מגה-פרויקטים
JWST - טלסקופ החלל ג'יימס ווב
Securities.io מקפיד על סטנדרטים מחמירים של עריכה ועשוי לקבל פיצוי מקישורים שנבדקו. איננו יועצי השקעות רשומים וזה אינו ייעוץ השקעות. אנא עיינו באתר שלנו גילוי נאות.
מבט עמוק יותר לתוך היקום
כמה מגה-פרויקטים כוללים תשתיות ענקיות, כמו, למשל, המעגל בקוטר 27 ק"מ של מאיץ החלקיקים CERN או ניסוי נייטרינו באורך 800 מייל של DUNE.
אחרים יכולים להיות מוגדרים כמגה-פרויקטים לא בגלל הגודל שלהם אלא בגלל המורכבות שלהם, העלויות ועד כמה הם משנים את הבנתנו את היקום.
דוגמה טובה לכך היא טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST). טלסקופ זה מבוסס חלל אור אינפרא אדום הוא החזק והגדול ביותר שנוצר אי פעם. הטלסקופ קיבל את שמו מג'יימס אי. ווב, המנהל האגדי של נאס"א בשנים 1961 עד 1968 במהלך תוכניות מרקורי, ג'מיני ואפולו.
מקור: נאס"א
JWST כל כך חזק שהוא יכול לעזור לנו באותה מידה לצפות בכוכבים הראשונים שהתלקחו ביקום ולמצוא כוכבי לכת שעשויים למגורים. וכדי להשיג את התוצאות הללו, מדענים ומהנדסים עשו פלאים כדי לדחוף את הגבול של מה שטלסקופים יכולים להשיג.
למה לשים טלסקופ בחלל?
הדבר הראשון שצריך להבין על טלסקופ החלל ג'יימס ווב הוא מדוע הוא צריך להיות בחלל מלכתחילה. אחרי הכל, הרמת מכונות מורכבות לחלל היא הרבה יותר קשה מאשר לבנות את אותו הדבר על פני כדור הארץ.
על ידי יציאה מהאטמוספירה, טלסקופים יכולים לקבל תצפית על היקום ללא הפרעה מזיהום אור, מערבולות אטמוספריות, וכמובן, עננים ודפוסי מזג אוויר.
זו הסיבה לכך שטלסקופ האבל הקטן יחסית פעל כל כך טוב בהשוואה לטלסקופים קרקעיים. אבל זה היה חשוב במיוחד עבור JWST, מכיוון שהטלסקופ הזה לא מודד אור נראה, אלא אור אינפרא אדום.
אדי מים באטמוספירה של כדור הארץ סופגים קרינה אינפרא אדומה. טלסקופים אינפרא אדומה קרקעיים נוטים להיות ממוקמים על הרים גבוהים ובאקלים יבש מאוד כדי לשפר את הראות, אך זה עדיין לא אידיאלי ויוצר מגבלה אינהרנטית על מה שהם יכולים לצפות.
JWST הוא האחרון והחזק ביותר בשורה של טלסקופים אינפרא אדום מבוססי חלל, בעקבות לוויין אסטרונומי אינפרא אדום (IRAS), ה טלסקופ החלל שפיצר, וה סייר אינפרא אדום רחב שדה (חָכָם).
JWST הושק בשנת 2021 על משגר צרפתי Ariane 5, מגיאנה הצרפתית. חודש לאחר מכן, הוא הגיע ליעדו, נקודת Sun-Earth L2 Lagrange, כ-1.5 מיליון קילומטרים (930,000 מיילים) מכדור הארץ.
נקודות לגראנז' הן מיקומים בחלל שנשארים קבועים בהשוואה לכדור הארץ, למרות שאינן במסלול כדור הארץ. נכון לעכשיו, נקודת לגראנז' נוספת (L1) משמשת את DSCOVR: מצפה אקלים בחלל עמוק.
מקור: NOAA
המיקום של JWST אומר שהוא יכול לצפות כמעט בכל נקודה בשמיים לאורך השנה, כל עוד הוא אינו בכיוון כדור הארץ והשמש; 39% מהשמים עשויים להיות גלויים ל-Webb בכל עת.
למה להשתמש בתצפית אינפרא אדום?
חפצים רחוקים
עבור עצמים רחוקים מאוד ביקום, מתרחשת תופעה הנקראת "הסטה לאדום", המניעה את האור שלהם לכיוון האינפרא אדום. לכן, כל תצפית על החלק העמוק מאוד (ולכן העתיק מאוד) של היקום נוטה להיעשות בחלק האינפרא אדום של ספקטרום האור.
מקור: SciTech Daily
בשל תופעה זו, האבל יכול היה לראות רק כל כך רחוק ממרחק ואחורה בזמן שהגלקסיות הראשונות נוצרו. על ידי התבוננות לתוך האינפרא אדום, JWST יכול לראות רחוק בהיסטוריה של היקום כמו הכוכבים הראשונים שנוצרים.
כוכבי לכת
לתצפיות אינפרא אדום יש יתרון נוסף, לגבי ניתוח כוכבי לכת חיצוניים הפעם. JWST ישא מערכת שנקראת קורונגרף: זה יחסום את האור המגיע מכוכב, ויאפשר לנו לראות טוב יותר את העצמים הפחות בהירים שמסתובבים כמו כוכבי לכת קטנים.
התמונה של כוכב לכת אקסו-פלנטה תהיה רק נקודה, לא פנורמה מפוארת.
מקור: נאס"א
ובכל זאת, ניתן לנתח את האור מאותו נקודה באמצעות שיטה הנקראת ספקטרוסקופיה, שיכולה לספר לנו את הרכב האטמוספירה של כוכבי לכת אלה. באורכי גל אינפרא אדום, למולקולות באטמוספרות של כוכבי לכת חיצוניים יש את המספר הגדול ביותר של תכונות ספקטרליות, ולכן נקבל הרבה יותר מידע מאשר בעת שימוש באור נראה.
באמצעות שיטה זו, לא יכולנו רק לקבוע אם לכוכבי הלכת במערכות שמש אחרות יש מים ו-CO2 אלא גם מתאן, אמוניה או מולקולות מורכבות שעשויות להעיד על חיים חייזרים.
JWST בהשוואה להאבל
לגבי יכולת התצפית שלו, JWST מתמקד בעיקר באור אינפרא אדום קרוב, אך יכול לראות גם אור נראה כתום ואדום, וטווח אינפרא אדום בינוני, בהתאם למכשיר שבו נעשה שימוש.
הוא יכול לזהות אובייקטים בהירים פי 100 פחות ממה שהאבל יכלה. ובמקרים רבים, הוא משמש להסתכל אחורה על חפצים שהאבל חשף מלכתחילה כדי לקבל תובנות חדשות לגביהם.
עם זאת, חדות התמונה תהיה דומה להאבל בגלל העובדה שתמונות אינפרא אדום מטבען פחות חדות מהאור הנראה בגלל אורכי הגל הארוכים יותר.
הבדל נוסף בין שני הטלסקופים האייקוניים הוא ש-JWST מסוגל לראות דרך ענני גז, וחוסם אור נראה, אך לא אינפרא אדום. לכן, גרסת JWST לתמונה המפורסמת של עמודי הבריאה, בערפילית הנשר, חושפת כוכבים רבים בתוך וסביב העמודים.
מקור: טלסקופ ווב
מפרט JWST
JWST נושא מראה ראשונית בריליום מצופה זהב באורך 6.5 מטר (21 רגל) המורכבת מ-18 מראות משושה נפרדות, מה שמקנה לה את המראה האייקוני שלה.
כל אחת מהמראות הללו שוקלת 20 ק"ג (44 פאונד). ציפוי הזהב של 100 ננומטר מספק השתקפות אור אינפרא אדום ומכוסה בזכוכית כדי להפוך אותו לעמיד מספיק. זה נותן לו אזור איסוף אור גדול פי 6 מהאבל. בסך הכל, נעשה שימוש רק ב-48.25 גרם של זהב (1.7 אונקיות).
מקור: נאס"א
ווב, בניגוד להאבל, אינו מיועד לשירות אסטרונאוטים, בגלל המרחק הרב שלו מכדור הארץ. כתוצאה מכך, כל רכיבי המשנה הקריטיים הם כפולים, למשל שתי מצלמות אינפרא אדום קרוב, או נועדו להחזיק שנים רבות כמו המראות.
