Что известно о самом большом космическом телескопе Джеймс Уэбб. Его запустили 25 декабря

Космический телескоп James Webb – самый большой и дорогой в истории. Его вес – 6,2 тонны, а общая стоимость $10 млрд. 25 декабря в промежутке между 14:20 и 14:52 по украинскому времени его отправили в космос. Запуск состоялся на космодроме Куру во Французской Гвиане.

James Webb станет главной инфракрасной космической обсерваторией, которая дополнит и расширит открытия телескопа Hubble, работающего на орбите более 30 лет. 

Что он расскажет нам о космосе

"Джеймс Уэбб" способен заглядывать в пылевые облака, где сейчас формируются звезды и планетные системы, рассматривать мельчайшие детали объектов и записывать свои наблюдения — с их помощью в дальнейшем будут отслеживать изменения на небе. Как надеются астрономы, телескоп поможет узнать историю Вселенной  – от большого взрыва до момента формирования планет.

Космическая обсерватория займется исследованием звездообразования и формирования планетных систем, изучит скопления звезд и галактик, далекие квазары и атмосферы экзопланет – небесных тел вне Солнечной системы.

Тернистый путь к старту 

Работу над этим устройством начали еще в 1996 году. Тогда же швейцарские астрономы Мишель Майор и Дидье Кело, получившие в 2019 году Нобелевскую премию, достоверно подтвердили существование первой известной нам планеты за пределами Солнечной системы.

После этого открытия астрономы из Space Telescope Science порекомендовали NASA построить новый инфракрасный космический телескоп с зеркалом шириной четыре метра. Но Дэниел Голдин, который с 1992 по 2001 год возглавлял управление, решил, что этого будет недостаточно и распорядился увеличить его размер до восьми метров. 

Это породило сразу две проблемы. Первая – запустить такое массивное устройство могли только в сложенном виде, так как ни одна из доступных ракет не была достаточно большой, чтобы его разместить. Вторая – технологий, необходимых для создания столь точного устройства, на тот момент еще не существовало. 

Сперва разработчики надеялись его запустить в 2007–2011 годах. Однако в эти сроки уложиться не удалось, а бюджет устройства вырос от $1 млрд до $8,8 млрд. В какой-то момент Конгресс США даже хотел полностью отменить проект, но мировому научному сообществу удалось отстоять телескоп.

Запуск перенесли на 2018 год, но когда телескоп наконец начали собирать и тестировать отдельные его части, всплыло немало проблем: солнцезащитный козырек треснул, а винты и шайбы отваливались на глазах. 

Преемник телескопа Hubble  

Космический телескоп Hubble, запущенный в 1990 году, до недавнего времени был самым большим космическим телескопом в истории. Однако James Webb побил этот рекорд. По размерам он немного больше типичного рейсового автобуса, но меньше стандартного теннисного корта.

Его главное зеркало состоит из 18 шестиугольных сегментов общей шириной 6,5 метров и весом 40 килограммов. Для сравнения зеркало Hubble всего 2,4 метра в диаметре. Благодаря этому James Webb будет по разным оценкам в десятки или сотню раз чувствительнее, чем его предшественник. 

Амбер Страун, заместитель научного сотрудника в Центре космических полетов NASA сравнивает зеркало телескопа со световым ведром: 

"Чем оно больше, тем больше вещей вы туда соберете. В данном случае это фотоны света из далекой галактики". 

Главное зеркало покрыто слоем 24-каратного золота

Его толщина всего 100 нанометров, что в 1000 раз тоньше толщины человеческого волоса. Так что общий объем благородного металла в гигантском телескопе чуть больше размера одного мяча для гольфа.

Такой выбор обусловлен только лишь функциональностью. Золото отражает красный свет лучше, чем любой другой металл. Это дает зеркалам космического устройства отражательную способность 98% по сравнению с типичными 85% отражательной способности стандартных зеркал. 

Благодаря этому телескоп сможет зафиксировать инфракрасный свет галактик, находящихся на расстоянии до 13,6 миллиардов световых лет от Земли. По этой причине его называют окном в прошлое – свету требуется время, чтобы достигнуть Земли. Так что мы увидим Вселенную, когда она была еще очень молодой.  

Подписывайтесь на LIGA.Tech в Telegram: только важное

Цена технической ошибки – $10 млрд 

Телескоп Hubble пробыл на орбите почти 20 лет. За этот период несколько пилотируемых миссий посетили космический объект, чтобы провести его ремонт и обслуживание. В случае с James Webb такой возможности не будет. И вот почему. 

