlem. Je nasazen na sluneční oběžné dráze poblíž Lagrangeova bodu L 2 Slunce-Země , asi 1,5 milionu kilometrů (930 000 mi) od Země, kde jej pětivrstvý sluneční štít chrání před oteplováním Sluncem, Zemí a Měsícem.

Počáteční návrhy dalekohledu, pak pojmenovaný Next Generation Space Telescope, začal v roce 1996 . V roce 1999 byly zadány dvě koncepční studie s potenciálním spuštěním v roce 2007 a rozpočtem 1 miliardy USD. Program byl sužován obrovským překročením nákladů a zpožděním; zásadní přepracování v roce 2005 vedlo k současnému přístupu, s výstavbou dokončenou v roce 2016 s celkovými náklady 10 miliard USD. O vysoké povaze startu a složitosti dalekohledu poznamenala média, vědci a inženýři.

Funkce

Vesmírný dalekohled Jamese Webba má hmotnost, která se rovná polovině hmotnosti Hubbleova vesmírného teleskopu . JWSTprimární zrcadlo potažené beryliem o průměru 6,5 metru (21 stop) , které se skládá z 18 samostatných šestihranných zrcadel. Zrcadlo má leštěnou plochu 26,3 m 2 (283 čtverečních stop), z čehož 0,9 m 2 (9,7 čtverečních stop) je zakryto sekundárními podpůrnými vzpěrami, což dává celkovou sběrnou plochu 25,4 m 2 (273 čtverečních stop). To je více než šestkrát větší než sběrná plocha Hubbleova zrcadla o průměru 2,4 metru (7,9 stopy), které má sběrnou plochu 4,0 m 2 (43 čtverečních stop). Zrcadlo má zlatý povlak pro zajištění odrazivosti infračerveného záření a je pokryto tenkou vrstvou skla pro dlouhou životnost.

JWST je navržen primárně pro blízkou infračervenou astronomii , ale může také vidět oranžové a červené viditelné světlo a také střední infračervenou oblast, v závislosti na přístroji. Dokáže detekovat objekty až 100krát slabší než Hubble, a objekty mnohem dříve v historii vesmíru , zpět do rudého posuvu z≈20 (asi 180 milionů let kosmického času po Velkém třesku ). Pro srovnání se předpokládá, že nejstarší hvězdy vznikly mezi z≈30 a z≈20 (100–180 milionů let kosmického času) a první galaxie mohly vzniknout kolem rudého posuvu z≈15 (asi 270 milionů let kosmického času). Hubbleův teleskop není schopen vidět dále zpět než při velmi rané reionizaci kolem z≈11,1 (galaxie GN-z11 , 400 milionů let kosmického času).

Design zdůrazňuje blízkou až střední infračervenou oblast z několika důvodů:

  • Objekty s vysokým červeným posuvem (velmi rané a vzdálené) mají viditelné emise posunuté do infračerveného záření, a proto lze jejich světlo dnes pozorovat pouze pomocí infračervené astronomie;
  • infračervené světlo snadněji prochází prachovými mračny než viditelné světlo
  • chladnější objekty, jako jsou disky a planety, vyzařují nejsilněji v infračerveném pásmu;
  • tato infračervená pásma je obtížné studovat ze země nebo pomocí existujících vesmírných dalekohledů, jako je Hubble.
Hrubý graf atmosférické absorpce (nebo opacity) Země pro různé vlnové délky elektromagnetického záření, včetně viditelného světla

Pozemní dalekohledy se musí dívat skrz zemskou atmosféru, která je v mnoha infračervených pásmech neprůhledná (viz obrázek vpravo). I tam, kde je atmosféra průhledná, mnoho cílových chemických sloučenin, jako je voda, oxid uhličitý a metan, také existuje v zemské atmosféře , což značně komplikuje analýzu. Stávající vesmírné dalekohledy, jako je Hubble, nemohou tato pásma studovat, protože jejich zrcadla jsou nedostatečně chladná (Hubleovo zrcadlo je udržováno na teplotě asi 15 °C [288 K; 59 °F]), což znamená, že samotný dalekohled silně vyzařuje v příslušných infračervených pásmech.

JWST může také pozorovat blízké objekty, včetně objektů ve Sluneční soustavě , které mají zdánlivou úhlovou rychlost pohybu 0,030 obloukových sekund za sekundu nebo méně. To zahrnuje všechny planety a satelity, komety a asteroidy mimo oběžnou dráhu Země a „prakticky všechny“ známé objekty Kuiperova pásu. Kromě toho může do 48 hodin od rozhodnutí pozorovat oportunní a neplánované cíle, jako jsou supernovy a gama záblesky .

Umístění a oběžná dráha

JWST operuje na oběžné dráze halo , krouží kolem bodu ve vesmíru známého jako Lagrangeův bod Slunce–Země L 2 , přibližně 1 500 000 km (930 000 mi) za oběžnou dráhou Země kolem Slunce. Jeho skutečná poloha se pohybuje mezi asi 250 000 a 832 000 km (155 000–517 000 mi) od L 2 , když obíhá, a udržuje jej mimo stín Země i Měsíce. Pro srovnání, Hubble obíhá 550 km (340 mi) nad zemským povrchem a Měsíc je zhruba 400 000 km (250 000 mi) od Země. Objekty v blízkosti tohoto bodu Slunce–Země L 2 mohou obíhat Slunce synchronně se Zemí, což umožňuje dalekohledu zůstat ve zhruba konstantní vzdálenosti s nepřetržitou orientací jeho jedinečného slunečního štítu a sběrnice zařízení směrem ke Slunci , Zemi a Měsíci . V kombinaci se svou širokou dráhou vyhýbající se stínům může dalekohled současně blokovat příchozí teplo a světlo ze všech těchto tří těles a vyhnout se i těm nejmenším změnám teploty ze stínů Země a Měsíce, které by ovlivnily strukturu, a přesto si zachovat nepřerušovanou sluneční energii a Komunikace Země na její straně obrácené ke Slunci. Toto uspořádání udržuje teplotu kosmické lodi konstantní a pod 50 K (-223 °C; -370 °F) nezbytných pro slabá infračervená pozorování.

Ochrana proti slunci

Testovací jednotka sluneční clony složená a rozšířená v zařízení Northrop Grumman v Kalifornii, 2014

Pro pozorování v infračerveném spektru musí být JWST udržován pod 50 K (-223,2 °C; -369,7 °F); jinak by infračervené záření samotného dalekohledu přehlušilo jeho přístroje. Používá proto velkou sluneční clonu k blokování světla a tepla ze Slunce , Země a Měsíce a její poloha blízko Slunce – Země L 2 udržuje všechna tři těla na stejné straně kosmické lodi po celou dobu. Jeho halo oběžná dráha kolem bodu L 2 se vyhýbá stínu Země a Měsíce a udržuje konstantní prostředí pro sluneční štít a solární pole. Stínění udržuje stabilní teplotu pro struktury na temné straně, což je zásadní pro udržení přesného vyrovnání segmentů primárního zrcadla v prostoru.

Pětivrstvá sluneční clona, ​​každá vrstva tenká jako lidský vlas, je vyrobena z Kaptonu E , komerčně dostupného polyimidového filmu od DuPont , s membránami speciálně potaženými hliníkem na obou stranách a vrstvou dopovaného křemíku na straně obrácené ke Slunci. ze dvou nejžhavějších vrstev, aby odrážely sluneční teplo zpět do vesmíru. Náhodné natržení jemné struktury filmu během testování nasazení v roce 2018 vedlo k dalšímu zpoždění dalekohledu.

Sluneční clona byla navržena tak, aby se dala složit dvanáctkrát (styl concertina), aby se vešla do kapotáže užitečného zatížení rakety Ariane 5 , která má průměr 4,57 m (15,0 ft) a délku 16,19 m (53,1 ft). Rozměry štítu v plném nasazení byly plánovány jako 14,162 m × 21,197 m (46,46 ft × 69,54 ft). Sluneční clona byla ručně smontována v ManTech (NeXolve) v Huntsville, Alabama , předtím, než byla doručena do Northrop Grumman v Redondo Beach v Kalifornii k testování.

Kvůli slunečnímu štítu nemá JWST v žádném okamžiku neomezené pole působnosti . Dalekohled může vidět 40 procent oblohy z jedné pozice a může vidět celou oblohu po dobu šesti měsíců.

Optika

Sestava hlavního zrcátka zepředu s připojenými primárními zrcátky, listopad 2016
Difrakční hroty díky zrcadlovým segmentům a barevnému označení pavouka

Fotografie pořízené JWST mají šest hrotů plus dva slabší, protože pavouk podpírá sekundární zrcadlo.

Primárním zrcadlem JWST je 6,5 m (21 stop) průměr pozlacený beryliový reflektor se sběrnou plochou 25,4 m 2 (273 čtverečních stop). Pokud by byla postavena jako jediné velké zrcadlo, bylo by pro stávající nosné rakety příliš velké. Zrcadlo se tedy skládá z 18 šestiúhelníkových segmentů (technika průkopníka Guido Horn d'Arturo ), které se rozvinuly po vypuštění dalekohledu. Snímání čela obrazu pomocí fázového vyhledávání se používá k umístění zrcadlových segmentů na správné místo pomocí velmi přesných mikromotorů. Po této počáteční konfiguraci potřebují pouze občasné aktualizace každých pár dní, aby si zachovaly optimální zaměření. To je na rozdíl od pozemských dalekohledů, například dalekohledů Keck , které neustále upravují své zrcadlové segmenty pomocí aktivní optiky , aby překonaly účinky gravitace a zatížení větrem.

