Webb gegen Hubble
Ersatz eines alten Teleskops oder eines Nachfolgers?
Webb wird oft als Ersatz für Hubble bezeichnet, aber in
Hubbles Erfolge trieben die Wissenschaftler auf die IdeeVerwenden Sie längere Wellenlängen, um über Beobachtungen hinauszugehen. Weiter entfernte Objekte weisen eine hohe Rotverschiebung auf. Daher ist ein Infrarot-Teleskop erforderlich, um diese entfernten Objekte zu beobachten (zum Beispiel die ersten Galaxien, die sich im Universum bilden).
Dies ist ein weiterer Grund, warum Webb dies nicht istHubble ersetzen; seine Fähigkeiten sind nicht identisch. Webb wird sich hauptsächlich mit dem Universum im Infrarotbereich befassen, während Hubble es hauptsächlich mit optischen und ultravioletten Wellenlängen untersucht (obwohl es einige Infrarotfähigkeiten besitzt).
Mit Infrarot-Beobachtungen können Sie hinter den Staubvorhang schauen und sehen, was dahinter steckt.
Warum sieht Webb mehr?
Licht breitet sich in einem Frequenzbereich entlang auselektromagnetisches Spektrum. Unsere Augen haben sich entwickelt, um ein Band des Spektrums zu erfassen, das als „sichtbares Licht“ bekannt ist. Dies ist nicht überraschend, da unsere Atmosphäre viele andere Wellenlängen blockiert. Es gibt jedoch viele andere Lichtformen, die wir sowohl innerhalb als auch außerhalb unserer Atmosphäre nicht sehen können.
NASA
Infrarotlicht hat eine lange Wellenlänge undkann Objekte im Raum passieren, die durch sichtbares Licht wie Gas und Staub blockiert sind. Aus diesem Grund können mit Teleskopen aufgenommene Bilder, die Infrarotfrequenzen erfassen, Objekte außerhalb dieser Wolken hervorheben und schärfer erscheinen als mit anderen Teleskopen aufgenommene.
Webb hat auch einen viel größeren Spiegel als Hubble. Dank dieser großen Lichtsammelfläche kann Webb weiter in die Zeit zurückblicken als Hubble.
Darüber hinaus befindet sich Hubble in einer sehr engen Umlaufbahn um die Erde und Webb wird am zweiten Lagrange-Punkt (L2) 1,5 Millionen Kilometer entfernt sein.
Wird Webb so schöne Bilder machen wie Hubble?
Jawohl.Abgesehen davon, dass Wissenschaftler mit dem Webb-Teleskop noch nie zuvor Gesehenes sehen können, haben Forscher die Möglichkeit, bereits entdeckte Objekte in einem neuen Licht zu betrachten. Buchstäblich.
Die Schönheit und Qualität des astronomischen Bildeshängt von zwei Dingen ab: der Schärfe und der Pixelanzahl der Kamera. In beiden Fällen ist Webb sehr ähnlich und in vielerlei Hinsicht besser als Hubble. Obwohl Webbs Bilder infrarot sind, können sie von einem Computer in ein sichtbares Bild umgewandelt werden. Außerdem kann er oranges und rotes sichtbares Licht sehen. Webbs Bilder werden anders sein, aber genauso schön wie die von Hubble.
Teleskopgrößen vergleichen
Webb wird einen Hauptspiegel mit einem Durchmesser von 6,5 m haben,Dadurch verfügt er über eine deutlich größere Sammelfläche als die Spiegel der aktuellen Generation von Weltraumteleskopen. Der Hubble-Spiegel ist viel kleiner – er hat einen Durchmesser von 2,4 m und seine Informationssammelfläche beträgt 4,5 m². Für James Webb ist dieser Bereich 6,25-mal größer. Darüber hinaus wird Webb ein deutlich größeres Sichtfeld haben als die NICMOS-Kamera von Hubble. Webb wird in der Lage sein, 15-mal mehr Platz abzudecken.
Wie weit kann Webb sehen? Und was sieht Hubble nicht?
Aufgrund der Zeit, die das Licht für die Reise benötigt, blicken wir umso weiter in die Vergangenheit, je weiter wir vom Objekt entfernt sind.
Diese Abbildung vergleicht verschiedene Teleskope undwie weit sie sehen können. Tatsächlich kann Hubble das Äquivalent von "Babygalaxien" sehen, während das Webb-Teleskop "Babygalaxien" sehen kann. Einer der Gründe, warum Webb die ersten Galaxien sehen kann, ist, dass es sich um ein Infrarot-Teleskop handelt.
