웹 망원경, 14년간의 추측 끝에 드디어 발사됐다

14년의 기다림 끝에 드디어 발사된 웹 망원경

제임스 웹 망원경은 두 가지 주요 임무를 가지고 있다. 또 다른 하나는 별 주위를 도는 행성을 찾고 있습니다. 웹 망원경이 14년의 기다림 끝에 드디어 발사됐다. 14년의 기다림 끝에 드디어 웹망원경이 발사됐다 1

방금 제임스 웹 우주망원경(JWST, 국립천문과학데이터센터 기준, 표준번역은 '웹 우주망원경')이 발사됐다. 우주로. 세계에서 가장 믿을 수 있는 대형 화물 발사체 중 하나로 알려진 아리안 5호 로켓은 프랑스령 기아나에 있는 쿠루 우주 센터의 저위도가 가져온 높은 회전 속도의 도움으로 천천히 상승했습니다. 그 공간으로 날아가세요.

JWST의 부상과 함께 수많은 천문학자들과 천문학 마니아들의 설렘도 함께 존재한다. JWST의 출범은 2007년에서 현재로 미뤄져 100억 달러에 가까운 비용이 당시 예상했던 5억 달러를 훨씬 웃돌고 있다. 많은 독자들에게 '제임스 웹'이라는 이름은 오래전부터 기억 속에 떠올랐던 것 같다. JWST 구축은 참으로 긴 여정입니다.

허블우주망원경(HST)은 1990년에 발사됐지만 우주망원경과학연구소(STScI)에서는 허블의 후계자에 대한 논의가 1989년부터 발사됐다. 1996년에 그들은 차세대 망원경은 주경 직경이 4미터 이상인 적외선 망원경이 되어야 한다고 믿었습니다. 2002년 과학팀 선정, 2004년 건설 착공, 2005년 발사 장소 선정, 2011년 18개의 주경 제작, 2013년 선바이저 제작, 2015년 광학 부품 조립, 2017년 테스트, 전체 조립은 2018년 테스트에서 완료되었으며 최종 출시는 2021년입니다. 그러나 기다려온 사람들에게는 그 모든 것이 그만한 가치가 있을 것이며 JWST의 과장된 매개변수는 허블의 후계자라는 타이틀에 걸맞게 만들기에 충분합니다.

허블의 후계자

JWST 주 거울은 직경이 6.5m이고 베릴륨 렌즈 18개로 구성되어 있으며 각 조각의 직경은 1.32m이고 무게는 20kg에 불과합니다. 금속 베릴륨을 메인 미러 소재로 선택한 이유는 베릴륨이 가볍고 강하며, 저온 환경에서도 형태를 유지할 수 있기 때문입니다. 일반 거울은 물체의 원래 색상을 완전히 복원할 수 있어야 하지만 JWST의 렌즈는 분명히 노란색입니다. 이는 거울 표면에 700개의 금 원자가 코팅되어 있어 렌즈의 적외선 반사 능력이 향상되기 때문입니다. JWST의 주요 관찰은 적외선입니다. 엄밀히 말하면 JWST 관측의 파장 범위는 주황색의 600나노미터에서 원적외선의 28.5미크론까지 확장됩니다.

JWST, 허블, 스피처 관측대 비교 (이미지 출처 : webb 우주 망원경 미디어 키트/NASA)

적외선 관측은 귀찮네요 뭐, 흑체 복사로 인해 300켈빈 정도의 모든 물체는 적외선을 방출합니다. 그러므로 망원경을 냉각시켜야 합니다. 태양계에서 가장 큰 열원은 태양이고, 주 거울은 태양으로부터 격리되어야 합니다. 그래서 과학자들은 JWST를 위해 5겹의 차양을 설계했습니다. 각 층의 크기는 약 21m x 14m이지만 그 수는 몇 개에 불과합니다. 12 마이크론 두께: 가장 바깥쪽 레이어는 50 마이크론이고 나머지 4개 레이어는 25 마이크론입니다. 태양을 바라보는 쪽의 바이저 온도는 최대 125°C까지 올라가고, 메인 미러 쪽의 온도는 -235°C까지 낮아질 수 있습니다. 일반적인 자외선 차단제 제품의 기준에 따르면, 이 5겹 선바이저의 SPF 계수는 최대 100만이며, 이는 태양 복사의 영향을 원래의 100만분의 1로 줄일 수 있습니다.