Teleskop Webb bude používat 132 malých motorů (nazývaných aktuátory ) k polohování a občasnému nastavování optiky, protože dalekohled ve vesmíru ruší jen málo. Každý z 18 segmentů primárního zrcátka je ovládán 6 pozičními ovladači s dalším ovladačem ROC (poloměr zakřivení) uprostřed pro nastavení zakřivení (7 ovladačů na segment), celkem tedy 126 ovladačů primárního zrcátka a dalších 6 ovladačů pro sekundární zrcadlo, celkem 132. Pohony mohou polohovat zrcadlo s přesností 10  nanometrů (10 milióntin milimetru).

Akční členy jsou rozhodující pro udržení vyrovnání zrcadel dalekohledu a jsou navrženy a vyrobeny společností Ball Aerospace & Technologies . Každý ze 132 pohonů je poháněn jediným krokovým motorem, který umožňuje jemné i hrubé nastavení. Aktuátory poskytují hrubou velikost kroku 58 nanometrů pro větší úpravy a velikost kroku jemného nastavení 7 nanometrů.

Optický design JWST je třízrcadlový anastigmat , který využívá zakřivená sekundární a terciární zrcadla k poskytování snímků bez optických aberací v širokém poli. Sekundární zrcadlo má průměr 0,74 m (2,4 ft). Kromě toho je zde jemné otočné zrcátko, které může upravit svou polohu mnohokrát za sekundu, aby poskytovalo stabilizaci obrazu .

Ball Aerospace & Technologies je hlavním optickým subdodavatelem pro projekt JWST, vedený hlavním dodavatelem Northrop Grumman Aerospace Systems , na základě smlouvy od NASA Goddard Space Flight Center , Greenbelt, Maryland . Zrcátka a náhradní letové díly byly vyrobeny a vyleštěny společností Ball Aerospace & Technologies na základě polotovarů segmentů berylia vyráběných několika společnostmi včetně Axsys, Brush Wellman a Tinsley Laboratories.

Vědecké přístroje

NIRCam skončil v roce 2013
Kalibrační sestava, jedna součást přístroje NIRSpec
MIRI

Integrated Science Instrument Module (ISIM) je rámec, který poskytuje teleskopu Webb elektrickou energii, výpočetní zdroje, chlazení a také strukturální stabilitu. Je vyroben z lepeného grafit-epoxidového kompozitu připojeného ke spodní straně struktury Webbova dalekohledu. ISIM obsahuje čtyři vědecké přístroje a naváděcí kameru.

  • NIRCam (Near InfraRed Camera) je infračervený snímač , který bude mít spektrální pokrytí od okraje viditelného (0,6 μm) až po blízké infračervené (5 μm). K dispozici je 10 snímačů, každý po 4 megapixelech. NIRCam bude také sloužit jako vlnoplochový senzor observatoře, který je nezbytný pro snímání a řízení vlnoplochy, používaný k vyrovnání a zaostření segmentů hlavního zrcadla. NIRCam byl postaven týmem vedeným University of Arizona , s hlavní řešitelkou Marcia J. Rieke . Průmyslovým partnerem je Advanced Technology Center společnosti Lockheed-Martin v Palo Alto v Kalifornii .
  • NIRSpec (Near InfraRed Spectrograph) bude také provádět spektroskopii ve stejném rozsahu vlnových délek. Byl postaven Evropskou kosmickou agenturou v ESTEC v Noordwijku v Nizozemsku. Vedoucí vývojový tým zahrnuje členy z Airbus Defence and Space , Ottobrunn a Friedrichshafen, Německo, a Goddard Space Flight Center ; s Pierrem Ferruitem ( École normale supérieure de Lyon ) jako vědeckým pracovníkem projektu NIRSpec. Konstrukce NIRSpec poskytuje tři režimy pozorování: režim s nízkým rozlišením využívající hranol, režim více objektů R~1000 a integrální polní jednotku R~2700 nebo režim spektroskopie s dlouhou štěrbinou. Přepínání režimů se provádí ovládáním mechanismu předvolby vlnové délky nazývaného Sestava filtračního kola a výběrem odpovídajícího disperzního prvku (hranolu nebo mřížky) pomocí mechanismu sestavy mřížkového kola. Oba mechanismy jsou založeny na úspěšných kolečkových mechanismech ISOPHOT infračervené vesmírné observatoře . Režim více objektů spoléhá na složitý mechanismus mikrozávěrky, který umožňuje současné pozorování stovek jednotlivých objektů kdekoli v zorném poli NIRSpec. K dispozici jsou dva snímače, každý po 4 megapixelech. Mechanismy a jejich optické prvky byly navrženy, integrovány a testovány společností Carl Zeiss Optronics GmbH (dnes Hensoldt ) z Oberkochenu v Německu na základě smlouvy od společnosti Astrium .
  • MIRI (Mid-InfraRed Instrument) bude měřit střední až dlouhé infračervené vlnové délky od 5 do 27 μm. Obsahuje jak střední infračervenou kameru , tak zobrazovací spektrometr . MIRI byl vyvinut jako spolupráce mezi NASA a konsorciem evropských zemí a je veden Georgem Riekem ( Univerzita v Arizoně ) a Gillian Wright ( UK Astronomy Technology Center , Edinburgh , Skotsko, součást Rady pro vědecké a technologické zařízení ). MIRI se vyznačuje podobnými mechanismy kol jako NIRSpec, které jsou rovněž vyvinuty a vyrobeny společností Carl Zeiss Optronics GmbH (dnes Hensoldt ) na základě smlouvy s Max Planck Institute for Astronomy , Heidelberg , Německo. Dokončená sestava optické lavice MIRI byla dodána do Goddard Space Flight Center v polovině roku 2012 pro případnou integraci do ISIM. Teplota MIRI nesmí překročit 6 K (−267 °C; −449 °F): toto chlazení zajišťuje mechanický chladič plynného helia umístěný na teplé straně vnějšího štítu.
  • FGS/NIRISS (Fine Guidance Sensor and Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph), vedené Kanadskou vesmírnou agenturou pod vedením projektového vědce Johna Hutchingsa ( Herzbergovo centrum pro astronomii a astrofyziku , National Research Council ), se používá ke stabilizaci přímky viditelnosti. hvězdárny při vědeckých pozorováních. Měření pomocí FGS se používají jak k řízení celkové orientace kosmické lodi, tak k řízení jemného řízeného zrcátka pro stabilizaci obrazu. Kanadská kosmická agentura také poskytuje modul Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) pro astronomické zobrazování a spektroskopii v rozsahu vlnových délek 0,8 až 5 μm, vedený hlavním výzkumníkem René Doyonem z Université de Montréal . Ačkoli jsou často označovány společně jako jednotka, NIRISS a FGS slouží zcela odlišným účelům, přičemž jeden je vědecký přístroj a druhý je součástí podpůrné infrastruktury observatoře.

NIRCam a MIRI jsou vybaveny koronografy blokujícími světlo hvězd pro pozorování slabých cílů, jako jsou extrasolární planety a cirkumstelární disky velmi blízko jasným hvězdám.

Infračervené detektory pro moduly NIRCam, NIRSpec, FGS a NIRISS jsou poskytovány společností Teledyne Imaging Sensors (dříve Rockwell Scientific Company). Modul integrovaného vědeckého přístroje (ISIM) a velení a zpracování dat (ICDH) vesmírného teleskopu Jamese Webba (JWST) využívají SpaceWire k odesílání dat mezi vědeckými přístroji a zařízením pro zpracování dat.

Autobus kosmické lodi

Schéma sběrnice kosmické lodi . Solární panel je v zelené barvě a světle fialové panely jsou radiátory.

Sběrnice kosmické lodi je primární podpůrnou součástí vesmírného dalekohledu Jamese Webba, který hostí množství výpočetních, komunikačních, elektrických, pohonných a konstrukčních částí. Spolu se sluneční clonou tvoří prvek kosmické lodi vesmírného dalekohledu . Další dva hlavní prvky JWST jsou Integrated Science Instrument Module (ISIM) a Optical Telescope Element (OTE). Oblast 3 ISIM je také uvnitř sběrnice kosmické lodi; oblast 3 zahrnuje ISIM Command and Data Handling subsystém a kryochladič MIRI . Sběrnice kosmické lodi je připojena k prvku optického teleskopu prostřednictvím sestavy Deployable Tower Assembly, která se také připojuje ke sluneční cloně. Sběrnice kosmické lodi je na „teplé“ straně sluneční clony obrácené ke Slunci a pracuje při teplotě asi 300 K (27 °C; 80 °F).

Konstrukce autobusu kosmické lodi má hmotnost 350 kg (770 lb) a musí podporovat 6 200 kg (13 700 lb) vesmírný dalekohled. Vyrábí se především z grafitového kompozitního materiálu. Byl sestaven v Kalifornii , montáž byla dokončena v roce 2015 a poté musel být integrován se zbytkem vesmírného teleskopu, což vede k jeho startu v roce 2021. Sběrnice kosmické lodi dokáže otáčet teleskopem s přesností ukazování jedné obloukové sekundy a izoluje vibrace až na dvě miliarcsekundy .

V centrálním výpočetním, paměťovém a komunikačním vybavení procesor a software směrují data do az přístrojů, do jádra polovodičové paměti a do rádiového systému, který může odesílat data zpět na Zemi a přijímat příkazy. Počítač také řídí nasměrování kosmické lodi, přijímá data ze senzorů z gyroskopů a sledovače hvězd a posílá příkazy reakčním kolům nebo tryskám.

Webb má dva páry raketových motorů (jeden pár pro redundanci) pro provádění korekcí kurzu na cestě k L 2 a pro udržování stanice  – udržování správné polohy na oběžné dráze halo. Osm menších trysek se používá pro kontrolu polohy  – správné nasměrování kosmické lodi. Motory používají hydrazinové palivo (159 litrů nebo 42 amerických galonů při startu) a oxid dusný jako okysličovadlo (79,5 litrů nebo 21,0 amerických galonů při startu).

