Під кінець року національне управління з аеронавтики і дослідження космічного простору (nasa) сша зробить великий подарунок астрономам, запустивши на орбіту найпотужніший космічний телескоп з коли-небудь створених людиною. Він носить ім’я » джеймс вебб «(james webb space telescope) і повинен не тільки стати заміною телескопу «хаббл», що знаходиться на орбіті більше 30 років, але також повністю змінити те, як людина вивчає космос.

Джерело зображення: the verge

Одна з головних особливостей jwst в тому, що він володіє найбільшим дзеркалом серед всіх запущених в космос телескопів — його діаметр становить 6,5 метрів. Оскільки дзеркало такого діаметру проблематично вмістити в ракеті, його зробили складовим. На старті воно буде перебувати в складеному стані, а після виведення в невагомість розкладеться. Основне завдання телескопа полягає в зборі електромагнітного випромінювання в інфрачервоному діапазоні від далеких зірок і галактик всесвіту, що дозволить вченим зазирнути в минуле і отримати уявлення про деякі об’єкти, які сформувалися відразу після великого вибуху. Крім того, він буде використовуватися для пошуку позаземного життя, спостереження за надмасивними чорними дірами і багато чого іншого.

Процес тестування дзеркала телескопа jwst / джерело зображення: northrop grumman

Nasa майже три десятиліття працювало над створенням jwst і навіть доставка його на стартовий майданчик зайняла чимало часу. Тепер же телескоп готовий до виведення в космічний простір за допомогою ракети-носія ariane 5 компанії arianespace, пуск якої запланований на 25 грудня і відбудеться майданчика космодрому куру у французькій гвіані. Пускове вікно виділено в проміжку між 15: 20 і 15: 52 за московським часом. В кінцевому рахунку телескоп буде розміщений на гало-орбіті в точці лагранжа l₂ системи сонце-земля, де він стане неймовірно потужним інструментом в руках астрономів протягом наступних 5-10 років.

вражаючі характеристики

Перше, що потрібно знати про телескоп «джеймс вебб» — це те, що він величезний. Він може похвалитися дзеркалом діаметром 6,5 метра з площею збиральної поверхні 25 м2. Для порівняння, в оснащенні «хаббла» є дзеркало діаметром 2,4 метра з площею збиральної поверхні 4,5 м2. За рахунок такого масивного дзеркала новий телескоп буде в десятки разів більш чутливим і зможе фіксувати набагато слабші електромагнітні випромінювання. Дзеркало телескопа сформовано з 18 шестикутних сегментів, виконаних з берилію, кожен з яких розміром приблизно з журнальний столик.

Для приведення в робочий стан всі сегменти повинні бути вирівняні ідеально, переміщаючись настільки точно, що похибка становить всього 0,0001 діаметра людської волосини. Це означає, що в розгорнутому вигляді 18 сегментів формують єдине дзеркало з практично рівною поверхнею. Всі сегменти покриті шаром золота, який приблизно в 200 разів тонше людської волосини. Саме золото допомагає телескопу фіксувати випромінювання в інфрачервоному діапазоні.

Джерело зображення: nasa

Оскільки всесвіт розширюється, найбільш далекі від землі об’єкти прискорюються значно швидше тих, що знаходяться ближче до нашої планети. Чим швидше відбувається це прискорення, тим сильніше світло віддалених об’єктів зміщується від видимої частини спектра в бік інфрачервоного. Дзеркало із золотим покриттям дозволить jwst фіксувати електромагнітні випромінювання галактик, що знаходяться на відстані до 13,6 млрд світлових років від землі. Саме ця особливість допоможе телескопу стати вікном в минуле. Вважається, що всесвіту приблизно 13,8 млрд років, а значить, що телескоп зможе фіксувати випромінювання об’єктів, які утворилися всього через 100-250 млн років після великого вибуху.

Вести спостереження в інфрачервоному діапазоні дуже складно, оскільки він пов’язаний з теплом, яке випромінюють всі об’єкти, чия температура вище абсолютного нуля. Через це jwst не може перебувати на орбіті землі або її поверхні. Випромінюване планетою тепло не дозволить вести точні спостереження. Навіть сам телескоп не повинен виробляти зайвої теплової енергії, щоб результати спостережень були досить точними. Тому він відправиться в далеку подорож і буде працювати, перебуваючи в точці лагранжа l₂ на відстані більше 1,5 млн км від землі в протилежний бік від сонця. За рахунок цього космічний апарат зможе постійно зберігати рівновагу щодо сил тяжіння і перебувати приблизно на одній відстані від нашої планети.

