एपर्चर के प्रत्येक अतिरिक्त सेंटीमीटर, अवलोकन समय के प्रत्येक अतिरिक्त सेकंड और दूरबीन के देखने के क्षेत्र से वायुमंडलीय अव्यवस्था के प्रत्येक अतिरिक्त परमाणु को हटाकर, ब्रह्मांड को बेहतर, गहरा और स्पष्ट देखा जा सकता है।
हबल के 25 साल
1990 में जब हबल टेलीस्कोप ने काम करना शुरू किया, तो इसने खगोल विज्ञान - अंतरिक्ष में एक नए युग की शुरुआत की। अब वातावरण के साथ कोई लड़ाई नहीं थी, बादलों या विद्युत चुम्बकीय झिलमिलाहट के बारे में अधिक चिंता नहीं थी। केवल उपग्रह को लक्ष्य पर तैनात करने, उसे स्थिर करने और फोटॉन एकत्र करने की आवश्यकता थी। 25 वर्षों के भीतर, अंतरिक्ष दूरबीनों ने पूरे विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम को कवर करना शुरू कर दिया, जिससे पहली बार ब्रह्मांड को प्रकाश की हर तरंग दैर्ध्य पर देखने की अनुमति मिली।
लेकिन जैसे-जैसे हमारा ज्ञान बढ़ता गया, वैसे-वैसे अज्ञात के बारे में हमारी समझ बढ़ती गई। जितना दूर हम ब्रह्मांड में देखते हैं, उतना ही गहरा अतीत हम देखते हैं: बिग बैंग के बाद से सीमित समय, प्रकाश की सीमित गति के साथ मिलकर, हम जो देख सकते हैं उसे एक सीमा प्रदान करते हैं। इसके अलावा, अंतरिक्ष का विस्तार स्वयं तरंग दैर्ध्य को खींचकर हमारे खिलाफ काम करता हैतारों का प्रकाश जब ब्रह्मांड से होकर हमारी आँखों तक जाता है। यहां तक कि हबल स्पेस टेलीस्कॉप, जो हमें अब तक खोजे गए ब्रह्मांड की सबसे गहरी, सबसे लुभावनी छवि देता है, इस संबंध में सीमित है।
हबल के नुकसान
हबल एक अद्भुत दूरबीन है, लेकिन इसकी कई मूलभूत सीमाएं हैं:
- केवल 2.4 मीटर व्यास, इसके संकल्प को सीमित करता है।
- परावर्तक सामग्री से ढके होने के बावजूद, यह लगातार सीधे सूर्य के प्रकाश के संपर्क में रहता है, जो इसे गर्म करता है। इसका मतलब है कि थर्मल प्रभाव के कारण, यह 1.6 माइक्रोन से अधिक प्रकाश तरंग दैर्ध्य का निरीक्षण नहीं कर सकता है।
- सीमित छिद्र और तरंगदैर्घ्य का संयोजन जो इसके प्रति संवेदनशील है, इसका मतलब है कि दूरबीन 500 मिलियन वर्ष से अधिक पुरानी आकाशगंगाओं को नहीं देख सकती है।
ये आकाशगंगाएं सुंदर, दूर और अस्तित्व में हैं जब ब्रह्मांड अपनी वर्तमान आयु का केवल 4% था। लेकिन यह ज्ञात है कि तारे और आकाशगंगाएँ पहले भी मौजूद थीं।
इसे देखने के लिए दूरबीन की संवेदनशीलता अधिक होनी चाहिए। इसका अर्थ है हबल की तुलना में लंबी तरंग दैर्ध्य और कम तापमान की ओर बढ़ना। इसीलिए जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप बनाया जा रहा है।
विज्ञान के लिए संभावनाएं
जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST) को इन सीमाओं को ठीक करने के लिए डिज़ाइन किया गया है: 6.5 मीटर के व्यास के साथ, टेलीस्कोप हबल की तुलना में 7 गुना अधिक प्रकाश एकत्र करता है। वह खोलता हैपहले से कहीं अधिक संवेदनशीलता के साथ स्पेक्ट्रम के मध्य-अवरक्त क्षेत्र में अवलोकन करने के लिए 600 एनएम से 6 माइक्रोन (हबल द्वारा देखे जाने वाले तरंगदैर्घ्य का 4 गुना) से उच्च रिज़ॉल्यूशन वाली अल्ट्रा-स्पेक्ट्रोस्कोपी। JWST प्लूटो की सतह के तापमान के लिए निष्क्रिय शीतलन का उपयोग करता है और मध्य-अवरक्त उपकरणों को सक्रिय रूप से 7K तक ठंडा करने में सक्षम है।
वह अनुमति देगा:
- अब तक बनी सबसे पुरानी आकाशगंगाओं का अवलोकन करें;
- तटस्थ गैस के माध्यम से देखें और ब्रह्मांड के पहले सितारों और पुन: आयनीकरण की जांच करें;
- बिग बैंग के बाद बने पहले सितारों (जनसंख्या III) का स्पेक्ट्रोस्कोपिक विश्लेषण करें;
- ब्रह्मांड में सबसे पहले सुपरमैसिव ब्लैक होल और क्वासर की खोज जैसे आश्चर्यजनक आश्चर्य प्राप्त करें।
JWST का वैज्ञानिक अनुसंधान का स्तर अतीत की किसी भी चीज़ से अलग है, यही वजह है कि दूरबीन को नासा के 2010 के प्रमुख मिशन के रूप में चुना गया था।
वैज्ञानिक कृति
तकनीकी दृष्टि से, नया जेम्स वेब टेलीस्कोप कला का एक सच्चा काम है। परियोजना ने एक लंबा सफर तय किया है: बजट की अधिकता, समय-सारणी में देरी, और परियोजना के रद्द होने का खतरा है। नए नेतृत्व के हस्तक्षेप के बाद सब कुछ बदल गया। परियोजना ने अचानक घड़ी की कल की तरह काम किया, धन आवंटित किया गया, त्रुटियों, विफलताओं और समस्याओं को ध्यान में रखा गया, और JWST टीम में फिट होना शुरू हुआसभी समय सीमा, कार्यक्रम और बजटीय ढांचे। डिवाइस का प्रक्षेपण एरियन -5 रॉकेट पर अक्टूबर 2018 के लिए निर्धारित है। टीम न केवल शेड्यूल पर टिकी रहती है, उनके पास सभी आकस्मिकताओं के लिए नौ महीने का समय बचा है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि सब कुछ पैक किया गया है और उस तारीख के लिए तैयार है।
जेम्स वेब टेलिस्कोप में 4 मुख्य भाग होते हैं।
ऑप्टिकल ब्लॉक
सभी दर्पण शामिल हैं, जिनमें से अठारह प्राथमिक खंडों वाले सोने की परत चढ़ाए गए दर्पण सबसे प्रभावी हैं। उनका उपयोग दूर की तारों को इकट्ठा करने और विश्लेषण के लिए उपकरणों पर केंद्रित करने के लिए किया जाएगा। ये सभी दर्पण अब तैयार और निर्दोष हैं, जिन्हें सही समय पर बनाया गया है। एक बार इकट्ठे हो जाने पर, उन्हें एक कॉम्पैक्ट संरचना में जोड़ दिया जाएगा, जिसे पृथ्वी से L2 लैग्रेंज बिंदु तक 1 मिलियन किमी से अधिक लॉन्च किया जाएगा, और फिर स्वचालित रूप से एक छत्ते की संरचना बनाने के लिए तैनात किया जाएगा जो आने वाले वर्षों के लिए अल्ट्रा-लॉन्ग-रेंज लाइट एकत्र करेगा। यह वास्तव में एक सुंदर चीज है और कई विशेषज्ञों के टाइटैनिक प्रयासों का सफल परिणाम है।
