Телескоп за $12 млрд. Какие открытия нам принесет?

Широкодиапазонный инфракрасный телескоп James Webb стоимостью $12 миллиардов, должен в 100 раз превзойти возможности «Хаббла» и обещает заняться передовыми вопросами в космологии и исследовании экзопланет.

Сегодня я вам расскажу почему телескоп James Webb так важен для науки

Вы узнаете секреты этого устройства

И какие есть у него преимущества перед предшественниками

По традиции, надеваем скафандры, берем космический тюбик с любимым блюдом и летим на экскурсию.

Сегодня я вам расскажу:почему телескоп James Webb так важен для науки? Из чего он состоит, что стоит как 50 Ламборджини. И какие есть у него преимущества перед предшественникамиКогда-то название у него было как у шоу без названия, просто - телескоп следующего поколения (NGST - Next Generation Space Telescope), но в 2002 году (причину найдете ниже), он был переименован в честь админа НАСА (NASA) - James Webb Space Telescope --James Webb Space Telescope.

Джеймс обладает несколькими преимуществами, с которыми не сравнятся другие существующие или планируемые в ближайшее время наземные или космические телескопы. Сам James Webb стал настоящим долгостроем и не раз оказывался под угрозой закрытия. Проект стартовал в 1996 году, и к моменту запуска обошёлся в $12 млрд.

Такие сроки и стоимость определяются высочайшей сложностью аппарата, и требованиями к точности конструкции, качеству наблюдений и десятилетним сроком активной работы. Отличительной чертой телескопа выступает его главное раскладное зеркало, составленное из 18 шестиугольных сегментов. У телескопа раскладывается не только зеркало, но и тепловой щит, и вместе с оптическими элементами он становится настоящим космическим трансформером!

Новый телескоп чаще всего сравнивают с космическим телескопом Hubble, который уже более тридцати лет служит мировой науке. Диаметр главного зеркала Hubble 2,4 м, а у JW 6,5 метра. На Земле есть телескопы большего размера, например, Большой Канарский имеет диаметр 10,4 м, но из-за атмосферы он может сравниться только с Hubble, да и то не во всём.

Космические телескопы обладают возможностью длительного накопления света во время наблюдений. В фотографическом деле это называется выдержка, т.е. время открытого затвора, за которое проецируется свет на светочувствительный элемент. А возможности цифровой обработки снимков позволяют суммировать несколько кадров одного и того же места. Вместе это позволяет вести длительное накопление фотонов. Например, рекордная съёмка Hubble eXtreme позволила создать снимок с суммарной выдержкой 2 миллиона секунд или 23 дня.

Такой обзор позволил взглянуть в ранние времена Вселенной до 13,2 млрд лет назад, т.е. самая древняя из заснятых галактик имеет возраст около 600 млн лет от Большого взрыва!

Телескоп JWST располагается удобнее для наблюдений, но недоступно для шаттлов обслуживания — в точке Лагранжа L2 в системе Земля-Солнце. Это область космоса из которой и Земля, и Солнце всегда находятся примерно в одной области неба. Это значит, что наблюдения выбранных целей не придётся прерывать каждые 45 минут, как в случае с Hubble. JWST всегда будет ориентирован «спиной» к Солнцу, а значит, всё остальное небо будет доступно для наблюдений. Годовое движение вокруг Солнца позволяет наблюдать любую точку Вселенной.

Диаметр James Webb примерно в два с половиной раза больше Hubble, а это один из важных параметров, определяющих разрешающую способность телескопа, т.е. возможность различать наименьшие детали на снимках. Впрочем, разрешение телескопа также зависит от длины волны света, на которой ведётся наблюдение, и здесь инфракрасный телескоп проигрывает, тому, который наблюдает в более коротковолновом видимом диапазоне. Длина волны света, видимого нашими глазами диапазона, в среднем составляет 0,5 мкм, а основные приборы JW регистрируют от 0,6 до 5 мкм, а это значит, что разрешение снимков JW будет начинаться с двойного превосходства над Hubble, и уходить в пять раз меньшее разрешение из-за большей длины волны света.

Зато большой диаметр телескопа означает ещё и большую площадь главного зеркала, собирающей свет. Здесь JW в пять раз превосходит Hubble, что также повышает качество наблюдений!

Самая сложная инженерная задача - обеспечение теплового режима в космосе, которая зависит от условий работы космического аппарата. Например, теплоизоляция телескопа Hubble заботится прежде всего о сохранении стабильной температуры телескопа, независимо от его расположения на солнечной или теневой стороне околоземной орбиты. Однако, температура самого Hubble и его светочувствительных детекторов близка к комнатной. В отличие от него, у JW рабочая температура на 223 градуса ниже нуля Цельсия. Это позволяет наблюдать гораздо большее число объектов космоса, которые излучают или отражают свет в инфракрасном диапазоне.

Пятислойный теплоизолирующий щит JW погружает оптические системы телескопа в искусственную тень, в результате чего они охлаждаются до сверхнизких температур путём естественного излучения. В дополнение к ним, один из приборов телескопа имеет активную систему охлаждения, которая снижает температуру детектора ещё на 44 градуса до -267 Цельсия или 6 кельвинов. Всё это необходимо, чтобы видеть не только «дальше» и «глубже», но и «холоднее» или «темнее».

Космос — довольно пыльное место. Хотя нашими глазами этого не видно, но одна из причин, почему наше небо не сияет миллиардами звёзд — именно межзвёздная пыль. У астрономов есть даже термин «зона избегания» — это часть неба, где облака межзвёздной пыли в плоскости нашей галактики настолько плотные, что не позволяют вести наблюдения отдалённых объектов. Именно межзвёздная пыль долгое время не позволяла подтвердить присутствие сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей галактики и именно с помощью инфракрасного наблюдения это удалось подтвердить. Причина такого преимущества инфракрасного света проста — пыль поглощает свет на длине волны, которая короче размера пылинки.

Астрономические наблюдения сейчас ведутся практически во всех диапазонах электромагнитного излучения, но есть две основные причины, которые сделали приоритетным именно инфракрасный для JWST. Это межзвёздное поглощение и космологическое красное смещение. Первый эффект вызван пылью в межзвёздном пространстве, а второй — расширением Вселенной после Большого взрыва.

Кроме оптических особенностей, James Webb обладает серьёзным набором спектрометрических приборов, поэтому какие-то его открытия не всегда будут сопровождаться красивыми фотографиями. Тут могут быть найдены и органические вещества в водяных фонтанах Энцелада и Европы, и определён состав атмосфер относительно близких экзопланет. Возможно, именно благодаря JW у какой-нибудь из соседних звёзд будет найдена землеподобная планета, пригодная к переселению, на случай если Земля окажется под угрозой уничтожения какой-нибудь кометой из облака Оорта…но эта тема для отдельной статьи!

Если вам понравилось это путешествие, буду признателен за повышение кармы моей статье, подписывайтесь, снимайте скафандр, ваш тюбик опустел. Приходите на экскурсию ежедневно в мой VC.

Обнял!