Сонцезахисний екран в розгорнутому стані / джерело зображення: northrop grumman

Цікаво, що навіть на такій великій відстані тепло від сонця все ще залишається проблемою, тому в конструкції передбачений сонцезахисний екран. Він сформований з п’яти ультратонких шарів спеціального матеріалу, який буде відображати більшу частину тепла, нагріваючись до 110 с°. При цьому сторона, на якій розміщена наукова апаратура, буде зберігати температуру в районі -190 с°.

непроста історія

Шлях телескопа jwst до стартового майданчика був довгим і тернистим. Після довгих суперечок про те, як повинен виглядати приймач «хаббла», в 1996 році nasa прийняло рішення про будівництво інфрачервоного космічного телескопа з дзеркалом діаметром 4 метри. Однак ден голдін( dan goldin), що був на той момент главою nasa, порахував, що дзеркала діаметром 4 метри буде недостатньо і закликав збільшити його розмір удвічі. Це рішення значно ускладнило розробку, оскільки настільки масивне дзеркало означало, що з землі телескоп повинен запускатися в складеному стані. Основна складність полягала в тому, що технології, необхідні для розгортання телескопа в космосі і точного вирівнювання дзеркал, на той момент просто не існували.

Ще однією перешкодою на шляху створення телескопа «джеймс вебб» стала його вартість. Спочатку nasa розраховувало запустити телескоп в космос в період між 2007 і 2011 роками, витративши на реалізацію всього проекту від $1 до $3,5 млрд. Протягом десятиліть дата запуску телескопа неодноразово переносилася, а вартість його розробки неухильно зростала. Американські законодавці навіть пропонували повністю згорнути проект, але в 2011 році nasa перепланувало місію і конгрес сша погодився продовжити її фінансування, встановивши бюджетну межу на весь термін служби jwst в розмірі $8,8 млрд.тоді ж було оголошено, що телескоп відправиться в космос в 2018 році.

Розташування телескопа jwst щодо сонця і землі / джерело зображення: the verge

Коли інженери приступили до складання і тестування систем телескопа перед підготовкою до його запуску виникло безліч проблем. Під час кріогенних і вібраційних випробувань деякі болти в конструкції телескопа розкрутилися, частина клапанів вийшла з ладу, на сонцезахисному екрані з’явилися тріщини. Це призвело до того, що телескоп був відправлений на чергову доопрацювання. У кінцевому рахунку в 2018 році nasa встановила остаточну вартість місії в розмірі $ 9,7 млрд і оголосило про перенесення запуску на більш пізній термін.

Тільки в цьому році jwst пройшов завершальний етап необхідної підготовки і в жовтні був доставлений на космодром куру. Однак і тут не все пройшло гладко. Спочатку пуск телескопа повинен був відбутися 18 грудня, але з тих пір він двічі переносився через проблеми з комунікаціями і погану погоду в районі проведення місії. Не дивно, що nasa не хоче ризикувати з запуском, адже цей телескоп будувався так довго і коштує так багато.

пуск — це тільки початок

За наявною на даний момент інформацією, пуск ракети ariane 5 з телескопом jwst відбудеться 25 грудня о 7:20 за місцевим часом (15:20 мск). Якщо під час старту не виникне будь-яких проблем, то почнуться «29 днів на межі» (придуманий в nasa термін, яким характеризують складний процес розгортання телескопа). Під час руху до місця дислокації в 1,5 млн км від землі jwst буде поступово приведений в робочий стан.

Перше, що йому належить зробити після відстиковки від ракети, — це розгорнути сонячну панель і почати збирати енергію, яка необхідна для живлення всіх систем. На наступний день він розгорне антену з високим коефіцієнтом посилення, яка буде використовуватися для зв’язку з землею. Ще кілька днів буде потрібно на розгортання сонцезахисного екрану, а вже після цього почнеться стикування елементів дзеркала. Весь процес розгортання займе близько двох тижнів, після чого ще приблизно стільки ж часу йому залишиться летіти до точки призначення. Менш ніж через місяць після старту телескоп на фінальному етапі подорожі задіє бортові двигуни, щоб зайняти остаточне положення в точці лагранжа l₂.

Якщо всеПройде за планом, то в розпорядженні nasa з’явиться неймовірно пильний інструмент спостереження за всесвітом. Відзначимо, що після прибуття в кінцеву точку телескопу буде потрібно деякий час, щоб охолонути, а потім ще кілька місяців інженери nasa будуть перевіряти його інструменти і системи, щоб переконатися в їх працездатності. У разі успішної реалізації місії перші захоплюючі знімки телескоп «джеймс вебб» надішле влітку 2022 року.