इन्फ्रारेड कैमरे के पास
वेब चार वैज्ञानिक उपकरणों से लैस है जो 100% पूर्ण हैं। दूरबीन का मुख्य कैमरा एक निकट-आईआर कैमरा है जो दृश्यमान नारंगी प्रकाश से लेकर गहरे अवरक्त तक होता है। यह शुरुआती सितारों की अभूतपूर्व छवियां प्रदान करेगा, सबसे छोटी आकाशगंगाएं जो अभी भी गठन की प्रक्रिया में हैं, मिल्की वे के युवा सितारे और आसपास की आकाशगंगाएं, कुइपर बेल्ट में सैकड़ों नई वस्तुएं। वह हैअन्य सितारों के आसपास ग्रहों की प्रत्यक्ष इमेजिंग के लिए अनुकूलित। अधिकांश पर्यवेक्षकों द्वारा उपयोग किया जाने वाला यह मुख्य कैमरा होगा।
इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोग्राफ के पास
यह उपकरण न केवल प्रकाश को अलग-अलग तरंग दैर्ध्य में अलग करता है, बल्कि एक ही समय में 100 से अधिक अलग-अलग वस्तुओं के लिए ऐसा करने में सक्षम है! यह उपकरण एक सार्वभौमिक वेबबा स्पेक्ट्रोग्राफ होगा जो 3 अलग-अलग स्पेक्ट्रोस्कोपी मोड में काम करने में सक्षम होगा। यह यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी द्वारा बनाया गया था, लेकिन डिटेक्टर और मल्टी-गेट बैटरी सहित कई घटक स्पेस फ्लाइट सेंटर द्वारा प्रदान किए गए थे। गोडार्ड (नासा)। इस उपकरण का परीक्षण किया जा चुका है और स्थापित करने के लिए तैयार है।
मिड-इन्फ्रारेड इंस्ट्रूमेंट
डिवाइस का उपयोग ब्रॉडबैंड इमेजिंग के लिए किया जाएगा, यानी यह सभी वेब उपकरणों से सबसे प्रभावशाली छवियों का उत्पादन करेगा। वैज्ञानिक दृष्टिकोण से, यह युवा सितारों के चारों ओर प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क को मापने, कुइपर बेल्ट ऑब्जेक्ट्स को मापने और इमेजिंग करने और अभूतपूर्व सटीकता के साथ स्टारलाइट द्वारा गर्म की गई धूल को मापने में सबसे उपयोगी होगा। यह क्रायोजेनिक रूप से 7 K तक ठंडा होने वाला एकमात्र उपकरण होगा। स्पिट्जर स्पेस टेलीस्कोप की तुलना में, यह 100 के कारक द्वारा परिणामों में सुधार करेगा।
स्लिटलेस नियर-आईआर स्पेक्ट्रोग्राफ (एनआईआरआईएसएसएस)
डिवाइस आपको उत्पादन करने की अनुमति देगा:
- नियर इंफ्रारेड वेवलेंथ में वाइड-एंगल स्पेक्ट्रोस्कोपी (1.0 - 2.5 माइक्रोन);
- एक वस्तु की ग्रिस्म स्पेक्ट्रोस्कोपीदृश्यमान और अवरक्त रेंज (0.6 - 3.0 माइक्रोन);
- 3.8 - 4.8 µm की तरंग दैर्ध्य पर एपर्चर-मास्किंग इंटरफेरोमेट्री (जहां पहले सितारों और आकाशगंगाओं की उम्मीद है);
- दृश्य के पूरे क्षेत्र की व्यापक दूरी की शूटिंग।
यह उपकरण कनाडाई अंतरिक्ष एजेंसी द्वारा बनाया गया था। क्रायोजेनिक परीक्षण से गुजरने के बाद, यह दूरबीन के उपकरण डिब्बे में एकीकरण के लिए भी तैयार हो जाएगा।
सूर्य ढाल
