特徴 ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）の質量は、ハッブル宇宙望遠鏡 の約半分です。ウェッブ望遠鏡は、直径6.5メートル（21フィート）の 金メッキされたベリリウム製の主鏡 を備えており、これは18枚の独立した六角形の鏡で構成されています。鏡の研磨面積は26.3 平方 メートル （283 平方 フィート ） で、そのうち0.9 平方 メートル （9.7 平方フィート ） は 二次支持支柱によって遮られており、[ 16 ] 25.4 平方 メートル （273 平方フィート ） です 。これは、集光面積が4.0 平方 メートル （43 平方フィート ） であるハッブル望遠鏡の直径2.4 メートル（7.9 フィート） の鏡の集光面積の6倍以上です。鏡には赤外線 反射率を 高めるための金メッキが施されており、耐久性を高めるために薄いガラス層で覆われています。[ 17 ]
ウェッブ宇宙望遠鏡は主に近赤外線天文学 用に設計されていますが、使用する機器によっては、オレンジ色や赤色の可視光、および中間赤外線領域も検出できます。[ 10 ] [ 11 ] 宇宙の歴史 のずっと初期の天体、つまり赤方偏移z≈20（ ビッグバン 後約1億8000万年の宇宙時間 ）まで遡って検出できます。[ 18 ] 最も初期の星は z≈30からz≈20（1億～1億8000万年の宇宙時間）の間に形成されたと考えられており、[ 19 ] GN-z11、4 億年の宇宙時間）の非常に初期の再電離 [ 20 ] [ 21 ]よりもさらに遡って見ることはできません。 [ 22 ] [ 23 ] [ 18 ]
この設計では、近赤外線から中赤外線領域を重視している理由がいくつかあります。
高赤方偏移（非常に古く遠い）天体は可視光の放射が赤外線領域にシフトするため、その光は赤外線天文学によってのみ観測できます。[ 14 ] 赤外線は可視光よりも塵の雲 を通り抜けやすい。 [ 14 ] 塵の円盤 や惑星のような低温の天体は、赤外線領域で最も強く放射する。これらの赤外線帯域は、地上からの観測やハッブル宇宙望遠鏡のような初期の宇宙望遠鏡では研究が難しい。 地球の大気による様々な波長の電磁波（可視光線を含む）の 吸収率 （または不透明度）の概略図 地上望遠鏡は地球の大気 を通して観測しなければなりませんが、大気は多くの赤外線帯域で不透明です（右図参照）。大気が透明な場所でも、水、二酸化炭素、メタン などの多くの観測対象化学物質が地球の大気中に存在し、観測を妨げます。ハッブル宇宙望遠鏡などの既存の宇宙望遠鏡は、鏡が赤外線を大量に放出するほど高温になっているため、これらの帯域を研究することができません。例えば、ハッブルの鏡は約15 ℃ （288K 、59 °F） に保たれているため、望遠鏡自体が関連する赤外線帯域で強く放射します。[ 24 ]
ウェッブ宇宙望遠鏡は、太陽から 85° を超える角度で、見かけの角速度が 毎秒 0.03 秒角未満の太陽系内の天体も観測できます。 [ a ] 衛星 、火星の軌道 上またはそれより外側の彗星 、小惑星 、小惑星が含まれます。ウェッブ宇宙望遠鏡は、既知のほぼすべての カイパーベルト天体 を観測できるほど十分な近赤外線および中間赤外線感度を備えています。[ 19 ] [ 28 ] 超新星 やガンマ線バースト などの機会的かつ計画外のターゲットを観測できます。 [ 19 ]
頂上を4分の3の角度から見た図
底面（太陽が当たる側）
位置と軌道 ウェッブ宇宙望遠鏡は、太陽と地球を結ぶL2ラグランジュ点と呼ばれる宇宙空間の点を周回するハロー 軌道 で 運用されています。L2ラグランジュ点は、地球の太陽周回軌道から約150万 km（93万 マイル）離れた位置にあります。ウェッブ宇宙望遠鏡の実際の位置は、 L2 ラグランジュ点から約25万～83万 2000km（15万5000～ 51万7000 マイル） の間で変動し、地球と月の影に入らないようにしています。比較のために述べると、ハッブル宇宙望遠鏡は地球表面から550km （340 マイル） 上空を周回しており、月は地球から約40万 km（25万 マイル） 離れています。この太陽-地球L2 点 機器バスを太陽、地球、月に向けて常に一定の距離を保つことができます [ 29 ] 50 K（-223 °C、-370 °F）以下になります。 [ 30 ] [ 31 ]
日焼け防止 2014年、カリフォルニア州にあるノースロップ・グラマン社の 施設で、サンシールドの試験ユニットが積み重ねられ、展開された。 赤外線 スペクトルで観測を行うには、ウェッブ宇宙望遠鏡を50 K (-223.2 °C; -369.7 °F) 以下に保たなければなりません。そうしないと、望遠鏡自体からの赤外線放射が機器を圧倒してしまうからです。その大きなサンシールドは太陽、地球、月の光と熱を遮断し、太陽と地球のL 2 点付近にあるため、3 つの天体すべてが常に宇宙船の同じ側にあります。[ 32 ] L 2 点 の周りのハロー軌道は地球と月の影を避け、サンシールドと太陽電池アレイの環境を一定に保ちます。[ 29 ] [ 30 ]
The sunshield consists of five layers, each approximately 0.1mm thick.[ 33] Kapton E film, coated with aluminum on both sides. The two outermost layers have an additional coating of doped silicon on the Sun-facing sides, to better reflect the Sun's heat into space.[ 30] [ 34] [ 35]
