ほぼ 20 年間の開発と 16 回の打ち上げ遅延の後、ジェイムズ ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) はほぼ準備が整いました。 2021 年 10 月 31 日に打ち上げられる予定のこれまでに建設された最大の宇宙天文台は、宇宙に対する私たちの理解に革命をもたらし、宇宙の最大の謎のいくつかを解決するのに役立ちます。
簡単な旅ではありませんでした。ハッブル宇宙望遠鏡の後継として 30 年前に最初に考案された「次世代望遠鏡」は、JWST として最初に知られていましたが、キャンセル、リーダーシップの変更、および多数の延期の脅威を乗り越えてきました。 100 億ドル (約 72 億ポンド) の費用がかかると予想される JWST (NASA の 2 番目の管理者 James E Webb にちなんで名付けられた) は、これまでで 6 番目に高額な宇宙ミッションです。
JWST は革新性と複雑性に満ちており、米国、ヨーロッパ、カナダの宇宙機関の間の大規模な国際協力の成果であり、NASA の最大かつ最も大胆な事業の 1 つとしてしばしば説明されています。科学技術への価値
25 年以上にわたり、ハッブルは 138 億年前の宇宙の美しい画像で私たちを魅了し、ビッグバンからわずか 5 億年後に放出された光を捉えてきました。 JWST の赤外線「目」は、最初の星や銀河が誕生したときまでさかのぼって、宇宙の初期の歴史をさらに詳しく調べることができます。
望遠鏡はまた、その前任者よりも地球から遠く離れています。ハッブルは地球から約 550 km の近距離軌道をたどりますが、JWST は私たちから最大 150 万 km 離れて太陽を周回します。火星、彗星、準惑星、太陽系外惑星などに視線を向け、惑星や太陽系がどのように形成されるかについて詳しく教えてくれます。
ただし、JWST が超える望遠鏡はハッブル望遠鏡だけではありません。スピッツァー (2003 年に打ち上げられ、2020 年初頭に引退) という別の素晴らしい宇宙天文台も影を落とします。レスター大学の惑星科学者 Naomi Rowe-Gurney 氏は次のように説明しています。私たちが見つけることができる唯一の方法は、JWST の電力と赤外線機能を使用することです。」
望遠鏡の詳細:
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JWST はまた、系外惑星に関する私たちの知識を深めます。 「私たちは、氷の巨人である天王星や海王星と同じ質量を持つ系外惑星をさらに発見しています。私たちは太陽系の氷の巨人についてあまり知らないので、他の惑星系のものを理解することはできません. JWST は、私たちの太陽系の見方を確実に変えるでしょう。」
Rowe-Gurney 氏は言います。
テキサス州ヒューストンにある NASA のジョンソン宇宙センターのエンジニアの上にそびえ立つ望遠鏡を見ると、それがゲームチェンジャーである理由がわかります。 JWST の主鏡は美しいものです。そのハニカム構造は印象的な直径 6.5 m で、18 の調整可能な金メッキのベリリウム セグメントで構成されています。ハッブルと比較して、JWST は 6 倍の集光領域とはるかに広い視野 (約 15 倍) を持っています。それでも、6,500kg で、質量のほぼ半分です。
光学系によって捕捉された光は、統合科学機器モジュール (ISIM) として総称される、搭載された 4 つの科学機器によって分析されます。わずかな赤外線の痕跡を検出する可能性を最大限に高めるには、光学メカニズムを -223°C 未満に保つ必要があります。
中赤外線装置 (MIRI) では、絶対零度をわずかに上回る -266°C というさらに低い温度が必要です。太陽の熱と光が観測を妨げるのを防ぐために、JWST にはクライオクーラーと 5 層のテニスコート サイズの日よけが装備されています。
その巨大なサイズにもかかわらず、アリアン 5 ロケットのノーズ コーンの内側に収まるように、天文台全体を折りたたむ必要があります。展開されると、JWST は展開し、冷却して調整します。ミッションの成功は、これまで宇宙で試みられたことのない、このシーケンスの完璧な実行にかかっています。
さらに危険なことに、JWST は有人修理ミッションの手の届かないところにあり、ハッブルでは 5 つ必要でした。これが、ミッション チームにとってあらゆる段階でテストが最も重要であった理由です。
しかし、JWST の技術副プロジェクト マネージャーである Paul Geithner 氏によると、宇宙で展開して運用するように設計された天文台を評価するのは簡単なことではありません。 「シミュレートされた宇宙環境で天文台全体を 1 つの完全なエンティティとしてテストすることはできませんでした。これは、宇宙船全体を熱真空チャンバーに入れて一度にテストすることができた宇宙時代の初期からの逸脱です」と彼は言いました。
代わりに、世界のさまざまな場所で構築された個々のユニットがテストされてから、光学望遠鏡要素/統合科学機器モジュール (OTIS)、および結合された宇宙船バスと
各ユニットは、激しく騒々しい打ち上げを再現する音響および振動チャンバーでテストされ、「チャンバー A」として知られる大型冷凍庫に数か月置かれて、宇宙の氷点下の温度に耐えられるかどうかを確認しました。
この長い道のりには、2016 年の音響および振動試験の後に緩んだネジが見つかったなど、いくつかの衝突がありました。最も顕著なのは、2018 年 3 月の試験展開後に日よけが裂けたことです。謙虚なビジネスです」とガイトナーは振り返ります。
2019 年 8 月、カリフォルニア州の Northrop Grumman 施設で 2 つのスーパー ハーフが結合され、完全な統合テストが行われました。そして 2020 年の COVID-19 パンデミックの間、完全に組み立てられた JWST は驚くべき偉業を成し遂げました。それはすべてのテストに合格しました。
確かに、テストが成功する前に、JWST の打ち上げは再び延期されました。しかし、今回は 2021 年 3 月から 10 月までの期間に過ぎませんでした。重要な段階で、チームがリモートで、社会的に距離を置いたシフトで作業しなければならなかったことを考えると、妥当な遅延です。
JWST がフランス領ギアナから打ち上げられるまであと数か月となりましたが、Geithner 氏はこれまでのプロジェクトの力を振り返る時間があります。終わり、人間の物語、世代のプロジェクト。」確かに、それによる発見が今後の世代に役立つことは間違いありません.
- この記事は、BBC Science Focus Magazine の第 362 号に最初に掲載されました – 購読方法はこちら
