История создания и запуска

Идея создания нового мощного космического телескопа возникла у американских астрономов в 1996 году, когда его предшественник Хаббл только начал свою работу во Вселенной.

Незадолго до этого, в 1995 году, учеными была открыта первая экзопланета, рядом со звездой, очень похожей на наше Солнце. Это событие взбудоражило научное сообщество: появился шанс, что где-то может существовать мир, напоминающий Землю.

Американские астрономы выпустили доклад HST and Beyond, в котором обсуждался вопрос, куда должна двигаться астрономия дальше. Исследователи дали NASA задание построить телескоп, который будет пригоден в том числе для поиска и изучения экзопланет. Началась работа по воплощению замысла мощного аппарата, способного передавать ученым нужную информацию.

Изначально аппарат назвали «Космический телескоп нового поколения» (Next-generation space telescope). Но в 2002 году ему присвоили имя второго руководителя НАСА Джеймса Уэбба, при котором была реализована программа «Аполлон».

Телескоп Джеймс Уэбб: история запуска и первые результаты работыПервоначальная стоимость аппарата NGST предположительно составляла 500 миллионов долларов, а в космос он должен был отправиться в 2007 году. Но в 2005 проект серьезно пересмотрели.

Цена проекта увеличилась до 4,5 миллиарда (в 9 раз). К разработке телескопа присоединились Европейское и Канадское космические агентства.

Проект неоднократно критиковали за неэффективное управление, за недооценку сложности и необходимых временных затрат. Начиная с 2010 года подорожавший «Джеймс Уэбб» начал отнимать деньги у других проектов NASA и получил от журнала Science прозвище «телескоп, съевший астрономию».

Мнение эксперта
Ханова Ольга Евгеньевна
Исследовательница космоса, астрофизик по образованию
Запуск постоянно откладывался. К 2021-му году общая стоимость нового телескопа выросла почти до 10 миллиардов долларов.

Самый резонансный перенос даты запуска аппарата произошел в 2018 году. Экспертная комиссия по разработке и испытаниям телескопа выявила множество проблем: клапаны, поврежденные неверно выбранным чистящим растворителем, неправильно проведенная проводка и плохо установленные крепежные элементы теплозащитного экрана, часть которых оторвалась прямо во время вибрационных испытаний.

Телескоп Джеймс Уэбб: история запуска и первые результаты работы
В 2020 году мир накрыла пандемия коронавируса, поэтому Уэбб оказался в числе сотен научных проектов, чьи сроки были сорваны.

Строительство завершилось только в 2019 году. В октябре 2021 года аппарат приехал во Французскую Гвиану на европейский космодром Куру и начал готовиться к старту.

Телескоп Джеймс Уэбб, в создании которого участвовали подрядчики из 20 стран, был успешно запущен 25 декабря 2021 года. JWST отправился на орбиту, расположенную в 1,5 млн км от Земли.

Как он готовился к работе

Телескоп Джеймс Уэбб: история запуска и первые результаты работыЗапуск телескопа, до момента, как он отделился от ракеты-носителя Ариан-5, длился около 30 минут. Затем начался период «29 дней на грани» — этой пугающей фразой специалисты НАСА описали сложный процесс развертывания телескопа. Телескоп за этот сложный и волнительный период полностью запустил все свои системы в космосе.

Излишне говорить, что астрономы, инженеры и ученые не отдыхали, пока все это не закончилось. Ведь существовало много моментов, когда один неисправный шкив или один залипший привод мог поставить под угрозу будущее всей миссии.

В процессе подготовки к работе телескоп сначала развернул солнечную панель, чтобы питаться солнечной энергией. Затем открыл антенну с высоким коэффициентом усиления для связи с Землей. И наконец, начал самое сложное — разворот солнцезащитного экрана и зеркала.

Когда трансформация завершилась, телескоп Джеймс Уэбб запустил бортовые двигатели, чтобы занять окончательное положение в намеченной точке Лагранжа L2. Несколько дней после ее достижения аппарат остывал. Затем инженеры НАСА приступили к удаленной настройке и проверке всех систем. К лету 2022 года у специалистов NASA появился самый мощный телескоп в мире.

Мнение эксперта
Ханова Ольга Евгеньевна
Исследовательница космоса, астрофизик по образованию
Предшественник Джеймса Уэбба, телескоп Хаббл располагается на низкой околоземной орбите на высоте примерно 570 километров и вращается вокруг Земли. Принципиальное отличие нового телескопа в том, что он расположен на гало-орбиту в точке Лагранжа L2 системы Солнце — Земля и вращается вокруг Солнца. Поэтому Земля не создает помехи и не заслоняет обзор, как это происходит в случае Хаббла.