The sunshield was designed to be folded twelve times so that it would fit within the Ariane 5 rocket's payload fairing , which is 4.57 m (15.0 ft) in diameter, and 16.19 m (53.1 ft) long. The shield's fully deployed dimensions were planned as 14.162 m × 21.197 m (46.46 ft × 69.54 ft) .[ 36]
Keeping within the shadow of the sunshield limits the field of regard of Webb at any given time. The telescope can see 40 percent of the sky from any one position, but can see all of the sky over a period of six months.[ 37]
科学機器 NIRCamは2013年に終了した。 キャリブレーションアセンブリは、NIRSpec装置の構成要素の一つである。 ミリ 統合科学機器モジュール （ISIM）は、ウェッブ望遠鏡に電力、計算リソース、冷却機能、構造的安定性を提供するフレームワークです。ウェッブ望遠鏡構造の下面に接着されたグラファイトエポキシ複合材で作られています。ISIMには4つの科学機器とガイドカメラが搭載されています。[ 44 ]
NIRCam （近赤外線カメラ）は、可視光の端（0.6 μm）から近赤外線 （5 μm）までのスペクトル範囲をカバーする赤外線イメージャーです。 [ 45 ] [ 46 ] アリゾナ大学 が率いるチームによって構築され、主任研究者はマーシャ・J・リーケ です。[ 47 ] NIRSpec （近赤外分光器）は、同じ波長範囲で分光測定を行います。これは 、欧州宇宙機関 （ESA）がオランダのノールトウェイク にあるESTEC で製造しました。開発チームには、ドイツのオットブルンとフリードリヒスハーフェンにあるエアバス・ディフェンス・アンド・スペースと ゴダード宇宙飛行センター のメンバーが参加しており、ピエール・フェルイ（リヨン高等師範学校 ）がNIRSpecプロジェクト科学者を務めています。NIRSpecの設計では、低解像度プリズムモード、R~1000マルチオブジェクト モード、R~2700積分視野ユニットまたはロングスリット分光モードの3つの観測モードが提供されています。モードの切り替えは、波長事前選択機構であるフィルターホイールアセンブリを操作し、グレーティングホイールアセンブリを使用して対応する分散素子（プリズムまたはグレーティング）を選択することによって行われます。これらの機構はどちらも、赤外線宇宙天文台 のISOPHOTホイール機構の成功に基づいています。マルチオブジェクトモードは、複雑なマイクロシャッター機構を利用して、NIRSpecの視野全体にわたって数百個の個々のオブジェクトを同時に観測することを可能にする。センサーは2つあり、それぞれ4メガピクセルである。[ 48 ] MIRI （Mid-Infrared Instrument）は、5～27μmの中赤外線から長赤外線の波長範囲を測定します 。[ 49 ] [ 50 ] MIRIには、中赤外線カメラ とイメージング分光計の 両方が含まれています。[ 51 ] ジョージ・リーケ （アリゾナ大学）とジリアン・ライト （英国天文学技術センター 、スコットランド 、エジンバラ）が主導しています。[ 47 ] 。 環境 シールド の 暖かい側に配置されたヘリウムガス機械式冷却器がこの冷却を提供します。[ 52 ] FGS/NIRISS （Fine Guidance Sensor and Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph）は、プロジェクト科学者のジョン・ハッチングス（ヘルツベルク天文学・天体物理学研究センター）の指揮の下、 カナダ宇宙庁 （CSA）が主導し、科学観測中に観測所の視線を安定させるために使用されます。FGSからの測定値は、宇宙船の全体的な姿勢を制御するためと、画像安定化のための精密操舵ミラーを駆動するために使用されます。CSAはまた、モントリオール大学 の主任研究員ルネ・ドヨン[ 53 ] [ 47 ] [ 54 ] NIRCamとMIRIは、太陽系外惑星 や明るい恒星のすぐ近くにある周星円盤 などの暗い天体を観測するための、恒星光を遮断するコロナグラフを備えています。 [ 50 ]
宇宙船バス JWSTの主要構成要素：宇宙船本体、サンシールド、光学望遠鏡素子（OTE）、および統合科学機器モジュール（ISIM） 宇宙船バス はJWSTの主要なサポートコンポーネントであり、コンピューティング、通信、電力、推進、構造のための多数のサブシステムを収容しています。[ 55 ] 宇宙望遠鏡 の宇宙船要素を形成します。[ 56 ] [ 57 ] 宇宙船バスはサンシールドの太陽に面した「暖かい」側にあり、約300 K（27 °C、80 °F） の温度で動作します。[ 56 ]
