Мало кто из живущих 7,6 миллиардов людей на нашей планете интересуется
успехами астрономической науки, хотя и понимают, что возникновение жизни и развитие мировой цивилизации на Земле обязаны своим порождением законам Вселенной. Познанием структуры Вселенной и её законов занимается одна из древнейших наук - астрономия, которая владеет мощным инструментарием для изучения космических тел и их характеристик на основе наблюдений и обработки полученных фактов сложным математическим аппаратом.
Невооружённым глазом невозможно проникнуть в глубины Вселенной, поэтому в помощь астрономам были изобретены разные приборы, среди которых основную роль для наблюдений за космическими объектами имеют телескопы, как атрибуты обсерваторий, расположенных не только в разных частях света, но и в космическом пространстве.
Первым большим космическим телескопоря является Хаббл, выведенным на орбиту шаттлом "Дискавери" 24 августа 1990 года после многих лет проектирования и доработок, а также многократных переносов сроков запуска.
Общие расходы на проект составили более 7 млрд долларов.
Впоследствии телескоп нуждался в техническом обслуживании в 1993, 1999, 2002 и 2009 годах. Техобслуживание проводили астронавты в открытом космосе и после ремонтов предполпагалось, что телескоп продолжит работу до 2014 года, однако он отлично выполняет программу исследования галактик до сих пор, что является само по себе триумфом астрономической науки.
Статья, помещённая в Википедии, сообщает, что за 15 лет работы на околоземной орбите Хаббл получил 1,022 млн изображений небесных объектов - звёзд, туманностей, галактик, планет. Поток данных, которые он ежемесячно генерирует в процессе наблюдений, составляет около 480 ГБ, а общий их объём, накопленный за всё время работы телескопа, составляет примерно 50 терабайт.
Более 3900 астрономов получили возможность использовать его для наблюдений, опубликовано около 4000 статей в научных журналах. Установлено, что, в среднем, индекс цитирования астрономических статей, основанных на данных этого телескопа, в два раза выше, чем статей, основанных на других данных. Ежегодно в списке 200 наиболее цитируемых статей не менее 10 % занимают работы, выполненные на основе материалов "Хаббла". Нулевой индекс цитирования имеют около 30 % работ по астрономии в целом и только 2 % работ, выполненных с помощью космического телескопа.
Хаббл стал самым известным из космических телескопов, который ведёт наблюдение за отдалёнными галактиками с 1990 года и давно отслужил свой срок и пока ещё находится в рабочем состоянии, однако на смену ему готовится более мощный телескоп имени Джеймса Уэбба (названного в честь Д.Уэбба, бывшего руководителя NASA в 1961 - 68 годах, когда осуществлялась программа "Апполон").
О создании нового более мощного космического телескопа впервые речь зашла в 1996 году, когда американские астрономы выпустили доклад HST and Beyond в связи с предполагаемым окончания срока эксплуатации телескопа Хаббл.
Запуск намечали на 2007 год, но в дальнейшем переносили несколько раз.
Первый сегмент зеркала был установлен на телескоп лишь в конце 2015 года, а полностью главное составное зеркало было собрано только в феврале 2016 года. По данным на весну 2018 года, планируемая дата запуска была сдвинута на 30 марта 2021 года.
Выведение телескопа Джеймс Уэбб на гало - орбиту NASA планировала на 31 октября 2021 года с космодрома Куру (Гвиана) с помощью ракеты - носителя Ариан-5 или Ариан-6, но этому помешала пандемия коронавируса.
В разработке программы строительства телескопа принимали участие Европа (ESA) и
Канада (CSA).
Главные подрядчики - Northrop Grumman (США) и Ball Aerospace (США).
Технические характеристики телескопа Джеймс Уэбб:
Масса 6,2 тонны;
Тип телескопа - телескоп-рефлектор системы Корша;
Диаметр зеркала - 6,5 метра;
Площадь собирающей поверхности около 25 квадратных метров;
Фокусное расстояние 131,4 метра;
Волновой диапазон 0,6—28 мкм (части видимого и инфракрасного);
Местонахождение - точка Лагранжа L2 системы Солнце — Земля (1,5 млн км от Земли в противоположную от Солнца сторону);
Тип орбиты - гало-орбита;
Продолжительность работы - 5-10 лет;
Научные инструменты:
MIRI - прибор среднего инфракрасного диапазона;
NIRCam - камера ближнего инфракрасного диапазона;
NIRSpec - спектрограф ближнего инфракрасного диапазона;
FGS/NIRISS - датчик точного наведения с устройством формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевым спектрографом.
По сообщением NASA телескоп планировали запустить в космос между 2007 и 2011 годами, но проект оказался более сложным по времени и дорогостоящим, чем ожидалось.
В начале 2000-х стоимость программы превысила $4,5 млрд и сроки перенесли, в 2011 году всё уточнили и утвердили новый срок запуска – 2018 год, но сборка "Джеймса Уэбба" была закончена только в середине 2019 года, после чего начались наземные испытания. Было ещё пять переносов - март 2019 года, июнь и май 2020 года, и ещё 30 марта 2021 года и сейчас старт запланирован на 31 октября 2021 года.
В отличие от Хаббла, исследующего Вселенную преимущественно в оптическом диапазоне (ближний инфракрасный и ультрафиолетовый диапазон, соседствующие с видимым излучением), Джеймс Уэбб сконцентрируется лишь на инфракрасной части спектра, что позволит рассмотреть более древние и более холодные объекты, но для этого необходимо самое нестандартное и сложное в телескопе - зеркало диаметром 6,5 метра.