우리가 적외선 대역에서 관찰하기 위해 이토록 많은 어려움을 극복해야 하는 이유는 초기 우주의 빛이 수백억 년 동안 적색편이를 겪은 지 오래되어 적외선이 되었기 때문이다. 동일한 파장에서 망원경의 직경이 클수록 공간 분해능이 높아집니다. 광학 대역에서 JWST의 분해능은 6.5미터 직경으로 이론적으로 전례 없는 감도를 제공합니다. 지구와 달만큼 멀리 떨어진 꿀벌의 적외선을 감지할 수 있습니다. JWST에는 기존 카메라 외에도 분광기와 코로나그래프도 탑재되어 있어 보다 과학적인 데이터를 얻을 수 있습니다. 지구와 달의 빛 간섭을 피하기 위해 라그랑주점 L2 부근까지 도달하고 최적의 관측 환경을 확보하기 위해 망원경 전체의 무게를 미니버스 수준인 6.2톤으로 제한했다.

접이식 망원경

물론 망원경을 하늘로 발사하려면 무게를 줄이는 것만으로는 충분하지 않습니다. JWST는 그렇게 큰 구조물을 수용할 수 없습니다. 접이식. , 이는 더 많은 어려움을 가져옵니다. JWST의 주경, 부경, 5단 선바이저, 클리셰 태양광 패널은 모두 접이식입니다.

접혀서 Ariane 5 페어링에 배치된 JWST의 개략도(사진 출처: webb 우주 망원경 미디어 키트/NASA)

포장된 상태에서 완전히 펼쳐지는 것은 복잡한 과정입니다. JWST는 출시 직후 태양광 패널을 켜서 에너지를 수확할 예정입니다. 그 후 JWST는 아리안 5호가 L2 지점 근처의 궤도로 직접 보낼 수 없기 때문에 궤도를 여러 번 수정합니다. 이로 인해 망원경의 광학 구성 요소가 햇빛에 노출되어 손상을 입을 수 있습니다. 발사 후 2.5일 후에 JWST는 2개의 선실드 브래킷을 배치한 다음 망원경의 이동식 타워 어셈블리가 펼쳐져 JWST의 광학 부분을 다른 부분과 분리하여 5겹의 선실드를 위한 공간을 제공합니다. 5개 레이어의 바이저가 모두 출시 후 일주일 이내에 배포됩니다. 보조 및 기본 미러는 두 번째 주에 배포됩니다. JWST는 발사 후 29일 최종 기동을 수행해 달 궤도 밖, 지구에서 약 150만km 떨어진 L2 지점 궤도에 진입하게 된다. JWST는 지구의 중력의 도움을 받아 태양 주위를 회전하게 된다.

그 후에도 JWST는 여전히 작동을 시작할 수 없으며 오랜 냉각 시간이 시작됩니다. 바이저의 어두운 면은 그로부터 약 3주 후에 약 40켈빈까지 냉각되며, JWST의 MIRI 장비는 7켈빈까지 냉각되기 위해 추가 냉매가 필요합니다. 그 후 망원경은 변형 과정에서 발생한 오류를 수정합니다. 주경과 부경은 발사 후 4개월 동안 디버깅됩니다. 이때 위치 배열의 오류는 관측 파장보다 작아집니다. 나노미터. JWST는 몇 달 간의 디버깅과 테스트를 거쳐 출시 후 약 반년 후에 공식적인 과학적 관찰을 시작하여 초기 우주의 비밀을 밝혀줄 것입니다.

과학적 목표

JWST는 인류가 우주에서 형성된 최초의 은하를 찾는 데 도움을 주고, 우주 암흑기 이후 재이온화 시대의 비밀을 밝힐 수 있습니다. 적색 편이 효과로 인해 우주 관찰을 위해 서로 다른 파장의 빛을 선택하는 것은 마치 타임머신에 앉아 있는 것과 같습니다. 관측 파장을 단축함으로써 JWST는 우주의 여러 단계를 관찰하고 우주에서 은하와 별이 어떻게 진화했는지 연구할 수 있습니다. 우주는 수백억년에 걸쳐 역사 속에서 진화해왔습니다. 또한 외계 행성의 대기 구성을 분석하고 태양계의 다른 구성원에 대한 보다 명확한 사진을 찍는 데 도움이 될 수 있습니다.

이러한 과학적 목표는 허블의 작업처럼 들리는데, 이것이 JWST가 허블의 후속작으로 불리는 이유 중 하나입니다. 허블 우주 망원경은 우주에 대한 인류의 이해에 혁명을 일으켰고 우리에게 수많은 충격적인 사진을 가져왔습니다. JWST는 우주를 더 깊이 볼 수 있고, 광대한 시공간을 꿰뚫어 볼 수 있으며, 우주의 먼지 뒤에 숨겨진 모든 비밀을 드러낼 수 있습니다.

인류에 큰 공헌을 한 망원경인 허블, 케플러, TESS처럼 JWST 데이터도 미쿨스키 우주망원경 아카이브(MAST)에 저장되어 전 인류가 이용할 수 있게 될 것입니다.