宇宙船バスの質量は350 kg (770 lb)で、 6,200 kg (13,700 lb) の宇宙望遠鏡を支える必要があります。主にグラファイト複合材料でできています。[ 58 ] 秒角 の精度で望遠鏡を回転させることができ、振動を 2 ミリ秒角に隔離します。[ 59 ]
ウェッブ宇宙望遠鏡には、L2 への軌道修正と、ハロー軌道での正しい位置の維持を行うためのロケットエンジンが 2 組 (1 組は冗長用) 搭載されている。8 基 の小型スラスタは、宇宙船の正しい向きを保つ姿勢制御に使用される。[ 60 ]エンジン は 、 ヒドラジン 燃料 打ち上げ 時159リットルまたは 42 米ガロン) と酸化剤として 四酸化二窒素 (打ち上げ時79.5 リットルまたは 21.0 米ガロン ) を使用する。[ 61 ]
サービス ウェッブ宇宙望遠鏡は宇宙空間での修理を想定して設計されていません。ハッブル宇宙望遠鏡で行われたような、観測所の修理やアップグレードを行う有人ミッションは不可能であり、[ 62 ] トーマス・ズルブーヘン によれば、最善の努力にもかかわらず、無人遠隔ミッションはウェッブ宇宙望遠鏡の設計時に利用可能な技術を超えていることが判明しました。[ 63 ] [ 64 ] [ 65 ] [ 66 ] [ 63 ]
他の望遠鏡との比較 ハッブル宇宙望遠鏡の 主鏡との比較ウェッブ宇宙望遠鏡とハッブル宇宙望遠鏡の主鏡サイズ比較 大型赤外線宇宙望遠鏡への要望は何十年も前からあった。米国では、スペースシャトルの開発中に宇宙赤外線望遠鏡施設（後にスピッツァー宇宙望遠鏡と呼ばれる）が計画され、当時から赤外線天文学の可能性が認識されていた。 [ 68 ]
しかし、赤外線望遠鏡の設計には課題があります。それは、極めて低温を維持する必要があり、赤外線の波長が長くなるほど、より低温に保たなければならないということです。そうしないと、装置の背景熱が検出器を圧倒し、事実上、望遠鏡は機能しなくなります。これは、慎重な設計によって克服できます。一つの方法は、主要な機器を液体ヘリウム などの氷状物質を入れたデュワー瓶 に入れることです。冷却剤はゆっくりと蒸発し、機器の寿命を数ヶ月から数年に制限します。[ 24 ]
冷却剤なしで近赤外線観測ができるように宇宙船を設計することで低温を維持することも可能であり、スピッツァー宇宙望遠鏡や広視野赤外線探査機 の延長ミッションでは、冷却剤が枯渇した後、能力を落として運用された。別の例としては、ハッブル宇宙望遠鏡の近赤外線カメラ・多天体分光 器（NICMOS）があり、当初は数年で枯渇する窒素氷 の塊を使用していたが、 STS-109の 修理ミッション中に連続稼働する極低温冷却器 に交換された。ウェッブ宇宙望遠鏡は、デュワーなしで自己冷却するように設計されており、サンシールドとラジエーターの組み合わせを使用し、中赤外線機器には追加の極低温冷却器が使用されている。[ 69 ]
ウェッブ宇宙望遠鏡 の遅延とコスト増加は、前身のハッブル宇宙望遠鏡のそれと比較されてきた。ハッブルが正式に始動した1972年の開発費用は推定3億ドル（2025年 換算で23億906万9000ドル ）だったが、1990年の打ち上げ時にはその約4倍の費用がかかっていた。さらに、新しい機器やサービスミッションにより、2006年までに少なくとも90億ドル（2025年換算で 143億7355万6000ドル ）にまで費用が増加した[ 73 ]
開発履歴
ハッブルの後継機についての議論は1980年代に始まったが、本格的な計画は1990年代初頭に始まった。[ 76 ] -Z 望遠鏡のコンセプトは1989年から1994年の間に開発された。[ 77 ] [ b ] 4 m (13 ft)口径の赤外線望遠鏡で、3 天文単位 (AU)の軌道まで後退する。[ 78 ] この遠方の軌道は、黄道塵 による光ノイズの低減という利点があった。[ 78 ] [ 79 ] [ 80 ]
ハッブル宇宙望遠鏡（HST）の初期における欠陥のある光学系の 修正は、ウェッブ宇宙望遠鏡の誕生に重要な役割を果たした。 [ 81 ] スペースシャトルミッション STS-61 を実施し、 HSTのカメラを交換し、主鏡 の球面収差 を補正するために撮像分光器の改造を行った。
HST & Beyond 委員会は、1994 年に「21 世紀最初の 10 年間の宇宙における光紫外線天文学の可能なミッションとプログラムを研究する」ために設立されました。[ 82 ] [ 83 ] °C をはるかに下回る) を採用し、将来のウェッブ望遠鏡の計画プロセスを開始しました。
2000年の天文学および天体物理学10年調査（ 米国国家研究評議会 が作成した文献レビューで、研究の優先事項を特定し、今後10年間の提言を行うもの）の準備には、次世代宇宙望遠鏡として知られるようになったものの科学プログラムのさらなる開発[ 84 ] と、NASAによる関連技術の進歩が含まれていました。成熟するにつれて、若い宇宙 における銀河の誕生の研究と他の恒星の周りの惑星の探索という主要な目標が、 「HST & Beyondによる起源」として集約され、目立つようになりました。[ 83 ]
期待通り、NGSTは2000年の10年調査で最高位を獲得した。[ 85 ]
NASAの管理者 であるダン・ゴールディンは 、 「より速く、より良く、より安く 」というフレーズを作り出し、天文学における次の大きなパラダイムシフト、すなわち単一ミラーの壁を破ることを選択した。それは、「可動部品をなくす」から「可動部品と共存することを学ぶ」（例えば、分割光学系）への移行を意味した。ミラーの質量を10分の1に減らすことを目指し、ベリリウム がミラー基板として選ばれた。これは、この金属が低密度（1.845 g/cm 3 ）、非常に硬く、極低温でも安定した形状を維持するためである。[ 76 ] [ 86 ]
