Все о телескопе «Джеймс Уэбб»: от запуска до первых открытий и снимков
Смотреть в глубины космоса — это немного как смотреть в прошлое. Свет движется очень быстро, но не мгновенно. Свету Солнца требуется около восьми минут, чтобы добраться до Земли, преодолев 149 миллионов километров. Если бы с Солнцем внезапно что-то случилось, мы узнали бы об этом только через восемь минут.
Ближайшая к нам звезда находится чуть дальше четырех световых лет. Это значит, что мы видим Проксиму Центавра такой, какой она была больше четырех лет назад. С достаточно мощным телескопом можно увидеть галактики и за миллиарды световых лет от нас. Но чтобы рассмотреть самые далекие и слабые объекты, мало просто увеличить телескоп. Нужно вынести телескоп за пределы атмосферы, защитить его от лишнего тепла и наблюдать не только видимый свет, но и другие виды излучения. Именно для этого создали космический телескоп «Джеймс Уэбб» — одну из самых сложных обсерваторий, которые люди отправляли в космос.
Разбираемся, как работает «Уэбб», чем он отличается от «Хаббла», где находится сейчас и какие снимки космоса уже сделал.
Когда запустили телескоп «Джеймс Уэбб»
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» — это большая инфракрасная обсерватория, созданная для наблюдения самых далеких галактик, рождения звезд и планет, атмосфер экзопланет и объектов Солнечной системы. Его часто называют «Уэббом» или JWST.
Идею следующего большого космического телескопа начали обсуждать еще до запуска «Хаббла». Но работа продвигалась медленно: строительство «Уэбба» началось в 2004 году, затем проект много раз задерживался, а в 2011 году его почти закрыли. После множества переносов телескоп наконец отправился в космос в 2021 году.
Расчетный срок службы «Уэбба» — 10 лет, но, если все будет идти хорошо, ученые рассчитывают получить от него как минимум 20 лет работы.
Наземные телескопы видят свет только после того, как он прошел через атмосферу: постоянно меняющиеся воздушные потоки искажают изображение. Кроме того, атмосфера блокирует некоторые виды света и не дает им добраться до поверхности. Часть этих проблем можно решить, если ставить телескопы высоко в горах — там строят обсерватории. Но чтобы видеть еще четче и работать с диапазонами света, которые плохо проходят через атмосферу, ученые отправляют телескопы выше атмосферы — в космос.
Вывести что-либо в космос трудно и дорого. Тем не менее за прошедшие десятилетия было запущено много космических телескопов: разных размеров и для разных задач. Самый известный из них, вероятно, «Хаббл». Его запустили в апреле 1990 года на борту шаттла «Дискавери». Это была пятидневная миссия на орбите Земли: пять астронавтов NASA вывели «Хаббл» в космос и развернули телескоп.
«Хаббл» смог заглянуть во Вселенную дальше, чем все предыдущие телескопы. Например, в декабре 1995 года ученые провели наблюдение, которое позже назвали «Глубоким полем Хаббла». Телескоп направили на участок неба, который выглядел пустым. Насколько тогда было известно, там ничего не было. «Хаббл» смотрел в одну и ту же точку несколько дней подряд, чтобы собрать как можно больше света. Результат оказался неожиданным: пустая область была заполнена далекими галактиками. Такие наблюдения показали, сколько скрыто в небе даже там, где на первый взгляд ничего нет.
Галактики: что это, как они выглядят и сколько их во Вселенной
Но ученые давно понимали, что у «Хаббла» есть пределы. Он может смотреть в одну точку очень долго, но все равно не увидит всего. Свет бывает разных длин волн, и человеческий глаз видит только небольшой участок огромного электромагнитного спектра. «Хаббл» — в основном оптический телескоп. Это значит, что из всего спектра он лучше всего видит примерно тот же свет, что и человеческий глаз, только гораздо лучше.
Но если смотреть только в видимом диапазоне, часть картины теряется. Инфракрасное излучение, например, находится сразу за видимой частью спектра.
Например, звездные туманности — облака газа и пыли — часто скрывают то, что происходит внутри. «Хаббл» может видеть внешние области, а «Уэбб» благодаря инфракрасному излучению способен заглянуть глубже и показать детали, закрытые пылью для обычного света.
