เวบบ์เทียบกับฮับเบิล
เปลี่ยนกล้องโทรทรรศน์เก่าหรือตัวตายตัวแทน?
เวบบ์มักถูกเรียกว่าแทนฮับเบิล แต่ใน
ความสำเร็จของฮับเบิลผลักดันให้นักวิทยาศาสตร์เกิดความคิดใช้ความยาวคลื่นที่ยาวขึ้นเพื่อ "ไปไกลกว่า" การสังเกต วัตถุที่อยู่ไกลมากขึ้นจะมีการเลื่อนสีแดงสูง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้กล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดเพื่อสังเกตวัตถุที่อยู่ห่างไกลเหล่านี้ (ตัวอย่างเช่นกาแลคซีแรกที่ก่อตัวขึ้นในจักรวาล)
นี่เป็นอีกเหตุผลหนึ่งที่เว็บบ์ไม่แทนที่ฮับเบิล ความสามารถไม่เหมือนกัน เว็บบ์จะมองไปที่เอกภพในอินฟราเรดเป็นหลักในขณะที่ฮับเบิลศึกษาที่ความยาวคลื่นแสงและอัลตราไวโอเลตเป็นหลัก (แม้ว่าจะมีความสามารถในการอินฟราเรดอยู่บ้างก็ตาม)
การสังเกตด้วยอินฟราเรดช่วยให้คุณมองหลังม่านฝุ่นและดูว่ามีอะไรอยู่เบื้องหลัง
ทำไมเวบบ์ถึงดูเพิ่มเติม?
แสงแพร่กระจายในช่วงความถี่พร้อมสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า. ดวงตาของเรามีวิวัฒนาการมาเพื่อตรวจจับแถบสเปกตรัมที่เรียกว่า "แสงที่มองเห็นได้" ซึ่งไม่น่าแปลกใจเลยที่บรรยากาศของเราจะปิดกั้นความยาวคลื่นอื่น ๆ อย่างไรก็ตามยังมีแสงอีกหลายรูปแบบที่เรามองไม่เห็นทั้งภายในและภายนอกบรรยากาศของเรา
นาซ่า
แสงอินฟราเรดมีความยาวคลื่นยาวและสามารถผ่านวัตถุในอวกาศที่ถูกปิดกั้นด้วยแสงที่มองเห็นได้เช่นก๊าซและฝุ่น นี่คือเหตุผลที่ภาพที่ถ่ายด้วยกล้องโทรทรรศน์ที่ตรวจจับความถี่อินฟราเรดสามารถเน้นวัตถุที่อยู่นอกเมฆเหล่านั้นและดูคมชัดกว่าภาพที่ถ่ายด้วยกล้องโทรทรรศน์อื่น ๆ
เวบบ์ยังมีกระจกที่ใหญ่กว่าฮับเบิลมากพื้นที่รวบรวมแสงขนาดใหญ่นี้หมายความว่าเว็บบ์สามารถเพื่อย้อนเวลากลับไปไกลกว่าที่ฮับเบิลจะทําได้
นอกจากนี้ ฮับเบิลยังอยู่ในวงโคจรใกล้โลกมาก และเวบบ์จะเป็นที่ระยะทาง 1.5 ล้านกิโลเมตร ที่จุด Lagrange ที่สอง (L2)
เวบบ์จะถ่ายภาพได้สวยเหมือนฮับเบิลหรือไม่?