1990年代半ばの「より速く、より良く、より安く」の時代に、L2まで飛行する8m（26フィート）の開口部を持つNGSTコンセプトが生まれ、費用 は およそ5 億 ドル と見積もられた。[ 87 ] [ 88 ] 、ボール・エアロスペース・アンド・テクノロジーズ [ 89 ] TRW [ 90 ] ロッキード・マーティン [ 91 ] [ 92 ] 下の 表を参照）。
2002年、このプロジェクトはNASAの第2代長官（1961年～1968年）であるジェームズ・E・ウェッブ （1906年～1992年）にちなんで改名された。[ 93 ] ウェッブはアポロ計画 中にNASAを率い、科学研究をNASAの中核的な活動として確立した。[ 94 ]
2003年、NASAはTRWにウェッブ宇宙望遠鏡の主契約を8億2480万ドルで発注した。設計では、スコープを取り外した6.1 メートル（20 フィート） の主鏡と2010年の打ち上げが予定されていた。 [ 95 ] ノースロップ・グラマン による敵対的買収で買収され、ノースロップ・グラマン・スペース・テクノロジーとなった。[ 92 ]
NASAゴダード宇宙飛行センター に展示された初期の実物大模型（2005年）開発は、メリーランド州グリーンベルトにあるNASAゴダード宇宙飛行センターが管理し、ジョン・C・マザー がプロジェクト科学者を務めた。主契約者はノースロップ・グラマン・エアロスペース・システムズで、衛星バス、サンシールド、 光学望遠鏡要素を 宇宙船バスに接続する展開式タワーアセンブリ（DTA）、軌道上で大型サンシールドを展開するのに役立つミッドブームアセンブリ（MBA）を含む宇宙船要素の開発と製造を担当した[ 96 ]。 ボール・エアロスペース・アンド・テクノロジーズ は、OTE自体と統合科学機器モジュール （ISIM）の開発と製造を請け負った[ 44 ] 。
2005 年春に明らかになったコスト増加により、2005 年 8 月に再計画が行われた。[ 97 ] μm より短い波長での観測モードのシステムレベルのテストの削除であった。観測所のその他の主要な機能は変更されなかった。再計画後、プロジェクトは 2006 年 4 月に独立したレビューを受けた。[ 98 ]
2005年の再計画では、プロジェクトのライフサイクルコストは45億米ドルと見積もられた。これは、設計、開発、打ち上げ、運用開始に約35億米ドル、10年間の運用に約10億米ドルが含まれる。[ 97 ] [ 99 ] [ 100 ] [ 101 ]
2007 年 1 月、プロジェクトの 10 項目の技術開発のうち 9 項目が非支持者レビューに合格しました。[ 102 ] MIRI クライオクーラー) は、2007 年 4 月に技術成熟のマイルストーンを達成しました。この技術レビューは、最終的にプロジェクトを詳細設計段階 (フェーズ C) に進めるプロセスの最初のステップでした。2007 年 5 月までに、コストは目標どおりでした。[ 103 ] 統合科学機器モジュールのレビュー、2009 年 10 月に完了した 光学望遠鏡要素の レビュー、2010 年 1 月に完了したサンシールドのレビューなどがあります。 [ 104 ]
2010 年 4 月、望遠鏡はミッションクリティカル設計審査 (MCDR) の技術部分を通過した。MCDR の通過は、統合観測所がミッションのすべての科学的および工学的要件を満たすことができることを意味した。[ 105 ] [ 106 ]
2011年までに、ウェッブ・プロジェクトは最終設計・製造段階（フェーズC）に入っていた。
ロボットアームを使用して行われた主鏡の六角形のセグメントの組み立ては、2015 年 11 月に開始され、2016 年 2 月 3 日に完了しました。副鏡は 2016 年 3 月 3 日に取り付けられました。[ 107 ] [ 108 ] [ 109 ]
2018 年 3 月、NASA は、試験展開中に望遠鏡のサンシールドが破れ、ケーブルが十分に締め付けられなかったため、ウェッブの打ち上げをさらに 2 年延期し、2020 年 5 月とした。2018 年 6 月、NASA は、2018 年 3 月の試験展開の失敗を受けて独立審査委員会が行った評価に基づき、打ち上げをさらに 10 か月延期し、2021 年 3 月とした。[ 110 ] 単一障害点 があることが判明した。これは、失敗した場合に代替手段や復旧手段がなく、望遠鏡が機能するためには成功しなければならないタスクである。[ 111 ] [ 112 ]
建設が完了した後、ウェッブ宇宙望遠鏡はカリフォルニア州レドンドビーチにあるノースロップ・グラマンの歴史的なスペースパーク で最終テストを受けた。[ 113 ] 望遠鏡を積んだ船は2021年9月26日にカリフォルニアを出港し、パナマ運河 を通過して、2021年10月12日にフランス領ギアナに到着した。 [ 114 ]
コストとスケジュールの問題 NASAのこのプロジェクトの総費用は97億米ドルと見込まれており、そのうち88億米ドルが宇宙船の設計と開発に費やされ、8億6100万米ドルが5年間のミッション運用を支援するために計画されている。[ 115 ] [ 116 ]
1984年の宇宙科学委員会の調査では、軌道上に次世代赤外線観測所を建設するには40億ドル（2006年換算で70億ドル、2020年換算で100億ドル）の費用がかかると推定された。[ 73 ] 10年間の建設で10億ドルの価格を目指していた。時が経つにつれ、この設計は拡大し、予備費が追加され、スケジュールの遅延が生じた。