अंतरिक्ष दूरबीन अभी तक इनसे लैस नहीं हुए हैं। प्रत्येक लॉन्च के सबसे डराने वाले पहलुओं में से एक पूरी तरह से नई सामग्री का उपयोग है। एक बार के उपभोज्य शीतलक के साथ पूरे अंतरिक्ष यान को सक्रिय रूप से ठंडा करने के बजाय, जेम्स वेब टेलीस्कोप एक पूरी तरह से नई तकनीक का उपयोग करता है, एक 5-लेयर सनशील्ड जिसे टेलीस्कोप से सौर विकिरण को प्रतिबिंबित करने के लिए तैनात किया जाएगा। पांच 25-मीटर शीट को टाइटेनियम की छड़ों से जोड़ा जाएगा और दूरबीन लगाने के बाद स्थापित किया जाएगा। 2008 और 2009 में सुरक्षा का परीक्षण किया गया था। प्रयोगशाला परीक्षणों में भाग लेने वाले पूर्ण पैमाने के मॉडल ने वह सब कुछ किया जो उन्हें यहां पृथ्वी पर करना था। यह एक सुंदर नवाचार है।
यह भी एक अविश्वसनीय अवधारणा है: न केवल सूर्य से प्रकाश को अवरुद्ध करने और दूरबीन को छाया में रखने के लिए, बल्कि इसे इस तरह से करने के लिए कि सभी गर्मी दूरबीन के अभिविन्यास की विपरीत दिशा में विकीर्ण हो। अंतरिक्ष के निर्वात में पांच परतों में से प्रत्येक बाहरी से दूर जाने पर ठंडी हो जाएगी, जो तापमान से थोड़ी गर्म होगी।पृथ्वी की सतह - लगभग 350-360 K. अंतिम परत का तापमान 37-40 K तक गिरना चाहिए, जो प्लूटो की सतह पर रात की तुलना में अधिक ठंडा होता है।
इसके अलावा, गहरे अंतरिक्ष के कठोर वातावरण से बचाव के लिए महत्वपूर्ण सावधानियां बरती गई हैं। यहां चिंता करने वाली चीजों में से एक है छोटे कंकड़ के आकार के कंकड़, रेत के दाने, धूल के कण और यहां तक कि छोटे जो दसियों या सैकड़ों हजारों किलोमीटर प्रति घंटे की गति से इंटरप्लेनेटरी स्पेस से उड़ते हैं। ये सूक्ष्म उल्कापिंड अपने सामने आने वाली हर चीज में छोटे, सूक्ष्म छेद बनाने में सक्षम हैं: अंतरिक्ष यान, अंतरिक्ष यात्री सूट, दूरबीन दर्पण और बहुत कुछ। यदि दर्पणों में केवल डेंट या छेद हो जाते हैं, जो उपलब्ध "अच्छी रोशनी" की मात्रा को थोड़ा कम कर देता है, तो सौर ढाल किनारे से किनारे तक फट सकती है, जिससे पूरी परत बेकार हो जाती है। इस घटना का मुकाबला करने के लिए एक शानदार विचार का इस्तेमाल किया गया था।
पूरे सोलर शील्ड को इस तरह से खण्डों में बांटा गया है कि अगर एक, दो या तीन में से एक में भी छोटा सा गैप हो, तो परत आगे नहीं फटेगी, जैसे किसी की विंडशील्ड में दरार कार। विभाजन पूरे ढांचे को अक्षुण्ण रखेगा, जो क्षरण को रोकने के लिए महत्वपूर्ण है।
अंतरिक्ष यान: संयोजन और नियंत्रण प्रणाली
यह सबसे आम घटक है, जैसा कि सभी अंतरिक्ष दूरबीनों और विज्ञान मिशनों में होता है। JWST में, यह अद्वितीय है, लेकिन पूरी तरह से तैयार भी है। परियोजना के सामान्य ठेकेदार, नॉर्थ्रॉप ग्रुम्मन के लिए जो कुछ बचा था, वह था ढाल को पूरा करना, दूरबीन को इकट्ठा करना और उसका परीक्षण करना। मशीन के लिए तैयार हो जाएगा2 साल में लॉन्च।
