Золотой телескоп: почему James Webb станет прорывом человечества

28.12.2021 1:03

NASA запустило в космос телескоп James Webb. Самому дорогому в истории человечества прибору стоимостью почти 10 миллиардов долларов предстоит перелет на орбиту, удаленную от Земли на 1,5 миллиона километров. Почему новый орбитальный телескоп так важен для человечества?

James Webb должен заменить легендарный телескоп Hubble, который работает на орбите уже 31 год и за это время передал на Землю более 150 ТБ ценных данных. Приборы новой орбитальной обсерватории в семь раз чувствительнее установленных на Hubble, а главное зеркало — в 2,5 раза больше.

Как создавался самый дорогой телескоп

Разработка новой орбитальной обсерватории стартовала в 1996 году. Предполагалось, что стоимость телескопа составит 500 миллионов долларов, на орбиту его планировали запустить в 2007 году.

Однако в 2005 году проект серьезно пересмотрели, цена разработки взлетела почти в десять раз, а затем еще вдвое. NASA привлекла к созданию James Webb специалистов из 20 стран, в какой-то момент он получил от журналистов прозвище «телескоп, съевший астрономию» из-за рекордных затрат.

Строительство удалось завершить только в 2019 году — после этого почти два года телескоп испытывали. В октябре 2021 года космическую обсерваторию перевезли по океану во Французскую Гвиану на европейский космодром Куру и установили на тяжелую ракету Ariane 5.

Разработчики столкнулись с множеством трудностей — из-за ограничений на размер телескоп пришлось сделать складным. Основное зеркало диаметров 6,5 метра имеет 18 сегментов, которые должны сложиться в единое целое уже в космосе с точностью позиционирования порядка 10 нанометров.

Золотой телескоп: почему James Webb станет прорывом человечества проверка одного из сегментов зеркала James WebbФото: © NASA

Зеркало James Webb сделано из бериллия — очень легкого и прочного материала, ошлифованного до зеркального блеска. Каждый сегмент покрыт слоем чистого золота толщиной сто нанометров. Драгоценный металл выбран не случайно — он отлично отражает инфракрасный свет и «паразитную» часть оптического излучения.

Научные приборы на борту James Webb

камера видимого и ближнего инфракрасного диапазона NIRCam
спектрограф видимого и ближнего инфракрасного диапазона NIRSpec
инструмент среднего инфракрасного диапазона MIRI
инструмент FGS-NIRISS, обеспечивающий точное наведение телескопа

Угловое разрешение такого зеркала составляет около 0,1 угловой секунды на длине волны 2 микрометра. Его создатели отмечают, что с помощью такого прибора можно в мельчайших деталях разглядеть футбольный мяч с расстояния 550 километров.

Зачем James Webb уводят от Земли

Hubble работает в оптической и ультрафиолетовой части спектра, тогда как James Webb будет изучать Вселенную в инфракрасном диапазоне волн. Благодаря этому новый телескоп сможет фиксировать тепловое излучение относительно холодных объектов — планет и коричневых карликов.

Но для качественной работы космическая обсерватория должна оставаться предельно холодной, иначе результаты пойдут насмарку из-за тепловых помех. Поэтому James Webb отправляют на удаленную орбиту, которая расположена на расстоянии примерно 1,5 миллиона километров от Земли, это вчетверо дальше, чем Луна.

Точки Лагранжа — это точки, в которых маловесное тело может оставаться неподвижным относительно двух массивных тел. В случае James Webb в этой роли выступят Солнце и Земля. Вращение вокруг таких точек называется гало-орбитой.

Так называемая вторая точка Лагранжа в космической пустоте идеальна для охлаждения телескопа до рабочей температуры ниже 50 кельвин. Он должна уравновесить взаимное притяжение небесных тел, благодаря этому положение James Webb в космосе будет устойчивым даже без регулярной корректировки с помощью встроенных двигателей.

При этом даже на таком удалении работе телескопа может помешать Солнце. Чтобы защититься от нагрева, обсерваторию прикроет защитный экран, состоящий из пяти слоев серебристого композитного материала размером с теннисный корт. Его планируют развернуть уже после прибытия James Webb на орбиту.

Впрочем, такая удаленная орбита имеет минусы. Запланированный срок службы новой космической обсерватории составляет десять лет. Но если с телескопом что-нибудь случился, NASA не сможет отправить к нему ремонтную экспедицию, как это неоднократно происходило с Hubble.

Почему телескоп вызовет научную революцию

Свету требуется время, чтобы долететь до Земли. Поэтому мощные телескопы фактически служат «машинами времени», позволяя увидеть звезды такими, какими они были в прошлом. Мощность James Webb позволит увидеть Вселенную возрастом всего 100 миллионов лет — то есть заглянуть в прошлое на более чем 13 миллиардов лет.

Полученные космической обсерваторией данные в будущем подтвердят или опровергнут существующие модели эволюции галактик и Вселенной, положив конец спорам между различными школами астрономов.

Кроме этого, James Webb позволит обнаруживать относительно холодные экзопланеты и проводить спектральный анализ их атмосферы. С его помощью можно будет найти на удаленных планетах признаки жизни.

Обсерватория также будет исследовать протопланетные диски, в которых зарождаются будущие планеты. Такие данные помогут ученым построить точные модели образования Земли и выяснить, насколько уникальна наша планета во Вселенной.

Источник