Je weiter das Objekt ist, desto weiter schauen wir zurück.wegen der Zeit, die das Licht braucht, um zu reisen. Wenn wir Objekte durch ein fortschrittliches Teleskop betrachten, sehen wir diese Objekte fast so, wie sie waren, als das Licht sie vor 13,6 Milliarden Jahren zum ersten Mal verließ.
Dank seiner Fähigkeit, das Universum zu sehenMit längerwelligem Infrarotlicht wird James Webb in der Lage sein, einige der am weitesten entfernten Galaxien in unserem Universum zu sehen, die über das sichtbare/ultraviolette Licht von Hubble hinausgehen. Dies liegt daran, dass Licht von entfernten Objekten durch die Ausdehnung unseres Universums gestreckt wird, ein Effekt, der als Rotverschiebung bekannt ist. Während Hubble also in der Lage war, „Baby“-Galaxien zu beobachten, wird James Webb beginnen, einen Blick auf ihre Geburt zu werfen.
Das Universum (und damit die Galaxien darin)erweitern. Wenn wir über die am weitesten entfernten Objekte sprechen, kommt tatsächlich Einstein ins Spiel. Die Expansion des Universums bedeutet, dass sich der Raum zwischen den Objekten tatsächlich ausdehnt, wodurch sich die Objekte (Galaxien) voneinander entfernen. Darüber hinaus dehnt sich auch jedes Licht in diesem Raum aus, wodurch die Wellenlänge dieses Lichts zu längeren Wellenlängen hin verschoben wird. Dies kann entfernte Objekte bei sichtbaren Lichtwellenlängen sehr dunkel (oder unsichtbar) machen, da dieses Licht uns bereits als Infrarotlicht erreicht. Infrarotteleskope wie Webb sind ideal für die Beobachtung dieser frühen Galaxien.
Vergleich der Umlaufbahn von Webb und Hubble
Das Land liegt bei 150 Millionen.km von der Sonne entfernt, und der Mond umkreist die Erde in einer Entfernung von etwa 384.500 km. Das Hubble-Weltraumteleskop umkreist die Erde in einer Höhe von ~570 km darüber. Tatsächlich wird sich Webb nicht um die Erde drehen - er wird sich in einer Entfernung von 1,5 Millionen km befinden.
Webb wird die Sonne in einer Entfernung von 1,5 Millionen Kilometern (1 Million Meilen) von der Erde am sogenannten zweiten Lagrange-Punkt oder L2 umkreisen. (Bitte beachten Sie, dass diese Grafik nicht maßstabsgetreu ist)
Da sich Hubble in einer erdnahen Umlaufbahn befindet,Das Space Shuttle konnte es ins All bringen. Webb wird mit einer Ariane-5-Rakete gestartet, und da es sich nicht in einer erdnahen Umlaufbahn befindet, ist es nicht vorgesehen, von einem Space Shuttle bedient zu werden.
Webbs Sonnenschild blockiert das Licht von Sonne, Erde und Mond. Dies wird Webb helfen, ruhig zu bleiben und nicht vom Abblendlicht "abgelenkt" zu werden, was für ein Infrarot-Teleskop sehr wichtig ist.
Wenn sich die Erde um die Sonne dreht, dreht sich Webb um sie - bleibt aber relativ zur Erde und zur Sonne an derselben Stelle stehen
Webb-Funktionen
Spiegel
Webbs Hauptspiegel hat 18 Segmente,die als eins zusammenarbeiten; sie können alle angepasst werden. Seine Segmente haben eine Masse von jeweils ~ 20 kg und eine Höhe von etwa einem Meter. Die Beschichtung der Spiegel ist so dünn, dass ein menschliches Haar 1.000-mal dicker ist! Jedes Segment hat seine eigenen Eigenschaften.
Warum eine sechseckige Form?
Die sechseckige Form ermöglicht eine ungefähr rundesegmentierter Spiegel mit „hoher Einschaltdauer und sechszähliger Symmetrie“. Ein hoher Füllfaktor bedeutet, dass sich die Segmente lückenlos verbinden. Wenn die Segmente rund wären, würden sich Lücken zwischen ihnen ergeben. Das Gute an der Symmetrie ist, dass 18 Segmente nur 3 verschiedene optische Rezepte benötigen, 6 für jedes (siehe rechte Abbildung oben). Schließlich ist eine annähernd kreisförmige Gesamtform des Spiegels wünschenswert, da er das Licht auf den kompaktesten Bereich auf den Detektoren fokussiert. Ein ovaler Spiegel erzeugt beispielsweise Bilder, die in eine Richtung gestreckt sind. Der quadratische Spiegel strahlte viel Licht aus dem zentralen Bereich aus.