Servis

JWST není určen pro servis ve vesmíru. Mise s posádkou za účelem opravy nebo modernizace observatoře, jak tomu bylo v případě Hubblea, by v současné době nebylo možné a podle přidruženého administrátora NASA Thomase Zurbuchena bylo navzdory veškerému úsilí zjištěno, že vzdálená mise bez posádky byla v té době za hranicemi současných technologií JWST. byl navržen. Během dlouhého testovacího období JWST se představitelé NASA odvolávali na myšlenku servisní mise, ale žádné plány nebyly oznámeny. Od úspěšného startu NASA uvedla, že bylo provedeno omezené ubytování pro usnadnění budoucích servisních misí, pokud nějaké budou. To zahrnovalo: přesné naváděcí značky ve formě křížů na povrchu JWST pro použití při vzdálených servisních misích, stejně jako doplňovatelné palivové nádrže, odnímatelné tepelné chrániče a přístupné upevňovací body.

Srovnání s jinými dalekohledy

Srovnání s Hubbleovým primárním zrcadlem
Porovnání velikosti primárního zrcadla mezi JWST a Hubbleem

Touha po velkém infračerveném vesmírném dalekohledu sahá desítky let zpět. Ve Spojených státech bylo zařízení Space Infrared Telescope Facility (SIRTF, později nazývané Spitzer Space Telescope ) plánováno v době, kdy byl raketoplán ve vývoji, a potenciál pro infračervenou astronomii byl v té době uznán. Na rozdíl od pozemních dalekohledů byly vesmírné observatoře bez atmosférické absorpce infračerveného světla. Vesmírné observatoře otevřely astronomům zcela „nové nebe“.

Jemná atmosféra nad nominální letovou výškou 400 km nemá žádnou měřitelnou absorpci, takže detektory pracující na všech vlnových délkách od 5 μm do 1000 μm mohou dosáhnout vysoké radiometrické citlivosti.

—  SG McCarthy a GW Autio, 1978.

Infračervené teleskopy však mají nevýhodu: musí zůstat extrémně chladné a čím delší je vlnová délka infračerveného záření, tím musí být chladnější. Pokud ne, teplo na pozadí samotného zařízení přehluší detektory, takže je účinně oslepuje. To lze překonat pečlivým návrhem kosmické lodi, zejména umístěním dalekohledu do Dewarovy nádoby s extrémně chladnou látkou, jako je kapalné helium . Chladivo se bude pomalu odpařovat, což omezí životnost přístroje z pouhých několika měsíců na maximálně několik let.

V některých případech je možné pomocí konstrukce kosmické lodi udržovat teplotu dostatečně nízkou, aby umožnila pozorování v blízké infračervené oblasti bez přívodu chladicí kapaliny, jako jsou rozšířené mise Spitzer Space Telescope a Wide-field Infrared Survey Explorer , které provozovaly při snížené kapacitě po vyčerpání chladicí kapaliny. Dalším příkladem je přístroj HST Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS), který začal používat blok dusíkového ledu , který se po několika letech vyčerpal, ale pak byl během servisní mise STS-109 nahrazen funkčním kryochladičem . nepřetržitě. Vesmírný dalekohled Jamese Webba je navržen tak, aby se sám ochladil bez Dewara, pomocí kombinace slunečních štítů a radiátorů, přičemž střední infračervený přístroj používá přídavný kryochladič.

Vybrané vesmírné dalekohledy a přístroje
název Rok spuštění Vlnová délka
(μm)
Clona
(m)
Chlazení
Infračervený dalekohled Spacelab (IRT) 1985 1,7–118 0,15 Hélium
Infračervená vesmírná observatoř (ISO) 1995 2,5–240 0,60 Hélium
Zobrazovací spektrograf Hubbleova vesmírného dalekohledu (STIS) 1997 0,115–1,03 2.4 Pasivní
Hubbleova infračervená kamera a multiobjektový spektrometr (NICMOS) 1997 0,8–2,4 2.4 Dusík, později kryochladič
Spitzerův vesmírný dalekohled 2003 3–180 0,85 Hélium
Hubbleova širokoúhlá kamera 3 (WFC3) 2009 0,2–1,7 2.4 Pasivní a termoelektrické
Herschelova vesmírná observatoř 2009 55–672 3.5 Hélium
Vesmírný dalekohled Jamese Webba 2021 0,6–28,5 6.5 Pasivní a kryochladič (MIRI)

Zpoždění a zvýšení nákladů JWST lze srovnat se zpožděním a zvýšením nákladů jeho předchůdce, Hubbleova vesmírného dalekohledu . Když HST v roce 1972 formálně začal, stály odhadované náklady na vývoj 300 milionů USD (nebo asi 1 miliarda USD v konstantních dolarech z roku 2006), ale v době, kdy byl v roce 1990 vyslán na oběžnou dráhu, byly náklady asi čtyřikrát vyšší. Navíc nové nástroje a servisní mise zvýšily náklady na nejméně 9 miliard USD do roku 2006.

Dějiny

Pozadí (vývoj do roku 2003)

Hlavní milníky
Rok Milník
1996 První navržený projekt vesmírného dalekohledu nové generace (velikost zrcadla: 8 m)
2001 Vesmírný dalekohled NEXUS, předchůdce vesmírného dalekohledu nové generace, zrušen
2002 Navrhovaný projekt přejmenován na James Webb Space Telescope (velikost zrcadla zmenšena na 6 m)
2003 Northrop Grumman získal zakázku na stavbu dalekohledu
2007 Memorandum o porozumění mezi NASA a ESA
2010 Mission Critical Design Review (MCDR) prošel
2011 Navrženo zrušení
2016 Finální montáž dokončena
2021 Zahájení

Diskuse o pokračování HST začaly v 80. letech, ale seriózní plánování začalo na počátku 90. let. Koncepce dalekohledu Hi-Z byla vyvinuta v letech 1989 až 1994: infračervený dalekohled s aperturou 4 m (13 stop) s úplným rozptylem, který by se vzdaloval na oběžnou dráhu ve 3 astronomické jednotce (AU). Této vzdálené oběžné dráze by prospělo snížení světelného šumu zvířetníkového prachu . Jiné rané plány počítaly s misí prekurzorového dalekohledu NEXUS.

Oprava vadné optiky Hubbleova vesmírného dalekohledu v prvních letech jeho existence sehrála významnou roli při zrodu JWST. V roce 1993 NASA připravila STS-61 , mise raketoplánu , která měla nést náhradu za kameru HST a modernizaci svého zobrazovacího spektrografu, aby kompenzovala sférickou aberaci v jeho primárním zrcadle . Zatímco astronomická komunita netrpělivě očekávala tuto misi, NASA varovala, že tento mimořádný pokrok v práci ve vesmíru s sebou nese značné riziko a že jeho úspěšné dokončení není v žádném případě zaručeno.

V důsledku toho byl v roce 1995 vytvořen výbor HST & Beyond, aby vyhodnotil účinnost opravné mise HST a prozkoumal nápady pro budoucí vesmírné teleskopy, které by byly potřeba, pokud by opravná mise selhala. Mělo to štěstí vidět úspěch mise Space Shuttle Servicing Mission 1 v prosinci 1993 a bezprecedentní reakci veřejnosti na úžasné snímky, které HST poskytla.

Zpráva z roku 1996, povzbuzená úspěchem HST a uznáním inovativní práce v Evropě pro budoucí mise, prozkoumala koncept většího a mnohem chladnějšího dalekohledu citlivého na infračervené záření, který by se mohl dostat zpět v kosmickém čase ke zrodu prvních galaxií. Tento vědecký cíl s vysokou prioritou byl mimo možnosti HST, protože jako teplý dalekohled je oslepen infračervenou emisí z vlastního optického systému. Kromě doporučení prodloužit misi HST do roku 2005 a vyvinout technologie pro hledání planet kolem jiných hvězd přijala NASA hlavní doporučení HST & Beyond pro velký, studený vesmírný dalekohled (radiativně chlazený hluboko pod 0 °C) a začala proces plánování pro budoucí JWST.

Počínaje 60. léty a na začátku každé dekády od té doby Národní akademie organizovaly komunitu amerických astronomů, aby kreativně přemýšleli o astronomických přístrojích a výzkumu pro následující desetiletí a aby dosáhli konsensu o cílech a prioritách. NASA, věrný zastánce těchto Decadal Surveys of Astronomy and Astrophysics , byla také mimořádně úspěšná ve vývoji programů a nástrojů pro splnění doporučení průzkumu. Takže i přes značnou podporu a vzrušení v polovině 90. let, kdy NASA začala pracovat na nástupci HST, astronomická komunita považovala vysokou prioritu ze strany 2000 Decadal Survey za zásadní.

Příprava na průzkum zahrnovala další vývoj vědeckého programu pro to, co se stalo známým jako vesmírný dalekohled nové generace, a pokroky v příslušných technologiích NASA. Jak dozrával, studoval zrození galaxií v mladém vesmíru a hledal planety kolem jiných hvězd – hlavní cíle se spojily, když se „Origins“ od HST & Beyond staly prominentními.

Koncem 90. let NASA vytvořila podvýbor Origins, aby řídil toto úsilí, a podvýbor Beyond Einstein, aby dohlížel na mise, kde je vesmír laboratoří pro základní astrofyziku, například černé díry a supernovy. Jak jsme doufali, NGST získala nejvyšší hodnocení v Decadal Survey of Astronomy & Astrophysics v roce 2000, což umožnilo projektu pokračovat s plnou podporou konsensu komunity.

Administrátor NASA , Dan Goldin , vymyslel frázi „ rychlejší, lepší, levnější “ a rozhodl se pro další velkou změnu paradigmatu pro astronomii, totiž prolomení bariéry jediného zrcadla. To znamenalo přejít od „eliminace pohyblivých částí“ k „naučit se žít s pohyblivými částmi“ (tj. segmentovaná optika). S cílem snížit hmotnostní hustotu desetinásobně byl nejprve zkoumán karbid křemíku s velmi tenkou vrstvou skla navrchu, ale nakonec bylo vybráno berylium .