Для этих задач и создали космический телескоп «Джеймс Уэбб». Он видит за пределами видимого света и может наблюдать объекты, которые «Хаббл» не способен рассмотреть так же подробно.
Как создавался телескоп «Джеймс Уэбб»
Шестиугольные сегменты главного зеркала изготавливали в нескольких местах в США, а финальную сборку проводили в Боулдере. Их сделали из бериллия — легкого и прочного элемента, который сохраняет форму в холодном вакууме космоса. Сверху нанесли тонкий слой золота: оно хорошо отражает инфракрасный свет.
Затем сегменты отправили в Центр космических полетов имени Годдарда NASA. Там их объединили с верхней частью телескопа и научными инструментами. Установку 18 сегментов проводили в чистой комнате с помощью большой роботизированной руки: зеркало нужно было закрепить без царапин и загрязнений, которые могли бы исказить будущие наблюдения.
Солнцезащитный экран изготавливали отдельно. Его слои начали делать в Хантсвилле, а затем отправили в Редондо-Бич. Экран должен был складываться достаточно компактно, чтобы поместиться внутри ракеты, а затем раскрыться уже в космосе. После сборки телескоп отправили в Хьюстон на криогенные вакуумные испытания.
Затем «Уэбб» отправили в Редондо-Бич, где компания Northrop Grumman провела финальную сборку. К 2019 году телескоп был собран, а после последних проверок его подготовили к отправке в Гвианский космический центр в Южной Америке. Для перевозки телескоп сложили и погрузили на судно. Он прошел по морю от побережья Калифорнии через Панамский канал и прибыл во Французскую Гвиану за 16 дней.
Для запуска использовали европейскую ракету Ariane 5. Телескоп установили на верхнюю часть ракеты, закрыли головным обтекателем и вывезли на стартовую площадку. Запуск состоялся 25 декабря 2021 года. Верхняя ступень вывела «Уэбб» на траекторию ухода от Земли.
После отделения от ракеты телескоп начал путь к области около точки L2. До нее он летел около месяца. Первые две недели «Уэбб» постепенно раскрывался прямо в космосе: разворачивал солнечную батарею, антенну, солнцезащитный экран, вторичное зеркало и боковые секции главного зеркала. За каждым этапом следила команда управления миссией в Балтиморе.
Затем началась настройка зеркала. Все 18 сегментов двигали на микроскопические расстояния, пока они не стали работать как единая оптическая система. Этот процесс занял много недель. Первые полноцветные научные изображения «Уэбба» опубликовали 12 июля 2022 года.
У «Хаббла» было преимущество: он находится на низкой околоземной орбите, и астронавты несколько раз прилетали к нему на шаттлах для ремонта. С «Уэббом» так не получится: он работает слишком далеко от Земли. Поэтому телескоп много лет собирали, проверяли, охлаждали в вакуумных камерах и тестировали так, чтобы после запуска все ключевые системы сработали с первого раза.
Как работает телескоп «Джеймс Уэбб»
«Хаббл» выглядит как классический космический телескоп: длинная трубка с зеркалом внутри. У «Уэбба» другая конструкция. Его главное зеркало и научные приборы открыты, а от света и тепла их защищает большой солнцезащитный экран.
«Уэбб» всегда держит Солнце, Землю и Луну с одной стороны экрана. Так зеркало и научные приборы остаются в тени и охлаждаются до температуры, при которой телескоп может работать в инфракрасном диапазоне: если телескоп сам будет слишком горячим, его собственное тепло помешает видеть слабые сигналы из космоса.
Под экраном находится служебный модуль с электроникой, связью и двигательной системой. Над экраном расположена холодная часть телескопа: главное зеркало, вторичное зеркало и научные инструменты.
Главное зеркало «Уэбба» состоит из 18 шестиугольных сегментов. Боковые секции складывались, чтобы телескоп поместился в ракету, а затем раскрылись уже в космосе. Благодаря этому зеркало получилось намного больше, чем у «Хаббла»: 6,5 м против 2,4 м.
Свет от далекого объекта попадает на главное зеркало, отражается на вторичное и затем направляется к научным приборам. Они измеряют не только яркость изображения, но и спектр света — по нему ученые определяют состав, температуру, расстояние и другие свойства объектов.