2008年、プロジェクトが予備設計審査に入り、正式に建設が承認された時点で、望遠鏡の開発にはすでに10億ドル以上が費やされており、総予算は50億ドル（2025年換算で 82億4000 万ドル）と見積もられていた。[ 129 ] バーバラ・ミクルスキは 、プロジェクトの外部レビューを求めた。J.カサニ（JPL）が議長を務める独立総合レビューパネル（ICRP）は、最も早い打ち上げ可能日は2015年後半であり、追加費用は15億ドル（総額65億ドル）になると結論付けた。また、これには2011年度と2012年度に追加資金が必要であり、打ち上げ日が遅くなると総コストが高くなることも指摘した。[ 123 ]
2011年7月6日、米国下院の商務・司法・科学歳出委員会は、NASAの総予算から19億ドルを削減する2012会計年度予算案を提出し、ジェームズ・ウェッブ計画の中止を決定した。この予算案の約4分の1はウェッブ計画に充てられていた。[ 130 ] [ 131 ] [ 132 ] [ 133 ] [ 134 ] [ 130 ] 米国天文学会は ウェッブ計画への支持を表明し、[ 135 ] [ 136 ] [ 130 ] [ 137 ] [ 138 ] [ 139 ]
ハッブル宇宙望遠鏡など他の主要なNASAプロジェクトでも同様の問題が発生していたが、一部の科学者はウェッブ宇宙望遠鏡のコスト増加とスケジュール遅延について懸念を表明し、その予算が他の宇宙科学プログラムの予算と競合するのではないかと心配していた。[ 140 ] [ 141 ] ネイチャー 誌の記事では、ウェッブは「天文学を食い尽くす望遠鏡」と表現された。[ 142 ] [ 141 ] [ 143 ]
2018年、グレゴリー・L・ロビンソン がウェッブ計画の新ディレクターに任命された。[ 144 ] [ 144 ] トーマス・ズルブーヘン は彼を「NASAの歴史上、私がこれまで見てきた中で最も有能なミッションリーダー」と評した。[ 144 ] [ 145 ]
2018年3月27日、NASAは打ち上げを2020年5月以降に延期し、ESAと新たな打ち上げ期間が決定された後に最終的な費用見積もりを発表した。[ 126 ] [ 146 ] [ 147 ] [ 148 ] [ 149 ] 2020年にCOVID-19パンデミック のため打ち上げ期間が一時停止された後、[ 150 ]
コストを押し上げた単一の領域はありません。将来の大型望遠鏡では、全体的なコストを抑えるために重要な5つの主要領域があります。[ 151 ]
システムの複雑性 クリティカルパスとオーバーヘッド 検証上の課題 プログラム上の制約 早期統合とテストに関する考慮事項
パートナーシップ NASA、ESA、およびCSAは、1996年から望遠鏡で協力してきました。ESAの建設と打ち上げへの参加は、2003年に加盟国によって承認され、2007年にESAとNASAの間で協定が締結されました。完全なパートナーシップ、代表権、および天文学者のための観測所へのアクセスと引き換えに、ESAはNIRSpec機器、MIRI機器の光学ベンチアセンブリ、アリアン5 ECA ロケット、および運用をサポートする人員を提供しています。[ 99 ] [ 152 ] [ 153 ]
15か国にわたる数千人の科学者、エンジニア、技術者がウェッブ宇宙望遠鏡の建造、試験、統合に貢献した。[ 154 ] [ 155 ] [ 154 ] [ 156 ]
参加国：
命名に関する懸念 2002年、NASA長官（2001年～2004年）のショーン・オキーフは、 マーキュリー計画 、ジェミニ計画 、そしてアポロ計画 の大部分の期間中、1961年から1968年までNASA長官を務めたジェームズ・E・ウェッブにちなんで 望遠鏡に名前を付けることを決定した。[ 93 ] [ 94 ]
2015年、ウェッブ氏がラベンダー・スケア （20世紀半ばに米国政府が連邦政府職員 の同性愛者 を標的にした迫害）に関与していた可能性について懸念が提起された。[ 157 ] [ 158 ] [ 159 ] [ 160 ] [ 161 ]
ミッション目標 ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡には、4つの主要な目標がある。
これらの目標は、可視光スペクトルよりも近赤外線観測によってより効果的に達成できます。そのため、ウェッブ宇宙望遠鏡の観測機器はハッブル宇宙望遠鏡のように可視光や紫外線を測定するのではなく、赤外線天文学 を行うための遥かに優れた能力を備えています。ウェッブ宇宙望遠鏡は、0.6～28μmの波長範囲（それぞれオレンジ色の光と、約100K または-173 ℃ の深赤外線に相当）に感度を持ちます。
ウェッブ宇宙望遠鏡は、2015年に発見され、異常な光度曲線特性を示す恒星KIC 8462852の減光に関する情報を収集するために使用できる可能性がある。 [ 163 ]
さらに、系外惑星の大気中にメタンが存在するかどうかを判別できるため、天文学者はメタンが生命の痕跡で あるかどうかを判断できるようになる。[ 164 ] [ 165 ]
軌道設計 ウェッブ宇宙望遠鏡はL2 点に正確に位置しているわけではなく、 ハロー軌道 を描いてその周りを周回している。ハッブル宇宙望遠鏡による カリーナ星雲 の別角度からの画像。上は紫外線と可視光、下は赤外線で撮影された天体写真。後者の方がはるかに多くの星が写っている。ウェッブ宇宙望遠鏡は、太陽・地球系の第2ラグランジュ点 （L2 ）付近を周回しています 。L2は、地球の軌道よりも太陽から 150万 km（93万 マイル） 遠く、月の軌道の約4倍の距離にあります。通常、地球よりも太陽から遠い軌道を周回する物体は、1年以上かかります。しかし、L2付近では、地球と太陽の重力が合わさることで、宇宙船は地球が太陽を周回するのと同じ時間で太陽を周回することができます 。
