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.
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.
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.
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.
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.
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.
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