So gelangt das Licht in das Webb-Teleskop.
Empfindlichkeit, Auflösung und Wellenlänge des Webb-Teleskops
Webb ist so empfindlich, dass er die Wärmesignatur einer Hummel in der Entfernung des Mondes erkennen und in einer Entfernung von etwa 40 km Merkmale von der Größe eines US-Pennys erkennen kann.
Webb wird das Universum in einem Licht sehen, das für uns unsichtbar istmenschliches Auge. Obwohl es hauptsächlich infrarotes Licht zu sein scheint, kann es auch rotes und goldenes sichtbares Licht sehen. (Webbs Wellenlängenbereich beträgt 0,6 bis 28,5 Mikrometer).
Bereitstellen von Webb. Wie kommt es dazu?
Das Webb-Teleskop-Team entschied sich auch für den Bauein Spiegel in Segmenten an einer Struktur, die heruntergeklappt werden kann, damit sie in eine Rakete passt. Der Spiegel öffnet sich nach dem Start: Jedes der 18 sechseckigen Spiegelsegmente hat einen Durchmesser von 1,32 m. Webbs Fangspiegel hat einen Durchmesser von 0,74 m.
https://www.youtube.com/watch?v=bTxLAGchWnA&feature=youtu.be
Was wird das Webb-Teleskop untersuchen?
Die ersten Sterne und Galaxien
Mit seiner beispiellosen Empfindlichkeit gegenüber Infrarotlicht wird es mehr als 13,5 Milliarden Jahre zurückblicken und die ersten nach dem Urknall entstandenen Galaxien beobachten.
Wie sich Galaxien versammeln
Webb wird Astronomen helfen, die schwächsten und frühesten Galaxien mit modernen großen Spiralen und Ellipsengalaxien zu vergleichen, und uns dabei helfen, zu verstehen, wie sich Galaxien über Milliarden von Jahren zusammensetzen.
Geburt von Sternen und Planetensystemen
Webb wird in der Lage sein, durch massive Staubwolken hindurch zu sehen, die für sichtbares Licht undurchsichtig sind Observatorien wie Hubble, wo Sterne und Planetensysteme geboren werden.
Exoplaneten
Webb wird uns mehr über Atmosphären erzählenextrasolaren Planeten und finden möglicherweise sogar die Bausteine des Lebens anderswo im Universum. Neben anderen Planetensystemen wird Webb auch Objekte in unserem eigenen Sonnensystem untersuchen.
Webbs erster Auftrag: Er wird Jupiter, seine Ringe und zwei faszinierende Monde studieren
Vielfältiges Team von über 40Die Forscher um die Astronomin Inke de Pater von der University of California, Berkeley und Thierry Fouche vom Pariser Observatorium haben ein ehrgeiziges Beobachtungsprogramm entwickelt, das einige der ersten wissenschaftlichen Beobachtungen von Webb im Sonnensystem durchführen wird. Sie werden Jupiter, sein Ringsystem und seine beiden Monde Ganymed und Io studieren.
Es wird ein wirklich hartes ExperimentWissenschaftler betonen. Jupiter ist so hell und Webbs Instrumente sind so empfindlich, dass die Beobachtung des hellen Planeten, seiner schwächeren Ringe und Monde ein großartiger Test für Webbs innovative Technologie sein wird.
Jupiter und seine Stürme
Neben der Kalibrierung von Webb-Instrumenten fürdie Helligkeit des Jupiter, müssen Astronomen auch die Rotation des Planeten berücksichtigen, denn Jupiter vollendet einen Tag in nur 10 Stunden. Mehrere Bilder müssen zu einem Mosaik zusammengefügt werden, um einen bestimmten Bereich vollständig einzufangen – zum Beispiel den berühmten Sturm, der als Großer Roter Fleck bekannt ist – eine Aufgabe, die komplizierter wird, wenn sich das Objekt selbst bewegt. Während viele Teleskope Jupiter und seine Stürme untersucht haben, werden Webbs großer Spiegel und leistungsstarke Instrumente neue Erkenntnisse liefern.