Éra středních devadesátých let „rychlejší, lepší, levnější“ vytvořila koncept NGST s 8 m (26 stop) otvorem, který má být letecky převezen do L 2 , což se zhruba odhaduje na 500 milionů USD. V roce 1997 NASA spolupracovala s Goddard Space Flight Center, Ball Aerospace & Technologies a TRW na provedení technických požadavků a studií nákladů na tři různé koncepty a v roce 1999 vybrala Lockheed Martin a TRW pro předběžné koncepční studie. Start byl v té době plánován na rok 2007, ale datum startu bylo mnohokrát posunuto (viz tabulka níže ).

V roce 2002 byl projekt přejmenován po druhém správci NASA (1961–1968), Jamesi E. Webbovi (1906–1992). Webb vedl agenturu během programu Apollo a založil vědecký výzkum jako klíčovou aktivitu NASA.

V roce 2003 NASA udělila TRW hlavní kontrakt na JWST v hodnotě 824,8 milionů USD. Návrh požadoval primární zrcadlo se zmenšeným rozsahem 6,1 m (20 stop) a datum startu v roce 2010. Později téhož roku byl TRW získán společností Northrop Grumman v nepřátelské nabídce a stal se Northrop Grumman Space Technology.

JWST je projekt NASA s mezinárodní spoluprací Evropské vesmírné agentury (ESA) a Kanadské vesmírné agentury (CSA), které se formálně připojily v roce 2004 a 2007.

Vývoj – (pře)plánování – 2005

Vývoj byl řízen Goddardovým vesmírným letovým střediskem NASA v Greenbeltu v Marylandu, jehož projektovým vědcem byl John C. Mather . Hlavním dodavatelem byla společnost Northrop Grumman Aerospace Systems, odpovědná za vývoj a stavbu prvku kosmické lodi, který zahrnoval satelitní sběrnici , sluneční clonu, sestavu Deployable Tower (DTA), která spojuje prvek optického teleskopu se sběrnicí kosmické lodi, a sestavu středního výložníku (MBA). ), která pomáhá rozmístit velké sluneční clony na oběžné dráze, zatímco Ball Aerospace & Technologies byla subdodavatelsky pověřena vývojem a výstavbou samotného OTE a modulu Integrated Science Instrument Module (ISIM).

Růst nákladů odhalený na jaře 2005 vedl v srpnu 2005 k přeplánování. Primárními technickými výstupy přeplánování byly významné změny v integračních a testovacích plánech, 22měsíční zpoždění startu (od roku 2011 do roku 2013) a eliminace testování na úrovni systému pro observatorní módy na vlnové délce kratší než 1,7 μm. Ostatní hlavní rysy observatoře zůstaly nezměněny. Po přeplánování byl projekt v dubnu 2006 nezávisle přezkoumán.

V novém plánu z roku 2005 byly náklady životního cyklu projektu odhadnuty na 4,5 miliardy USD. To zahrnovalo přibližně 3,5 miliardy USD na návrh, vývoj, spuštění a uvedení do provozu a přibližně 1,0 miliardy USD na deset let provozu. ESA v roce 2004 souhlasila s příspěvkem ve výši 300 milionů EUR, včetně vypuštění. Kanadská kosmická agentura v roce 2007 přislíbila 39 milionů kanadských dolarů a v roce 2012 poskytla své příspěvky v oblasti vybavení pro nasměrování dalekohledu a detekci atmosférických podmínek na vzdálených planetách.

Konstrukce (detailní návrh – od 2007)

Zrcadlový segment JWST, 2010
Zrcadlové segmenty podstupující kryogenní testy v rentgenovém a kryogenním zařízení v Marshall Space Flight Center
Sestavený dalekohled po environmentálních testech

V lednu 2007 devět z deseti položek vývoje technologií v projektu úspěšně prošlo hodnocením Non-Advocate Review. Tyto technologie byly považovány za dostatečně vyspělé, aby odstranily významná rizika v projektu. Zbývající položka technologického vývoje (kryochladič MIRI) dokončila milník technologického zrání v dubnu 2007. Toto přezkoumání technologie představovalo počáteční krok v procesu, který nakonec posunul projekt do fáze podrobného návrhu (fáze C). V květnu 2007 byly náklady stále v cíli. V březnu 2008 projekt úspěšně dokončil svou předběžnou kontrolu návrhu (PDR). V dubnu 2008 projekt prošel Non-Advocate Review. Mezi další úspěšné recenze patří revize modulu Integrated Science Instrument Module v březnu 2009, revize prvku optického dalekohledu dokončená v říjnu 2009 a revize Sunshield dokončená v lednu 2010.

V dubnu 2010 prošel dalekohled technickou částí Mission Critical Design Review (MCDR). Absolvování MCDR znamenalo, že integrovaná observatoř může splnit všechny vědecké a technické požadavky pro své poslání. MCDR zahrnovala všechny předchozí recenze designu. Harmonogram projektu prošel během měsíců následujících po MCDR revizí v procesu nazvaném Independent Comprehensive Review Panel, což vedlo k přepracování plánu mise s cílem startu v roce 2015, ale až v roce 2018. Do roku 2010 byly náklady překročeny. běhy ovlivnily další projekty, i když samotný JWST zůstal podle plánu.

V roce 2011 byl projekt JWST ve fázi konečného návrhu a výroby (fáze C). Jak je typické pro komplexní design, který nelze po spuštění změnit, jsou zde podrobné recenze každé části návrhu, konstrukce a navrhovaného provozu. Projekt prosadil nové technologické hranice a prošel designovými recenzemi. V 90. letech 20. století nebylo známo, zda je možný dalekohled tak velký a tak nízké hmotnosti.

Montáž šestihranných segmentů primárního zrcadla, která byla provedena pomocí robotického ramene, začala v listopadu 2015 a byla dokončena 3. února 2016. Sekundární zrcadlo bylo instalováno 3. března 2016. Finální stavba Webbova teleskopu byla dokončena v listopadu 2016 , po kterém začaly rozsáhlé testovací procedury.

V březnu 2018 NASA odložila start JWST o další 2 roky do května 2020 poté, co se sluneční clona dalekohledu roztrhla během cvičného nasazení a kabely sluneční clony nebyly dostatečně utaženy. V červnu 2018 NASA odložila start o dalších 10 měsíců do března 2021 na základě posouzení nezávislé kontrolní komise svolané po neúspěšném testovacím nasazení v březnu 2018. Recenze odhalila, že start a nasazení JWST mělo 344 potenciálních jednobodových selhání – úkolů, které v případě neúspěšnosti neměly žádnou alternativu ani prostředky k obnově, a proto musely být úspěšné, aby teleskop fungoval. V srpnu 2019 byla dokončena mechanická integrace dalekohledu, což bylo naplánováno na 12 let předtím v roce 2007.

Po dokončení stavby prošel JWST závěrečnými testy v továrně Northrop Grumman v Redondo Beach v Kalifornii. Loď nesoucí dalekohled opustila Kalifornii dne 26. září 2021, proplula Panamským průplavem a 12. října 2021 dorazila do Francouzské Guyany .

Problémy s cenou a plánem

Očekává se, že náklady NASA na celý projekt budou činit 9,7 miliardy USD, z čehož 8,8 miliardy USD bylo vynaloženo na návrh a vývoj kosmických lodí a 861 milionů USD je plánováno na podporu pěti let misí. Zástupci ESA a CSA uvedli, že jejich projektové příspěvky dosahují přibližně 700 milionů EUR a 200 milionů CA$.

Studie Space Science Board z roku 1984 odhaduje, že vybudování infračervené observatoře nové generace na oběžné dráze by stálo 4 miliardy USD (7 miliard USD v roce 2006 nebo 10 miliard USD v roce 2020). I když se to přiblížilo konečným nákladům na JWST, první návrh NASA zvažovaný koncem 90. let byl skromnější a jeho cílem bylo dosáhnout ceny 1 miliardy dolarů za 10 let výstavby. Postupem času se tento návrh rozšířil, přidal finanční prostředky na nepředvídané události a měl zpoždění v plánování.

Tehdy plánované spuštění a celkový rozpočet
Rok Plánovaný
start
Plán rozpočtu
(miliardy USD)
1998 2007 1
2000 2009 1.8
2002 2010 2.5
2003 2011 2.5
2005 2013 3
2006 2014 4.5
2008: Předběžný přezkum návrhu
2008 2014 5.1
2010: Critical Design Review
2010 2015 až 2016 6.5
2011 2018 8.7
2017 2019 8.8
2018 2020 ≥8,8
2019 březen 2021 9,66
2021 prosinec 2021 9,70

V roce 2008, kdy projekt vstoupil do předběžného přezkoumání návrhu a byl formálně potvrzen pro stavbu, již byla na vývoj dalekohledu vynaložena více než 1 miliarda USD a celkový rozpočet se odhadoval na přibližně 5 miliard USD (což odpovídá 6,94 miliardám USD v roce 2021). V létě 2010 mise prošla Critical Design Review (CDR) s vynikajícími známkami ve všech technických záležitostech, ale časový plán a cenové skluzy v té době přiměly americkou senátorku Maryland Barbaru Mikulski požádat o externí posouzení projektu. Nezávislý souhrnný kontrolní panel (ICRP), kterému předsedá J. Casani (JPL), zjistil, že nejbližší možné datum spuštění bylo koncem roku 2015 za dodatečné náklady 1,5 miliardy USD (celkem 6,5 miliardy USD). Poukázali také na to, že by to vyžadovalo dodatečné financování ve fiskálním roce 2011 a fiskálním roce 2012 a že jakékoli pozdější datum spuštění by vedlo k vyšším celkovým nákladům.

