Заглянет в начало Вселенной. Webb заменит Hubble

Телескоп поможет заглянуть на миллиарды лет в прошлое, увидеть Вселенную совсем юной и в подробностях рассмотреть, как из пыли Большого взрыва рождались самые первые звезды и галактики.

Американское космическое агентство NASA запустило самый большой и сложный орбитальный телескоп в истории - James Webb. Этот инструмент называют преемником легендарного Hubble, который сделал многочисленные открытия.

Новая инфракрасная обсерватория, запуск которой астрономы ждали десятки лет, также будет разгадывать загадки космоса от окраин Солнечной системы до первых во Вселенной звезд. Корреспондент.net рассказывает подробности.

Самый дорогой телескоп

Что телескопу Hubble нужна замена, было понятно в NASA еще до его запуска. Первый концепт преемника был разработан в 1989 году, за год до запуска Hubble. Со временем проект несколько раз менялся, пока не был кардинально переработан в 1996 году. Свое имя James Webb Space Telescope или JWST он получил в честь одного из бывших директоров NASA.

Телескоп изначально планировался как флагманский, то есть самый дорогой и мощный инструмент NASA на годы вперед. При проектировании научных инструментов такого масштаба в них часто закладывают еще не появившиеся технологии - либо их разработают специально под телескоп, либо промышленность дойдет до них сама.

Часть технологий не создана до сих пор (человечество все еще не может доставить телескоп таких размеров за орбиту Марса), часть, наоборот, опередила мечты сотрудников NASA (зеркало удалось сделать по размерам больше, чем предполагалось).

Success! #NASAWebb’s first mid-course correction burn helped fine-tune Webb's trajectory toward its orbit around the second Lagrange point, a million miles (1.5 million km) from Earth: https://t.co/fCx9tOm7ZI#UnfoldTheUniverse pic.twitter.com/1fb7EGbzE9

— NASA Webb Telescope (@NASAWebb) December 26, 2021

Кроме того, произошли новые открытия, которые перевернули науку и тоже повлияли на проект. Так, изначально одной из его основных задач должно было стать измерение того, насколько замедляется расширение Вселенной. Однако за время строительства ученые выяснили, что Вселенная на самом деле расширяется не с замедлением, а с ускорением.

Из-за расширения Вселенной свет самых далеких галактик, испущенный более 13 миллиардов лет назад, превратился в инфракрасные волны. Кроме того, в этом диапазоне лучше видны многие объекты, не испускающие собственного света, такие как планеты, кометы и астероиды). Еще инфракрасные лучи проходят через непроницаемые для света облака газа и пыли. 

По этой причине создатели решили отказаться от оптического диапазона, который есть у Hubble и сделать телескоп только инфракрасным. Кроме того, благодаря развитию технологий JWST получился в два раза легче своего предшественника, притом, что его зеркало почти в три раза больше - 6,5 метра в диаметре.

Зеркало, рекордное среди оптических и инфракрасных инструментов, когда-либо выводившихся на орбиту, разбито на 18 подвижных сегментов. В момент старта зеркало было частично сложено и начнет раскрываться в космосе.

📞 Hello Webb? It's us, Earth!

Our team just deployed the gimbaled antenna assembly, which includes Webb’s high-data-rate dish antenna. This antenna will be used to send at least 28.6 Gbytes of data down from the observatory, twice a day: https://t.co/4vKcbjbKJO pic.twitter.com/zFjhF3yLzY

— NASA Webb Telescope (@NASAWebb) December 26, 2021

Еще одна складная деталь конструкции - противосолнечный экран, ослабляющий поток тепла в миллион раз. Эта защита крайне необходима: солнце будет нагревать поверхность аппарата до +110 °C, а зеркало, отражающее инфракрасные лучи, не должно нагреваться выше -223 °C.

James Webb отправляется на полтора миллиона километров от Земли, в четыре раза дальше расстояния до Луны - в точку L2. Это одна из пяти точек системы Солнце-Земля, в которой тело может оставаться в равновесии относительно сил притяжения и Солнца, и вращающейся вокруг него Земли. Это значит, что доставленный туда телескоп не должен тратить топливо на то, чтобы удержаться в ней.

