Телескоп имени Джеймса Уэбба в представлении художника

Самый большой космический телескоп в истории человечества готовится к запуску. Если у NASA не возникнет проблем с научным прибором на старте, и если не помешают погодные условия, уже 25 декабря «Джеймс Уэбб» отправится в свое путешествие. Телескоп позволит ученым заглянуть в прошлое так далеко, как еще не заглядывала ни одна космическая обсерватория: в эпоху первых звезд и галактик, почти на 13,6 миллиарда лет назад.

Телескоп имени Джеймса Уэбба с теплозащитным экраном
Фото: NASA / Телескоп имени Джеймса Уэбба с теплозащитным экраном

В нашем материале рассказываем, что именно ученые ждут от телескопа. 

Возраст Вселенной и первые звезды

Принято считать, что возраст Вселенной составляет приблизительно 14 млрд. лет. Под этим возрастом астрофизики понимают время, прошедшее с события, которое положило начало Вселенной — Большого взрыва.  

Космологическая модель Большого взрыва утверждает, что Вселенная возникла из сверхплотной субстанции из частиц, которая в определенный момент времени начала расширяться и остывать. По словам американского физика Алана Гута, в фазу расширения Вселенную могла привести гравитация, которая выступала “отталкивающей силой”.

То, что космическое пространство расширяется, астрономы поняли с помощью эффекта Доплера — явления, возникающего при движении источника излучения относительно наблюдателя (или наоборот). В 1920-х годах астрофизик Эдвин Хаббл, измеряя расстояния до ближайших галактик, заметил, что в спектре их атомного излучения присутствует красное доплеровское смещение — эффект, при котором электромагнитное излучение увеличивает свою длину волны. Ученый сделал вывод, что галактики удаляются от нас и друг от друга. Чуть позже он обнаружил, что чем дальше от наблюдателя находится галактика, тем сильнее красное смещение, и, следовательно, тем быстрее она удаляется, а значит, Вселенная расширяется.

Разделив расстояние между галактиками на скорость удаления, ученые вычислили, как давно эти объекты находились в одной точке, то есть получили грубую оценку возраста Вселенной. Чуть позже возраст уточнили благодаря данным космического аппарата “Планк”. Специалисты выяснили, что с момента Большого взрыва прошло 13,8 млрд лет.

Изображение носит иллюстрированный характер
Фото: NBC News / Изображение носит иллюстративный характер

Согласно некоторым гипотезам, сразу после Большого взрыва образовались легкие химические элементы: водород, гелий и немного лития, а уже через 100-200 миллионов лет «зажглись» первые звезды. Эти светила стали формироваться, когда Вселенная достаточно остыла для того, чтобы облака водорода смогли нарушить установившееся гидростатическое равновесие и начать сжиматься в протозвезды.

Первые источники света Вселенной были совершенно не похожи на светила, которые ученые наблюдают сегодня, так как в недрах первых звезд не содержалось элементов тяжелее водорода и гелия. Из-за этого, считают ученые, такие светила были практически ничем не ограничены в размерах, их масса могла превышать солнечную в сотни, а жили они крайне недолго, по разным данным, от 200 тысяч до 3 миллионов лет. 

Чуть позже, через 400-850 миллионов лет после Большого взрыва,  стали появляться первые галактики и газопылевые туманности, звезды, в недрах которых начали синтезироваться элементы тяжелее гелия — «металлы».

Затем происходили взрывы первых сверхновых, в ходе которых космос обогащался первыми тяжелыми элементами. В результате загорелись новые звезды, в том числе наше Солнце, и возник известный нам мир. 

На этом изображении показано, на какое приблизительно время после Большого взрыва могут заглянуть в прошлое наземные и космические обсверватории
Фото: BBC / На этом изображении показано, насколько далеко могут заглянуть наземные и космические обсерватории. Чем меньше цифра, тем дальше. Например, «Уэбб» сможет увидеть космос таким, каким он был через 200 млн. лет после Большого взрыва

Однако пока это только предположения. Чтобы их проверить, нужно обнаружить древнейшие светила. До 2021 года у ученых не было технических возможностей, которые бы позволили заглянуть на 13,5 миллиарда лет назад и “увидеть” первые источники света Вселенной. С появлением космической обсерватории имени Джеймса Уэбба, такие возможности появились. 

Развертывание обсерватории в космосе

Телескоп в космос выведет европейская ракета-носитель Ariane 5, после чего «Джеймс Уэбб» преодолеет 1,5 миллиона километров прежде чем выйдет на гало-орбиту вокруг точки Лагранжа L2 системы «Солнце–Земля». Иными словами, окажется в точке, в которой меньшее тело, в нашем случае телескоп, будет притягиваться с одинаковой силой, как к планете, так и к звезде. Силы притяжения двух крупных тел здесь уравновешиваются, и орбита вокруг светила становится стабильной. Научный прибор сможет длительное время сохранять свою ориентацию относительно Солнца и Земли, что позволит ученым гораздо проще проводить калибровку инструмента. 

