Космический телескоп Джеймса Уэбба успешно стартовал 25 декабря 2021 года и сейчас движется к месту своей будущей работы на расстоянии 1,5 млн км от Земли.
Все астрономы радуются успешному запуску и с нетерпением ждут выдающихся результатов исследований, которые должны существенно расширить, а возможно, и изменить наши знания о Вселенной.
Почему именно это так важно для науки и каких достижений можно ожидать от этого результата многолетней работы «разработчиков Уэбба»? Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) имеет ряд преимуществ, с которыми не могут сравниться другие существующие или будущие телескопы наземного или космического базирования.
Сам JWST стал настоящим долгостроем и не раз сталкивался с угрозой закрытия.
Проект стартовал в 1996 году и к моменту запуска стоил почти 10 миллиардов долларов.
Такие сроки и стоимость определяются чрезвычайной сложностью прибора, требованиями к точности конструкции, качеству наблюдений и десятилетнему сроку активной эксплуатации.
Отличительной особенностью телескопа является его главное складное зеркало, состоящее из 18 шестиугольных сегментов.
У телескопа разворачивается не только зеркало, но и теплозащитный экран, и вместе с оптическими элементами JWST становится настоящим космическим преобразователем.
Новый телескоп чаще всего сравнивают с космическим телескопом «Хаббл», который служит мировой науке уже более тридцати лет. Диаметр главного зеркала Хаббла составляет 2,4 метра, а у JWST — 6,5 метра.
На Земле есть телескопы и покрупнее, например Большой Канарский имеет диаметр 10,4 м, но по атмосфере его можно сравнить разве что с Хабблом, да и то не во всем.
Я попытаюсь перечислить преимущества JWST, которые определяют его флагманское значение для всего мира астрономии на ближайшее десятилетие.
▍ Местоположение
Размещение телескопа в космосе дает несколько преимуществ.Прежде всего, таким образом они избавляются от искажающего влияния земной атмосферы.
В то же время в настоящее время разработано несколько методов улучшения качества наблюдений наземных телескопов.
Некоторые 8-метровые телескопы на Земле уже превосходят тот же Хаббл по ряду возможностей, но отсутствие атмосферы – не единственное преимущество космоса.
Космические телескопы обладают способностью сохранять свет в течение длительного времени во время наблюдений.
В фотографии это называется выдержкой, т. е.
временем открытия затвора, в течение которого свет проецируется на светочувствительный элемент. А возможности цифровой обработки изображений позволяют суммировать несколько кадров одного и того же места.
В совокупности это позволяет осуществлять долговременное накопление фотонов.
Например, рекордная съемка Хаббл в экстремально глубоком поле зрения позволил создать фотографию с общей выдержкой 2 миллиона секунд или 23 дня.
Этот обзор позволил нам заглянуть в ранние времена Вселенной до 13,2 миллиардов лет назад, т. е.
возраст самой старой сфотографированной галактики составляет около 600 миллионов лет с момента Большого взрыва.
Телескоп Хаббл расположен на низкой околоземной орбите, и это не самое удобное место для такого аппарата.
Земля и Солнце мешают наблюдениям, а часть времени «съедается» нижний радиационный пояс.
Но такая орбита позволяла проводить техническое обслуживание телескопа, что существенно продлевало время его работы.
Телескоп JWST расположен более удобно для наблюдений, но недоступен для служебных шаттлов, в точке Лагранжа L2 в системе Земля-Солнце.
Это область космоса, из которой и Земля, и Солнце всегда находятся примерно в одном и том же участке неба.
Это означает, что наблюдения за выбранными целями не придется прерывать каждые 45 минут, как в случае с «Хабблом».
JWST всегда будет ориентирован «спиной» к Солнцу, а значит, остальная часть неба будет доступна для наблюдения.
Годовое движение вокруг Солнца позволяет нам наблюдать любую точку Вселенной.
Такие условия делают эту точку популярной для космических телескопов, и там уже расположены телескопы «Гайя» и «Спектр-РГ»; до этого работали Гершель и Планк.
Но не стоит бояться, что телескопы там столкнутся друг с другом.
На самом деле ни один из этих аппаратов не будет находиться в точке L2, потому что она неустойчива, и они летают вокруг нее по широкой гало-орбите.
При этом диаметр гало-орбиты может достигать полутора миллионов километров, т.е.
вероятность столкновения для таких телескопов значительно ниже риска встречи с космическим мусором на низкой околоземной орбите.
▍ Размер
Диаметр JWST примерно в два с половиной раза больше, чем у Хаббла, и это один из важных параметров, определяющих разрешающую способность телескопа, т. е.способность различать мельчайшие детали на фотографиях.
Однако разрешающая способность телескопа зависит и от длины волны света, на котором ведется наблюдение, и здесь инфракрасный телескоп проигрывает тому, который ведет наблюдения в более коротковолновом видимом диапазоне.
Длина волны света в видимом нашим глазом диапазоне составляет в среднем 0,5 микрона, а основные приборы JWST записывают от 0,6 до 5 микрон, а это значит, что разрешение изображений JWST будет начинаться с вдвое превосходящего хаббловское (благодаря большему диаметру главные зеркала) и оставляют в пять раз меньше разрешения (из-за большей длины волны света).