ใช่. นอกจากข้อเท็จจริงที่ว่าด้วยกล้องโทรทรรศน์เว็บบ์นักวิทยาศาสตร์จะสามารถมองเห็นสิ่งที่พวกเขาไม่เคยเห็นมาก่อนนักวิจัยยังมีโอกาสสังเกตวัตถุที่ค้นพบแล้วในแสงใหม่ แท้จริง
ความสวยงามและคุณภาพของภาพทางดาราศาสตร์ขึ้นอยู่กับสองสิ่ง: ความคมชัดและจำนวนพิกเซลในกล้อง ในทั้งสองกรณีเวบบ์มีความคล้ายคลึงกันมากและดีกว่าฮับเบิลในหลาย ๆ ด้าน แม้ว่าภาพของ Webb จะเป็นอินฟราเรด แต่ก็สามารถแปลงโดยคอมพิวเตอร์ให้เป็นภาพที่มองเห็นได้ นอกจากนี้เขายังสามารถมองเห็นแสงสีส้มและสีแดงที่มองเห็นได้ ภาพของเวบบ์จะแตกต่างออกไป แต่ก็สวยงามพอ ๆ กับของฮับเบิล
เปรียบเทียบขนาดกล้องโทรทรรศน์
เว็บบ์จะมีกระจกปฐมภูมิที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 6.5 ม. ซึ่งทําให้มีพื้นที่เก็บของที่ใหญ่กว่ากระจกที่มีอยู่ในกล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นปัจจุบันอย่างมากกระจกฮับเบิลมีขนาดเล็กกว่ามากเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.4 เมตรและพื้นที่รวบรวมข้อมูลคือพื้นที่ 4.5 ตารางเมตรของ James Webb มีขนาดใหญ่กว่า 6.25 เท่านอกจากนี้ Webb จะมีมุมมองที่ใหญ่กว่ากล้อง NICMOS บน Hubble อย่างมากเว็บบ์จะสามารถครอบคลุมพื้นที่ได้มากขึ้น 15 เท่า

เวบบ์มองเห็นได้ไกลแค่ไหน? แล้วฮับเบิลไม่เห็นอะไร?
เนื่องจากเวลาที่แสงใช้ในการเดินทางยิ่งเราอยู่ห่างจากวัตถุมากเท่าไหร่เราก็ยิ่งมองย้อนเวลากลับไปได้ไกลขึ้นเท่านั้น
ภาพประกอบนี้เปรียบเทียบกล้องโทรทรรศน์แบบต่างๆและพวกเขามองเห็นได้ไกลแค่ไหน ในความเป็นจริงฮับเบิลสามารถมองเห็นได้เทียบเท่ากับ "กาแลคซีทารก" ในขณะที่กล้องโทรทรรศน์เวบบ์สามารถมองเห็น "กาแลคซีทารก" ได้ สาเหตุหนึ่งที่เวบบ์สามารถมองเห็นกาแลคซีกลุ่มแรกได้เนื่องจากเป็นกล้องโทรทรรศน์อินฟราเรด
ยิ่งวัตถุอยู่ไกลออกไปเรายิ่งมองย้อนกลับไปเนื่องจากเวลาที่แสงต้องใช้ในการเดินทาง เมื่อเรามองไปที่วัตถุผ่านกล้องโทรทรรศน์ขั้นสูงเราจะเห็นวัตถุเหล่านี้เหมือนกับเมื่อแสงแรกออกจากพวกมันเมื่อ 13.6 พันล้านปีก่อน
ด้วยความสามารถของเขาในการมองจักรวาลด้วยแสงอินฟราเรดความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น James Webb จะสามารถดูกาแล็กซีที่ห่างไกลที่สุดในจักรวาลของเรานอกเหนือจากรังสีฮับเบิลที่มองเห็นได้ / อัลตราไวโอเลตนั่นเป็นเพราะวัตถุที่อยู่ห่างไกลแสงถูกยืดออกโดยการขยายตัวของจักรวาลของเราซึ่งเป็นเอฟเฟกต์ที่เรียกว่า redshiftดังนั้นในขณะที่ฮับเบิลสามารถดู "ทารก" ของกาแล็กซีเจมส์เว็บบ์จะเริ่มขึ้นมองเข้าไปในการเกิดของพวกเขา

จักรวาล (ดังนั้นกาแลคซีในนั้น)ขยายตัว เมื่อเราพูดถึงวัตถุที่อยู่ไกลที่สุดไอน์สไตน์เข้ามามีบทบาท การขยายตัวของจักรวาลหมายความว่าช่องว่างระหว่างวัตถุนั้นยืดออกไปโดยบังคับให้วัตถุ (กาแลคซี) เคลื่อนที่ออกจากกัน นอกจากนี้แสงใด ๆ ในช่องว่างนี้ก็จะยืดออกเช่นกันโดยเปลี่ยนความยาวคลื่นของแสงนั้นไปยังความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น สิ่งนี้สามารถทำให้วัตถุที่อยู่ห่างไกลสลัวมาก (หรือมองไม่เห็น) ที่ความยาวคลื่นแสงที่มองเห็นได้เนื่องจากแสงนี้มาถึงเราแล้วเป็นแสงอินฟราเรด กล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดเช่นเวบบ์เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการสังเกตดาราจักรในยุคแรก ๆ เหล่านี้
เปรียบเทียบวงโคจรของเวบบ์และฮับเบิล
ที่ดินตั้งอยู่ที่ 150 ล้านห่างจากดวงอาทิตย์เป็นระยะทางและดวงจันทร์หมุนรอบโลกด้วยระยะทางประมาณ 384,500 กม. กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลโคจรรอบโลกที่ระดับความสูง ~ 570 กม. ในความเป็นจริงเว็บบ์จะไม่หมุนรอบโลก - เขาจะอยู่ที่ระยะทาง 1.5 ล้านกม.