Фото: BBC
Фото: BBC

Телескоп в развернутом виде очень хрупок, к тому же его нужно защитить от солнечного тепла, поэтому в начале своего пути «Джэймс Уэбб» будете лететь в сложенном виде. Когда телескоп доберется до места назначения, от него отсоединится солнечный щит и обсерватория начнет развертывание. 

Сперва телескоп выпустит антенны, которые будут направлены на Землю, чтобы обеспечить связь. После — теплозащитный экран, размером с теннисный корт, сделанный из пяти очень тонких слоев полимерной пленки Kapton: он будет защищать инструменты телескопа от солнечного света. Затем придет очередь главного зеркала: выдвинутся боковые его соты, которые образуют единую конструкцию — одно большое зеркало, состоящее из 18 отдельных сегментов. Все эти сегменты изготовлены из легкого и прочного металла бериллия, на который нанесен тонкий слой золота. 

Фото: BBC
Фото: BBC

Ученым понадобится полгода на настройку и калибровку телескопа, после чего он приступит к исследованию космоса. 

Что будет изучать телескоп 

В интервью изданию N+1 заместитель научного руководителя проекта «Джэймс Уэбб» Кристин Пуллиам объяснил, что именно ученые ждут от телескопа и какие тайны он поможет раскрыть. 

«Телескоп позволит нам увидеть Вселенную такой, какой мы никогда не видели ее раньше. Он будет вести наблюдения в инфракрасном диапазоне, то есть на других длинах волн, нежели «Хаббл», сможет заглянуть дальше, чем «Спитцер», и в другие области, нежели «Гершель». Он заполнит пробелы и поможет создать целостную картину Вселенной. Обширные наблюдения в ИК-диапазоне помогут нам увидеть зарождающиеся в далеком прошлом звезды и планеты. Нам наконец-то откроются первые галактики, и это поможет сложить воедино всю космологическую историю. Некоторые любят говорить, что телескопы — это машины времени, и это очень хорошее выражение. Когда мы смотрим в космос, мы видим прошлое, потому что свету требуется время, чтобы достигнуть Земли. Мы увидим Вселенную, когда она была крайне молодой — и это поможет понять, как появились мы, и как работает Вселенная. Если говорить о чем-то более близком человечеству, то мы увидим, как возникали звезды, как формировались экзопланеты, и мы сможем даже охарактеризовать их атмосферы.

В целом, астрономы будут наблюдать все, что только возможно — начиная с областей активного звездообразования и заканчивая льдом в протопланетных дисках». 

Международный проект и первые цели

Впервые идею создания мощного телескопа, способного исследовать далекие миры, напоминающие Землю, а также отдаленные уголки космоса, недоступные для наблюдения «Хаббла», ученые высказали через год после открытия первой экзопланеты, в 1996 году. Понадобилось 25 лет, чтобы эта идея воплотилась в жизнь. 

«Джэймс Уэбб» — результат объединенных усилий 17 стран во главе с космическим агентством США (NASA) и значимым вкладом космических агентств Европы и Канады. Этот телескоп — самая большая и самая дорогая космическая обсерватория из всех подобных обсерваторий, созданных человеком. Стоимость проекта составила около 10 млрд. долларов. 

Планируется, что прибор проработает в космосе от 5 до 10 лет. Как мы указали выше, телескоп разместится достаточно далеко от Земли, в точке Лагранжа L2, поэтому в случае поломки починить его вряд ли смогут: у людей пока нет таких технологий, чтобы можно было отправить к инструменту корабль с инженерами на борту. 

Фото: BBC
Фото: BBC

В апреле 2021 года NASA озвучило список первых целей для наблюдения «Джэймса Уэбба». Список состоит из 286 позиций, на которые будет выделено 6 000 часов наблюдательного времени обсерватории. С полным перечнем объектов можно ознакомиться на официальном сайте телескопа. 

Статья по теме: [Четыре жуткие планеты в Млечном Пути]

Post Scriptum

Запуск телескопа запланирован на 25 декабря. Надеемся, что старту ничего не помешает, и мы сможем в прямом эфире наблюдать за пуском этой миссии. Уже в ближайшие несколько лет данные, собранные телескопом, возможно, кардинально изменят наше представление о Вселенной и откроют для ученых новые поля деятельности. 

Читайте нас в соцсетях: Twitter, Facebook, Telegram

Смотрите нас на youtube. Следите за всем новым и интересным из мира науки на нашей страничке в Google Новости, читайте в Яндекс Дзен наши материалы, не опубликованные на сайте

Нашли ошибку? Пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите ее и нажмите Ctrl+Enter

Источник: NASA, BBC, The New York Times, N+1

Всего комментариев: 0

ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваш email не будет опубликован.

одиннадцать − семь =

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: