Чтобы НАСА могло изучать тайны Вселенной, ученые должны иметь возможность заглянуть в космос. Космический телескоп Хаббл какое-то время делал это, давая человечеству прекрасные изображения звезд и планет, которые позволили физикам и астрономам лучше понять Вселенную, но космическая обсерватория, существующая с начала 90-х годов, — ничто по сравнению с той, которая была построена с нуля с использованием всех новых и обновленных технологий.
Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) был запущен в космос 25 декабря 2021 года ракетой Ariane 5, предоставленной Европейским космическим агентством, вместе с космодромом во Французской Гвиане. С момента своего прибытия в космос JWST дал людям Земли возможность взглянуть на создание новой солнечной системы и множество совершенно потрясающих изображений, которые позволяют лучше понять Вселенную.
Ученые могут использовать JWST, чтобы беспрепятственно смотреть куда угодно, а благодаря его передовым камерам и датчикам получать невероятно четкие снимки небесных тел, находящихся на расстоянии сотен световых лет.
Он может видеть самые старые звезды
Благодаря инфракрасным камерам Джеймса Уэбба телескоп смог наблюдать сверхновую, которая произошла, когда Вселенной было всего 730 миллионов лет. До этого он был свидетелем вспышки сверхновой, которая произошла, когда Вселенной было 1,8 миллиарда лет, то есть гораздо позже. Это стало возможным благодаря камере ближнего инфракрасного диапазона JWST, или NIRCam, которая представляет собой мощную технологию, которая отличает JWST от других телескопов. Это единственная камера NIRCam с возможностями коронографической съемки и получения изображений временных рядов, что является жизненно важным компонентом для изучения планет за пределами нашей Солнечной системы.
НАСА также смогло найти свидетельства существования древних звезд, которые были не только старыми, но и массивными, имеющими массу в 10 000 раз больше, чем у нашего Солнца. Что еще более важно, эти звезды находятся на расстоянии 12,7 миллиардов световых лет от нас в галактике, получившей название GS 3073. Поскольку этих звезд больше не существует, участвующим ученым приходится проводить судебно-медицинскую экспертизу и делать разумные выводы. В этом случае наблюдается азотисто-кислородный дисбаланс. Этот дисбаланс не может быть вызван каким-либо типом звезд, о которых знают ученые.
Девеш Нандал из Центра астрофизики (CfA), Гарварда и Смитсоновского института, сказал (через космос): «Химическое изобилие действует как космический отпечаток пальца, и структура GS3073 не похожа ни на что, что могут произвести обычные звезды. Его высокий уровень азота соответствует только одному известному нам виду источника — первичным звездам, в тысячи раз более массивным, чем наше Солнце».
Это в миллионе миль от Земли
В отличие от своего предшественника, телескопа Хаббл, космический телескоп Джеймса Уэбба не находится на орбите вокруг Земли. Это немного дальше. На расстоянии около миллиона миль JWST расположен в месте, называемом второй точкой Лагранжа, или L2, которое находится на орбите вокруг Солнца. Он расположен здесь, потому что это дает инфракрасным камерам беспрепятственный обзор галактики. С другой стороны, «Хаббл» каждые 90 минут закрывается тенью Земли, что может создать проблемы для телескопа.
Чтобы избежать попадания в небесные тени во время вращения вокруг Солнца, JWST также вращается вокруг L2, а не сидит неподвижно. Этот оборот занимает около шести месяцев, что НАСА сравнивает с орбитой Луны вокруг Земли. Всего точек Лагранжа пять, названных в честь математика Жозефа-Луи Лагранжа, решившего «задачу трёх тел» — нет, это не просто роман и сериал Netflix.
Точки Лагранжа — это места в космосе, где, по данным НАСА, «…гравитационное притяжение двух больших масс в точности равно центростремительной силе, необходимой для перемещения небольшого объекта вместе с ними». Это не первый спутник, отправленный на L2. До появления JWST зонд микроволновой анизотропии Уилкинсона (WMAP) и другие использовали L2. Эта позиция также позволяет ученым легко общаться с JWST в любое время суток, используя сеть дальнего космоса из трех антенн, расположенных вокруг Земли.