JWST의 복잡한 구조는 전례 없는 기술적 어려움을 가져옵니다. 북미와 유럽의 14개국에서 수천 명의 과학자, 엔지니어 및 기술자가 4천만 시간 이상 JWST를 개발하느라 바빴습니다. JWST에서 달성한 성과는 열 스위치, 경량 저온 렌즈, 냉동 기술, 적외선 센서 등 셀 수 없이 많습니다. 모든 구성 요소 뒤에 응축된 땀은 셀 수 없이 많습니다.

그러나 복잡한 구조로 인해 오류가 발생할 확률이 매우 높습니다. 테스트 중에 JWST에서는 실패할 수 있는 지점이 344개로 나타났습니다. 발사 후 JWST의 궤도는 달 궤도를 벗어났기 때문에 인간이 수리할 가능성은 없습니다. 이것이 바로 JWST에 관해 모두가 조심스러운 이유입니다. 지난 몇 달 동안 JWST의 출시 시간은 12월 초에서 크리스마스 날로 천천히 연기되었습니다. 이것은 로맨틱한 우연의 일치입니다. 스타를 사랑하는 이들에게 JWST는 최고의 크리스마스 선물이기 때문입니다.

허블 우주 망원경의 출처: NASA

14년 동안 "비둘기"

제임스 웹 우주 망원경은 NASA에서 관리했습니다. 1960년대 아폴로 프로그램을 감독했던 직원 중 한 명인 James E. Webb의 이름을 따서 명명되었습니다. 거의 20년 전인 2002년에 Webb의 이름은 원래 예산이 5억 달러로 책정되어 2007년에 출시될 예정인 "차세대 우주 망원경" 프로그램에 처음 사용되었습니다. 그러나 여러 가지 이유로 조립이 2019년 8월 28일에야 완료되었고, 발사일은 이 적외선 우주 망원경의 예상 수명보다 길어진 14년 후인 오늘로 연기되었습니다. 원래 '웨버'의 예산은 5억 달러였지만 지금은 96억 6천만 달러, 올림하면 100억 달러가 넘는 예산이 투입돼 그야말로 '에이스'라 할 수 있다. 비둘기".

1. 웹망원경은 당초 계획대로 2014년 발사될 예정이었으나 예산 등의 문제로 이후 연기됐다.

2. 2017년 9월 NASA는 제임스 웹 우주 망원경의 발사 시기를 2018년 10월에서 2019년 3월과 6월 사이로 연기할 것이라고 밝혔습니다. 성명서는 Webb 망원경과 차폐판의 부피와 복잡성이 대부분의 탐지기보다 크다고 설명했습니다. 예를 들어 차폐판 분리 장치만 100개 이상 설치해야 하고 진동 테스트에도 시간이 더 오래 걸리기 때문입니다. 2019년 봄으로 연기되었습니다. 유럽의 Ariane 5 로켓을 사용하여 가이아나의 Kourou 우주 센터에서 발사되었습니다.

3. 2018년 3월 28일 NASA는 Webb이 2020년 이전에 출시되지 않을 것이라고 다시 발표했습니다.

4. 2018년 5월 6일 일련의 기술적 문제로 인해 JWST의 최신 출시일이 2020년으로 연기되었습니다.

5. 2018년 6월 29일 외신 보도에 따르면 허블 망원경의 '후계자'인 제임스 웹 망원경의 발사가 이르면 2021년 3월 30일로 연기될 예정이다.

6. 2021년 10월 12일 제임스 웹 우주 망원경이 남미 프랑스령 기아나에 성공적으로 도착했으며, 12월 18일 유럽 우주국의 아리안 5호 로켓에 실려 발사될 예정입니다. null.

7. 2021년 11월 22일, NASA는 제임스 웹 우주망원경의 발사 시기를 12월 18일에서 22일로 연기한다고 다시 한번 발표했습니다.

8. 2021년 12월 15일 웹망원경과 아리안 5호 로켓 사이의 통신문제 해결의 필요성으로 인해 발사가 이르면 12월 24일로 연기됐다(뒤에 2개가 있을 것으로 보인다). 및 2급).

9. 2021년 12월 22일 제임스 웹 우주망원경 JWST가 발사 준비 검토를 통과했으나 기상 문제로 인해 발사가 12월 25일로 연기됐다. 14년의 기다림 끝에 드디어 웹 망원경이 발사됐다 2

2021년 12월 25일 오후 7시 20분, 제임스 웹 망원경이 프랑스령 기아나의 쿠루 우주센터에서 아리안 로켓에 의해 발사됐다. .

웹 망원경이 발사를 N번이나 연기한 끝에 마침내 이륙했습니다.

이 망원경은 만들기가 정말 어렵고, 개발과 조립도 복잡하고, 궤도를 유지하는 것도 쉽지 않습니다.

망원경의 가장 중요한 지표 두 가지는 선명하게 볼 수 있다는 점과 멀리 볼 수 있다는 점이다.

