Цивилизация
Космический телескоп James Webb отправился в космос на ракете Ariane 5, стартовавшей с космодрома Куру во Французской Гвиане. Его выведут на орбиту вокруг точки Лагранжа L2 системы Земля-Солнце: это означает, что он будет вращаться вокруг Солнца вместе с Землей. Путь до целевой орбиты займет около месяца, а сама миссия продлится от пяти до десяти лет.
James Webb создан в ходе сотрудничества 17 стран под руководством NASA и обладает самым высоким разрешением из всех телескопов, когда-либо созданных людьми. Его возможности многократно превзойдут Hubble, и зачастую James Webb называется его преемником. Вместе с тем телескоп стал самым дорогим и сложным космическим аппаратом и, возможно, одним из самых дорогих устройств в человеческой истории. Суммарно на него было потрачено около $10 млрд, что многократно превосходит первоначальные оценки. Дата запуска также много раз переносилась: первоначально, в 1997 году, телескоп хотели запустить примерно в 2007 году, в начале 2010-х годов старт был уже запланирован на 2018 год, а летит он только сейчас. Также скандал был связан с выбором названия: в марте 2021 года вышла статья в журнале Scientific American, в которой призвали переименовать телескоп, так как Джеймс Уэбб, директор NASA в 1960-х годах, якобы помогал преследовать гомосексуалистов, но агентство отклонило это предложение.
Главное зеркало James Webb имеет диаметр около 6,5 метра, в 2,5 раза больше, чем у Hubble. Именно площадь собирающей поверхности в первую очередь определяет разрешение телескопа. Зеркало James Webb собрано из 18 бериллиевых сегментов и в ходе полета будет находиться в сложенном виде – в противном случае телескоп не поместился бы под головной обтекатель ракеты. Сегменты имеют шестиугольную форму, поскольку из шестиугольников легко собрать относительно круглый предмет и вместе с тем ими можно замостить поверхность без зазоров. Кроме того, к сегментам подсоединены приводы, которые обеспечат точную фокусировку зеркала.
Телескоп под головным обтекателем
ArianespaceЗеркало сделано не из стекла, а из бериллия, по двум причинам. Во-первых, оно должно было получиться легким, примерно в 10 раз легче зеркала Hubble на единицу площади. Во-вторых, бериллий обладает низким коэффициентом теплового расширения, что важно, поскольку телескоп будет работать при криогенных температурах.
Одна из наиболее заметных внешних особенностей телескопа – золотистый цвет зеркала. Оно и правда покрыто тонким слоем золота (48 грамм на 25 м2), поскольку этот металл обладает хорошей отражательной способностью, в частности, в инфракрасном диапазоне.
Работа в среднем инфракрасном диапазоне станет одним из главных отличий телескопа от Hubble. Это значит, что приборы James Webb смогут фиксировать тепловое излучение холодных (по сравнению со звездами) объектов: коричневых карликов, планет и газопылевых облаков. И потому, чтобы не создавать помех, сам телескоп должен оставаться предельно холодным. Для этого космическая обсерватория будет прикрыта теплозащитным экраном, состоящим из пяти слоев каптона с алюминиевым покрытием, а первые два «горячих» слоя дополнительно защищены кремнием.
Тепловой щит телескопа
NASAРазмер экрана достигает 21 метра в длину и 14,5 метра в ширину, и потому при взлете теплозащита также будет сложена. Подобная термосу конструкция позволит удерживать температуру телескопа ниже 50 кельвин, в то время как наружный слой теплозащиты может разогреваться до 383 кельвин, больше 100 градусов Цельсия. Размещение телескопа в точке L2 также позволит закрыться экраном одновременно от Солнца, Земли и Луны, которые всегда будут находиться по одну сторону. Но даже этого недостаточно для работы некоторых приборов телескопа, и потому на обсерватории есть запас гелиевого охладителя, который позволяет достичь температуры ниже 7 кельвин.
На James Webb установлены четыре научных прибора: камера ближнего инфракрасного диапазона, спектрограф ближнего инфракрасного диапазона, прибор для работы в среднем инфракрасном диапазоне (для которого и нужно дополнительное охлаждение) и датчик точного наведения, совмещенный с бесщелевым спектрографом.
Ученый Бенджамин Поуп из Квинслендского университета считает, что космическая обсерватория произведет революцию астрономии.
«James Webb многократно превзойдет любой когда-либо существовавший телескоп, – говорит исследователь. – Он увидит первые звезды во вселенной, находящиеся в миллиардах световых лет от нас».
Это позволит, по сути, заглянуть в далекое прошлое и проверить существующие модели эволюции галактик и вселенной.
Подобные наблюдения удобно проводить в инфракрасном диапазоне, поскольку ИК-излучение лучше проходит сквозь межзвездную пыль или молекулярные облака, где зарождаются звезды. В то же время ИК-волны задерживается водяным паром и углекислым газом земной атмосферы, и именно по этой причине так важно разместить телескоп в космосе.
Приблизительный чертеж телескопа
NASAJames Webb позволит обнаруживать относительно холодные экзопланеты, расположенные на удаленной орбите вокруг звезд в пределах 15 световых лет от Земли. Он даже сможет установить приблизительный состав их атмосферы: есть ли там водяной пар, углекислый газ или биосигнатуры, вещества, свидетельствующие о наличии жизни.
Обсерватория также будет исследовать протопланетные диски – диски из плотного газа вокруг молодых звезд, из которых образуются планеты. Спектрометр позволит определить их химический состав и даже обнаружить зарождающиеся каменистые планеты вроде Земли и понять, какие вещества на них попадут. Это поможет ученым построить более точные модели образования нашей планеты и заодно выяснить, сколько примерно во вселенной может быть двойников Земли.
Телескоп не оставит без внимания и Солнечную систему. Например, он передаст изображения астероидов, комет и малых планет пояса Койпера, простирающегося за орбитой Нептуна, а также качественные изображения Марса и газовых гигантов.
Но, возможно, самая интересная цель для James Webb в нашей системе – так называемые водные миры, спутники газовых гигантов, обладающие внутренним океаном. Из Европы, спутника Юпитера, и Энцелада, спутника Сатурна, бьют многокилометровые гейзеры, и спектрометр обсерватории позволит зафиксировать в них признаки жизни или, как минимум, лучше понять, насколько эта вода пригодна для ее зарождения.
James Webb заработает примерно через полгода после запуска, поскольку должен будет настроить оптическую систему и откалибровать научные приборы. После этого, для начала, телескопу придется исполнить уже отобранные 286 научных заявок, что займет около шести тысяч часов.