เวบบ์จะโคจรรอบดวงอาทิตย์ที่ระยะทาง 1.5 ล้านกิโลเมตร (1 ล้านไมล์) จากโลกที่จุดลาเกรนจ์ที่สองหรือ L2 (โปรดทราบว่ากราฟิกนี้ไม่ได้ปรับขนาด)
เนื่องจากฮับเบิลอยู่ในวงโคจรระดับต่ำของโลกกระสวยอวกาศสามารถส่งขึ้นสู่อวกาศได้ เวบบ์จะเปิดตัวบนจรวด Ariane 5 และเนื่องจากมันจะไม่อยู่ในวงโคจรต่ำโลกจึงไม่ได้มีไว้เพื่อให้บริการโดยกระสวยอวกาศ
โล่แสงอาทิตย์ของเว็บบ์จะปิดกั้นแสงจากดวงอาทิตย์โลกและดวงจันทร์ สิ่งนี้จะช่วยให้เวบบ์สงบและไม่ "ฟุ้งซ่าน" จากลำแสงต่ำซึ่งสำคัญมากสำหรับกล้องโทรทรรศน์อินฟราเรด
เมื่อโลกหมุนรอบดวงอาทิตย์เวบบ์จะหมุนรอบตัวเอง - แต่จะหยุดนิ่งอยู่ที่เดิมเมื่อเทียบกับโลกและดวงอาทิตย์
คุณสมบัติของ Webb
กระจก
กระจก Webb หลักมี 18 ส่วนที่ทำงานร่วมกันเป็นหนึ่งเดียว พวกเขาทั้งหมดสามารถปรับแต่งได้ ส่วนของมันมีมวล ~ 20 กก. และความสูงประมาณหนึ่งเมตร การเคลือบกระจกนั้นบางมากจนเส้นผมของมนุษย์หนาขึ้นถึง 1,000 เท่า! แต่ละส่วนมีลักษณะเฉพาะของตนเอง

ทำไมต้องเป็นรูปหกเหลี่ยม?
รูปทรงหกเหลี่ยมช่วยให้สามารถกลมได้โดยประมาณกระจกแบ่งส่วนที่มี "รอบหน้าที่สูงและสมมาตรหกเท่า" ปัจจัยการเติมสูงหมายความว่าส่วนต่างๆเชื่อมต่อกันโดยไม่มีช่องว่าง หากส่วนนั้นกลมจะมีช่องว่างระหว่างพวกเขา ข้อดีของสมมาตรคือ 18 เซ็กเมนต์ต้องการเพียง 3 สูตรออพติคอลที่แตกต่างกัน 6 สำหรับแต่ละอัน (ดูแผนภาพด้านขวาด้านบน) สุดท้ายควรมีรูปร่างโดยรวมของกระจกเป็นวงกลมโดยประมาณเนื่องจากโฟกัสแสงไปยังบริเวณที่กะทัดรัดที่สุดบนอุปกรณ์ตรวจจับ ตัวอย่างเช่นกระจกวงรีจะสร้างภาพที่ยืดออกไปในทิศทางเดียว กระจกสี่เหลี่ยมส่งแสงออกมาจากส่วนกลางมาก
นี่คือวิธีที่แสงจะเข้าสู่กล้องโทรทรรศน์เว็บบ์
ความไวความละเอียดและความยาวคลื่นของกล้องโทรทรรศน์เว็บบ์
เวบบ์มีความไวมากจนสามารถตรวจจับความร้อนของผึ้งที่ระยะห่างของดวงจันทร์และสามารถดูรายละเอียดขนาดของเพนนีสหรัฐที่ระยะทางประมาณ 40 กม.