Webb will orbit the Sun in line with Earth so its sunshield can protect the telescope from light and heat. What’s the second Lagrange point, or L2? Glad you asked. More on our orbit: https://t.co/UXJMa6v7zB #UnfoldTheUniverse pic.twitter.com/5eCxd6YEWm

— NASA Webb Telescope (@NASAWebb) December 26, 2021

У человечества пока нет космических кораблей, которые смогут доставить в эту точку заправочную или ремонтную бригаду с Земли, поэтому телескоп нельзя будет обслужить, как это не раз делали с Hubble. 

Запуск Hubble сопровождался скандалом. После многолетней подготовки к старту, когда обсерваторию наконец-то вывели на орбиту, выяснилось, что ее оптика настроена неверно и изображение получается не в фокусе.

Поскольку телескоп оказался неспособен выполнять свою основную, если не единственную задачу, то первым делом к Hubble пришлось отправить пилотируемую миссию, участники которой уже на орбите откорректировали монолитную линзу зеркала телескопа, фактически, надев на него очки. Сделать такое с James Webb не получится. 

James Webb Space Telescope - в основном детище NASA, но важный вклад в его создание внесли также Европейское и Канадское космические агентства. Всего на постройку и испытание инструмента ушло 17 лет и более десяти миллиардов долларов.

Новая эра изучения Вселенной

Запущенный в 1990 году Hubble произвел настоящую революцию в астрономии. На основе данных его наблюдений написаны без преувеличения десятки тысяч научных статей. В числе этих работ, как уже было сказано, есть и открытия, удостоенные Нобелевской премии.

Однако эксперты отмечают еще одну важную деталь. Кроме бесчисленных академических регалий, несомненная заслуга Hubble состоит в том, что он развернул науку лицом к обывателю, сделав астрономию интересной широкой публике.

Для людей, не получивших соответствующего образования или просто далеких от науки, линза телескопа почти магическим образом превращает непонятные математические формулы в удивительной красоты изображения.

Одна из самых известных таких фотографий - Столпы творения. На не изображены гигантские скопления пыли и газа, где только начинают формироваться новые звезды.

С помощью James Webb человек сможем заглянуть в самые укромные, самые удаленные уголки Вселенной. Причем удаленные не только в пространстве, но и во времени. Ведь телескоп способен разглядеть объекты, расположенные на расстоянии до 13,5 миллиарда световых лет.

А значит, появятся изображения того, как наша Вселенная выглядела спустя всего 200 миллионов лет после Большого взрыва - когда гравитация только начинала захватывать облака космической пыли, скатывая из них шарики и закручивая в спирали.

В какой-то момент шарики сожмутся так плотно, что атомы начнут буквально вдавливаться друг в друга, запустив реакцию термоядерного синтеза. Тогда на их месте вспыхнут первые звезды, в том числе квазары, содержащие активные сверхмассивные черные дыры. Эти светила уже погасли многие миллиарды лет назад, но их лучи все еще не долетели до Земли.

Также James Webb получит детальные фотографии множества галактик, что поможет понять, как они образуются, живут и умирают. Он будет сканировать атмосферы потенциально обитаемых планет в поисках газов, указывающих на наличие биосферы. В Солнечной системе ему тоже хватит дел, например, наблюдения за Ураном и Нептуном, о которых человек знает совсем немного.

Это далеко не все задачи, которые ставит перед телескопом многолетняя программа наблюдений. Планируется, что JWST приступит к работе через полгода. За это время ему предстоит выйти на рабочую орбиту, а также проверить и настроить все системы.

Для этого у него есть всего четыре прибора:

• камера видимого и ближнего инфракрасного диапазона NIRCam
• спектрограф видимого и ближнего инфракрасного диапазона NIRSpec
• инструмент среднего инфракрасного диапазона MIRI, включающий в себя камеру и спектрограф
• инструмент FGS-NIRISS, включающий в себя датчик точного наведения телескопа, камеру и бесщелевой спектрограф