A James Webb űrtávcső (angolul: James Webb Space Telescope, rövidítve JWST, korábban NGST, azaz Next Generation Space Telescope – „következő generációs űrtávcső”) egy 6,5 méter átmérővel rendelkező, infravörös űrtávcső. Átvette a Hubble űrtávcső (ami egyébként működésben marad) helyét, mint a NASA legfontosabb asztrofizikai projektje, a valaha épített legjobb űrteleszkóp. Érzékeny műszereinek köszönhetően képes a legtávolabbi objektumokat és eseményeket megfigyelni a világegyetemben, mint az első galaxisok kialakulását. A James Webb űrteleszkóp (JWST) nem egyetlen spektrométerrel rendelkezik, hanem három különböző tudományos műszere is képes abszorpciós (elnyelési) és emissziós (kibocsátási) spektrumok mérésére az infravörös tartományban. A csillagászatban a spektrométerek (spektrográfok) bontják fel a beérkező fényt a szivárvány színeire (hullámhosszaira). Az így kapott grafikonokon az emissziós vonalak (gázok által kibocsátott fény) és az abszorpciós vonalak (a gázok vagy exobolygók légköre által elnyelt fény) pontosan elárulják a vizsgált kozmikus objektumok kémiai összetételét, hőmérsékletét és sűrűségét. A JWST abszorpciós és emissziós mérésekért felelős fő spektrométerei a következők:
1. NIRSpec (Közeli infravörös spektrográf)
Ez a távcső elsődleges spektrométere, amelyet az Európai Űregynökség (ESA) fejlesztett.
• Hullámhossz-tartomány: 0,6 – 5,3 mikrométer (közeli infravörös).
• Különlegessége: A világ első olyan űrbe küldött spektrográfja, amely egy egyedülálló mikronyílás-rendszernek (Microshutter Array) köszönhetően egyszerre több mint 100 objektum (pl. távoli galaxis) spektrumát képes mérni.
• Alkalmazása: Kiválóan alkalmas a korai univerzum első galaxisainak emissziós spektrumaihoz, valamint exobolygók légkörének abszorpciós vizsgálatához (amikor a bolygó elhalad a csillaga előtt, és a légköre elnyeli a fény bizonyos hullámhosszait).
2. MIRI (Közép-infravörös műszer)
A MIRI egyszerre egy kamera és egy spektrométer, amely a leghidegebb (aktívan 7 Kelvinre hűtött) műszer a fedélzeten.
• Hullámhossz-tartomány: 5,0 – 28,5 mikrométer (közép-infravörös).
• Különlegessége: Olyan hullámhosszokon dolgozik, ahol a sűrű kozmikus porfelhők már átlátszóvá válnak.
• Alkalmazása: Porba burkolózó, születőben lévő csillagok és bolygórendszerek emissziós és abszorpciós méréseire használják, valamint komplex szerves molekulák és vízgőz kimutatására idegen világokban.
3. NIRISS (Közeli infravörös képalkotó és résszerűség nélküli spektrográf)
A Kanadai Űrügynökség (CSA) által biztosított kiegészítő műszer.
• Hullámhossz-tartomány: 0,6 – 5,0 mikrométer.
• Alkalmazása: Speciális mérési módjai kifejezetten a fényes, közeli exobolygók légkörének nagy pontosságú transzmitanciás (abszorpciós) spektroszkópiájára lettek optimalizálva.
A JWST ezekkel a műszerekkel képes azonosítani az univerzum legősibb galaxisainak gázösszetételét éppúgy, mint a potenciálisan lakható exobolygók légkörében jelen lévő vizet, szén-dioxidot vagy metánt.
A James Webb űrteleszkóp (JWST) valóban rendkívül fejlett spektroszkópiai képességekkel rendelkezik. Bár a spektrométerek működési elve (az abszorpciós és emissziós spektrumok mérése) megegyezik, a műszerek különböző infravörös tartományokra, felbontásokra és megfigyelési technikákra specializálódtak.
A JWST négy fő tudományos műszere közül az alábbi három rendelkezik spektrométerrel:
1. NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) – Közeli-infravörös spektrométer
• Fő feladata: A halvány, rendkívül távoli galaxisok és csillagkeletkezési régiók vizsgálata a közeli infravörös (0,6–5,3 mikrométer) tartományban.
• Különlegessége: Ez egy úgynevezett multi-objektum spektrométer. Egy mikrozsalu-rendszernek (Microshutter Array) köszönhetően képes egyszerre akár 100 különböző égitest spektrumát egyidejűleg mérni, ami drasztikusan felgyorsítja az adatgyűjtést.
2. MIRI (Mid-Infrared Instrument) – Közép-infravörös műszer
• Fő feladata: A hidegebb kozmikus objektumok, például a csillagközi porfelhők belsejének, a korai univerzum vöröseltolódott galaxisainak, valamint az exobolygók légkörének elemzése.
• Tartománya: A közép-infravörös (5–28 mikrométer) hullámhosszon működik. Mivel ez a tartomány nagyon érzékeny a hőre, a MIRI-t egy speciális hűtőberendezéssel (cryocooler) tartják extrém hidegen (közel abszolút nulla fokon, kb. -266 °C-on).
3. NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) – Közeli-infravörös kamerás és réstelen spektrométer
• Fő feladata: Elsősorban az exobolygók légkörének spektroszkópiai vizsgálatára (transzmitanciás/abszorpciós mérésekre a csillaguk előtti elvonuláskor), valamint az első fényforrások felkutatására tervezték.
• Különlegessége: Képes úgynevezett "réstelen" (slitless) spektroszkópiára, ami azt jelenti, hogy a látómezőben lévő összes objektum spektrumát egyszerre rögzíti, kiválóan alkalmas sűrű csillagmezők vagy fényes csillagok melletti halvány bolygók elemzésére.