Dne 6. července 2011 se výbor Sněmovny reprezentantů Spojených států pro obchod, spravedlnost a vědu rozhodl zrušit projekt Jamese Webba tím, že navrhl rozpočet na fiskální rok 2012, který odstranil 1,9 miliardy USD z celkového rozpočtu NASA, z čehož zhruba jedna čtvrtina byla na JWST. Byly utraceny 3 miliardy USD a 75 % jeho hardwaru bylo ve výrobě. Tento návrh rozpočtu byl schválen hlasováním podvýboru následující den. Výbor obvinil, že projekt byl „miliardy dolarů přes rozpočet a sužován špatným řízením“. V reakci na to vydala Americká astronomická společnost prohlášení na podporu JWST, stejně jako senátor Mikulski. Během roku 2011 se v mezinárodním tisku objevila řada úvodníků podporujících JWST. V listopadu 2011 Kongres zrušil plány na zrušení JWST a místo toho omezil dodatečné financování na dokončení projektu na 8 miliard USD.

Zatímco podobné problémy ovlivnily další velké projekty NASA, jako je Hubbleův teleskop, někteří vědci vyjádřili obavy z rostoucích nákladů a zpoždění plánu Webbova teleskopu, protože se obávali, že jeho rozpočet může konkurovat rozpočtu jiných vesmírných vědeckých programů. Článek Nature z roku 2010 popsal JWST jako „dalekohled, který požíral astronomii“. NASA nadále hájila rozpočet a časovou osu programu před Kongresem.

V roce 2018 byl novým ředitelem programu Webb jmenován Gregory L. Robinson . Robinsonovi se připisovalo zvýšení efektivity plánu programu (kolik opatření bylo dokončeno včas) z 50 % na 95 %. Za jeho roli při zlepšování výkonu programu Webb ho Robinsonův nadřízený Thomas Zurbuchen nazval „nejefektivnějším vůdcem mise, jakého jsem kdy v historii NASA viděl“. V červenci 2022, poté, co byl dokončen Webbův proces uvedení do provozu a začal vysílat svá první data, Robinson odešel po 33leté kariéře v NASA.

Dne 27. března 2018 NASA odložila start na květen 2020 nebo později, s konečným odhadem nákladů poté, co bylo s Evropskou kosmickou agenturou (ESA) stanoveno nové startovací okno. V roce 2019 byl její strop nákladů na misi zvýšen o 800 milionů USD. Poté, co byla startovací okna v roce 2020 pozastavena kvůli pandemii COVID-19, byl JWST konečně spuštěn na konci roku 2021 s celkovým rozpočtem těsně pod 10 miliard USD.

Partnerství

NASA, ESA a CSA spolupracují na dalekohledu od roku 1996. Účast ESA na stavbě a startu byla schválena jejími členy v roce 2003 a dohoda mezi ESA a NASA byla podepsána v roce 2007. Výměnou za plné partnerství, zastoupení a přístup k observatoři pro své astronomy poskytuje ESA přístroj NIRSpec, sestavu optického stolu přístroje MIRI, odpalovací zařízení Ariane 5 ECA a pracovní sílu pro podporu operací. CSA poskytla senzor jemného navádění a bezštěrbinový spektrograf blízkého infračerveného snímače a pracovní sílu na podporu operací.

Několik tisíc vědců, inženýrů a techniků z 15 zemí přispělo k vybudování, testování a integraci JWST. Do projektu před spuštěním se zapojilo celkem 258 společností, vládních agentur a akademických institucí; 142 ze Spojených států, 104 z 12 evropských zemí (včetně 21 z Velké Británie, 16 z Francie, 12 z Německa a 7 mezinárodních) a 12 z Kanady. Další země jako partneři NASA, jako je Austrálie, byly zapojeny do provozu po startu.

Zúčastněné země:

Veřejné prezentace a dosah

První model v plném měřítku vystavený v NASA Goddard Space Flight Center (2005)

Velký model dalekohledu je od roku 2005 vystaven na různých místech: ve Spojených státech v Seattlu, Washington ; Colorado Springs, Colorado ; Greenbelt, Maryland ; Rochester, New York ; New York City ; a Orlando, Florida ; a jinde v Paříži , Francie; Dublin , Irsko; Montreal , Kanada; Hatfield , Spojené království; a Mnichov , Německo. Model byl postaven hlavním dodavatelem, Northrop Grumman Aerospace Systems.

V květnu 2007 byl sestaven model dalekohledu v plném měřítku pro vystavení v Národním muzeu letectví a kosmonautiky Smithsonian Institution v National Mall ve Washingtonu, DC Model měl divákům poskytnout lepší představu o velikosti. , měřítko a složitost satelitu, stejně jako vzbudit zájem diváků o vědu a astronomii obecně. Model se výrazně liší od dalekohledu, protože model musí odolat gravitaci a počasí, je tedy konstruován převážně z hliníku a oceli o rozměrech přibližně 24 m × 12 m × 12 m (79 ft × 39 ft × 39 ft) a váží 5 500 kg. (12 100 liber).

Model byl vystaven v Battery Parku v New Yorku během Světového vědeckého festivalu v roce 2010 , kde posloužil jako pozadí panelové diskuze, na níž se podíleli laureát Nobelovy ceny John C. Mather , astronaut John M. Grunsfeld a astronomka Heidi Hammel . V březnu 2013 byl model vystaven v Austinu na SXSW 2013 . Amber Straughn , zástupkyně projektového vědce pro vědeckou komunikaci, byla kromě Comic Conu, TEDx a dalších veřejných akcí od roku 2013 mluvčí projektu na mnoha akcích SXSW.

Spor o jméno

V roce 2002 se správce NASA (2001–2004) Sean O'Keefe rozhodl pojmenovat dalekohled po Jamesi E. Webbovi , správci NASA v letech 1961 až 1968 během programu Mercury , Gemini a většiny programů Apollo .

V roce 2015 se objevila obvinění ohledně Webbovy role v levandulovém strašení , pronásledování ze strany vlády USA v polovině 20. století zaměřeného na homosexuály ve federálním zaměstnání . Vyděšení vedlo v letech 1950 až 1952 k propuštění téměř 300 zaměstnanců amerického ministerstva zahraničí ; Webb sloužil jako státní náměstek od začátku roku 1949 do začátku roku 1952. Astrofyzik Hakeem Oluseyi tvrdil, že obvinění proti Webbovi byla založena na citaci, která mu byla nepravdivě připisována na Wikipedii , a nenašel téměř žádné důkazy o tom, že by se účastnil anti-gay diskriminace.

V březnu 2021 zveřejnili čtyři vědci v časopise Scientific American svůj názor, v němž naléhali na NASA, aby přehodnotila název dalekohledu na základě údajné Webbovy spoluúčasti. Kontroverze byla široce hlášena tiskem. V září 2021 NASA oznámila své rozhodnutí nepřejmenovat dalekohled. O'Keefe, který se rozhodl pojmenovat dalekohled po Webbovi, uvedl, že navrhnout, aby Webb „byl odpovědný za tuto činnost, když neexistují žádné důkazy, které by naznačovaly, [že se na ní podílel], je nespravedlnost“. Americká astronomická společnost poslala správci NASA Billu Nelsonovi dva dopisy s žádostí, aby NASA zveřejnila veřejnou zprávu s podrobnostmi o jejich vyšetřování. Vyšetřování probíhá; dokumenty z rozhodnutí o odvolání z roku 1969 (týkající se propuštění zaměstnance z roku 1963) naznačují, že propouštění gayů bylo v rámci agentury považováno za obvyklé.

V roce 2022 členové LGBT komunity ve vzduchu a vesmíru upozornili na údajné prosazování diskriminační politiky vůči gay a lesbickým vládním pracovníkům Jamesem Webbem. Zprávy z roku 2019 spolu s dalšími studiemi začaly dokumentovat obtěžování genderových a sexuálních menšin na astronomickém pracovišti, což dokumentuje inherentní genderovou zaujatost a rasovou nespravedlnost v této oblasti.

Cíle mise

Vesmírný dalekohled Jamese Webba má čtyři klíčové cíle:

Těchto cílů lze účinněji dosáhnout pozorováním v blízkém infračerveném světle spíše než ve viditelné části spektra. Z tohoto důvodu nebudou přístroje JWST měřit viditelné nebo ultrafialové světlo jako Hubbleův dalekohled, ale budou mít mnohem větší kapacitu pro provádění infračervené astronomie . JWST bude citlivý na rozsah vlnových délek od 0,6 do 28 μm (odpovídající oranžovému světlu a hlubokému infračervenému záření při asi 100 K nebo -173 °C).

JWST lze použít ke sběru informací o stmívajícím světle hvězdy KIC 8462852 , která byla objevena v roce 2015 a má některé abnormální vlastnosti světelné křivky.

Navíc bude schopen zjistit, zda má exoplaneta ve své atmosféře metan, což astronomům umožní určit, zda metan je nebo není biologickým podpisem .

Orbit design

JWST není přesně v bodě L 2 , ale krouží kolem něj na oběžné dráze halo .
Alternativní pohledy z Hubbleova vesmírného dalekohledu na mlhovinu Carina , srovnání ultrafialové a viditelné (nahoře) a infračervené (dole) astronomie. V tom druhém je vidět daleko více hvězd.

JWST obíhá kolem Slunce poblíž druhého Lagrangeova bodu (L 2 ) soustavy Slunce-Země, který je o 1 500 000 km (930 000 mi) dále od Slunce, než je oběžná dráha Země, a asi čtyřikrát dále než oběžná dráha Měsíce. Normálně by objektu, který krouží kolem Slunce dále než Země, trvala oběžná dráha déle než jeden rok. Ale v blízkosti bodu L 2 umožňuje kombinovaná gravitační síla Země a Slunce kosmické lodi obíhat kolem Slunce za stejnou dobu, jakou zabírá Zemi. Pobyt blízko Země umožňuje mnohem rychlejší přenosové rychlosti pro danou velikost antény.