Он прячется от солнца
В космосе холодно. Конечно, немного теплее, если вы находитесь под прямыми солнечными лучами, но там, на последнем рубеже, все еще невероятно холодно, и для того, чтобы JWST функционировал должным образом и делал самые крутые снимки, которые когда-либо видела Земля, температура должна быть около минус 370 градусов по Фаренгейту. Фактически, НАСА разместило телескоп на орбите вокруг Солнца, где на него не будет напрямую попадать солнечный свет, который мог бы его нагреть. Поскольку JWST использует инфракрасный свет, чтобы видеть большие расстояния, ему приходится максимально избегать нагревания, иначе его камеры станут бесполезными. Это включает в себя любое тепло, которое он сам может производить.
Датчики ближнего инфракрасного диапазона JWST, такие как NIRCam и NIRISS, должны поддерживать температуру около минус 389 градусов по Фаренгейту, а прибор среднего инфракрасного диапазона должен быть еще холоднее — минус 447 градусов по Фаренгейту. Чтобы защитить эти инструменты от солнечного тепла, ученые НАСА построили спутник с пятью слоями солнцезащитных экранов, обращенных к Солнцу, что обеспечило обсерватории стабильную среду.
Его солнечная панель, антенны связи, компьютер и рулевые приборы расположены на горячей стороне телескопа, а датчики, детекторы, фильтры и зеркала — на холодной стороне. Солнцезащитные экраны поглощают солнечный свет и рассеивают тепло по бокам, поэтому на холодную сторону попадает очень мало тепла.
Его зеркала являются самыми легкими из когда-либо использовавшихся.
Чтобы такой телескоп, как космический телескоп Джеймса Уэбба, мог видеть на таком же большом расстоянии и с такой же детализацией, ему нужно зеркало значительно большего размера… или два, или даже четыре. У JWST есть основное зеркало, которое разделено на 18 шестиугольных сегментов: круглое зеркало на конце стрелы и третье зеркало, которое отражает свет на тонкое рулевое зеркало, четвертое. Каждая секция его большого зеркала имеет массу 46 фунтов, что в сумме составляет 828 фунтов веса главного зеркала. Хотя это немаловажная цифра, она составляет небольшой процент от общего веса JWST в 14 300 фунтов.
Для сравнения: главное зеркало телескопа Хаббл весит 1825 фунтов, а на момент его первого запуска все это весило около 24 000 фунтов, и эта масса только увеличивалась по мере проведения обновлений на протяжении всего срока его эксплуатации, составив в сумме примерно 27 000 фунтов. И прежде чем вы начнете думать, что это имеет смысл, потому что Хаббл должен быть больше, чем JWST, подумайте еще раз. В самом широком телескопе «Хаббл» диаметр составлял всего 14 футов, тогда как сегментированное зеркало его предшественника имело диаметр 21,3 фута.
JWST не только использует самое легкое зеркало всех времен, но и легче, чем телескоп Хаббл, несмотря на то, что он больше. Частично НАСА добилось этого благодаря тому, что главное зеркало было изготовлено из бериллия, легкого, но прочного вещества, которое также сохраняет свою форму в широком диапазоне температур.
Когда у JWST кончается топливо, вот и все.
Телескоп Джеймса Уэбба не был рассчитан на выполнение своей миссии более 10 лет. НАСА спроектировало его на пять лет и поставило цель, чтобы он прослужил 10 лет. Однако его запуск был настолько успешным, что на самом деле в нем оказалось достаточно топлива, чтобы прослужить немногим более 20 лет. Однако, как только у него закончится топливо, все будет готово, и он использует топливо каждый раз, когда НАСА нужно направить его в определенном направлении, переместить его так, чтобы он оставался на орбите L2, и при необходимости скорректировать его курс.
К сожалению, поскольку телескоп находится так далеко от Земли, астронавты не могут выйти к нему и заправить топливные баки. Поэтому, как только у него закончится топливо и он будет неспособен выполнять какие-либо научные задачи, для которых он используется, НАСА отправит его на кладбищенскую орбиту вокруг Солнца, где он останется на неопределенный срок.
Возможно, мы забегаем вперед, говоря, что «как только» у него закончится топливо, JWST станет бесполезен, потому что там есть заправочный порт. Поэтому всегда существует вероятность того, что НАСА или какое-нибудь другое космическое агентство, такое как SpaceX или Blue Origin, разработает и отправит беспилотную миссию для дозаправки телескопа.