Hubble вращался вокруг Земли на расстоянии 547 километров. Его приемник James Webb будет находиться на расстоянии чуть меньше 1 600 300 километров. Если что-то пойдет не так –  возможности отремонтировать телескоп, который стоит миллиарды, просто не будет. Так что стоимость одной технической ошибки может быть невероятно высока. 

Проводить исследования в инфракрасном диапазоне достаточно непросто.  James Webb не смог бы работать на орбите нашей планеты, так как тепло от Земли и ее атмосферы помешало бы наблюдениям.  Место, куда отправится телескоп известно как точка Лагранжа между Землей и Солнцем. Сила тяжести и центробежные силы позволят ему оставаться на стабильной орбите – на одном и том же расстоянии и в той же позиции по отношению к Земле.

Козырек, чтобы защитить устройство от солнца

Само устройство тоже не должно перегреваться и создавать помехи собственным исследованиям. Чтобы максимально его охладить, James Webb оснастили так называемым солнцезащитным козырьком. Он состоит из пяти ультратонких слоев полиимидной пленки, каждый размером с теннисный корт, уложенных друг на друга. Это даст возможность ослабить тепловое излучение от Солнца более чем в миллион раз.

Внешний слой всегда будет обращен к Солнцу и будет отражать большую часть его тепла, работая при температуре 100 градусов Цельсия. Но каждый последующий слой будет все холоднее и холоднее, чтобы охладить исследовательское оборудование до минус 187 градусов Цельсия.

Кто такой Джеймс Уэбб 

Еще один скандал связан с названием этого устройства. Телескоп назвали в честь второго руководителя NASA Джеймса Уэбба (1906—1992), который возглавлял агентство в 1961—1968 годах. Кеннеди, который на тот момент был президентом США, поручил ему реализовать программу "Аполлон" и высадить первого в мире человека на Луну. 

За время его правления NASA из разрозненных исследовательских центров превратилось в скоординированную организацию. 

После аварии "Аполлона-1" в 1967 году он взял вину на себя. И тем самым отвлек общественное внимание от NASA таким образом, что имидж организации не пострадал. Однако в этом году группа астронавтов обратила внимание на новые подробности, которые характеризуют Уэбба не с лучшей стороны.

Оказалось, что во время работы в администрации президента США Трумэна он застал период "Лавандовой паники", когда представители ЛГБТ-сообщества были изгнаны из должностей в правительстве. NASA провела внутреннее расследование и заявило, что не нашло доказательств причастности Уэбба к этой истории. Так что телескопу решили оставить прежнее имя. 

Подписывайтесь на LIGA.Бизнес в Facebook: главные бизнес-новости

Как будет проходить запуск

Первоначально запуск  был назначен на 18 декабря 2021 – он прибыл на стартовую площадку в Гвиане еще в октябре, но дважды откладывался из-за нескольких неудач, в том числе сломанной зажимной ленты  непредвиденных проблем со связью между ракетой и ее наземными системами. 

Проблема с зажимом уже решена, а вот отладка связи еще продолжается. Хотя в NASA и утверждали, что это не помешает запуску. 

James Webb настолько массивен, что отправился в космос только в сложенном виде. Там его ждет сложный процесс развертывания, который схож с развертывание оригами. На все это уйдет около двух недель. Чтобы телескоп работал правильно, все должно работать максимально точно.

Так, каждый из 18 сегментов зеркала телескопа должно быть идеально соответствовать друг другу. Погрешность может составлять 1/10 000 диаметра человеческого волоса. Это позволит им при выравнивании действовать как единое зеркало и выполнять свою функцию. 

В обычной ситуации мелкие ошибки не имеют больших последствий. Однако в этом случае все куда серьезнее. Если что-то пойдет не так – телескоп мертвым грузом зависнет в космосе. 

Сам запуск занял около 26 минут – в течение этого времени James Webb отделился от ракеты Ariane 5. Затем сотрудников NASA ждет еще 29 напряженных дней, которые станут решающими для успешной судьбы телескопа. Сперва он развернет свою солнечную панель, затем свою антенну с высоким коэффициентом усиления, необходимую для связи с Землей. Следующий этап – развертывание солнцезащитного козырька и, наконец, главного зеркала. Лишь почти через месяц после запуска он запустит двигатели, чтобы занять свое окончательное положение в точке Лагранжа.

Когда он достигнет своей конечной орбиты, понадобится некоторое время, чтобы аппарат остыл. Еще несколько месяцев займет проверка оборудование. Но если все пойдет хорошо – уже летом 2022 года телескоп сделает свои первые снимки.