खोज के 10 साल
यदि सब कुछ सही रहा तो मानवता महान वैज्ञानिक खोजों की दहलीज पर होगी। तटस्थ गैस का पर्दा, जिसने अब तक शुरुआती सितारों और आकाशगंगाओं के दृश्य को अस्पष्ट किया है, वेब की अवरक्त क्षमताओं और इसकी विशाल चमक से समाप्त हो जाएगा। यह अब तक का सबसे बड़ा, सबसे संवेदनशील टेलीस्कोप होगा, जिसमें 0.6 से 28 माइक्रोन की विशाल तरंग दैर्ध्य रेंज होगी (मानव आंख 0.4 से 0.7 माइक्रोन देखती है)। यह एक दशक के अवलोकन प्रदान करने की उम्मीद है।
नासा के मुताबिक वेब मिशन की लाइफ 5.5 से 10 साल तक होगी। यह अंतरिक्ष के कठोर वातावरण में कक्षा और इलेक्ट्रॉनिक्स और उपकरणों के जीवनकाल को बनाए रखने के लिए आवश्यक प्रणोदक की मात्रा तक सीमित है। जेम्स वेब ऑर्बिटल टेलीस्कोप पूरे 10 साल की अवधि के लिए ईंधन ले जाएगा, और लॉन्च के 6 महीने बाद, उड़ान समर्थन परीक्षण किया जाएगा, जो 5 साल के वैज्ञानिक कार्य की गारंटी देता है।
क्या गलत हो सकता है?
मुख्य सीमित कारक बोर्ड पर ईंधन की मात्रा है। जब यह समाप्त हो जाएगा, उपग्रह पृथ्वी के तत्काल आसपास के क्षेत्र में एक अराजक कक्षा में प्रवेश करते हुए, L2 लैग्रेंज बिंदु से दूर चला जाएगा।
आओ ये भी, हो सकती है दूसरी परेशानियां:
- दर्पणों का क्षरण, जो एकत्रित प्रकाश की मात्रा को प्रभावित करेगा और छवि कलाकृतियों का निर्माण करेगा, लेकिन दूरबीन के आगे के संचालन को नुकसान नहीं पहुंचाएगा;
- सोलर स्क्रीन का पूरा या पूरा हिस्सा खराब हो जाना, जिससे वृद्धि होगीअंतरिक्ष यान का तापमान और प्रयोग करने योग्य तरंग दैर्ध्य रेंज को बहुत निकट अवरक्त (2-3 माइक्रोन) तक सीमित करें;
- मिड-आईआर इंस्ट्रूमेंट कूलिंग सिस्टम की विफलता, इसे अनुपयोगी बनाना लेकिन अन्य उपकरणों को प्रभावित नहीं करना (0.6 से 6 माइक्रोन)।
जेम्स वेब टेलिस्कोप की प्रतीक्षा में सबसे कठिन परीक्षा किसी दी गई कक्षा में प्रक्षेपण और सम्मिलन है। इन स्थितियों का परीक्षण किया गया और सफलतापूर्वक पूरा किया गया।
विज्ञान में क्रांति
अगर जेम्स वेब टेलिस्कोप चालू हो जाता है, तो 2018 से 2028 तक इसे चलाने के लिए पर्याप्त ईंधन होगा। इसके अलावा, ईंधन भरने की क्षमता है, जो दूरबीन के जीवनकाल को एक और दशक तक बढ़ा सकती है। जिस तरह हबल 25 वर्षों से परिचालन में है, उसी तरह JWST क्रांतिकारी विज्ञान की एक पीढ़ी प्रदान कर सकता है। अक्टूबर 2018 में, एरियन 5 लॉन्च वाहन खगोल विज्ञान के भविष्य की कक्षा में लॉन्च होगा, जो 10 साल से अधिक की कड़ी मेहनत के बाद फल देने के लिए तैयार है। अंतरिक्ष दूरबीनों का भविष्य लगभग यहाँ है।