Dalekohled krouží kolem bodu Slunce-Země L 2 na oběžné dráze halo , která je nakloněna vzhledem k ekliptice , má poloměr pohybující se mezi asi 250 000 km (160 000 mi) a 832 000 km (517 000 mi) a trvá asi půl rok dokončit. Vzhledem k tomu, že L 2 je pouze rovnovážný bod bez gravitační síly, halo orbita není orbitou v obvyklém smyslu: kosmická loď je ve skutečnosti na oběžné dráze kolem Slunce a halo orbitu lze považovat za řízený drifting, aby zůstala v v blízkosti bodu L 2 . To vyžaduje určité udržování stanice : kolem2,5 m/s za rok z celkového rozpočtu v93 m/s . Pohonný systém observatoře tvoří dvě sady trysek. Protože trysky jsou umístěny výhradně na straně observatoře obrácené ke Slunci, všechny operace udržování stanice jsou navrženy tak, aby mírně podstřelily požadovaný tah, aby se zabránilo vytlačení JWST za polostabilní bod L 2 , což je situace, která by bylo nedobytné. Randy Kimble, vědecký pracovník integračního a testovacího projektu pro vesmírný teleskop Jamese Webba, přirovnal přesné udržování stanice JWST k „ Sysyfovi [...] valícímu tuto skálu do mírného svahu blízko vrcholu kopce – nikdy nechceme převalit se přes hřeben a dostat se od něj pryč."

Animace trajektorie vesmírného dalekohledu Jamese Webba
Pohled shora
Boční pohled
Boční pohled od Slunce

Infračervená astronomie

Infračervená pozorování mohou vidět objekty skryté ve viditelném světle, jako je zde zobrazený HUDF-JD2 .
Atmosférická okna v infračervené oblasti: Velká část tohoto typu světla je při pozorování ze zemského povrchu blokována. Bylo by to jako dívat se na duhu, ale vidět jen jednu barvu.

JWST je formálním nástupcem Hubbleova vesmírného dalekohledu (HST), a protože jeho primární důraz je kladen na infračervenou astronomii , je také nástupcem Spitzerova vesmírného dalekohledu . JWST daleko předčí oba tyto dalekohledy a bude schopen vidět mnohem více a mnohem starší hvězdy a galaxie. Pozorování v infračerveném spektru je klíčovou technikou, jak toho dosáhnout, kvůli kosmologickému rudému posuvu a protože lépe proniká zakrývajícím prachem a plynem. To umožňuje pozorování slabších a chladnějších objektů. Protože vodní pára a oxid uhličitý v zemské atmosféře silně absorbují většinu infračerveného záření, pozemní infračervená astronomie je omezena na úzké rozsahy vlnových délek, kde atmosféra absorbuje méně silně. Navíc samotná atmosféra vyzařuje v infračerveném spektru, často přehlušující světlo z pozorovaného objektu. To činí vesmírný dalekohled vhodnější pro infračervené pozorování.

Čím je předmět vzdálenější, tím mladší se jeví; jeho světlu trvalo déle, než se dostalo k lidským pozorovatelům. Protože se vesmír rozpíná , světlo se při pohybu dostává do červena a objekty v extrémních vzdálenostech jsou proto snadněji vidět, jsou-li pozorovány v infračerveném světle. Očekává se, že infračervené schopnosti JWST umožní vidět zpět v čase k prvním galaxiím, které se vytvořily jen několik set milionů let po velkém třesku.

Infračervené záření může volněji procházet oblastmi kosmického prachu , které rozptylují viditelné světlo. Infračervená pozorování umožňují studium objektů a oblastí vesmíru, které by byly zakryty plynem a prachem ve viditelném spektru , jako jsou molekulární mračna , kde se rodí hvězdy, cirkumstelární disky , ze kterých vznikají planety, a jádra aktivních galaxií . .

Relativně chladné objekty (teploty nižší než několik tisíc stupňů) vyzařují své záření primárně v infračervené oblasti, jak popisuje Planckův zákon . Výsledkem je, že většina objektů, které jsou chladnější než hvězdy, je lépe studována v infračervené oblasti. To zahrnuje mraky mezihvězdného média , hnědé trpaslíky , planety v naší i jiné sluneční soustavě, komety a objekty v Kuiperově pásu , které budou pozorovány pomocí přístroje MIRI (Mid-Infrared Instrument).

Některé z misí v infračervené astronomii, které ovlivnily vývoj JWST, byly Spitzer a Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). Spitzer ukázal důležitost středního infračerveného záření, které je užitečné pro úkoly, jako je pozorování prachových disků kolem hvězd. Sonda WMAP také ukázala, že vesmír byl „osvětlen“ při červeném posuvu 17, což dále podtrhuje důležitost středního infračerveného záření. Obě tyto mise byly zahájeny na počátku 21. století, včas, aby ovlivnily vývoj JWST.

Pozemní podpora a operace

Space Telescope Science Institute ( STScI), v Baltimore, Maryland , v Homewood Campus Johns Hopkins University , byl vybrán jako Science and Operations Center (S&OC) pro JWST s počátečním rozpočtem 162,2 milionů USD určeným na podporu operací prostřednictvím první rok po spuštění. V této funkci bude STScI odpovědný za vědecký provoz dalekohledu a dodání datových produktů astronomické komunitě. Data budou přenášena z JWST na zem prostřednictvím sítě NASA Deep Space Network , zpracována a kalibrována na STScI a poté distribuována online astronomům po celém světě. Podobně jako je provozován HST, kdokoli a kdekoli na světě bude moci předkládat návrhy na pozorování. Každý rok několik komisí astronomů posoudí předložené návrhy, aby vybraly projekty k pozorování v nadcházejícím roce. Autoři vybraných návrhů budou mít obvykle jeden rok soukromého přístupu k novým pozorováním, po kterém budou data veřejně dostupná ke stažení pro kohokoli z online archivu na STScI.

Šířka pásma a digitální propustnost satelitu je navržena tak, aby fungovala při 458 gigabitech dat za den po dobu trvání mise (ekvivalent trvalé rychlosti 5,42 megabitů za sekundu [ Mbps ]). Většinu zpracování dat na dalekohledu provádějí běžné jednodeskové počítače. Digitalizaci analogových dat z přístrojů provádí vlastní integrovaný obvod SIDECAR ASIC (systém pro digitalizaci obrazu, vylepšení, řízení a vyhledávání aplikací ). NASA uvedla, že SIDECAR ASIC bude zahrnovat všechny funkce 9,1 kg (20 lb) přístrojové krabice v 3 cm (1,2 palce) balení a spotřebuje pouze 11 miliwattů energie. Vzhledem k tomu, že tato konverze musí být provedena v blízkosti detektorů, na studené straně dalekohledu, je nízký ztrátový výkon rozhodující pro udržení nízké teploty potřebné pro optimální provoz JWST.

Úder mikrometeoroidů

Segment zrcadla C3 utrpěl mezi 23. a 25. květnem zásah mikrometeoroidem velké částice o velikosti prachového moku, pátý a největší zásah od startu, hlášeného 8. června 2022, což vyžadovalo, aby inženýři kompenzovali zásah pomocí ovladače zrcadla . Navzdory stávce charakterizační zpráva NASA uvádí, že „všechny režimy pozorování JWST byly zkontrolovány a potvrzeno, že jsou připraveny pro vědecké použití“ od 10. července 2022.

Od spuštění až po uvedení do provozu

Zahájení

Vědci a inženýři, kteří na projektu pracovali, popsali své pocity očekávání a úzkosti ze spuštění důkladně testovaného nástroje v hodnotě téměř 10 miliard dolarů a uvedli, že by to byl „vzrušující okamžik“ a oni by se cítili „celou dobu vyděšení“. Start (označený jako let Ariane VA256 ) se uskutečnil podle plánu ve 12:20 UTC dne 25. prosince 2021 na raketě Ariane 5 , která odstartovala z Guyanského vesmírného střediska ve Francouzské Guyaně . Po úspěšném startu to administrátor NASA Bill Nelson nazval „skvělým dnem pro planetu Zemi“. Bylo potvrzeno, že dalekohled přijímá energii, začíná dvoutýdenní fáze rozmístění svých částí a cestuje do cílové destinace. Observatoř byla připojena k Ariane 5 pomocí prstence adaptéru nosné rakety, který by mohl být použit budoucí kosmickou lodí k uchopení observatoře, aby se pokusila vyřešit hrubé problémy s nasazením. Samotný dalekohled však není provozuschopný a astronauti by nebyli schopni provádět úkoly, jako je výměna přístrojů, jako u Hubbleova teleskopu. Dalekohled byl uvolněn z horního stupně 27 minut 7 sekund po startu, čímž začalo 30denní seřizování, aby byl dalekohled umístěn na oběžnou dráhu Lissajous kolem bodu L 2 Lagrange .

Dalekohled byl vypuštěn s o něco menší rychlostí, než je potřeba k dosažení své konečné oběžné dráhy, a zpomalil, když se vzdaloval od Země, aby dosáhl L 2 pouze rychlostí potřebnou k tomu, aby tam vstoupil na oběžnou dráhu. Dalekohled dosáhl L 2 dne 24. ledna 2022. Let zahrnoval tři plánované korekce kurzu pro úpravu jeho rychlosti a směru. Je to proto, že se observatoř mohla zotavit z podtlaku (příliš pomalu), ale nemohla se vzpamatovat z přetažení (příliš rychle) – pro ochranu vysoce citlivých přístrojů musí sluneční clona zůstat mezi dalekohledem a Sluncem, aby se kosmická loď nemohla otočit. kolem nebo použijte jeho trysky ke zpomalení.

Nominální doba mise dalekohledu je pět let, s cílem deset let. Plánovaná pětiletá vědecká mise začíná po šestiměsíční fázi uvádění do provozu. Orbita L 2 je nestabilní , takže JWST potřebuje použít pohonnou látku k udržení své halo oběžné dráhy kolem L 2 (známé jako udržování stanice ), aby se zabránilo tomu, že se dalekohled odkloní od své orbitální polohy. Byla navržena tak, aby unesla dostatek pohonné hmoty po dobu 10 let, ale přesnost startu Ariane 5 a první korekce ve středním kursu byly připsány k úspoře dostatečného množství paliva na palubě, takže JWST může být místo toho schopen udržet svou oběžnou dráhu přibližně 20 let.

