Регион

Уведомления отключены

Страница не загружается? Возможно:
1. Низкая скорость интернета - проверьте интернет-соединение
2. Устарела версия браузера - попробуйте обновить его

Большой взрыв скоро увидим: Что за супертелескоп "Уэбб" отправили на замену "Хабблу" и чем он лучше

Новейшая инфракрасная обсерватория нацелилась почти на самое начало времён: астрофизики рассчитывают увидеть только что родившуюся Вселенную.

24 декабря 2021, 21:40
23304
<p>Художественная концепция космического телескопа Джеймса Уэбба. Фото © Flickr / <a href="https://www.flickr.com/photos/nasawebbtelescope/51412123217/in/album-72157624413830771/" target="_blank" rel="noopener noreferrer">NASA&#x27;s James Webb Space Telescope</a> / NASA GSFC / CIL / Adriana Manrique Gutierrez</p>

Художественная концепция космического телескопа Джеймса Уэбба. Фото © Flickr / NASA's James Webb Space Telescope / NASA GSFC / CIL / Adriana Manrique Gutierrez

Куда летит телескоп

В точку, расположенную в полутора миллионах километров от Земли. Она называется точкой Лагранжа L2. "Уэбб" будет туда добираться 29 дней. Говоря максимально простым языком, это такое место "равновесия", там притяжение Земли и Солнца взаимно полностью компенсирует друг друга. За счёт этого телескоп будет вращаться вокруг нашей звезды так, чтобы оставаться в одном и том же положении относительно Земли. В такой же точке сейчас работает телескоп "Спектр-РГ", который недавно подарил человечеству самую подробную (по крайней мере, на сегодняшний день) карту Вселенной. Для сравнения: "Хаббл" вращается по орбите вокруг Земли на высоте 547 километров, то есть лишь в полтора раза дальше МКС.

Кто такой Джеймс Уэбб

Джеймс Уэбб. Фото © NASA

Джеймс Уэбб. Фото © NASA

Он был главой NASA в 1960-е годы — в годы начала легендарной программы "Аполлон". Буквально через несколько месяцев после его назначения Джон Кеннеди объявил о намерении США отправить человека на Луну к 1970 году. Через два года Кеннеди был убит, а в 1967 году во время наземных испытаний корабля "Аполлон-1" заживо сгорели трое астронавтов: Эдвард Уайт, Вирджил Гриссом и Роджер Чаффи. Джеймса Уэбба очень уважают и благодарят за то, что он сумел в череде таких трагедий сохранять боевой настрой и воодушевлять всех, кто с ним работал. В NASA считают, что эти качества его личности сыграли немалую роль в том, чтобы шесть высадок на Луне состоялись.

Почему "Уэбб" инфракрасный

Давайте сначала немного вспомним школьную физику. Итак, семь цветов радуги, то есть всё, что мы видим, это лишь довольно малая часть электромагнитного спектра. В пределах этого отрезка у фиолетового света самые короткие волны, у красного — самые длинные. Если у света ещё более короткие волны, то это уже ультрафиолетовый свет. Соответственно, когда волны ещё длиннее, чем у красного, это инфракрасное излучение. Почему мы их не видим? Да потому, что наша атмосфера их практически не пропускает, вот природа и настроила наши глаза на то, что ей предоставлено. Природа будет делать только то, что практически полезно.

Фото © NASA / Chris Gunn

Фото © NASA / Chris Gunn

Так вот, ситуация во Вселенной такова, что чем объект дальше, тем он краснее. И это очевидный признак того, что Вселенная расширяется. Почему? Потому что есть такое явление — эффект Доплера. Это в честь австрийского физика, который его открыл, Кристиана Доплера. Суть в следующем: когда некий светящийся объект движется в нашу сторону (то есть в сторону наблюдателя), то волны его света кажутся ещё короче, чем они есть, и объект синеет. И, наоборот, когда что-то улетает прочь, оно краснеет — волны как будто удлиняются. Это называется, соответственно, синим и красным смещением. И дело в том, что в неизведанных глубинах Вселенной — сплошная краснота. Даже "инфракраснота". Всё разлетается.

"Хаббл" работает в принципе во всех возможных диапазонах: и в оптическом, и в ультрафиолетовом, и захватывает немного инфракрасного. Но теперь астрономы хотят заглянуть ещё дальше. Максимально далеко. И это неизбежно привело их к выводу, что надо сосредоточиться на инфракрасном свете.

Есть ещё одна причина. Она заключается в том, что чем объект холоднее, тем длиннее волны идущего от него света. Значит, в инфракрасный телескоп можно будет увидеть больше землеподобных экзопланет. Это же преимущественно холодные миры: в основном у них на поверхности в среднем около ноля градусов Цельсия, а бывает и минус 100.

И именно для благополучного улавливания длинноволнового инфракрасного света далёких звёзд и планет телескоп будет надёжно укрыт от Солнца, Земли и Луны многослойным теплозащитным экраном. В основном он состоит из каптона — это полимерная плёнка, из неё делают печатные платы (микросхемы), а ещё внешние слои скафандров — этот материал выдерживает от абсолютного нуля (то есть -273 градусов Цельсия) до +400 Цельсия. Щит рассчитан на то, чтобы поддерживать для "Уэбба" температуру в районе -220.