그러나 거리를 측정하려면 두 지점의 삼각 측량이 필요합니다. 망원경은 한 지점에서 물체의 거리를 구분할 수 없으며 하나의 시야각만 볼 수 있습니다.

예를 들어 태양과 지구 사이의 거리는 1억 5천만 킬로미터이지만 달은 지구에서 불과 38만 킬로미터 떨어져 있습니다. 보는 각도가 동일하기 때문에 둘은 같은 크기로 보입니다. .

망원경의 해상도를 시야각으로 표현한 것을 각해상도라고도 합니다.

허블 망원경의 각분해능은 50각초입니다.

망원경의 각도 분해능.

망원경의 각도는 주로 망원경의 직경에 따라 결정됩니다.

과학적 측정에서 각도의 분할은 다음과 같습니다. 원은 360개의 각도를 가지며, 1각은 60호분, 1호분은 60호초, 1호초는 같습니다. 1000밀리초까지.

천문학자들이 망원경의 해상도를 계산하기 위해 사용하는 도스 한계 공식, R=11.6/D.

11.6은 관찰광의 파장과 관련된 값이고, R은 각도 분해능(아크초)이고, D는 망원경 렌즈의 직경(센티미터)입니다.

웹 망원경의 주 거울은 개방 직경이 6.5미터로, 이 공식을 따르면 해상도는 허블 망원경보다 3배 더 높습니다.

그러나 사실 망원경의 빛이 초점을 맞추는 방식도 망원경의 선명도에 영향을 미치게 됩니다.

제임스 웹 망원경은 왜 큰 우산처럼 이상하게 보일까요?

우리는 빛의 초점을 맞추는 두 가지 방법이 있다는 것을 알고 있습니다. 하나는 렌즈를 통해 굴절하는 것이고, 다른 하나는 렌즈의 반사를 통해 초점을 맞추는 것입니다.

그래서 망원경은 굴절망원경과 반사망원경으로 구분됩니다.

굴절 망원경은 렌즈의 두께가 일정하고 빛을 어느 정도 감쇠시키기 때문에 선명도에 영향을 줍니다.

반사망원경은 빛의 감쇠를 일으키지 않으며 굴절망원경보다 더 좋은 망원경입니다.

제임스 웹 망원경은 펼치면 우산처럼 보이는 것이 반사망원경이다.

출시가 반복적으로 연기되는 이유는 무엇입니까?

제임스 웹 망원경은 1996년 개발을 시작해 당초 2007년 발사 예정이었다.

전체 개발 과정이 너무 복잡하고, 그 과정에서 많은 문제가 생겨서 지금까지 연기하게 되었습니다.

개발계획 당초 예산은 5억 달러였으며 이후 투자를 거듭해 최종 완성비용은 96억 달러에 이르렀다.

망원경 본체의 무게를 줄이기 위해 메인 반사경은 금속 베릴륨으로 만들어졌습니다.

빛을 완벽하게 반사하기 위해서는 연마 정밀도가 10나노미터에 달해야 한다. 그리고 작동 중 메인 미러에서 발생하는 왜곡을 제어하기 위해 메인 미러 뒤에는 렌즈 어셈블리의 곡률을 측정하고 조절하는 7개의 전자 기기가 있습니다.

베릴륨은 매우 비싸고 독성이 강하므로 제조 과정에서 보호해야 하며 매우 조심스럽게 취급해야 합니다.

그러나 베릴륨은 밀도가 1.85에 불과하고 모든 금속 재료 중 비강도가 가장 높은 매우 우수한 물리적 특성을 가지고 있습니다.

비강도 순위 측면에서 베릴륨이 1위를 차지하고 티타늄, 알루미늄, 강철이 그 뒤를 따릅니다.

이 반사경은 위성 페어링에 장착하기 위해 18개로 접을 수 있는 형태로 설계됐으며, 우주 비행 후 펼칠 수 있다.

그러나 지상에 있을 때는 18개로 나누어서 따로 테스트를 했는데요, 우주에서 펼쳐지는 상황을 완벽하게 모사할 수 있는 방법이 없었기 때문에 이번 테스트에도 시간이 걸렸습니다. 장기.

당초 올해 10월 출시 예정이었지만 여러 차례 연기됐다.

이번 출시는 매우 신중하게 이루어져야 하고 처음에 성공해야 하기 때문에 또 문제가 발생하면 복구할 방법이 없습니다.

제임스 웹 망원경은 지구에서 150만km 떨어진 지구와 태양 사이의 라그랑지안 2점에 위치해 있다.

허블 망원경이 처음 우주로 발사되었을 때 별들이 흐려지고 근시가 되었는데 뭔가 문제가 있었습니다.

이후 수리를 받기까지 여러 차례 우주왕복선을 보내 수리를 했으나 허블망원경은 지구에서 불과 570km 떨어져 있었다.

현재 유인 우주선이 지구에서 150만km 떨어진 곳까지 날아갈 수 있는 방법은 없습니다.

지구에서 왜 이렇게 멀리 떨어져 있는 걸까요?

제임스 웹 망원경은 두 가지 주요 임무를 가지고 있는데, 하나는 우주의 가장자리를 관찰하는 것이고, 다른 하나는 별을 공전하는 행성을 찾는 것입니다.

두 관측 임무 모두 더 어두운 빛, 즉 적외선 대역의 빛을 찾는 것인데, 적외선을 더 많이 모으기 위해 반사 부분에 금층을 코팅해 두었기 때문이다. 황금색으로 보입니다.

우리는 우주의 가장자리에서 우주의 급격한 팽창으로 인해 138억 광년 떨어진 은하들이 지구로부터 멀어지고 있다는 것을 알고 있으며, 그 속도는 거리가 빛의 속도에 가깝기 때문에 방출되는 빛은 적색 편이로 인해 매우 어두워집니다.

우주의 가장자리에는 빅뱅 직후 우주의 진정한 모습이 놓여 있다.

빅뱅은 진짜인가? 아니면 단지 인간의 상상일 뿐인가? 이것은 인간이 가장 알고 싶어하는 것 중 하나입니다.

제임스 웹 망원경은 이 비밀을 밝히는 임무를 맡고 있습니다.

희미한 빛을 받는 장비는 매우 민감해야 하며 절대 영도에 가깝게 냉각되어야 합니다.

따라서 제임스 웹 망원경은 지구의 열원으로부터 멀리 떨어져 있어야 함과 동시에 태양열로부터도 보호되어야 하므로 망원경 본체는 반드시 거대한 파라솔 뒤에 숨겨져 있습니다.

제임스 웹 망원경의 관측 대역은 주로 0.6~28.3미크론의 주파수 대역이다. 일련의 고급 측정을 채택한 후 관측 정확도는 허블 망원경의 10배에 도달할 수 있습니다.

망원경은 라그랑지안 2점에 고정되어 지구와 정확히 동기되어 태양을 공전하며 지구와 일정한 통신 거리를 유지할 수 있다.

두 라그랑주점 주위의 궤도도 매우 특별합니다.

두 개의 라그랑주 점은 불안정한 평형점입니다. 망원경은 두 개의 라그랑주 점 주위에서만 원을 그리며 이동할 수 있습니다. 이 궤도를 후광 궤도라고 합니다.

우리나라가 발사한 창어 4호가 달 뒷면에 착륙한 것은 지구와 달의 라그랑주 두 지점을 달리는 퀘차오 중계위성에 의존했다. 릴레이 통신을 수행합니다.

퀘차오 중계위성도 같은 궤도에 있다.

이 궤도는 지속적으로 유지되어야 하는 매우 복잡한 3차원 표면이다.

이전에 출시된 모든 망원경은 이렇게 복잡한 궤도 유지 관리가 필요하지 않습니다.

따라서 100억 달러를 쓰고 나면 100% 성공하거나 낭비가 될 수 있으니 주의가 필요하다.

포커 용어로 말하면 스터드인데 모든 것이 이것에 달려있습니다.

웹 망원경이 14년의 지연 끝에 드디어 발사됐다3

2021년 12월 25일은 인류 우주비행 역사상 역사적인 순간이 될 운명이다. '에이스 비둘기'로 불리는 제임스 웹 우주망원경이 마침내 ESA 아리안 5-ECA 로켓을 타고 성공적으로 발사돼 150만km 떨어진 '태양-지구 라그랑주 2 지점'으로의 여행을 시작했다.

웹 망원경 출시 (사진 출처 : NASA)

현재까지 세계에서 가장 비싼 망원경은 얼마나 비쌀까?

20개국의 25년간의 투자와 수만 명의 과학자들의 협력으로 역사상 가장 비싼 우주선이 탄생했습니다.

얼마나 비싼가요?

현재 제임스 웹 우주망원경(이하 제임스 웹)의 운영비와 과학연구비 등을 포함해 총 자금은 100억 달러를 넘을 것으로 예상된다.

질량이 6.5톤에 불과한 점을 고려하면 단가는 1그램당 1만 위안을 넘는다는 뜻이며, 이는 금단가의 20배가 넘는다!

우주전함 같은 모습의 제임스 웹(사진출처:NASA)

제임스 웹은 어떤 특별한 임무를 맡아 이토록 많은 나라를 여행할 수 있을까? 그토록 많은 인력, 물적, 재정적 자원을 쏟아 부었나요? 그것은 인류에게 무엇을 가져올 수 있습니까?