Главное преимущество «Уэбба» перед «Хабблом» — большое зеркало, холодная рабочая среда и чувствительность к инфракрасному излучению. Благодаря этому он может видеть очень далекие галактики, заглядывать внутрь пылевых туманностей, изучать атмосферы экзопланет и наблюдать объекты Солнечной системы.
Где находится телескоп «Джеймс Уэбб»
«Джеймс Уэбб» не обращается вокруг Земли, как «Хаббл». Он находится гораздо дальше — примерно в полутора миллионах километров от нашей планеты, то есть почти в четыре раза дальше Луны.
Телескоп работает рядом со второй точкой Лагранжа системы Солнце — Земля, или L2. Это область в космосе, где аппарат может оставаться в устойчивом положении относительно Земли и Солнца и тратить меньше топлива на коррекцию траектории.
Что такое точки Лагранжа в космосе и как их применяют на практике
При этом «Уэбб» не висит в одной точке. Он движется по орбите вокруг области L2 и вместе с Землей обращается вокруг Солнца. Благодаря этому телескоп может постоянно держать Солнце, Землю и Луну с одной стороны, за своим солнцезащитным экраном.
Телескоп «Джеймс Уэбб»: фото космоса
Частые вопросы
Какие открытия может сделать телескоп «Джеймс Уэбб»?
«Джеймс Уэбб» может находить очень далекие галактики, изучать, как рождались первые звезды, смотреть внутрь пылевых туманностей и исследовать атмосферы экзопланет. Его данные помогают нам понять, как формировались галактики, где рождаются планеты и какие вещества есть вокруг других звезд.
Может ли телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружить пригодную для жизни планету?
«Уэбб» не может увидеть на экзопланете города, океаны или живые организмы. Но он может изучать атмосферу некоторых планет у других звезд. Когда планета проходит перед своей звездой, часть света звезды проходит через ее атмосферу. По этому свету ученые могут искать водяной пар, углекислый газ, метан и другие вещества, которые теоретически могут сигнализировать о наличии жизни.
Экзопланеты: какие бывают, как их открыли и есть ли среди них пригодные для жизни
Сколько стоит телескоп «Джеймс Уэбб»?
Стоимость проекта оценивают плюс-минус в $10 млрд. Изначально «Уэбб» должен был обойтись дешевле, но бюджет увеличивался по мере доработки конструкции, дополнительных испытаний и переносов запуска. В итоговую сумму вошли разработка, строительство, проверка телескопа, запуск и первые годы работы.
Почему телескоп назвали «Джеймс Уэбб»?
Телескоп назвали в честь Джеймса Уэбба — руководителя NASA в 1960-х годах. При нем агентство вело программу «Аполлон» и развивало научные космические миссии.
Делает ли «Джеймс Уэбб» снимки в настоящих цветах?
Не совсем. «Уэбб» наблюдает в инфракрасном диапазоне, который не виден человеческому глазу. Поэтому данные переводят в видимые цвета, чтобы их можно было рассмотреть на изображении. Цвета помогают показать разные длины волн, температуру, состав и структуру объектов.
Главное о телескопе «Джеймс Уэбб»
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» — это инфракрасная обсерватория, созданная для наблюдения далеких галактик, звездных туманностей, экзопланет и объектов Солнечной системы.
Телескоп запустили 25 декабря 2021 года из Гвианского космического центра в Южной Америке на ракете Ariane 5.
Проект создавали NASA, Европейское космическое агентство и Канадское космическое агентство.
«Уэбб» работает рядом с точкой Лагранжа L2, примерно в 1,5 млн км от Земли.
Главное зеркало телескопа состоит из 18 шестиугольных сегментов и имеет диаметр 6,5 м.
Первые полноцветные научные изображения «Уэбба» опубликовали 12 июля 2022 года.
Читайте также:
Парадокс Ферми: что это, как звучит, решение, уравнение Дрейка, гипотеза зоопарка
Великий аттрактор: что это, где находится, куда движется, чем опасен, фото
Альфа Центавра: что это, в какой галактике, сколько лететь, как выглядит, фото
Бозон Хиггса: что это, когда открыли, для чего нужен, теория, масса
