長く困難な設計プロセスの後、NASA のジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) は、2021 年 12 月 25 日に宇宙への打ち上げに成功しました。
NASA がハッブル宇宙望遠鏡の後継となる予定のこの巨大な望遠鏡は、宇宙の高解像度赤外線画像の撮影を間もなく開始します。しかし、それは不安に満ちた「展開」プロセスの後にのみ起こります。望遠鏡の「30日間の恐怖」と呼ぶ人もいました。
天文学の研究にとって望遠鏡がなぜそれほど重要なのかは、そのパワーと複雑さから説明できます。ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡の設計、構築、打ち上げに 30 年以上かかった理由を詳しく見てみましょう。
ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡とは
NASA のジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡は、赤外線宇宙天文台です。それは、赤外線を捉えて深宇宙の写真を撮る巨大な望遠鏡です。
100 億ドルの JWST は、ハッブル宇宙望遠鏡の後継であり、NASA がこれまでに打ち上げた最大かつ最も強力な望遠鏡です。これまでに打ち上げられた宇宙望遠鏡の中で最大の鏡が特徴です。
巨大な鏡により、望遠鏡は時間を効果的に振り返ることができます。惑星地球にちょうど今到達している、かすかな太古の赤外線を集めます。
ハッブル宇宙望遠鏡や他の 3 つの宇宙望遠鏡とともに、JWST は NASA の大天文台の 1 つです。これらは、深宇宙から情報を収集する巨大な宇宙機器です。
望遠鏡の名前は、1961 年から 1968 年まで宇宙機関を担当していた元 NASA 長官 James Webb にちなんで付けられました。彼の在職中、彼は初期の有人宇宙飛行ミッションのいくつかを監督しました。しかし、彼は最終的に、最初のアポロ計画の打ち上げの数日前に NASA を去りました。
打ち上げられると、JWST は地球と太陽の間の特別な地点に位置しなければなりません。同時に、望遠鏡の日よけなどの重要なコンポーネントが展開されます。このプロセスの後、望遠鏡は深宇宙のオブジェクトを少なくとも 10 年間継続的に観測し始めます。
予定より遅れ、予算オーバー、しかし成功したローンチ
複数の遅延と予算超過にもかかわらず、NASA は 2021 年 12 月 24 日に JWST の打ち上げに成功しました。この打ち上げは、数十年にわたる建設と設計プロセスの後に行われました。
打ち上げは多段階のイベントでした。それは、南アメリカのフランス領ギアナにある欧州宇宙機関 (ESA) の打ち上げプラットフォームに基づくアリアン 5 ロケットから始まりました。 JWSTは非常に大きいため、ロケットの中に折りたたんで保管していました。望遠鏡は、ロケットから切り離されると、宇宙空間で展開されました。
展開プロセスは非常に複雑です。完了するまでに 2 週間から 30 日かかります。このプロセスのわずかなエラーでも、望遠鏡が正しく機能しない可能性があります。またはまったく機能しません。
展開するにつれて、望遠鏡も最終目的地に向かって移動します。地球から 100 万マイル離れた太陽の周りの軌道です。太陽の周りを移動するときに、地球との位置合わせを維持する特別な点 (2 番目のラグランジュ点) で周回します。
挑戦的な JWST ローンチの後、「恐怖の 30 日間」
一部のオブザーバーは、展開プロセスを望遠鏡の「30日間の恐怖」と呼んでいます。これは、望遠鏡が動いたり開いたりするときにどれだけうまくいかないかによるものです。
このプロセスの特に重要なステップの 1 つは、望遠鏡のテニス コート サイズの 5 層のサンシールドを展開することです。その部分は、敏感な望遠鏡機器に日陰を提供します.この日よけは、JWST の運用にとって重要です。熱を兼ねる赤外光を観測するため、太陽の猛烈な熱から望遠鏡を保護するためにこの部品が必要です。
日よけが適切に展開されていないと、望遠鏡は深宇宙から情報を取得するために必要な保護を受けられません。日よけを伸ばした後、望遠鏡は望遠鏡の主鏡と副鏡の両方を伸ばす必要があります。
配置されると、望遠鏡はすべての構造の展開を終了し、クールダウン プロセスを開始します。今後数か月にわたって、NASA は望遠鏡の機器の校正を開始し、JWST が科学運用の準備が整っていることを確認します。