เวบบ์จะมองเห็นจักรวาลในแสงที่มองไม่เห็นตามนุษย์ แม้ว่าจะดูเหมือนแสงอินฟราเรดเป็นหลัก แต่ก็สามารถมองเห็นแสงสีแดงและสีทองได้เช่นกัน (ช่วงความยาวคลื่นของเวบบ์คือ 0.6 ถึง 28.5 ไมครอน)
การปรับใช้ Webb จะเกิดขึ้นได้อย่างไร?
ทีมกล้องโทรทรรศน์เว็บบ์ยังตัดสินใจที่จะสร้างกระจกในส่วนของโครงสร้างที่พับลงเพื่อให้พอดีกับจรวด กระจกจะเปิดหลังจากเปิดตัว: ส่วนกระจกรูปหกเหลี่ยม 18 ชิ้นแต่ละส่วนมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.32 ม. กระจกรองของเว็บบ์มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.74 ม.
https://www.youtube.com/watch?v=bTxLAGchWnA&feature=youtu.be
กล้องโทรทรรศน์เว็บบ์จะศึกษาอะไร
ดวงดาวและกาแลคซีดวงแรก
ด้วยความไวต่อแสงอินฟราเรดอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน มันจะมองย้อนกลับไปกว่า 13.5 พันล้านปีในเวลาที่ได้เห็นกาแล็กซีแรกที่เกิดหลังจากบิกแบง
กาแลคซีรวมตัวกันอย่างไร
เวบบ์จะช่วยให้นักดาราศาสตร์เปรียบเทียบกาแล็กซีที่จางที่สุดและเร็วที่สุดกับเกลียวและวงรีที่ยิ่งใหญ่ในปัจจุบันช่วยให้เราเข้าใจว่ากาแล็กซีรวมตัวกันอย่างไรในช่วงหลายพันล้านปี
กำเนิดดวงดาวและระบบดาวเคราะห์
เวบบ์จะสามารถมองเห็นผ่านกลุ่มฝุ่นขนาดใหญ่ที่ทึบแสงไปจนถึงหอสังเกตการณ์แสงที่มองเห็นได้เช่นฮับเบิลที่ซึ่งดวงดาวและระบบดาวเคราะห์ถือกำเนิดขึ้น
ดาวเคราะห์นอกระบบ
เว็บบ์จะบอกเราเพิ่มเติมเกี่ยวกับบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะและบางทีอาจพบสิ่งมีชีวิตในที่อื่น ๆ ในจักรวาล นอกจากระบบดาวเคราะห์อื่น ๆ แล้วเว็บบ์ยังจะศึกษาวัตถุในระบบสุริยะของเราเอง
งานชิ้นแรกของเว็บบ์: เขาจะศึกษาดาวพฤหัสบดีวงแหวนและดวงจันทร์ที่น่าสนใจสองดวง
ทีมงานที่หลากหลายกว่า 40 คนนักวิจัยนำโดยนักดาราศาสตร์ Inke de Pater จาก University of California, Berkeley และ Thierry Fouche จาก Paris Observatory ได้พัฒนาโปรแกรมการสังเกตการณ์ที่มีความทะเยอทะยานซึ่งจะทำการสังเกตการณ์ทางวิทยาศาสตร์ครั้งแรกของ Webb ในระบบสุริยะ พวกเขาจะศึกษาดาวพฤหัสบดีระบบวงแหวนและดวงจันทร์สองดวง ได้แก่ แกนีมีดและไอโอ
มันจะเป็นการทดลองที่ยากจริงๆนักวิทยาศาสตร์เน้น ดาวพฤหัสบดีสว่างมากและเครื่องมือของเว็บบ์มีความอ่อนไหวมากจนการสังเกตดาวเคราะห์ที่สว่างวงแหวนและดวงจันทร์ที่อ่อนแอกว่าจะเป็นการทดสอบเทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมของเว็บบ์