望遠鏡は、太陽と地球のL2 点の周りを ハロー軌道 で周回します。この軌道は黄道面 に対して傾斜しており、半径は約25万 km（16万 マイル） から83万2000km （51万7000 マイル） の間で変化し、約半年で一周します。[ 29 ] L2 点 は重力の影響を受けない平衡点にすぎないため、ハロー軌道は通常の意味での軌道ではありません。宇宙船は実際には太陽の周りを公転しています。ハロー軌道は、 L2 点の近傍にとどまるための制御されたドリフトと考えることができます。[ 166 ] これには、ある程度の 位置保持が 必要です。 2.5 m /s [ 167 ] Δv 予算から m/s[ 168 ] : [ 169 ] L 2 点を超えて押し出されないように、必要な推力量をわずかに下回るように設計されており、そうなると回復不能な状況になります。JWST の統合およびテスト プロジェクト サイエンティストであるランディ キンブルは、ウェッブの正確な位置保持を「シシュポスが丘の頂上近くの緩やかな斜面をこの岩を転がしているようなもので、私たちは岩が頂上を越えて彼から離れてしまうことを決して望んでいません」と例えました。 [ 170 ]
ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡· 地球 · L 2 ポイント
進水と試運転
打ち上げ 打ち上げ（アリアン飛行VA256 と指定）は、予定通り2021年12月25日12時20分（UTC）にフランス領ギアナ のギアナ宇宙センター から打ち上げられたアリアン5 ロケットで行われた。[ 186 ] [ 187 ] [ 188 ] [ 189 ] [ 190 ] [ 191 ] 望遠鏡は打ち上げから27分7秒後に上段から分離され、 L2 ラグランジュ点 の周りのリサジュー軌道 [ 192 ] た
望遠鏡は最終軌道に到達するのに必要な速度よりわずかに遅い速度で打ち上げられ、地球から遠ざかるにつれて減速し、L 2 に到達したときは、そこの軌道に入るのに必要な速度だけになった。望遠鏡は 2022 年 1 月 24 日に L 2 に到達した。飛行には、速度と方向を調整するための 3 回の計画された軌道修正が含まれていた。これは、観測所が推力不足 (速度が遅すぎる) からは回復できるが、推力過剰 (速度が速すぎる) からは回復できないためである。温度に非常に敏感な機器を保護するために、太陽シールドは望遠鏡と太陽の間にある必要があるため、宇宙船は方向転換したり、スラスタを使用して減速したりすることができなかった。[ 193 ]
L 2 不安定 なので、JWST は望遠鏡が軌道位置からずれないように、L 2 の周りのハロー軌道を維持するために推進剤を使用する必要があります (ステーション キーピングとして知られています)。[ 194 ] 10 年間 分 の [ 195 ] [ 196 ] [ 197 ] [ 198 ] Space.com は この打ち上げを「完璧」と評しました。[ 199 ]
輸送と構造物の展開 構造展開のタイムライン[ 51 ] ウェッブは、完璧な打ち上げから27分後にロケット上段から分離されました。[ 186 ] [ 199 ] [ 201 ] ボルチモア の宇宙望遠鏡科学研究所によって制御されています。 [ 202 ] [ 203 ] [ 204 ]
構造展開シーケンス 2021年12月25日午後7時50分 [ 205 ] [ 204 ]
2021年12月27日、打ち上げから60時間後、ウェッブのロケットは9分27秒間噴射し、望遠鏡がL2地点に到達するための3回の途中軌道修正のうち2回目を行った。 [ 206 ] 2021 [ 207 ]
2021年12月31日、地上チームは観測所の左右両側から2本の伸縮式「ミッドブーム」を伸ばした。[ 208 ] [ 209 ] [ 208 ] [ 208 ] [ 210 ]
構造展開の最終段階は、主鏡の翼を展開することでした。各パネルは3つの主鏡セグメントで構成されており、打ち上げのために宇宙望遠鏡をアリアンロケットのフェアリング に取り付けるために折りたたむ必要があります。2022年1月7日、NASAは左舷側の翼を展開して固定し、[ 211 ] [ 212 ] [ 213 ] [ 214 ]
2022年1月24日午後2時（ [ 215 ] 軌道 に 投入された。[ 216 ] [ 217 ]
MIRI装置には、撮像、低解像度分光、中解像度分光、コロナグラフ撮像の4つの観測モードがあります。「8月24日、中解像度分光（MRS）をサポートする機構が、科学観測のセットアップ中に摩擦が増加したと思われる現象を示しました。この機構は、科学者がMRSモードを使用して観測を行う際に、短波長、中波長、長波長を選択できるようにするグレーティングホイールです」とNASAはプレスリリースで述べています。[ 218 ]
ウェッブ宇宙望遠鏡のハロー軌道のアニメーション
試運転およびテスト 2022年1月12日、輸送中にミラーのアライメントが開始されました。主鏡セグメントと副鏡は、保護された発射位置から移動されました。132個のアクチュエータモーター [ 219 ] ナノメートル 刻み）で微調整するように設計されており、初期アライメント中にそれぞれ120万刻み（12.5 mm）以上移動する必要があるため、これには約10日かかりました。[ 220 ] [ 41 ]