Но большой диаметр телескопа означает и большую площадь главного зеркала, собирающего свет. Здесь JWST в пять раз быстрее Хаббла, что также повышает качество наблюдений.
▍ Температура
Обеспечение теплового режима в космосе — сложная инженерная задача, зависящая от условий эксплуатации космического корабля.Например, теплоизоляция телескопа Хаббл в первую очередь связана с поддержанием стабильной температуры телескопа независимо от его расположения на солнечной или теневой стороне околоземной орбиты.
Однако температура самого Хаббла и его светочувствительных детекторов близка к комнатной.
Напротив, JWST имеет рабочую температуру 223 градуса ниже нуля по Цельсию.
Это дает возможность наблюдать гораздо большее количество космических объектов, излучающих или отражающих свет в инфракрасном диапазоне.
Пятислойный тепловой экран JWST погружает оптические системы телескопа в искусственную тень, заставляя их охлаждаться до сверхнизких температур за счет естественного излучения.
Помимо этого, один из инструментов телескопа имеет активную систему охлаждения, которая снижает температуру детектора еще на 44 градуса до -267 Цельсия или 6 Кельвинов.
Все это необходимо, чтобы увидеть не только «дальше» и «глубже», но и «холоднее» или «темнее».
▍ Диапазон наблюдаемого света
Астрономические наблюдения сейчас проводятся практически все диапазоны электромагнитного излучения , но есть две основные причины, по которым инфракрасный порт стал приоритетом для JWST. Этот межзвездное поглощение И космологическое красное смещение .Первый эффект вызван пылью в межзвездном пространстве, а второй — расширением Вселенной после Большого взрыва.
Космос — довольно пыльное место.
Хоть мы и не можем увидеть этого своими глазами, но одной из причин, почему наше небо не сияет миллиардами звезд, является межзвездная пыль.
У астрономов даже есть термин «зона избегания» — это участок неба, где облака межзвездной пыли в плоскости нашей галактики настолько плотны, что не позволяют наблюдать отдаленные объекты.
Именно межзвездная пыль долгое время не позволяла подтвердить наличие сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики, и именно с помощью инфракрасных наблюдений это было подтверждено.
Причина такого преимущества инфракрасного света проста: пыль поглощает свет с длиной волны, меньшей размера пылинки.
Размер межзвездных пылинок колеблется от 0,1 микрона до 100 микрон, а их количество увеличивается пропорционально уменьшению их размера.
То есть при длине волны видимого света около 0,5 микрона свет в межзвездном пространстве будет поглощаться гораздо эффективнее, чем в более длинноволновом инфракрасном диапазоне.
Это хорошо видно при наблюдении самых пыльных участков космоса.
Можно, конечно, перейти и в еще более длинный диапазон длин волн — субмиллиметровый и миллиметровый, тогда пыль станет еще меньшим препятствием.
Именно по этому пути идут российские учёные, создающие телескоп «Миллиметрон» , но тогда возрастает проблема снижения разрешающей способности телескопа, о чем говорилось выше.
Таким образом, инфракрасный диапазон для JWST — это компромисс между возможностью хоть немного заглянуть в межзвездные облака и при этом сохранить высокую резкость изображения.
Космологическое красное смещение — еще одна проблема обычных телескопов, которая не позволяет Хабблу увидеть самые древние галактики.
Наша Вселенная разлетается в разные стороны, что приводит к «растягиванию» длины волны света от удаляющихся источников.
Это означает, что чем старше космологический объект, тем краснее он будет. В какой-то момент его свет полностью выйдет из видимого диапазона света в инфракрасной части спектра, и его не увидит даже могучий Хаббл.
То есть в задачи JWST входит наблюдение за процессом формирования древнейших галактик.
Например, сегодня ученые не понимают, как в центрах галактик образовались сверхмассивные черные дыры.
Мы уже разобрались, как появляются обычные черные дыры, а вот со сверхмассивными это пока загадка.
Кажется, этого можно добиться путем слияния множества обычных черных дыр, но где взять их в необходимом количестве на раннем этапе жизни Вселенной? Пока не ясно.
Помимо самих оптических особенностей, космический телескоп Джеймса Уэбба обладает еще и достаточно серьезным набором спектрометрических инструментов, поэтому некоторые его открытия не всегда будут сопровождаться красивыми фотографиями.
Здесь органические вещества можно найти в водных фонтанах Нселада и Европы, а также определить состав атмосфер сравнительно близких экзопланет. Возможно, именно благодаря JWST около одной из соседних звезд будет найдена земоподобная планета, пригодная для перемещения, на случай, если Земле грозит опасность уничтожения какой-нибудь кометой из облака Оорта.
Теги: #астрономия #Популярная наука #Космонавтика #Фотография #ruvds_articles #ruvds_articles #Космический телескоп Джеймса Уэбба #JWST #Джеймс Уэбб #телескоп #космический телескоп #Космический телескоп Джеймса Уэбба
-
Свобода Комментировать! Или «Каждому Свое»
19 Oct, 24 -
Макрорельсы На Msp430
19 Oct, 24 -
«Виртуальный Папа» Для Солдатских Детей
19 Oct, 24 -
Первые Впечатления От Samsung Galaxy
19 Oct, 24