당신이 비싼 이유는 ​​베버의 관찰 능력이 그의 전임자들보다 훨씬 뛰어나기 때문이다

우주는 다양한 전자파와 고에너지 입자로 가득 찬 시끄러운 세계이다. 역사는 숨겨져 있고, 인류의 미래는 물론 태양계의 미래까지 암시하기도 합니다.

망원경의 경우 가시광선부터 적외선 주파수 범위가 관찰의 초점이며, 특히 빅뱅 이후 남겨진 적외선을 추적하는 것은 138억년 동안 우주에 전파되어 왔으며 그 근원적인 신비를 담고 있다. 우주의.

그러나 지구의 대기, 자기장, 인간 활동 등의 요인으로 인해 지구는 전형적인 '정보 누에고치'가 되었습니다. 광대한 전자기 주파수 대역에서 아주 작은 부분만이 지구 표면에 성공적으로 도달하여 망원경으로 관찰할 수 있으며 나머지 부분은 거의 완전히 보호됩니다.

지구 표면에서 관찰되는 전자파의 스펙트럼 창의 투명도는 실제 효과적인 관찰을 위한 창은 극히 작습니다(이미지 출처: 위키피디아)

이 문제를 해결하십시오. 방법은 단 하나입니다. 망원경을 지구 밖으로 보내는 것입니다.

이번에 지구 밖으로 보내진 제임스 웹의 관측 대역은 망원경마다 임무가 다른데, 주로 파장 0.6~28.3미크론의 주황색 빛부터 적외선 주파수 대역에 초점을 맞춘다. 더 큰 조리개와 일련의 새로운 기술은 허블, 스피츠, 허셜과 같은 잘 알려진 우주 망원경인 이전 모델보다 훨씬 뛰어난 관측 능력을 가져왔습니다.

예를 들어, 더 희미하고 오래된 물체를 볼 수 있고, 심지어 우주 최초의 은하 형성의 흔적을 추적할 수도 있습니다. 일단 작동되면 적외선 천문학에 대한 인간의 연구를 크게 향상시킬 것입니다.

전례없는 가격과 획기적인 중요성으로 인해 이 망원경은 NASA(미국항공우주국)의 제2대 행정관인 제임스 웹의 이름을 따서 명명된 것이 '명예'입니다. 제임스 웹(James Webb)은 1961년부터 1968년까지 복무했으며 가장 영광스러운 시기에 NASA를 이끌었습니다. 이 기간 동안 NASA는 전례 없는 재정 지원을 받아 머큐리 프로젝트, 제미니 프로젝트, 아폴로 달 착륙 프로젝트, 파이오니어 프로젝트, 마리너/보이저 프로젝트 등 일련의 대규모 프로젝트 개발을 촉진했을 뿐만 아니라 , 또한 항공우주 분야에서 미국의 발전에 기여했습니다. 해당 분야의 인재와 기술 우위를 위한 탄탄한 기반을 마련했습니다.

100억 달러가 들었는데 그 돈은 다 어디에 쓰였나?

100억 달러는 많은 금액처럼 보이지만, 사실 제임스 웹과 같은 최고 수준의 망원경을 개발하는 프로젝트에는 적어도 모두가 상상하는 것처럼 그리 넉넉한 금액은 아니라고 할 수 있습니다. . 방법은 없습니다. 최첨단 과학 연구는 "돈을 태운다"는 것입니다.

제임스 웹은 더 나은 관찰 능력을 얻기 위해 모든 면에서 업그레이드와 업데이트를 해왔다고 할 수 있다.

1. 대구경 렌즈

광학 및 적외선 망원경의 핵심은 렌즈입니다. 렌즈의 직경은 관찰 능력에 비례하지만 비용도 더 많이 듭니다. 기존의 가장 큰 허블 망원경에 비해 제임스 웹 망원경의 렌즈 직경은 2.4m에서 6.5m로 늘어났고 집광 면적도 4.5m2에서 25.4m로 늘어났습니다.

구경 증가로 인한 전체적인 난이도와 비용 증가는 선형적인 성장 관계가 아니라는 점에 유의해야 합니다. 이것만으로도 제임스 웹의 예산이 허블의 예산을 훨씬 초과한다는 것을 직접적으로 확인할 수 있습니다.

인간의 크기 비교, 허블 망원경 주경과 제임스 웹 주경 (이미지 출처 : NASA)

렌즈가 너무 커서 전반적인 제조는 실패 위험이 높고 재료비가 극도로 높을 뿐만 아니라 필연적으로 기존 인간 로켓의 발사 능력을 훨씬 뛰어 넘는 전체 품질과 볼륨의 증가로 이어질 것입니다. 따라서 James Webb은 거울 디자인을 위해 18개의 동일한 육각형으로 구성된 접합 솔루션을 선택했습니다. 이 육각형은 발사 중에 접힌 다음 우주에 진입한 후 함께 접합됩니다.