ミラーアライメントでは、18 個のミラーセグメントと副鏡をそれぞれ 50 ナノメートル以内の精度で配置する必要があります。NASA は必要な精度を次のように例えています。「ウェッブ宇宙望遠鏡の主鏡がアメリカ合衆国の大きさだとすると、各 [ミラー] セグメントはテキサス州の大きさになり、チームはテキサス州の大きさのセグメントの高さを約 1.5 インチの精度で互いに合わせる必要があります。」[ 221 ]
ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の鏡面調整アニメーション セグメント画像の識別。18個のミラーセグメントを動かして、どのセグメントがどのセグメント画像を生成するかを特定します。ミラーセグメントをそれぞれの写真に一致させた後、ミラーを傾けてすべての画像を共通の点を中心に揃え、さらに分析を行います。
セグメントの位置合わせは、まず副鏡をわずかに動かしてセグメント像の焦点をずらすことから始まります。位相回復と呼ばれる数学的解析を、焦点をずらした画像に適用して、セグメントの正確な位置誤差を決定します。その後、セグメントを調整することで、18個の補正された「望遠鏡」が得られます。しかし、これらのセグメントはまだ単一の鏡として機能しません。
画像スタッキング。すべての光を一点に集中させるには、各セグメント画像を重ね合わせる必要があります。画像スタッキングの段階では、個々のセグメント画像をずらして視野の中心に正確に位置合わせし、一枚の統合画像を作成します。この処理によって、望遠鏡は粗調整のための準備が整います。
観測機器の視野全体にわたる望遠鏡のアライメント。微調整後、望遠鏡はNIRCamの視野内の1箇所で正確にアライメントされます。次に、残りの観測機器にもアライメントを適用する必要があります。
ミラーアライメントは、望遠鏡の 1:6 スケールモデルを使用して繰り返しリハーサルされた 7 つのフェーズに分かれた複雑な操作でした。[ 221 ] 120 K (-153 °C; -244 °F) に達すると、[ 222 ] NIRCam は おおぐま座 の 7 等級の星 HD 84406 をターゲットにしました。[ d ] [ 224 ] [ 225 ] [ 226 ] 位相回復 と呼ばれる技術を使用して各セグメントの主要な焦点誤差が補正され、18 枚のミラーセグメントから 18 枚の高品質画像が得られました (「セグメント位置合わせ」)。次に、各セグメントからの 18 枚の画像が正確に重なるように移動され、1 つの画像が作成されます (「画像スタッキング」)。[ 221 ]
ミラーをほぼ正確な画像を生成するように配置した後、検出される光の波長よりも小さい50ナノメートルの動作精度に微調整する必要がありました。 分散フリンジセンシング と呼ばれる技術を使用して、20組のミラーからの画像を比較し、ほとんどのエラーを修正しました（「粗調整」）。次に、各セグメントの画像に光のデフォーカスを導入し、残りのほぼすべてのエラーを検出して修正しました（「微調整」）。これらの2つのプロセスは3回繰り返され、微調整は望遠鏡の運用中、定期的にチェックされます。粗調整と微調整を3回繰り返した後、望遠鏡はNIRCamの視野内の1つの位置で適切に調整されました。すべての機器でキャプチャされた画像のさまざまなポイントで測定が行われ、検出された強度変動から補正が計算され、すべての機器で適切に調整された結果が得られます（「機器の視野全体にわたる望遠鏡の調整」）。最後に、すべての機器に対して最終ラウンドの微調整と画像品質チェックを実施し、前のステップで残った小さな残留誤差が修正されていることを確認しました（「最終補正のための反復アライメント」）。その後、望遠鏡のミラーセグメントがアライメントされ、正確で焦点の合った画像を撮影できるようになりました。[ 221 ]
位置合わせの準備として、NASAは2022年2月3日19時28分UTCに、NIRCamが望遠鏡の最初の光子を 検出した（ただし、まだ完全な画像ではない）と発表した。[ 221 ] [ 227 ] [ 226 ] [ 228 ] [ 229 ] [ 229 ] [ 230 ]
フェーズ1の中間画像。各画像を撮影した関連するミラーセグメントが注釈として付けられている。
HD 84406のフェーズ1注釈付き完了画像
フェーズ2完了、セグメントアライメントの「前後」効果を示す
フェーズ3の完了。HD 84406の18セグメントを「積み重ねて」1つの画像として表示。
星2MASS J17554042+6551277
[ e ] はNIRCam装置によって撮影されました
位置合わせプロセス中にNIRCamが撮影した「自撮り写真」
NASA/ESA/CSA ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡のセンサーのアライメント
[ 233 ] ウェッブの精密誘導センサー（FGS）
[ 234 ]
観測時間の配分 ウェッブの観測時間は、一般観測者 (GO) プログラム、保証時間観測 (GTO) プログラム、所長裁量早期リリース科学 (DD-ERS) プログラム、[ 235 ] [ 236 ]