Почему похож на пчелиные соты

Телескоп "Джеймс Уэбб". Фото © NASA / Emmett Given, NASA Marshall

Телескоп "Джеймс Уэбб". Фото © NASA / Emmett Given, NASA Marshall

У "Хаббла" диаметр главного зеркала — 2,4 метра. Оно сделано из особого стекла. Для телескопа нового поколения решили делать зеркало намного больше — 6,5 метра. Но делать такое же, как у "Хаббла", только больше, было нельзя — оно будет слишком тяжёлое и не поместится в ракету. Поэтому материал выбрали другой — спрессованный порошок из бериллия. Он и легче, и космические морозы великолепно выдерживает. Куски разрезали, с нужной стороны многократно разглаживали, полировали и придавали им нужную форму. Да, и покрывали слоем золота толщиной в 100 нанометров — это в 1000 раз тоньше человеческого волоса. Золото очень хорошо отражает инфракрасный свет.

Так вот, по поводу шестиугольников: это придумали, чтобы уже в космосе смонтировать огромное зеркало из нескольких частей. Такая форма идеальна для их состыковки, чтобы было без зазоров. И к тому же она довольно близка к кругу, а это именно то, что нужно для фокусировки света. Всё это астрофизикам хорошо известно. Точно такие же "соты", например, у Большого Канарского телескопа и у обсерватории Кека на Гавайях. У "Уэбба" получилось 18 гексагонов по 40 килограммов каждый. В итоге телескоп оказался вдвое легче "Хаббла" — 6,2 тонны против 11. И это при том, что по размерам он в несколько раз больше.

Чем "Уэбб" лучше "Хаббла"

Вид "Хаббла" с борта космического корабля "Атлантис" STS-125. Фото © Wikipedia

Вид "Хаббла" с борта космического корабля "Атлантис" STS-125. Фото © Wikipedia

Во-первых, при всех фантастических возможностях "Хаббла" в оптическом диапазоне невозможно увидеть то, что скрыто, скажем, за плотным облаком пыли. А вот инфракрасный свет превосходно сквозь него проходит. Поэтому инфракрасный телескоп может смотреть, так сказать, сквозь стены.

Во-вторых, благодаря большому зеркалу "Уэбб" может охватить взглядом в 15 раз больше пространства, чем "Хаббл". А в-третьих, он может смотреть не только шире, но и дальше — на 800 миллионов световых лет дальше. И здесь сразу надо особо проговорить одну важную вещь: телескоп — это машина времени. Когда мы смотрим на звёзды в ночном небе, мы их видим такими, какими они были десятки, сотни лет назад, — именно столько времени летит от них свет. Поэтому заглянуть на 800 миллионов световых лет дальше — значит, перенестись на 800 миллионов лет в прошлое и увидеть, что и как было тогда. А поскольку горизонт видимости "Хаббла" — это уже добрых 12 миллиардов световых лет, то плюс 800 миллионов — это уже практически младенческий возраст Вселенной.

Что будет наблюдать

Фото © NASA / Chris Gunn

Фото © NASA / Chris Gunn

Астрономы надеются увидеть Вселенную такой, какой она была через 400 миллионов, а может быть, и всего 400 ТЫСЯЧ лет после Большого взрыва. Это были времена, которые назвали "тёмными веками": новорождённый космос только что заполнился атомами простейшего вещества — водорода — и потух, потому что водород с фотонами не очень дружит. Но потом образовались первые звёзды, от них пошло мощное излучение, и оно стало выбивать из атомов электроны. Это была эпоха ионизации. А потом электроны начали врезаться в другие атомы и поселяться в них на постоянное место жительства, и это эпоха реионизации, рассвет юной Вселенной: по приходе в атом электрона выделяется фотон, атом светится. На это чудо из чудес и хотят посмотреть.

Далее, как уже было упомянуто, экзопланеты: техника "Уэбба" позволяет рассмотреть похожие на Землю миры в радиусе 15 световых лет от нас.

Кроме того, протопланетные диски, где рождаются в том числе и такие планеты, как наша. По отражённому от них звёздному свету "Уэбб" сможет определить, сколько на них воды, кислорода, углекислого газа — у каждого вещества свой "свет".

Наконец, очень много внимания уделят Солнечной системе, особенно карликовым планетам, астероидам и обязательно спутникам Юпитера и Сатурна. Ганимед, например, очень интересная мишень: во-первых, больше Меркурия, во-вторых, единственная луна с собственным магнитным полем, а в-третьих, у него тоже подозревают наличие океана подо льдом, как на Европе и Энцеладе.

Список запланированных наблюдений насчитывает больше двух тысяч пунктов. Среди них выбрали чуть менее трёх сотен самых приоритетных целей, и только они одни, по расчётам, займут шесть тысяч часов. "Гарантийный срок" телескопа — 5 лет. Будем надеяться, что он продолжит традицию "Хаббла" и на деле проработает целую эпоху.

Комментариев: 1

avatar
Для комментирования авторизуйтесь!
avatar
Александр Архипов5 января 2022, 16:38

Почему не одна Обсерватория не может видеть приближающуюся Комету - Звезду, она уже близко , ждать осталось пару лет , . Космос имеет совсем другой Вид , . В Космосе много интересного , Факт .....

Показать ответы