Tranzitní a strukturální rozmístění

Časová osa strukturálního nasazení

JWST byl uvolněn z horního stupně rakety 27 minut po bezchybném startu. Počínaje 31 minutami po startu a pokračovat asi 13 dní, JWST zahájil proces rozmístění svého solárního pole, antény, sluneční clony a zrcadel. Téměř všechny akce rozmístění řídí Space Telescope Science Institute v Baltimoru , kromě dvou časných automatických kroků, rozvinutí solárního panelu a rozmístění komunikační antény. Mise byla navržena tak, aby poskytla pozemním řídícím flexibilitu při změně nebo úpravě pořadí nasazení v případě problémů.

Sekvence rozmístění struktury

Solární panel generující elektřinu se rozmístil v den startu, jednu a půl minuty poté, co se dalekohled oddělil od druhého stupně rakety Ariane; k tomu došlo o něco dříve, než se očekávalo, protože rotace startů byla mnohem blíže ideálu, než předpokládaly plány nasazení. Oddělení a prodloužení solárního panelu byly viditelné v přímém přenosu z kamery na raketě.

Po nasazení solárních polí byl výkon snížen v důsledku továrně přednastaveného pracovního cyklu v modulu regulátoru pole, který byl nastaven před spuštěním. Spotřeba energie byla větší než spotřeba dodávaná solárními soustavami, což vedlo ke zvýšenému vybíjení baterií dalekohledu a vyššímu než očekávanému napětí. Aby bylo zajištěno, že dodávka energie bude dostatečná pro vesmírné lodě a vědecké operace, byly solární panely resetovány a pracovní cykly byly optimalizovány tak, aby odpovídaly pozorovaným podmínkám skutečného světa, včetně teplot pole. Vyšší než požadované teploty byly pozorovány u některých motorů rozmístění stínění. Zatímco motory zůstaly dobře v rámci svých provozních tolerancí, pro zajištění větších rezerv byl postoj kosmické lodi upraven tak, aby pomohl motorům dosáhnout požadovaných teplot, a motory byly znovu vyváženy. To bylo provedeno na základě výsledků testování simulátoru. Většina předpovědních modelů chování a podmínek vozidel odpovídala provoznímu vývoji ve vesmíru.

V 19:50  hod. EST dne 25. prosince 2021, asi 12 hodin po startu, začala dvojice primárních raket dalekohledu střílet po dobu 65 minut, aby provedla první ze tří plánovaných korekcí uprostřed kurzu. Druhý den se automaticky rozvinula komunikační anténa s vysokým ziskem.

Dne 27. prosince 2021, 60 hodin po startu, Webbovy rakety odpalovaly devět minut a 27 sekund, aby provedly druhou ze tří středních korekcí, aby dalekohled dorazil k cíli L 2 . Dne 28. prosince 2021, tři dny po startu, zahájili řídící mise vícedenní nasazení Webbovy veledůležité sluneční clony. Kontroloři vyslali příkazy, které úspěšně spustily přední a zadní paletové konstrukce, které obsahují sluneční clonu. Toto rozmístění předchází vlastnímu rozvinutí a vysouvání jemných štítových membrán, které jsou v následujícím kroku vytahovány z palet pomocí teleskopických nosníků.

Dne 29. prosince 2021 kontroloři úspěšně rozšířili sestavu Deployable Tower Assembly, trubkový sloup, který oddaloval dva hlavní segmenty observatoře, dalekohled se zrcadly a vědeckými přístroji a „autobus“ obsahující elektroniku a pohon. Sestava se prodloužila o 120 cm (48 palců) v procesu, který trval šest a půl hodiny, včetně mnoha přípravných příkazů. Rozmístění vytvořilo potřebnou vzdálenost mezi segmenty JWST, aby umožnilo extrémní chlazení dalekohledu a prostor pro rozvinutí sluneční clony. Dne 30. prosince 2021 kontroloři úspěšně dokončili další dva kroky při rozbalování observatoře. Nejprve příkazy nasadily zadní „momentum klapku“, zařízení, které poskytuje rovnováhu proti slunečnímu tlaku na sluneční clonu, čímž šetří palivo tím, že snižuje potřebu spouštění pomocných motorů, aby byla zachována Webbova orientace. Dále se uvolnilo řízení mise a srolovalo kryty, které chrání sluneční clonu, čímž ji poprvé vystaví vesmíru.

prosince 2021 pozemní tým vysunul dva teleskopické „střední výložníky“ z levé a pravé strany observatoře a vytáhl pět membrán slunečních štítů z jejich složeného úložného prostoru na přední a zadní paletě, které byly spuštěny o tři dny dříve. Rozmístění levého bočního ráhna (ve vztahu ke směru nasměrování hlavního zrcátka) bylo zpožděno, když řízení mise zpočátku neobdrželo potvrzení, že se kryt sluneční clony úplně sroloval. Poté, co se tým podíval na další údaje pro potvrzení, přistoupil k prodloužení boomů. Levá strana nasazena za 3 hodiny a 19 minut; pravé straně to trvalo 3 hodiny a 42 minut. Tímto krokem se Webbova sluneční clona podobala své úplné podobě ve tvaru draka a rozšířila se na celou šířku 14 metrů (47 stop). Příkazy k oddělení a napnutí membrán měly následovat a očekávalo se, že zaberou několik dní.

Po odpočinku na Nový rok pozemní tým odložil napnutí sluneční clony o jeden den, aby měl čas optimalizovat pole solárních panelů observatoře a mírně upravit orientaci observatoře, aby se ochladily mírně teplejší motory rozmístění sluneční clony, než se očekávalo. Napínání první vrstvy, nejblíže Slunci a největší z pěti ve sluneční cloně, začalo 3. ledna 2022 a bylo dokončeno v 15:48  . EST. Napínání druhé a třetí vrstvy začalo v 16:09  . EST a trvalo dvě hodiny a 25 minut. Dne 4. ledna kontroloři úspěšně napnuli poslední dvě vrstvy, čtyři a pět, čímž dokončili úkol v 11:59  EST.

Dne 5. ledna 2022 řídicí jednotka úspěšně rozmístila sekundární zrcadlo dalekohledu, které se samo uzamklo na místě s tolerancí asi jeden a půl milimetru.

Posledním krokem strukturálního rozmístění bylo rozvinutí křídel primárního zrcadla. Každý panel se skládá ze tří primárních zrcadlových segmentů a musel být složen, aby umožnil instalaci vesmírného dalekohledu do kapotáže rakety Ariane pro start dalekohledu. Dne 7. ledna 2022 NASA rozmístila a zablokovala levé křídlo a 8. ledna zrcadlové křídlo na pravé straně. Tím bylo úspěšně dokončeno strukturální rozmístění observatoře.

Dne 24. ledna 2022 ve 14:00  hodin EST, téměř měsíc po startu, proběhla třetí a poslední korekce kurzu, která vložila JWST na její plánovanou oběžnou dráhu kolem bodu Slunce-Země L 2 .

Animace halo oběžné dráhy JWST

Uvedení do provozu a testování

Dne 12. ledna 2022, ještě během přepravy, začalo se zarovnáním zrcadla. Primární zrcadlové segmenty a sekundární zrcadlo byly odsunuty ze svých ochranných startovacích pozic. To trvalo asi 10 dní, protože 132 akčních motorů je navrženo tak, aby jemně doladily polohy zrcadel s mikroskopickou přesností (10 nanometrových přírůstků) a během počátečního vyrovnání se musí každý posunout o 1,2 milionu přírůstků (12,5 mm). Kromě toho, aby se snížilo riziko a složitost a aby se minimalizovala produkce tepla v blízkosti chladicích zrcadel, pohyboval se vždy pouze jeden ovladač a ovladače fungovaly pouze po krátkou dobu, což omezovalo celkovou rychlost na přibližně 1 mm za den. Ve stejnou dobu bylo také přesunuto ze startovací pozice 18 aktuátorů s 18 poloměrem zakřivení (ROC), které upravují zakřivení segmentů primárního zrcátka.

Po osvobození od ochrany proti spuštění je 18 zrcadlových segmentů jemně vyladěno a zarovnáno tak, aby fungovalo jako jediné zrcadlo, což je proces, který bude podle očekávání trvat přibližně tři z pěti měsíců, které jsou povoleny pro uvedení do provozu a testování. Uvedení do provozu je komplikováno skutečností, že výkon dalekohledu a přesné tvary některých součástí se budou také mikroskopicky měnit, jak bude dál chladnout. Ohřívače používané k ochraně proti kondenzaci vody a ledu již nebudou potřeba a budou se postupně vypínat.

Zarovnání zrcadla vyžaduje, aby každý z 18 zrcadlových segmentů a sekundární zrcadlo byly umístěny s přesností 50 nanometrů . NASA porovnává požadovanou přesnost analogicky: „Pokud by primární zrcadlo Webb mělo velikost Spojených států, každý segment [zrcadla] by měl velikost Texasu a tým by musel zarovnat výšku těchto segmentů o velikosti Texasu. navzájem s přesností asi 1,5 palce".