2. '기적의' 거울 소재

제임스 웹은 제조, 출시, 작업 과정에서 완전히 다른 온도 환경에 직면해야 합니다. 특히 핵심 장치의 작동 온도는 절대 영도에 매우 가깝고 미러 재료에 대한 요구 사항은 매우 높기 때문에 높은 굽힘 강성, 우수한 열 안정성, 높은 열 전도성, 높은 반사율, 낮은 밀도가 필요합니다. , 온도 변형이 동시에 발생하는 특징은 작은 크기와 비활성 특성을 포함합니다.

정확도 요구 사항 측면에서 최종 렌즈 성형의 제조 및 가공 정확도는 10나노미터에 도달해야 합니다. 이 요구 사항에서 허용되는 오차는 A4 용지 두께의 1만분의 1에 해당합니다! 또한 공간 진입 후 전반적인 접합 정확도와 렌즈 자세 제어도 동일한 수준에 도달해야 합니다.

위 요구 사항을 바탕으로 제임스 웨버는 알칼리 토금속 베릴륨을 렌즈의 주요 재료로 선택했습니다. 10나노미터는 수십 개의 베릴륨 원자를 나란히 배치한 너비와 같습니다. 이는 "초자연적" 수준에 가까운 프로세스 요구 사항입니다.

3. 열을 막아주는 '태양광 우산'

지구에서 멀리 떨어져 있다고 해서 지구의 간섭을 완전히 없앨 수 있는 것은 아니다. 제임스 웹도 마찬가지다. 햇빛과 지구의 반사광을 향하게 합니다. /열복사로 인한 간섭. 이를 위해서는 열로부터 보호하기 위해 등에 커다란 '태양광 우산'을 짊어져야 하고, 능동 냉각 시스템을 사용해 핵심 부품의 작업 환경을 절대 영도에 가까운 상태로 유지해야 한다.

선바이저는 총 5겹으로 구성되어 있으며 이를 정확하게 열어야 합니다(사진 출처: NASA)

설계 요구 사항에 따르면 이는 우산은 섭씨 300도 이상의 온도 차폐 효과를 제공해야 합니다. 이는 한쪽은 고온 튀김, 다른 쪽은 얼음과 눈에 해당합니다. 재료의 각 층은 주로 폴리이미드, 실리콘 필름 및 알루미늄 필름으로 구성됩니다. 첫 번째 층의 두께는 사람의 머리카락 직경보다 작은 50 마이크론에 불과하고 중간 층은 25 마이크론에 불과합니다.

더 큰 어려움은 아직 오지 않았습니다. 이 '태양 우산'을 어떻게 원활하게 펼칠 수 있을까요?

'태양 우산'의 각 층은 약 300 평방 미터의 면적을 차지하며 발사 중에는 로켓에 채워져 우주에 진입 한 후 격렬하게 진동합니다. 레이저 유도에 따라 층별로 운반됩니다. 그 어려움은 상상할 수 있습니다. 이것은 의심할 여지 없이 인류 역사상 가장 강력한 바이저입니다.

전반적으로 James Webb은 가장 진보된 기술을 요구하며 모든 종류의 연구 개발은 백업도 대량 생산도 하지 않는 "고아 제품"이며 성공률 100을 보장해야 합니다. 또한, 매우 비용이 많이 드는 일련의 테스트 및 유지 관리도 거쳐야 합니다. 이러한 요인들이 합쳐져 예산은 빠르게 100억 달러 수준으로 늘어났습니다.

제임스 웹의 공식 포스터 (이미지 출처 : NASA)

'쿠쿠쿠'처럼 보이지만 실제로 성공하려면 용기가 필요합니다 단번에

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허블 망원경이 우주에서는 멀리 떨어져 있지만 지구 표면에서 약 575km 떨어져 있다고 할 수 있다는 것은 우리 모두가 알고 있는 사실입니다. 지구에 "가까이". 그렇다면 왜 제임스 웹은 허블 망원경처럼 지구에 더 가까이 접근할 수 없습니까?

지구도 모든 물체와 마찬가지로 열원이기 때문에 끊임없이 햇빛을 반사하고 적외선을 방출하지 않으면 계속 따뜻해지기 때문입니다. 따라서 우주에서도 지구 근처에는 필연적으로 탈출하는 공기 분자와 성간 먼지가 있으며, 이는 여전히 우주 망원경에 일정한 영향을 미칠 것입니다. 이러한 효과는 보다 정교한 James Webb의 경우 특히 두드러졌습니다. 그러므로 자신의 탄생지인 지구로부터 멀리 떨어져 있도록 최선을 다해야 합니다.

