Для чего «Джеймс Уэбб» отправился в космос
12 июля исследователи показали первые цветные фотографии и научные данные, полученные от телескопа «Джеймс Уэбб». Этого момента ученые и любители космоса ждали больше четверти века.
О том, зачем понадобился настолько сложный телескоп и что он будет искать, мы спросили Леонида Зотова, доктора физико-математических наук и преподавателя НИУ ВШЭ, а также Михаила Лисакова, сотрудника Института радиоастрономии Общества Макса Планка и Астрокосмического центра ФИАН.
«Джеймс Уэбб»: 25 лет работы и почти 10 миллиардов долларов
Космические телескопы — удовольствие не из дешевых. На бюджет «Джеймса Уэбба» можно было бы построить десятки наземных обсерваторий. Однако атмосфера Земли создает существенные искажения. Она непрозрачна в некоторых частях инфракрасного диапазона, на который нацелен телескоп. Углекислый газ, метан, водные пары — известные парниковые газы не дают излучению свободно уходить в космос и, конечно, затрудняют наблюдения за таким же излучением от звезд.
Наземные обсерватории для компенсации искажений оснащаются дорогостоящими системами адаптивной оптики, что уменьшает их поле зрения. Кстати, бериллиевое зеркало «Уэбба», составленное из 18 сегментов, тоже оснащено адаптивной системой со 132 актюраторами, которые могут подправлять его форму с точностью до десятков нанометров. С их помощью удалось адаптироваться к повреждениям одного из зеркал после столкновения с микрометеоритом.
Среди уникальных технологий «Уэбба» можно выделить пятислойный экран, защищающий телескоп от света. Он позволяет поддерживать зеркало при температуре менее -2 23o°C. Все это, не говоря уже о самих приемниках излучения, вторичных зеркалах, устройствах по оцифровке и пересылке информации, потребовало больших вложений.
Наследник легендарного «Хаббла»
Новый телескоп можно назвать преемником «Хаббла». В первую очередь, он будет изучать Вселенную в инфракрасном диапазон волн, в то время как легендарная обсерватория исследует космос в оптическом и ультрафиолетовом спектре.
»Джеймс Хабблович Уэбб» действительно во многом продолжит исследования, которые начались на »Хаббле». Но это не будет повторением. Основные различия двух аппаратов в длине волны наблюдения и в размерах зеркал.
Зеркало нового телескопа будет собирать больше излучения, поэтому »Джеймс Уэбб» сможет видеть объекты в 100 раз более тусклые, чем способен разглядеть его предшественник», — рассказал Михаил Лисаков, сотрудник Института радиоастрономии Общества Макса Планка и Астрокосмического центра ФИАН.
В этом месяце исследователи уже провели первую демонстрацию возможностей «Уэбба», показав пять фотографий. Они опубликовали снимки туманности NGC 3324 в созвездии Киля с рождающимися звездами и планетарной туманности »Южное кольцо» NGC 3132 — сброшенной оболочки погибшей звезды с ее остатком — белым карликом в центре.
Также «Уэбб» предоставил спектральные данные о планете b звезды WASP96 в тысяче световых лет от Земли. Полученная информация говорит о наличии воды в атмосфере этого космического объекта.
Четвертая фотография — пять взаимодействующих галактик скопления «Квинтет Стефана» в 290 миллионах световых лет от нас. Последнее изображение — глубокий снимок области в южном созвездии Парусов , на котором проявились тысячи галактик. Аппарат охватил пространство вплоть до расстояний в 13,5 миллиардов световых лет.
Честно сказать, все снимки впечатляют. Они отличаются от фотографий »Хаббла» глубиной и четкостью. Но главное, что в инфракрасном свете, который, конечно, на изображениях искусственно переведен в видимый для зрителей диапазон, заметны объекты, скрытые от »Хаббла» межзвездной пылью.
»Конечно, »Джеймс Уэбб» будет радовать нас красивыми фотографиями. Это невероятно полезно для развития интереса к космосу и астрономии. Однако в научном плане мы ожидаем еще большего.
Телескоп сможет увидеть самые-самые первые галактики. Они находятся очень далеко от нас и, к тому же, из-за расширения Вселенной быстро удаляются. Поэтому максимум их излучения смещается в инфракрасную область спектра. И тут у »Джеймса Уэбба» все козыри на руках: он наблюдает в инфракрасном диапазоне и обладает высокой чувствительностью благодаря большому зеркалу. Поэтому »Уэбб» сможет сделать то, что »Хабблу» просто не под силу», — объяснил Михаил Лисаков, сотрудник Института радиоастрономии Общества Макса Планка и Астрокосмического центра ФИАН.
«Уэбб» специально разработан для изучения четырех явлений. Во-первых, далеких галактик, свет от которых из-за расширения Вселенной смещен в ИК-диапазон. Во-вторых, для исследования процесса формирования и эволюции звездных систем.
В-третьих, для изучения звездообразования и образования планет: молодые звезды и протопланетные диски обычно скрыты газо-пылевым коконом, непрозрачным для видимого света, но доступным для ИК-излучения. И, наконец, новый аппарат настроен на поиск экзопланет. Так «Уэбб» продолжит работу легендарного «Хаббла».
Где сейчас «Джеймс Уэбб»?
В отличие от «Хаббла», летающего на высоте около 550 километров над Землей, «Уэбб» выведен на гало-орбиту вокруг точки Лагранжа системы Солнце-Земля. Она находится в 1,5 миллионах километров от планеты. Эта точка уже использовалась для ряда космических миссий.
Точка Лагранжа хороша тем, что является, говоря языком небесной механики, точкой покоя. Поддержание такой орбиты лишь изредка требует небольших корректировок. Кроме того, она спроектирована таким образом, чтобы аппарат не попадал в тень от Земли и Луны, а также чтобы не менялась температура зеркала.
Для чего исследователи фотографируют галактики?
Галактики не просто фотографируют: их тщательно измеряют, изучают их вращение, спектры, форму, распределение звезд и газа в них. Вопрос о том, как эволюционируют звездные системы разных форм до сих пор остается одним из самых загадочных.
Напомним, что открытию темной материи мы обязаны галактикам, точнее кривым распределения скоростей звезд вдоль их радиуса. Не говоря уже о таких интересных вещах, как возникновение сверхмассивных черных дыр в центрах галактик, активных ядрах и распределении галактик в скоплениях.
»Одна из задач »Джеймса Уэбба» — найти самые далекие галактики. Поскольку скорость света конечна, это самые молодые системы. Мы видим то излучение, которое было испущено миллиарды лет назад.
Мы уже видели галактики на красном смещении z=10. Тогда Вселенной было около 500 миллионов лет. »Джеймс Уэбб» сможет проверить, существуют ли еще более ранние системы. Если они будут обнаружены, придется менять всю космологию и наше понимание темной материи в частности», — поделился Михаил Лисаков, сотрудник Института радиоастрономии Общества Макса Планка и Астрокосмического центра ФИАН.
Появление телескопов, на порядок превышающих точность и качество наблюдений своих предшественников, всегда приводит к открытию новых объектов в космосе. Накопление данных позволяет определить то, что ранее либо наблюдалось в сильных помехах, либо вообще не находило объяснения.
Будем надеяться, что вкупе с астрометрическим телескопом GAIA и очень большими строящимисяназемными обсерваториями, появление »Джеймса Уэбба» приведет если не к прорыву, то к существенному продвижению на пути исследования Вселенной.
Полный текст статьи читайте на Компьютерра
