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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.