하지만 지구에서 '탈출'한 후에도 모든 것이 괜찮지는 않습니다. 복잡한 중력의 세계로 들어가면 우주선은 태양, 지구, 달, 심지어 우주의 모든 것의 중력의 영향을 받게 되어 궤도를 안정시키기 어렵게 됩니다. 질량과 부피가 큰 망원경의 경우 궤도를 유지하기 위해 엔진을 자주 작동하면 발사 중에 많은 양의 추진제를 운반해야 할 뿐만 아니라 관측 품질에도 큰 영향을 미칩니다.

따라서 위 요구사항 사이에서 균형을 찾아야 합니다. 장단점을 따져본 후, 과학자들은 태양-지구 중력 균형의 라그랑지안 2 지점을 제임스 웹의 작업 위치로 선택했습니다. 지구로부터의 거리는 150만 킬로미터(달은 지구에서 불과 38만 킬로미터) 떨어져 있어 지구의 열과 먼지 발생원의 간섭으로부터 멀리 떨어져 있으며 온도는 영하 220도까지 낮아 충족할 수 있습니다. 망원경의 전체 작동 온도 및 환경 요구 사항. 또한, '태양-지구 라그랑지안 2점'에서는 태양과 지구의 두 중력원이 조화로운 위치에 있으며, 동시에 근처의 우주선을 끌어당겨 태양 주위를 안정적으로 이동시키는 데 필요한 궤도 유지 비용도 발생한다. 우주선은 매우 낮습니다.

그러나 이는 제임스 웹에게 또 다른 큰 도전을 가져왔습니다. 이렇게 먼 거리에 문제가 있으면 인간이 수리하는 것이 불가능하다는 것입니다. 이는 실수 없이 일회성 성공을 요구하는 '원샷 거래'가 된다는 의미이기도 하다.

이것은 허블 망원경과 뚜렷한 대조를 이룬다. 허블이 발사된 후 일련의 문제가 발생했습니다. 따라서 1993년부터 2009년까지 인간은 다섯 번의 엄청난 비용이 드는 우주 왕복선 임무를 통해 허블을 계속 유지하고 개선했으며, 이를 통해 허블은 오늘날 세계적으로 유명한 성과를 달성할 수 있었습니다.

요즘 우주왕복선은 완전히 퇴역했고, 인간 역시 우주에서 대형 우주선을 수리할 수 있는 능력을 상실했다. 그러나 우주왕복선이 다시 나가더라도 '태양-지구 라그랑주 2점'에는 갈 수 없다. 결국 허블의 작업 위치는 지구에서 불과 수백 킬로미터 떨어져 있는데, 이는 제임스 웹과 지구 사이의 150만 킬로미터와는 전혀 다른 개념이다.

일부 제임스 웨버가 비둘기를 계속하는 중요한 이유이기도 하다. 한 번 시작하면 단 한 번의 실수도 용납되지 않는다.

허블 우주망원경의 경우 NASA 행정관이 6번의 우주왕복선 임무를 수행하고 막대한 대가를 치렀습니다. (사진출처: 작가 직접 제작)

따라서 로켓 발사를 담당하는 유럽 우주국에게 이번 성공은 의심할 여지 없이 수년 동안 긴장했던 발사팀의 신경이 풀릴 수 있다는 사실에 의심의 여지가 없습니다. 결국 이는 수많은 사람들의 수십 년간의 노력이 담긴 100억 달러 이상의 가치가 있는 '원샷 딜'이다.

우주 탐험의 길에 또 다른 새로운 발걸음이 내딛었습니다.

제임스 웹의 오랜 연구 개발 역사는 인류 최고의 지혜의 결정체입니다. 이제 드디어 먼 목표 작업장으로 출발합니다. 아마도 많은 사람들이 최첨단 과학 연구에 대한 자금 지원에 관심을 갖고 '불타는 돈'을 한탄할 것입니다. 그러나 우리는 최첨단 과학에 비용을 지불하는 것이 실제로는 탐험을 추구하려는 인류의 의지와 꿈에 대한 비용을 지불하는 것임을 깨달아야 합니다. .. 이런 관점에서 보면 가격이 비싸다고는 할 수 없습니다.

제임스 웹은 미래 인류에게 무엇을 가져올 것인가? 예측할 수 있는 것은 우주의 경계와 원래의 신비를 더 쉽게 탐구할 수 있다는 것입니다. 예측할 수 없는 것은 과학자들이 데이터에서 어떤 놀라운 발견을 할 것인가입니다. 그것은 인간의 꿈을 우주 깊은 곳으로 확장한 또 하나의 확장이자, 인간의 호기심과 탐구 정신을 담는 운반체이며, 세계를 탐험하는 길에서 인간이 내딛는 새로운 발걸음입니다. 항해에서 최선을 다하길 바라며 그것이 가져올 새로운 발견과 깨달음을 기대합시다!