JWST צפוי להימשך לפחות 5 שנים, עם יעד של 10 שנות פעילות. עם זאת, יש לו מספיק חומר הנעה (כדי להישאר בנקודת לגראנז') בסך הכל 20 שנה, כך שהוא יכול להחזיק מעמד זמן רב יותר אם אף חלק מרכזי לא ייכשל.
תקציב JWST
בסך הכל, טלסקופ החלל ג'יימס ווב עלה בסופו של דבר יותר מ-11 מיליארד דולר, יותר מפי 10 מההערכה הראשונית של נאס"א לפרויקט זה. פיצוץ תג המחיר הזה איים על כדאיות הפרויקט בשנות ה-2010, בשל התקציב (באותה עת) שהתפוצץ ל"רק" $6.5B.
השקה שתוכננה בתחילה לשנת 2014, בסופו של דבר באיחור של 7 שנים, הוסיפה לביקורות.
"הסיבה הבסיסית לבעיה היא שבזמן (אישור התוכנית הרשמי), שראשיתו ביולי 2008, התקציב שהוצג לנאס"א על ידי משרד הפרויקט היה פגום ביסודו", אמר לכתבים בשיחת ועידה אחר הצהריים.
התקציב פשוט לא הכיל את התכנים שהפרויקט בכלל ידע עליהם באותה תקופה. ומבחינה כספית, זה פשוט לא היה מספיק כדי לבצע את העבודה".
ג'ון קזאני, מנהל פרויקטים מוערך במעבדת ההנעה הסילונית של נאס"א
מכיוון שהפרויקט ארך כמעט שני עשורים לתכנון ובנייתו, הוא מעולם לא עלה על 2% מתקציבה השנתי של נאס"א. עם זאת, הוא צרכה שליש מתקציב חטיבת האסטרופיזיקה של נאס"א בין השנים 3-1.
ועכשיו, כשה-JWST היא אחת התוכניות המרשימות והמצליחות ביותר בהיסטוריה בתחום האסטרונומיה, רוב הוויכוחים הללו נשכחים.
ההנדסה המדהימה של JWST
לרדת קצת במשקל
הבעיה הראשונה שצריך לפתור עבור מעצבי JWST הייתה שמראה כה גדולה הולכת להיות כבדה מדי. אם הם היו עושים שימוש חוזר בעיצוב של האבל, הוא היה כבד מכדי להיות משוגר לחלל.
זו הסיבה שנעשתה הבחירה להשתמש בבריליום, שהוא גם חזק וגם קל מספיק. גורם נוסף היה הטמפרטורה הקיצונית של החלל העמוק, שיכולה להתכופף מצורת העקמומיות המדויקת ביותר של המראות.
בריליום היה אופציה טובה גם כאן, כי הוא מפסיק לשנות צורה כשהוא ממש קר. אז המראות יוצרו בזווית "שגויה", שתתכופף בדיוק לצורה הסופית המיועדת כשהיא נחשפת לקור של החלל (-233°C/-388°F).
מקור: JWST
כל מראה תהיה בסופו של דבר מיושרת לדיוק השווה ל-1/10,000 מעובי שערה אנושית.
חומרים קלים במיוחד כמו חומרים מרוכבים נבחרו גם לעמוד השדרה של הטלסקופ, וחוסכים משקל נוסף.
מקור: נאס"א
מתקפל
בעיה מרכזית נוספת הייתה שהגודל הקיצוני של מראת הטלסקופ הנדרש על ידי עיצוב זה לא יתאים לשום רקטה זמינה.
אז בשלב מוקדם הוחלט לפרוש את המבנה מרכיב אחר רכיב, כולל מגן השמש והמראות. איך לקפל את השלם ביעילות ולהתפתח בצורה מהימנה עדיין היה דאגה.
מדעני נאס"א קיבלו השראה מהאוריגמי, אומנות קיפול הנייר היפנית, כאשר הבחירה הסופית היא תבנית אוריגמי משושה.
זו הייתה החלטה בסיכון גבוה עבור צוות העיצוב של ג'יימס ווב, מכיוון שהתפתחות כה מורכבת מעולם לא נעשתה קודם לכן. וכל כישלון היה גורע את גורל הפרויקט כולו.