早期リリース科学プログラム 2017 年 11 月、宇宙望遠鏡科学研究所は、競争的な提案プロセスを経て選ばれた 13 の所長裁量早期リリース科学 (DD-ERS) プログラムの選定を発表しました。[ 237 ] [ 238 ] (早期リリース観測 (ERO) [ 239 ] [ 240 ] 太陽系 、系外惑星 、恒星 と星形成 、近傍および遠方の銀河 、重力レンズ 、クエーサーが 含まれます。これらの 13 の ERS プログラムでは、合計 242.8 時間の望遠鏡観測時間 (Webb のオーバーヘッドとスルー 時間を除く) を使用することになっていました。
一般オブザーバープログラム サイクル 1 では、6,000 時間の観測時間を割り当てることが可能で、合計 24,500 時間を要求する 1,173 件の提案が提出されました。[ 254 ] [ 255 ] [ 256 ] [ 257 ] [ 258 ]
科学的成果 JWSTは2022年7月11日に試運転を完了し、本格的な科学運用を開始しました。[ 259 ] [ 260 ]
JWSTの観測は、系外惑星、宇宙の最初の10億年、[ 267 ]
明るい初期銀河 ウェッブ宇宙望遠鏡による最初の画像から 2 週間以内に、いくつかのプレプリント論文で、ビッグバンから 2億3500 万年後 (z=16.7) から 2億8000 万年後に遡ると考えられる、広範囲にわたる高赤方偏移で非常に明るい (おそらく大きな) 銀河が記述されました。これは、これまで知られていたよりもはるかに古いものです。[ 239 ] [ 240 ] [ 275 ] [ 276 ] 測光赤方偏移 を持つと考えられているCEERS-93316 など、高赤方偏移銀河の候補となるものがあります。[ 277 ] [ 278 ] 分光学的赤方偏移 測定により、より正確な赤方偏移値である約 z=4.91 が明らかになった。[ 279 ] 原始ブラックホールが提案された。 [ 280 ] [ 281 ] [ 282 ] 。 これは 赤方偏移14.32 に相当する。JWST 先進深宇宙銀河外サーベイ ( [ 283 ]
2025年11月のJWSTの観測により、CANUCS-LRD-z8.6と名付けられた「小さな赤い点 」銀河内に活発に成長している超大質量ブラックホールが確認された。 [ 284 ] 2025年後半、JWSTによる高赤方偏移の「小さな赤い点 」（LRD）と初期銀河の観測により、標準的な恒星残骸モデルよりも大質量ブラックホールの種の存在を支持する制約が得られた。2025年8月、Juodžbalisらは、赤方偏移z=7.04の重力レンズ効果を受けたLRD銀河 UHZ1の ブラックホールの直接的な力学的質量測定を報告し、中心質量が約5000万太陽質量で、銀河の星の質量を上回っていることを発見した。著者らは、初期宇宙での形成と一致すると述べている。[ 285 ] らは、 同時に、Chavez Ortiz らは、z=8.6 付近の LRD "CANUCS-LRD-z8.6" に活動銀河核が存在することを特定した。この銀河核には、宿主銀河が有意な恒星質量を確立する前に急速に成長した、およそ 10 8 太陽質量のブラックホールが含まれており、極めて初期の形成または直接崩壊と一致し て いる。[ 286 ] らは、 ビッグバンから 4 億年後未満の z=12.34 の銀河GHZ2 に活動的な約 10 7.2 太陽質量のブラックホールが存在する証拠を提示 した。これは、現在までに特定された最も遠いブラックホールであり 、 標準的な降着限界にさらに挑戦し、急速な形成メカニズムを支持している。[ 287 ]
ギャラリー ウィキメディア・コモンズにあるジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の画像に関連するメディア
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外部リンク NASA / STScI / ESA /フランス公式ウェブサイト JWST NASA – 追跡ページ – 打ち上げから最終校正まで（その他） JWST NASA – 概要ページ− タイムラインの詳細 / ウェッブ軌道 / L2 / 通信 JWST本文 – 最も重要な出来事 – 打ち上げと展開（2021年） JWSTビデオ（031:22）：ハイライト − 技術的な詳細（2021年） JWSTビデオ（012:02）：1ヶ月目 – 打ち上げと展開（アニメーション；2017年） JWSTビデオ（008:06）：1ヶ月目 - 打ち上げと展開（更新；2021年） JWST動画（003:00）：2ヶ月目 - ミラーアライメントの詳細（2022年2月11日） JWST動画（ミッションコントロールライブ） – 展開イベント – 無事完了（2022年） 打ち上げ (005:07; 2021年12月25日)分離 (003:14; 2021年12月25日)サンシールド (152:45; 2022年1月4日)ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡：副鏡展開 – ミッションコントロールライブ副鏡 （087:15; 2022年1月5日）主鏡 （242:29; 2022年1月8日）最終展開 （085:15; 2022年1月8日） メディアブリーフィング：ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の今後の展望 L2への 到着（2022年1月24日 077:14）テストと較正 ライト ジョナサン・フォートニー教授による、JWSTを用いた系外惑星の研究に関する講演の動画（2025年）
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