ดาวพฤหัสบดีและพายุของเขา
นอกเหนือจากการสอบเทียบเครื่องมือ Webb สำหรับความสว่างของดาวพฤหัสบดีนักดาราศาสตร์ต้องคำนึงถึงการหมุนของดาวเคราะห์ด้วยเพราะดาวพฤหัสบดีสร้างวันเดียวเสร็จในเวลาเพียง 10 ชั่วโมง ต้องเย็บภาพหลายภาพเข้าด้วยกันในภาพโมเสคเพื่อจับภาพพื้นที่เฉพาะอย่างสมบูรณ์ตัวอย่างเช่นพายุที่มีชื่อเสียงที่เรียกว่า Great Red Spot ซึ่งเป็นงานที่ซับซ้อนมากขึ้นเมื่อวัตถุกำลังเคลื่อนที่ ในขณะที่กล้องโทรทรรศน์จำนวนมากได้ศึกษาดาวพฤหัสบดีและพายุ แต่กระจกขนาดใหญ่และเครื่องมืออันทรงพลังของเว็บบ์จะให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ ๆ
พายุไซโคลนล้อมรอบเสา N ของดาวพฤหัสบดีซึ่งจับด้วยอินฟราเรดโดยยานอวกาศ Juno ของ NASA
เครดิต: NASA / JPL-Caltech / SwRI / ASI / INAF / JIRAM
เวบบ์จะสำรวจบรรยากาศของขั้วโลกด้วยที่ซึ่งยานอวกาศ Juno ของ NASA ค้นพบกลุ่มของพายุไซโคลน ข้อมูลสเปกโทรสโกปีของเว็บบ์จะให้รายละเอียดมากกว่าที่เป็นไปได้จากการสังเกตการวัดลมอนุภาคเมฆองค์ประกอบของก๊าซและอุณหภูมิก่อนหน้านี้
วงแหวนของดาวพฤหัสบดี
ก๊าซยักษ์ทั้งสี่ของดาวเคราะห์สุริยะระบบมีวงแหวนโดยดาวเสาร์เป็นดวงที่โดดเด่นที่สุด ระบบวงแหวนของดาวพฤหัสบดีประกอบด้วยสามส่วน: วงแหวนหลักแบน รัศมีภายในวงแหวนหลักในรูปแบบของเลนส์นูนคู่ และวงแหวนบาง ๆ ที่อยู่ภายนอกวงแหวนหลัก ระบบวงแหวนของดาวพฤหัสบดีนั้นอ่อนแอมากเนื่องจากอนุภาคที่ประกอบเป็นวงแหวนมีขนาดเล็กและหายากมากจนไม่สะท้อนแสงมากนัก ใกล้ความสว่างของดาวเคราะห์พวกมันเกือบจะหายไปซึ่งท้าทายนักดาราศาสตร์
ยานอวกาศกาลิเลโอของนาซ่าได้ถ่ายภาพระบบวงแหวนของดาวพฤหัสบดีรวมถึงวงแหวนบาง ๆ ที่กระจายอยู่ภายนอก
หน่วยกิต: NASA / JPL / Cornell University
ดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดี - Ganymede
คุณสมบัติหลายประการของ Ice Ganymede ทำมันน่าตื่นเต้นสำหรับนักดาราศาสตร์ นอกจากจะเป็นดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะและมีขนาดใหญ่กว่าดาวพุธแล้วยังเป็นดวงจันทร์เพียงดวงเดียวที่มีสนามแม่เหล็กเป็นของตัวเอง ทีมงานกำลังสำรวจส่วนนอกสุดของชั้นบรรยากาศของแกนีมีดซึ่งเป็นภายนอกอวกาศเพื่อทำความเข้าใจปฏิสัมพันธ์ของดวงจันทร์กับอนุภาคในสนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดีให้ดีขึ้น