אתה יכול לראות איך ההתפתחות עבדה צעד אחר צעד בסרטון JWST קצר זה:
מגן שמש
כאשר הטלסקופ צופה במטרותיו באינפרא אדום, ההגנה עליו מפני חום השמש הייתה חיונית כמו שהמראות יהיו בהירות מספיק ופרושו כהלכה.
מגן השמש של JWST שומר על ההבדל בין הצד החם והקר של הטלסקופ על כמעט 315°C/600°F, הודות לבידוד בן 5 שכבות.
מגן השמש גדול כמו מגרש טניס ועשוי משכבות של Kapton E (סרט פוליאמיד) עם ציפויי אלומיניום וסיליקון מסוממים כדי להחזיר את חום השמש לחלל.
תקשורת
JWST משדרת את הנתונים שלה בחזרה ומקבלת הוראות מכדור הארץ דרך רשת החלל העמוק של נאס"א. רשת זו עוברת ליד תחנות קרקע הממוקמות בקנברה, מדריד וגולדסטון.
ווב יכול לקשר למטה לפחות 57.2 גיגה-בייט של נתונים מדעיים מוקלטים בכל יום, עם קצב נתונים מרבי של 28 מגה-ביט לשנייה.
מקור: טלסקופ ווב
רכיבים אחרים
שאר הטלסקופ היה לא פחות מההייטק ועם ביצועים גבוהים. ניתן לתת ציונים מכובדים לכמה חלקי ציוד:
- קריוקולר: אינפרא אדום בינוני של JWST חיישני (MIRI). צריך לפעול ב-266.15°C/-447°F, קר אפילו יותר מעומק החלל. אז היה צריך להוסיף מערכת קירור נוספת כדי לקרר את המכשיר.
- מטוס אחורי: עמוד השדרה של הטלסקופ שוקל 2.4 טון (5,300 פאונד) ומספק את המיקום המוחלט ללא תנועה הדרוש לטלסקופ לצלם תמונות חדות. הוא תוכנן כך שיהיה יציב עד ל-32 ננומטר, שהם 1/10,000 קוטר של שערה אנושית.
- מיקרו תריסים: רשת זו של 248,000 דלתות זעירות ניתן לפתוח ולסגור בנפרד כדי להעביר או לחסום אור. זה מאפשר ל-JWST לצפות בו-זמנית במאות עצמים בודדים בשדה של כוכבים או גלקסיות בו-זמנית. כתוצאה מכך, JWST יכול לבצע הרבה יותר תצפיות לפרק זמן נתון.
ההישגים של JWST
בפעולה במשך שנים ספורות, JWST כבר שינה לחלוטין את האופן שבו אסטרונומים מבינים את היקום. אז, למרות שכמעט בלתי אפשרי לרשום את כל מה שהוא כבר עשה, כמה סיפורים שווים דגשים נוספים.
פיזור של פחמן שזה עתה נוצר
JWST זיהה שני כוכבים האחראים ליצירת אבק עשיר בפחמן במרחק של 5,000 שנות אור בלבד בגלקסיית שביל החלב שלנו. הוא הבחין ב"קונכיות" כדוריות קונצנטריות שנוצרו על ידי רוחות השמש המתנגשות של שני הכוכבים המפיצים פחמן חדש שנוצר לתוך הגלקסיה.
מקור: טלסקופ ווב
כל פגז דוהר הרחק מהכוכבים במהירות של יותר מ-1,600 מייל לשנייה (2,600 ק"מ לשנייה), כמעט 1% ממהירות האור. במערכת זו, המצפה מראה כי קונכיות האבק מתרחבות משנה לשנה.
תמונות האינפרא אדום האמצעיות של הטלסקופ זיהו פגזים שנמשכו יותר מ-130 שנה. קונכיות ישנות יותר התפוגגו מספיק כדי שהן כעת עמומות מכדי לזהות אותן."
עצמים פעילים בקצה מערכת השמש שלנו
JWST מזהה פליטת גז מ"Centaur 29P/Schwassmann-Wachmann" הקפוא, עצם דמוי שביט בסביבת נפטון.
