Из-за чего такой ажиотаж вокруг космического телескопа «Джеймс Уэбб»?

Ух ты! Телескоп «Джеймс Уэбб» был полностью развернут! Если вы интересуетесь астрономией или космосом, то наверняка очень этим взволнованы! И вот почему! Этот телескоп огромен. Диаметр его основного зеркала — почти шести с половиной метров! У космического телескопа «Хаббл», предыдущего самого большого глаза в космосе, зеркало было диаметром два метра двадцать семь сантиметров. Если сравнивать телескоп «Джеймс Уэбб» с телескопом «Хаббл», то это все равно, что сравнивать лошадь со слоном! А слоны просто огромны!

Есть причина, по которой «Уэбб», как его ласково называют, такой массивный. Он должен быть огромным, потому что это не оптический телескоп, как большинство телескопов, а инфракрасный. Он видит тепло. Инфракрасный свет имеет большую длину волны, чем видимый свет, поэтому для фокусировки этого света требуется зеркало большего размера. Итак, что в «Джеймсе Уэббе» такого, чего у нас не было раньше? Невероятные технологии и невероятные научные миссии! «Уэбб» — это классический пример инженерного дела на службе науки.

Благодаря улучшенной способности собирать свет, телескоп «Джеймс Уэбб» сможет делать такие снимки, которые мы никогда еще не видели, но всегда очень хотели: экзопланеты и первые галактики во Вселенной, звезды и планеты, формирующиеся в туманностях, и наверняка там будет много сюрпризов. У телескопа «Джеймс Уэбб» есть несколько технологических «хитростей», которые обещают обеспечить величайшие научные открытия. У него есть коронограф, причем совершенно особенный! Коронограф — это инструмент, который позволит получить первые реальные снимки экзопланет.

Коронограф блокирует яркий точечный свет звезд, вокруг которых, как мы уже знаем, вращаются планеты. Без коронографа звездный свет был бы слишком ярким, чтобы видеть эти планеты, потому что планеты в сотни тысяч раз тусклее звезды. Но когда коронограф блокирует звездный свет, в поле зрения появляются экзопланеты. А этот коронограф может блокировать свет до ста звезд одновременно. Так что ждем появления множества экзопланет. У телескопа «Джеймс Уэбб» есть еще один высокотехнологичный гаджет: бесщелевой спектрограф.

В обычном спектрографе есть щель. Она позволяет лучу света проникать внутрь и дифрагировать. Дифракция — это рассеяние света для выявления спектра длин волн света. Но работа телескопа «Джеймс Уэбб» настолько чувствительна, что луч света затмил бы оптику. Поэтому на него и установили бесщелевой спектрограф. Звездный свет, собираемый большим зеркалом, направляется по волоконно-оптическому кабелю, чтобы направить в спектроскоп только одно пятно света. И вот тут-то гризма берет верх. Сэр Исаак Ньютон использовал призму, чтобы открыть спектр солнечного света.

Но «Уэбб» использует гризму — комбинацию призмы и дифракционной решетки. Решетка — это решетчатая призма. То есть на ней есть крошечные крошечные канавки, которые преломляют пятно света, посылаемое большим зеркалом по волоконно-оптическому кабелю в спектрограф. Наука о считывании спектра света называется «спектроскопия». Анализируя спектры света от экзопланет, «Уэбб» определит, какие газы содержатся в атмосферах планет, их плотность и температуру. Это невероятный прогресс в наших знаниях. Так можно будет определить, есть ли на планете кислород, азот, метан и другие газы, которые могут указывать или не указывать на пригодность для жизни и, возможно, найти другую Землю. Сейчас «Уэбб» «припаркован» на своем постоянном месте.

В отличие от телескопа «Хаббл», который вращается вокруг Земли, «Джеймс Уэбб» вращается вокруг Солнца в одной из точек гравитационного баланса между системой Земля-Солнце. Он просто остается там, не затрачивая никакого топлива. И поскольку Земля вращается вокруг Солнца, «Джеймс Уэбб» остается «припаркованным» в точке, которая также вращается вокруг Солнца. Между Землей и Солнцем существует пять точек гравитационного равновесия. Они называются точками Лагранжа в честь их первооткрывателя Жозефа Луи Лагранжа в восемнадцатом веке. Уэбб припаркован на L два, второй из пяти точек Лагранжа, которая находится в полутора миллионах километров в космосе — далеко за пределами Луны. Все это для наблюдения за пятном инфракрасного света! Но сначала инженеры должны получить это пятно света.

Чтобы получить пятно инфракрасного света, восемнадцать зеркал должны были развернуться еще в ракете Ariane, которая отправила телескоп в космос. Как только зеркала развернулись, их положение нужно отрегулировать с точностью до микрона, чтобы все восемнадцать зеркал создавали единое изображение. Для этого на каждом сегменте зеркала есть крошечные двигатели, которые приводятся в действие по очереди, чтобы постепенно выравнивать зеркальные сегменты, похожие на соты. Это важнейшая часть Миссии, и на ее выполнение уйдут месяцы.

Чтобы выровнять зеркала так, чтобы получать единое пятно света, телескоп не может раскачиваться. Он должен оставаться абсолютно неподвижным. И для этого есть две другие передовые технологии! Солнцезащитный козырек и криокулер! В космосе прямой солнечный свет очень горячий, а тень очень холодная. Поэтому на телескопе установлен высокотехнологичный солнцезащитный козырек. Он тоже огромный — размером с теннисный корт! Он состоит из пяти слоев пленки из каптона толщиной всего в миллиметр. Каждый слой козырька должен был быть развернут с помощью системы из восьми двигателей и ста тридцати девяти приводов с тысячами деталей. Цель этого козырька — сохранять телескоп холодным. И чем холоднее, тем лучше. А для функции «холоднее» есть специальный криокулер.

Температуру можно измерить тремя разными способами. Во-первых — в градусах Фаренгейта, где вода замерзает при тридцати двух и закипает при двухстах двенадцати; затем — в градусах Цельсия, где вода замерзает при нуле и закипает при ста. Но ни у одного из этих термометров нет отправной точки. Итак, лорд Кельвин в девятнадцатом веке разработал третью температурную шкалу: шкалу Кельвина, которая начинается с абсолютного нуля, самой низкой возможной температуры. Встроенный криокулер охладит «Уэбба» всего до семи градусов по Кельвину, что на семь градусов выше абсолютного нуля. При этой температуре все тепло от двигателей отводится, и телескоп сможет фокусировать свет в точку без какого-либо «шума», то есть, любого движения, влияющего на качество изображения.

Наконец, после того, как вся эта невероятная технология заработает, как и планировалось, мы почти готовы наблюдать инфракрасные изображения с гигантского зеркала «Джеймса Уэбба». Почти. Телескоп может собирать свет, но он также должен быть в состоянии и диагностировать то, что он собрал. Если свет не найден, значит, он не наблюдается. Для этого на телескопе есть инфракрасные детекторы — пятнадцать штук. Специальный полупроводниковый материал создает электрический заряд при попадании фотона инфракрасного света. Инфракрасные детекторы могут выдавать изображение высокой четкости в миллион пикселей. Несколько детекторов могут выдавать изображение в четыре миллиона пикселей. Они достаточно прочные, чтобы прослужить от десяти до двадцати лет без деформации или повреждения — и все это при температуре семь градусов выше абсолютного нуля. Эти детекторы — просто настоящее инженерное чудо!

Но что они собираются фотографировать? Миссии телескопа «Джеймс Уэбб» — тоже передовые. Семьдесят из первых двухсот восьмидесяти целевых наблюдений относятся к экзопланетам. Есть ли там другая Земля? Какие экзопланеты пригодны для жизни? Телескоп обеспечит подробный спектроскопический анализ атмосфер тысяч известных экзопланет. Впервые мы получим изображения экзопланет в инфракрасном свете.

Пожалуй, главная миссия телескопа — это космология, изучение Вселенной — галактик, удаляющихся так быстро, что их свет растягивается в инфракрасном диапазоне. Сотни часов наблюдений необходимы, чтобы собрать слабый инфракрасный свет от этих первых галактик, образовавшихся после Большого взрыва. «Уэбб» даст нам представление о том, как выглядела наша новорожденная Вселенная.

Астрономы узнают новую информацию о темной энергии, из-за которой расширяется Вселенная, и о том, какую роль, если таковая имеется, играют черные дыры в формировании галактик. Звездообразование в Млечном Пути и близлежащих галактиках тоже является частью миссии телескопа. Узнав о сотнях солнечных систем, формирующихся вокруг новорожденных звезд, мы установим историю развития Солнечной системы. Теперь факт заменит теорию, и мы сделаем грандиозный шаг вперед в нашем понимании космоса. Телескоп «Джеймс Уэбб» — это начало новой эпохи в истории науки!