太陽の周りの軌道から、望遠鏡は非常に遠くの星からのかすかな赤外線光を継続的に観察します。この赤外線光を使用して、望遠鏡は深宇宙の画像を生成し、その最初の画像は 2022 年夏のある時点で利用できるようになります。赤外線を使用する望遠鏡は JWST だけではありません。現在は引退しているスピッツァー望遠鏡もそうでした。その赤外線波長は 3 から 180 ミクロンの範囲でした。
ジェイムズ ウェッブ宇宙望遠鏡の最初の任務
望遠鏡のクールダウンとセットアップ プロセスは、打ち上げ後約 6 か月で終了します。次に、JWST は、かつてハッブル宇宙望遠鏡で観測されていた宇宙の小さな領域であるウルトラ ディープ フィールドの調査を開始します。
その大きさにもかかわらず、この領域には推定 10,000 個の銀河が含まれています。これらの銀河からの光は、130 億年前、つまりビッグバンからわずか 4 億年から 8 億年後の過去のものである可能性があります。
ウルトラ ディープ フィールドは、宇宙の初期の歴史を垣間見るだけでなく、そこに銀河がいくつあるかを示してくれます。 JWST は、ハッブルができることよりもさらに先に進みます。ハッブル宇宙望遠鏡では暗すぎて見えなかった何万もの追加の銀河を検出できる可能性があります。
可視光で画像をキャプチャするハッブルとは異なり、JWST は赤外線ベースの画像を取得します。それらは、JWST によってキャプチャされた深宇宙オブジェクトに関する大量の情報を科学者に提供します。
望遠鏡からの画像データを使用して、科学者は分光法 (赤外光の分析) を使用して、温度、質量、さらにはそれらの固有の化学組成など、観測された深宇宙物体の特性について詳しく知ることができます。
この化学情報は、銀河で最も古い目に見える物体のいくつかに関するより多くの情報を提供するだけでなく、NASA の宇宙生物学プログラムにも役立ちます。このプログラムは、JWST データを使用して、潜在的に「太陽系外の地球に似た惑星の生命の痕跡を特定する」ことを望んでいます。
ジェイムズ ウェッブ宇宙望遠鏡の未来
ハッブル ウルトラ ディープ フィールドを観測した後、JWST は宇宙の他の部分の観測を開始します。この望遠鏡は当初、約 10 年間動作するように設計されていました。しかし、「超精密打ち上げ」のおかげで、NASA はこの望遠鏡がずっとずっとずっと星を観測し続けることができると信じています。
比較のために、ハッブル宇宙望遠鏡は 30 年以上運用されています。今後も活躍しそうです。
JWST の問題を抱えた設計の歴史
ジェイムズ ウェッブ宇宙望遠鏡の開発と建設は決して単純なものではありませんでした。もともと次世代宇宙望遠鏡 (NGST) と呼ばれていた JWST の開発は、1996 年に始まりました。
望遠鏡は最終的に、この計画された打ち上げ日から 14 年後まで打ち上げられませんでした。さらに、当初の予算の 20 倍である約 100 億ドルの費用がかかります。開発中、プロジェクトはキャンセルの脅威を受け、7 回以上延期されました。
NASA が最終的に 2021 年 12 月 25 日の打ち上げ日を決定するまで、主要な設計変更と深刻な物流上の問題により、プロジェクトは何度も遅れました。望遠鏡の巨大なスケールと機械の複雑さにより、設計プロセスは非常に困難になりました。
望遠鏡を機能させるために必要な最先端のエンジニアリングは、NASA が当初予想したよりもはるかに長い時間と費用がかかることを最終的に意味しました。
この望遠鏡はハッブル宇宙望遠鏡の後継ですが、代替品ではありません。 2 つの望遠鏡は非常に異なるミッションを遂行し、異なる種類の宇宙データを収集します。ハッブルは可視光を捉えますが、開発者は常に JWST が赤外線を探すことを意図していました。
ハッブルは、宇宙物体の高品質の写真を提供しました。ただし、JWST は観測された天体の写真と詳細な分光情報の両方を提供します。
ジェイムズ ウェッブ宇宙望遠鏡の次は?
打ち上げが成功した後、JWST は現在位置に移動し、望遠鏡の日よけや鏡などの主要コンポーネントを拡張しています。これらのコンポーネントが所定の位置に移動すると、望遠鏡は冷却と宇宙運用の準備に時間を費やさなければなりません。
運用が開始されると、JWST は深宇宙オブジェクトを記録する 10 年以上のミッションを開始します。これらのオブジェクトからのデータは、宇宙の初期の歴史に関する新しい情報を伝えます。宇宙で生命の兆候を発見するのに役立つかもしれません.
望遠鏡からの最初の画像は、2022 年夏に利用可能になるはずです。