הם גילו סילון חדש של פחמן חד חמצני (CO) וסילונים שלא נראו בעבר של גז פחמן דו חמצני (CO2), שנותנים רמזים חדשים לאופי הליבה של עצם הכוכבים.
מקור: טלסקופ ווב
תמונה של כוכבי לכת סמוכים
JWST תפס תמונה ישירה של כוכב הלכת החיצוני במרחק 12 שנות אור בלבד מאיתנו, אפסילון אינדי אב. כוכב הלכת הוא פי כמה ממסת צדק, ומסתובב סביב כוכב הדומה במקצת לשמש שלנו.
זהו אחד מכוכבי הלכת החיצוניים הקרים ביותר שזוהו ישירות, עם טמפרטורה ממוצעת משוערת של 2°C/35°F (לשם השוואה, הטמפרטורה הממוצעת של כדור הארץ היא 15°C (59°F).
"כוכבי לכת קרים מאוד חלשים, ורוב הפליטה שלהם היא באינפרא אדום האמצעי.
הוא קצת יותר חם והוא מסיבי יותר, אבל דומה יותר לצדק מכל כוכב לכת אחר שצולם עד כה".
מולקולות מורכבות ביצירת כוכבי לכת
בינתיים, כוכב הלכת החיצוני K2-18 b יכול להיות כוכב הלכת היקאני, כזה שיש לו פוטנציאל להחזיק אטמוספירה עשירה במימן ומשטח מכוסה מים.
כוכבי לכת אקסו-כוכבים כגון K2-18 b, שיש להם גדלים בין אלה של כדור הארץ ונפטון, אינם דומים לשום דבר במערכת השמש שלנו. הממצאים שלנו מדגישים את החשיבות של התחשבות בסביבות מגורים מגוונות בחיפוש אחר חיים במקומות אחרים".
JWST מצא גם כמה תרכובות פחמן, ואפילו דימתיל-סולפיד באטמוספירה של כדור הארץ.
מקור: נאס"א
JWST נמצא לראשונה מחוץ למערכת השמש שלנו אתאן (C2H6), כמו גם אתילן (C2H4), פרופן (C3H4) והרדיקל המתיל CH3 סביב כוכב צעיר.
כמו כן, הוא ביצע את הזיהוי הראשון של יסודות כבדים ממיזוג כוכבים, וכתוצאה מכך נוצרה התפרצות קרני הגמא השנייה בבהירותה אי פעם, או קילונובה. מדעני JWST זיהו טלוריום לאחר הפיצוץ.
החור השחור הכי רחוק (עתיק) שזוהה אי פעם
בשילוב עם מצפה הכוכבים צ'נדרה של נאס"א, JWST גילתה חור שחור הולך וגדל רק 470 מיליון שנים לאחר המפץ הגדול. JWST מצאה את הגלקסיה, וצ'נדרה את החור השחור עצמו.
מקור: נאס"א
אנו חושבים שזהו הזיהוי הראשון של 'חור שחור בגודל גדול' שנוצר ישירות מקריסה של ענן גז ענק.
בפעם הראשונה, אנו רואים שלב קצר שבו חור שחור סופר מסיבי שוקל בערך כמו הכוכבים בגלקסיה שלו לפני שהוא מפגר".
Priyamvada Natarajan מאוניברסיטת ייל
העתיד של JWST
לאחר מציאת וניתוח של כוכבי לכת אקסו-יונים, JWST יוצאת למצוד אחר אקסומונים. אנו יודעים שגופים פלנטריים אלה, שבמקרים מסוימים עשויים להיות גדולים יותר מכדור הארץ, חייבים להתקיים, אך מעולם לא היה לו מכשיר רגיש מספיק כדי לזהות אותם. כוכבי לכת ענקיים גזים כמו צדק הם המועמדים העיקריים.
JWST יחקור גם חורים שחורים סופר-מסיביים וקוואזרים, חורים שחורים היורקים מהקטבים שלהם במהירות האור בכמות חומר ששווה כוכב. הטלסקופ יתמקד בדגימות מוקדמות מאוד של תופעות כוכביות אלו.
לבסוף, חקר גלקסיות כמו גם מבנים בקנה מידה גדול של היקום בשלב מוקדם מאוד יכול ליצור תובנות חדשות לגבי טבעם של החומר האפל והאנרגיה האפלה, שנראה שהיא חומקת ממדענים כבר עשרות שנים.