Учёные решили собрать зеркало из 18 отдельных сегментов, используя лёгкий и прочный металл бериллий, на который был нанесен тонкий слой золота. В итоге зеркало весит 705 килограммов, в то время как его площадь составляет 25 квадратных метров (для сравнения: зеркало Хаббла весит 828 килограммов при площади 4,5 квадратных метра).
Другой важный компонент - развёртываемый теплозащитный экран, необходимый для защиты приборов Джеймса Уэбба от перегрева. На околоземной орбите под прямыми лучами Солнца предметы могут разогреваться до +121 градуса. Приборы Джеймса Уэбба будут использованы для работы в условиях низких температур, поэтому и понадобился теплозащитный экран, закрывающий их от Солнца.
По размеру он сравним с теннисным кортом, 21 x 14 метров, поэтому отправить его в точку Лагранжа L2 (именно там будет работать телескоп) в развернутом виде невозможно. Основные трудности заключаются в том, как доставить щит к пункту назначения без повреждений. Логичным решением является сложить его на время полёта, а затем развернуть в рабочей точке.
Внешняя сторона щита, где находится антенна, бортовой компьютер, гироскопы и солнечная панель, разогреется, как ожидается, до +85 градусов, а на неосвещённой стороне, где находятся основные научные приборы около 233 градусов ниже нуля. Обеспечивать теплоизоляцию будут пять слоев щита - каждый холоднее предыдущего.
С помощью научных приборов учёные надеются ответить на многие вопросы. В первую очередь, они касаются экзопланет.
Телескоп "Кеплер" открыл более 2,5 тысячи экзопланет, но оценки плотности существуют лишь для нескольких сотен. Оценки плотности позволяют понять к какому типу относится планета: принизкой плотности - это газовый гигант, а при высокой - скорее всего каменистая планета, напоминающая Землю или Марс. Астрономы надеются, что "Джеймс Уэбб" поможет собрать больше данных о массах и диаметрах планет, вычислить их плотность и определить тип.
Научные приборы и разные режимы наблюдений дадут возможность астрономам определить присутствие веществ, в том числе воды, метана и углекислого газа — причём не только на крупных планетах, но и на планетах земного типа.
Объектами наблюдения телескопа станут также древние галактики. Хотя уже достаточно много известно об окрестных галактиках, но ещё мало о тех, которые появились в очень молодой Вселенной. "Хаббл" может видеть Вселенную такой, какой она была спустя 400 миллионов лет после Большого взрыва, а обсерватория "Планк" наблюдала космическое микроволновое излучение, которое возникло спустя 400 тысяч лет после Большого взрыва. "Джеймс Уэбб" заполнит пробел между ними и выяснит, как выглядели галактики в первые 3% космической истории.
Астрономы установили прямую зависимость между размером галактики и их возрастом - чем старше Вселенная, тем больше в ней маленьких галактик. Однако этот тренд вряд ли сохранится, и учёные надеются найти нижний предел размера галактик. Таким образом, астрономы хотят ответить на вопрос, когда возникли первые галактики.
Отдельным пунктом стоит изучение молекулярных облаков и протопланетных дисков. В прошлом "Спитцер" мог заглянуть лишь в ближайшие окрестности Солнечной системы. "Уэбб" намного более чувствителен и фактически сможет увидеть другой край Млечного пути, равно как и его центр, а также будет искать гипотетические звёзды населения III - очень тяжёлые объекты, в которых почти нет элементов тяжелее гелия, водорода и лития. Предполагается, что звёзды этого типа должны составлять первое поколение звёзд после Большого взрыва.
"Уэбб" позволит увидеть Вселенную такой, какой мы никогда не видели её раньше. Он заполнит пробелы и поможет создать целостную картину Вселенной. Обширные наблюдения в инфракрасном диапазоне помогут нам увидеть зарождающиеся звёзды и планеты. Нам наконец-то откроются первые галактики, и это поможет сложить воедино всю космологическую историю.
Когда люди смотрят в космос, то видят прошлое, потому что луч света требует времени, чтобы достигнуть Земли. Мы увидим Вселенную, когда она была крайне молодой и даёт возможность понять, как появились мы, и как работает Вселенная. Если говорить о чём-то более близком человечеству, то сможем понять, как возникали звёзды, экзопланеты, и даже определить состав их атмосферы, как такие объекты формируются, как они эволюционируют и на что похожи системы, в состав которых они входят.
Если мы видим систему из нескольких планет, нам важно определить, может ли там быть вода и где ее искать.
Важное знчение имеет и вопрос о мировоззрении людей, которое раскрывает истинную причину нашего бытия вопреки мифотворчеству и мракобесию.
Телескоп "Джеймс Уэбб" уже успешно прошёл финальные акустические и вибрационные испытания и тест на развертывание в полётную конфигурацию, после чего её признают полностью готовой к полёту в космос, сообщается на сайте NASA.
В ходе испытаний имитировались нагрузки, с которыми телескопу придётся столкнуться во время полета в космос внутри головного обтекателя ракеты-носителя "Ариан-5". В настоящее время «Джеймс Уэбб» готовится к финальной процедуре проверки правильности развертывания главного зеркала и теплозащитного экрана в полётную конфигурацию, после чего его поместят в специализированный транспортный контейнер для транспортировки на космодром Куру во Французской Гвиане, что будет означать полную готовность телескопа к полёту в космос.