(Megjegyzés: A negyedik fő műszer, a NIRCam elsősorban egy képalkotó kamera, bár korlátozottan ez is képes bizonyos spektroszkópiai mérések támogatására.
A James Webb űrteleszkóp NIRCam (Near-Infrared Camera) műszere elsősorban egy nagy felbontású képalkotó kamera, de rendelkezik spektroszkópiai képességekkel is, így képes abszorpciós (elnyelési) és emissziós (kibocsátási) spektrumok mérésére a közeli infravörös (0,6–5 mikron) tartományban.
A NIRCam ezt a következő speciális üzemmódok és optikai elemek segítségével éri el:
• Rácsok és prizmák (Grism spektroszkópia): A NIRCam fényszűrő kerekeibe speciális optikai elemeket (úgynevezett grism-eket, vagyis transzmissziós rács és prizma kombinációját) építettek. Amikor a fény ezeken áthalad, a kamera nem hagyományos képet alkot, hanem a pontszerű fényforrások (például csillagok vagy távoli galaxisok) fényét színeire (hullámhosszaira) bontja szét.
• Rés nélküli spektroszkópia (Slitless Spectroscopy): A NIRCam képes úgynevezett rés nélküli szélesmezejű spektroszkópiára (WFSS). Ez azt jelenti, hogy a látómezőben lévő összes objektum spektrumát egyszerre rögzíti, ami rendkívül hatékony a távoli, korai univerzum galaxisainak tanulmányozásakor.
• Idősoros spektroszkópia (Time-Series Spectroscopy): Ezt az üzemmódot kifejezetten exobolygók megfigyelésére tervezték. Amikor egy exobolygó elhalad a csillaga előtt (tranzit), a csillagfény átszűrődik a bolygó atmoszféráján. A NIRCam spektrumot mérve képes kimutatni, hogy a légkör milyen molekulákat (pl. víz, szén-dioxid, metán) nyelt el (abszorpció).
Miért fontos ez a két spektrumtípus?
• Abszorpciós (elnyelési) spektrum: Megmutatja, milyen gázok vannak egy exobolygó légkörében vagy egy csillagközi gázfelhőben, mivel a hidegebb gázok pontosan a rájuk jellemző hullámhosszú fényeket nyelik el a mögöttük lévő fényforrásból.
• Emissziós (kibocsátási) spektrum: A forró, gerjesztett gázok (például csillagkeletkezési régiók vagy aktív galaxismagok) által kibocsátott fényt vizsgálja, ami elárulja a gáz kémiai összetételét, hőmérsékletét és sűrűségét.
Bár a JWST-n a NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) a fő és legösszetettebb spektrométer a közeli infravörös tartományban, a NIRCam spektroszkópiai funkciói létfontosságú kiegészítőként szolgálnak, különösen a fényes csillagok körül keringő exobolygók és a nagyon távoli galaxisok párhuzamos vizsgálatakor.
A James Webb űrteleszkóp NIRCam (Near InfraRed Camera, azaz Közeli-Infravörös Kamera) műszere az obszervatórium elsődleges képalkotó eszköze.
Főbb jellemzők és specifikációk:
• Hullámhossz-tartomány: 0,6 és 5,0 mikrométer közötti (látható fény határától a közeli-infravörösig).
• Két párhuzamos csatorna: Egyidejűleg készít felvételeket rövid (0,6–2,3 µm) és hosszú (2,4–5,0 µm) infravörös tartományban egy dichroikus tükör segítségével.
• Detektorok: 10 darab 4 megapixeles (2048×2048 képpontos) Teledyne HgCdTe detektortömbbel rendelkezik.
• Modulok: Két azonos, redundáns A és B modulra van osztva.
• További funkciók: Standard képalkotás mellett koronográfia, széles látómezős rés nélküli spektroszkópia, idősoros mérések, valamint hullámfront-érzékelés (segít a főtükör szegmenseinek pontos beállításában és igazításában).
Feladatok és kutatási területek:
• A legelsőként kialakuló galaxisok és csillagok fényének észlelése.
• A Tejút fiatal csillagainak, közeli galaxisok csillagnépességének és a Kuiper-öv objektumainak vizsgálata.
• Exobolygók tranzit-spektroszkópiája és közvetlen megfigyelése.
A JWST fő tudományos küldetése négy részből áll:[23]
az első csillagok és galaxisok fényének keresése, amelyek kevéssel az ősrobbanás után keletkeztek
a galaxisok kialakulásának és fejlődésének a tanulmányozása
a csillagok és bolygórendszerek kialakulásának a tanulmányozása
a bolygórendszerek és az élet eredetének a tanulmányozása.
A vizsgálandó források alacsony hőmérséklete, a vöröseltolódás és a kozmikus por zavaró hatása miatt a JWST infravörös tartományban működik, 0,6 és 28 mikrométer között. A távcső műszereit 50 K-re (-220 °C) hűtik le, és eltakarják a Nap sugárzásától, hogy az ne zavarja meg a detektorokat. A távcsővel meg lehet figyelni a szokatlan fényű KIC 8462852 csillagot, amelyet 2015-ben fedeztek fel.[24]
A NASA tervezett New Worlds programja egy különleges alakú műholddal kitakarna egy-egy csillagot, a csillag és egy űrtávcső közé manőverezve, és helyzetét ott pontosan tartva, amely így lehetővé tenné, hogy a másik űrtávcső a csillag körül keringő exobolygókat észlelje. A program megvalósítását elsősorban a James Webb űrtávcsőhöz kötődően tervezik, amelynek műszerei a helyi atmoszféra analizálására is alkalmasak, amikkel az élet lehetősége kimutatható.