Sturmzyklone umgeben den Nordpol des Jupiter, der von der NASA-Raumsonde Juno im Infraroten erfasst wurde.
Credits: NASA / JPL-Caltech / SwRI / ASI / INAF / JIRAM
Webb wird auch die Atmosphäre der Polarregion erkunden,wo die Juno-Raumsonde der NASA Zyklonhaufen entdeckte. Die spektroskopischen Daten von Webb werden viel mehr Details liefern, als dies mit früheren Beobachtungen, Messungen von Wind, Wolkenpartikeln, Gaszusammensetzung und Temperatur möglich war.
Jupiters Ringe
Alle vier Gasriesen der Planeten des SolarSysteme haben Ringe, wobei Saturn der prominenteste ist. Das Ringsystem des Jupiter besteht aus drei Teilen: einem flachen Hauptring; ein Halo innerhalb des Hauptrings in Form einer doppelten konvexen Linse; und einen dünnen Ring außerhalb des Hauptrings. Das Ringsystem des Jupiter ist extrem schwach, weil die Teilchen, aus denen die Ringe bestehen, so klein und selten sind, dass sie nicht viel Licht reflektieren. In der Nähe der Helligkeit des Planeten verschwinden sie fast und fordern Astronomen heraus.
Die Galileo-Raumsonde der NASA hat ein Bild des Ringsystems des Jupiter aufgenommen, einschließlich eines diffusen äußeren dünnen Rings.
Credits: NASA / JPL / Cornell University
Jupitermond - Ganymed
Mehrere Funktionen von Ice Ganymed machenes ist aufregend für Astronomen. Er ist nicht nur der größte Mond im Sonnensystem und sogar größer als der Planet Merkur, sondern der einzige bekannte Mond, der über ein eigenes Magnetfeld verfügt. Das Team erforscht die äußersten Teile der Atmosphäre von Ganymed, seine Exosphäre, um die Wechselwirkungen des Mondes mit Teilchen im Magnetfeld des Jupiter besser zu verstehen.
Es gibt auch Hinweise darauf, dass GanymedMöglicherweise befindet sich unter seinem dicken Oberflächeneis ein flüssiger salziger Meeresozean, den Webb mit detaillierten spektroskopischen Studien von Oberflächensalzen und anderen Verbindungen untersuchen wird. Die Erfahrung der Gruppe bei der Untersuchung der Oberfläche von Ganymed könnte für die weitere Untersuchung anderer Monde des eisigen Sonnensystems nützlich sein, vermutlich mit unterirdischen Ozeanen, einschließlich Saturnmond Enceladus und Jupitersmond Europa.
Jupitermond - Io
Im Gegensatz zu Ganymed, einem anderen Satelliten, dem TeamErkunden Sie Io, die vulkanisch aktivste Welt im Sonnensystem. Die dynamische Oberfläche ist mit Hunderten von riesigen Vulkanen bedeckt, die die auf der Erde in den Schatten stellen werden, sowie Seen aus geschmolzener Lava und glatten Überschwemmungsgebieten aus erstarrter Lava. Astronomen wollen Webb nutzen, um mehr über die Auswirkungen der Vulkane von Io auf die Atmosphäre zu erfahren.
Ein weiteres Geheimnis, das Webb auf Io betrachten wird,- es ist die Existenz von "versteckten Vulkanen", die Gasstrahlen ohne reflektierenden Staub ausstoßen, die von Raumfahrzeugen wie den NASA-Missionen Voyager und Galileo entdeckt werden können und daher immer noch unbemerkt bleiben. Die hohe räumliche Auflösung von Webb wird einzelne Vulkane hervorheben, die zuvor wie ein großer Hotspot ausgesehen hätten, und es Astronomen ermöglichen, detaillierte Daten über die Geologie von Io zu sammeln.
Die NASA-Raumsonde Galileo fängt Io inmitten eines Vulkanausbruchs ein.
Credits: NASA / JPL / DLR
Webb wird auch beispiellose Daten zuTemperatur der Hotspots von Io und wird bestimmen, ob sie heute näher am Vulkanismus auf der Erde liegen oder eine viel höhere Temperatur aufweisen, ähnlich der Umgebung auf der Erde in den ersten Jahren nach ihrer Entstehung. Frühere Beobachtungen der Galileo-Mission und bodengestützter Observatorien deuteten auf diese hohen Temperaturen hin; Webb wird weiterhin recherchieren und neue Beweise liefern, die das Problem lösen könnten.
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