นอกจากนี้ยังมีหลักฐานว่าแกนีมีดอาจมีมหาสมุทรทะเลเค็มเหลวอยู่ใต้พื้นน้ำแข็งหนาซึ่งเว็บบ์จะสำรวจด้วยการศึกษาสเปกโตรสโคปีโดยละเอียดเกี่ยวกับเกลือพื้นผิวและสารประกอบอื่น ๆ ประสบการณ์ของกลุ่มที่ศึกษาพื้นผิวของแกนีมีดอาจเป็นประโยชน์ในการศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับดาวเทียมอื่น ๆ ของระบบสุริยะที่เป็นน้ำแข็งซึ่งสันนิษฐานว่ามีมหาสมุทรใต้พื้นผิวรวมถึงดวงจันทร์เอนเซลาดัสของดาวเสาร์และดวงจันทร์ยูโรปาของดาวพฤหัสบดี
ดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดี - ไอโอ
ซึ่งแตกต่างจากแกนีมีดดาวเทียมอีกทีมจะสำรวจไอโอซึ่งเป็นโลกที่มีการระเบิดของภูเขาไฟมากที่สุดในระบบสุริยะ พื้นผิวพลวัตถูกปกคลุมไปด้วยภูเขาไฟขนาดใหญ่หลายร้อยลูกซึ่งจะทำให้เกิดการปะทุขึ้นบนโลกเช่นเดียวกับทะเลสาบลาวาที่หลอมละลายและพื้นที่ราบราบเรียบของลาวาที่แข็งตัว นักดาราศาสตร์วางแผนที่จะใช้เวบบ์เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับผลกระทบของภูเขาไฟไอโอที่มีต่อชั้นบรรยากาศ
ความลึกลับอีกประการหนึ่งที่ Webb จะพิจารณาเกี่ยวกับ Ioคือการดำรงอยู่ของ "ภูเขาไฟที่ซ่อนอยู่" ที่ปล่อยไอพ่นก๊าซโดยไม่มีฝุ่นสะท้อนแสงที่ยานอวกาศตรวจจับได้เช่นภารกิจยานวอยเอเจอร์และกาลิเลโอของนาซ่าจึงยังไม่มีใครสังเกตเห็น ความละเอียดเชิงพื้นที่สูงของเว็บบ์จะเน้นภูเขาไฟแต่ละลูกที่ก่อนหน้านี้มีลักษณะเหมือนฮอตสปอตขนาดใหญ่ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถรวบรวมข้อมูลโดยละเอียดเกี่ยวกับธรณีวิทยาของ Io ได้
ยานอวกาศกาลิเลโอของ NASA จับไอโอได้ท่ามกลางภูเขาไฟระเบิด
เครดิต: NASA / JPL / DLR
Webb จะให้ข้อมูลที่ไม่เคยมีมาก่อนอุณหภูมิของฮอตสปอตของ Io และตรวจสอบว่าพวกมันเข้าใกล้ภูเขาไฟบนโลกมากขึ้นหรือไม่หรือมีอุณหภูมิที่สูงขึ้นมากคล้ายกับสภาพแวดล้อมบนโลกในช่วงปีแรก ๆ หลังจากการก่อตัว ข้อสังเกตก่อนหน้านี้เกี่ยวกับภารกิจกาลิเลโอและหอสังเกตการณ์บนพื้นดินบ่งบอกถึงอุณหภูมิที่สูงเหล่านี้ เว็บบ์จะทำการวิจัยต่อไปและให้หลักฐานใหม่ที่อาจช่วยแก้ปัญหาได้
อ่านยัง
นักดาราศาสตร์พบที่ที่ดีที่สุดในโลกสำหรับกล้องโทรทรรศน์
สเปนและสหราชอาณาจักรบันทึกอุณหภูมิสูง
เยอรมนีห้ามหลอดพลาสติกที่ใช้แล้วทิ้งเครื่องใช้และเครื่องใช้