Seřízení zrcadla je složitá operace rozdělená do sedmi fází, která byla opakovaně nacvičována na modelu dalekohledu v měřítku 1:6. Jakmile zrcadla dosáhnou 120 K (-153 °C; -244 °F), NIRCam zaměří jasnou hvězdu , hvězdu 6. magnitudy HD 84406 v Ursa Major . (HD 84406 je jasný a snadno identifikovatelný, zůstane v zorném poli po celé 3 měsíce uvedení do provozu a je na části oblohy s menším počtem dalších hvězd.) Za tímto účelem pořídí NIRCam 1560 snímků oblohy (156 snímků s každou z jeho 10 senzorů) a používá tyto rozsáhlé snímky k určení, kam na obloze původně míří jednotlivé segmenty hlavního zrcadla. Zpočátku budou jednotlivé primární zrcadlové segmenty značně nesouosé, takže snímek bude obsahovat 18 samostatných, rozmazaných obrazů hvězdného pole, z nichž každý bude obsahovat obraz cílové hvězdy. 18 obrazů HD 84406 je porovnáno s jejich příslušnými zrcadlovými segmenty a 18 segmentů je přivedeno do přibližného zarovnání se středem na hvězdu ("Identifikace obrazu segmentu"). Každý segment je poté individuálně korigován na své hlavní chyby zaostřování pomocí techniky nazývané fázové vyhledávání , což vede k 18 samostatným, ale individuálně kvalitním obrázkům z 18 zrcadlových segmentů ("Segment Alignment"). 18 obrázků z každého segmentu se poté přesune tak, aby se přesně překrývaly a vytvořily jeden obrázek ("Skládání obrázků").

Když jsou zrcadla nyní umístěna pro téměř správný obraz, musí být jemně vyladěna na jejich provozní přesnost 50 nanometrů, což je méně než jedna vlnová délka světla, které bude detekováno. Technika zvaná disperzní snímání okrajů porovnává obrazy z 20 párů zrcadel, což umožňuje opravit většinu chyb („hrubé fázování“) a poté se stejná technika používá se speciálními optickými prvky k zavedení ±4 a ±8 vln rozostření. do obrazu každého segmentu, což umožňuje detekci a opravu téměř všech zbývajících chyb ("Fine Phasing"). Tyto dva procesy se opakují třikrát a jemné fázování bude rutinně kontrolováno po celou dobu provozu dalekohledu.

Po třech kolech hrubého a jemného fázování bude dalekohled dobře seřízen na jednom místě v zorném poli NIRCam. Měření budou prováděna v různých bodech pořízeného snímku, napříč všemi přístroji, a korekce vypočtené z detekovaných změn intenzity, což poskytne dobře zarovnaný výsledek napříč všemi přístroji ("Zarovnání dalekohledu nad zornými poli přístroje").

Nakonec se provede poslední kolo jemného fázování a kontroly kvality obrazu na všech přístrojích, aby se zajistilo, že všechny malé zbytkové chyby, které zbyly z předchozích kroků, jsou opraveny ("Opakujte zarovnání pro konečnou opravu"). Segmenty zrcadel dalekohledu jsou pak vyrovnány a schopny zachytit přesné zaostřené snímky. V případě potřeby proces umožňuje znovu otestovat dřívější kroky, aby byla zajištěna přesnost.

V rámci přípravy na zarovnání NASA v 19:28 UTC dne 3. února 2022 oznámila, že NIRCam detekovala první fotony dalekohledu (ačkoli ještě ne kompletní snímky). Dne 11. února 2022 NASA oznámila, že dalekohled téměř dokončil fázi 1 zarovnání, přičemž každý segment jeho primárního zrcadla lokalizoval a zobrazil cílovou hvězdu HD 84406 a všechny segmenty byly přibližně zarovnány. Zarovnání fáze 1 bylo dokončeno 18. února 2022 ao týden později byly také 25. února 2022 dokončeny fáze 2 a 3. To znamená, že 18 segmentů pracuje jednotně, ale dokud nebude dokončeno všech 7 fází, segmenty stále fungují jako 18 menších dalekohledů spíše než jeden větší. Současně s uvedením primárního zrcadla do provozu probíhají také stovky dalších úkonů uvádění do provozu a kalibrace přístroje.

Přidělení času pozorování

Čas na pozorování JWST je přidělován prostřednictvím programu General Observers (GO), programu Garantovaného časového pozorování (GTO) a programu Director's Discretionary Early Release Science (DD-ERS). Program GTO poskytuje garantovaný čas pozorování pro vědce, kteří vyvinuli hardwarové a softwarové komponenty pro observatoř. Program GO poskytuje všem astronomům příležitost požádat o pozorovací čas a bude představovat většinu pozorovacího času. Programy GO jsou vybírány prostřednictvím vzájemného hodnocení Výborem pro přidělování času (TAC), podobně jako proces přezkoumání návrhu používaný pro Hubbleův vesmírný dalekohled.

Program Early Release Science

V listopadu 2017 oznámil Space Telescope Science Institute výběr 13 programů Director's Discretionary Early Release Science (DD-ERS), které byly vybrány prostřednictvím konkurenčního procesu návrhu. Pozorování pro tyto programy budou získány během prvních pěti měsíců vědeckého provozu JWST po skončení období uvádění do provozu. Těmto 13 programům, které pokrývají vědecká témata včetně sluneční soustavy , exoplanet , hvězd a tvorby hvězd , blízkých a vzdálených galaxií , gravitačních čoček a kvasarů , bylo uděleno celkem 460 hodin pozorovacího času . Těchto 13 programů ERS využije celkem 242,8 hodin pozorovacího času na dalekohledu (nezahrnuje režii pozorování JWST a čas přeběhu).

Vědecké programy raného vydání
název Vrchní vyšetřovatel Kategorie Doba pozorování (hodiny)
Radiační zpětná vazba z masivních hvězd, jak je sledována vícepásmovým zobrazováním a spektroskopickými mozaikami Olivier Berné Hvězdná fyzika 8.3
Doba ledová: Chemický vývoj ledu během formování hvězd Melissa McClureová Hvězdná fyzika 13.4
Přes zrcadlo: Průzkum JWST formování a vývoje galaxie od kosmického úsvitu po současnost Tommaso Treu Galaxie a IGM 24.3
Studie JWST o spojení Starburst-AGN při slučování LIRG Lee Armus Galaxie a IGM 8.7
Vědecký program Early Release Resolved Stellar Populations Daniel Weisz Hvězdné populace 20.3
Q-3D: Zobrazovací spektroskopie hostitelů Quasar s JWST analyzována pomocí výkonného nového balíčku PSF pro rozklad a spektrální analýzu Dominika Wylezálka Masivní černé díry a jejich galaxie 17.4
Průzkum Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS). Steven Finkelstein Galaxie a IGM 36.6
Stanovení extrémního dynamického rozsahu pomocí JWST: Dekódování kouřových signálů v záři Wolf-Rayetovy binární soustavy Ryan Lau Hvězdná fyzika 6.5
ŠABLONY: Cílení na extrémně zvětšené oblouky s panchromatickou čočkou a jejich prodlouženou hvězdnou formaci Jane Rigbyová Galaxie a IGM 26.0
Nukleární dynamika blízkého Seyfertu s integrální polní spektroskopií NIRSpec Misty Bentzová Masivní černé díry a jejich galaxie 1.5
Vědecký program včasného vydání komunity tranzitujících exoplanet Natalie Batalha Planety a vznik planet 52.1
Pozorování ERS systému Jovian jako ukázka schopností JWST pro vědu o sluneční soustavě Imke de Pater Sluneční Soustava 9.3
Vysoce kontrastní zobrazování exoplanet a exoplanetárních systémů pomocí JWST Sasha Hinkley Planety a vznik planet 18.4

Obecný pozorovatelský program

Pro cyklus GO 1 bylo k dispozici 6 000 hodin pozorovacího času a bylo předloženo 1 173 návrhů požadujících celkem 24 500 hodin pozorovacího času. Výběr programů GO 1. cyklu byl vyhlášen 30. března 2021, přičemž bylo schváleno 266 programů. Patří mezi ně 13 velkých programů a pokladních programů produkujících data pro veřejný přístup.

Vědecké výsledky

Hubble (2017) vs Webb (2022)

První plnobarevné snímky a spektroskopická data byly zveřejněny 12. července 2022, což také znamenalo oficiální začátek Webbových všeobecných vědeckých operací; Prezident Joe Biden odhalil první snímek, Webb's First Deep Field , 11. července 2022. NASA oznámila seznam pozorování, která mají být zveřejněna:

  • Mlhovina Carina – mladá, hvězdotvorná oblast zvaná NGC 3324 zobrazující „Kosmické útesy“ asi 8500 světelných let od Země.
  • WASP-96b – včetně analýzy atmosféry s důkazy přítomnosti vody kolem obří plynné planety obíhající kolem vzdálené hvězdy vzdálené 1120 světelných let od Země.
  • Jižní prstencová mlhovina – oblaka plynu a prachu vytlačená umírající hvězdou 2500 světelných let od Země.
  • Stephan's Quintet – vizuální ukázka pěti galaxií se srážkami plynových a prachových mračen vytvářejících nové hvězdy; čtyři centrální galaxie jsou 290 milionů světelných let od Země.
  • SMACS J0723.3-7327 – pohled z gravitační čočky nazývaný Webbovo první hluboké pole 4,6 miliardy světelných let od Země, se vzdálenými galaxiemi vzdálenými až 13,1 miliardy světelných let.

Dne 14. července 2022 NASA představila snímky Jupiteru a souvisejících oblastí, které poprvé pořídil, včetně infračervených pohledů, kosmický dalekohled Jamese Webba.

Dokument o vědeckém výkonu při uvedení do provozu, který vydali vědci z NASA, ESA a CSA, popisuje, že „téměř obecně je vědecký výkon JWST lepší, než se očekávalo“. Článek popisuje sérii pozorování během uvádění do provozu, kdy přístroje zachytily spektra tranzitujících exoplanet s přesností lepší než 1000 ppm na datový bod a sledovaly pohybující se objekty rychlostí až 67 miliarcsekund/s, více než dvakrát rychleji, než je požadováno. . Získal také spektra stovek hvězd současně v hustém poli směrem ke galaktickému středu . Další cíle popsané v článku:

Galerie

Viz také

Poznámky

Reference

Další čtení

externí odkazy