הקבלן הפרטי הראשי של JWST
נורת'רופ גרומן מערכות תעופה וחלל
חברת נורת'רופ גרוממן (NOC -1.88%)
פרויקט כמו JWST הוא כמעט תמיד תוצאה של שיתוף פעולה בינלאומי, עם, במקרה זה, השתתפות של נאס"א, ESA וסוכנות החלל הקנדית.
היו מעורבים בו גם קבלנים רבים מהמגזר הפרטי, כשהבולט שבהם הוא חברת התעופה והביטחון נורת'רופ גרומן.
נורת'רופ גרומן מפורסמת בעיקר בזכות היצירה של המפציץ האסטרטגי החמקן B-2 האייקוני, כל אחד עולה כמעט מיליארד דולר. העיצוב הזה בן יותר מ-20 שנה הולך להיות מוחלף ב-B-21, שעדיין בפיתוח.
החברה נמצאת גם בקצה של טכנולוגיית החלל, כפי שהמחישה עבודתה על טלסקופ החלל החדיש ג'יימס ווב. החברה שואבת את רוב הכנסותיה ממערכות חלל ואווירונאוטיקה.
מקור: נורת'רופ
פלח גדול נוסף הוא חטיבת מערכות המשימה, המכסה מגוון רחב של חיישנים, תוכנות הגנת סייבר, תקשורת מאובטחת ו C4ISR (פיקוד, בקרה, תקשורת, מחשבים, מודיעין, מעקב וסיור).
הוא גם יצרן מוביל של תחמושת, מקליבר קטן ועד קליעים מונחים וקליבר גדול.
Northrop Grumman מצפה למעמדה כספקית של כלי נשק מתקדמים, עם פיתוח ופריסה של מערכות נשק אוטונומיות:
- X-47B, כלי טיס בלתי מאויש בגודל קרב חסר זנב.
- מזל"ט המסוק אש הצופים.
- רחפני מעקב גלובל הוק ו MQ-4C טריטון.
- מל"טים ימיים המנטה ריי ו מערכת ציד מוקשים AQS-24B/C.
- מערכת מטוסים בלתי מאוישים של עטלפים (UAS), מערכות מטוסים טקטיים בלתי מאוישים רב משימות, מתמשכים ובמחיר סביר.
מקור: נורת'רופ
החברה נמצאת בקצה הפיתוח של נשק אנרגיה ישיר (לייזרים), לוחמה אלקטרונית, מערכות נגד מזל"ט, ו טילים בליסטיים בין יבשתיים.
מנקודת מבט השקעות ופיננסית, נורת'רופ גרומן הגדילה את הדיבידנד שלה ב-12% CAGR מאז 2014, ובמקביל גם הקטינה את ספירת המניות ב-31%. זה הביא לדיבידנדים של 2.6 מיליארד דולר ורכישה חוזרת של מניות ב-2023, בעוד שהחברה ייצרה 2.1 מיליארד דולר בתזרים מזומנים חופשי.
נורת'רופ גרומן שואבת את הכנסותיה כמעט אך ורק מתקציב הביטחון האמריקאי, כאשר נאס"א מהווה 3% מההכנסות והמכירות הבינלאומיות 12%.
מקור: נורת'רופ
היכן שחברות כמו RTX ולוקהיד מספקות את עיקר האגרוף של חיל האוויר האמריקאי (מטוס קרב, טילים, הגנה אווירית), נורת'רופ גרומן מספקת את הקיבולת המתקדמת ביותר, מחלל ועד מפציצים כבדים משולבים לפיקוד וחמקן.
ואולי בקרוב גם חלק משמעותי מהרחפן המתקדם, הלוחמה האלקטרונית וכלי הנשק האנרגיה.
עם החשיבות הגוברת של רחפנים ולוחמה אלקטרונית, נורת'רופ צפויה להיות מרכזית יותר ויותר ביכולות ההתקפיות וההגנה של ארה"ב. ומפציצי החמקן החדשים שלה יהיו גורם מפתח בשמירה על קצב התחרות מול יריבותיה כמו רוסיה וסין, שעמן המתיחות נותרה גבוהה מאוד.