Оборудование

Джеймс Уэбб – это орбитальная инфракрасная лаборатория. Весит новый аппарат 6,2 тонны, а в длину достигает 20 метров.

Самая крупная деталь телескопа – противосолнечный щит из полимерной пленки и покрытый тонким алюминиевым слоем с одной стороны и металлическим кремнием с другой. Щит защищает аппаратуру от тепловой атаки Солнца. Деталь поделена на несколько слоев, заполненных вакуумом. Он помогает остудить матрицы до – 220 градусов.

Телескоп Джеймс Уэбб: история запуска и первые результаты работы

Телескоп Джеймс Уэбб: история запуска и первые результаты работы

Впечатляющая конструктивная деталь телескопа – золотое зеркало, собирающее свет. Его ширина более 21 фута (6,5 м). Для сравнения, зеркало Хаббла имеет чуть менее 8 футов (2,4 метра) в поперечнике, и оно отвечает за получение изображений некоторых из самых знаковых объектов, которые мы когда-либо видели во Вселенной.

Благодаря своему большему зеркалу, JWST в 10-100 раз более чувствителен, чем Хаббл, что позволит ему обнаруживать даже очень слабые объекты в небе.

В раскрытом виде — после выхода телескопа на орбиту — площадь зеркала составляет 25 м².

Инженеры JWST собирали зеркало по частям. Оно состоит из 18 шестиугольных сегментов легкого элемента бериллия, каждый размером примерно с журнальный столик. Сегменты после выхода на орбиту соединятся друг с другом, чтобы создать единое полотно без стыков.

Телескоп Джеймс Уэбб: история запуска и первые результаты работы

Телескоп Джеймс Уэбб: история запуска и первые результаты работы

Одной из ключевых особенностей зеркала является то, что оно покрыто слоем золота, примерно в 200 раз тоньше, чем средний человеческий волос. Золото — это то, что позволяет JWST видеть в инфракрасном диапазоне – тип света, который связан с некоторыми из самых отдаленных галактик и звезд в космосе.

Поскольку Вселенная расширяется, самые удаленные от Земли объекты удаляются гораздо быстрее, чем объекты, которые находятся ближе к нам.

Мнение эксперта
Ханова Ольга Евгеньевна
Исследовательница космоса, астрофизик по образованию
Чем быстрее удаляются объекты, тем больше их свет растягивается, смещаясь от видимой части спектра к инфракрасной.

Телескоп Джеймс Уэбб: история запуска и первые результаты работыДжеймс Уэбб, с его золотыми зеркалами, должен иметь возможность видеть инфракрасный свет от галактик, которые пересекли 13,6 миллиардов световых лет, чтобы добраться до Земли. Снимки, сделанные телескопом с помощью этого зеркала, буквально взгляд в прошлое.

Возраст Вселенной составляет около 13,8 млрд лет, то объекты на расстоянии 13,6 млрд световых лет появились через 100-200 млн лет после Большого взрыва. Изучив их, ученые смогут узнать недостающие факты из истории Вселенной.

Глазами Джеймса Уэбба считается камера ближнего инфракрасного диапазона NIRCam, с помощью которой ученые могут увидеть свет от самых ранних объектов Вселенной, очаги темной материи и многое другое.

NIRCam представляет собой комплекс ртутно-кадмиево-теллуровых сенсоров с рабочим диапазоном камеры – от 0,6 до 5 микрометров. Кроме того, она оборудована коронографом, позволяющим подавлять свет далеких звезд, чтобы увидеть вокруг них планеты.

Самым чувствительным прибором в инструментарии телескопа является MIRI — прибор среднего инфракрасного диапазона, оснащенный камерой с разрешением 1024×1024 пикселя, а также спектрографом.

С помощью мышьяко-кремниевых детекторов прибора ученые планируют увидеть красное смещение очень далеких галактик, заглянуть «за пояс» Койпера, изучить «девятую планету Солнечной системы» — гипотетическую планету Х.

Телескоп Джеймс Уэбб: история запуска и первые результаты работы

Дуэт приборов FGS/NIRISS — состоит из датчика точного наведения и устройства создания изображения в ближнем инфракрасном диапазоне с бесщелевым спектрографом. Устройства отвечают за фокусировку и анализ состояния телескопа, необходимый на начальном этапе орбитальных испытаний.

Впоследствии FGS/NIRISS будут полезными в целях обнаружения и изучения экзопланет. Например, камера FGS умеет считывать информацию 16 раз в секунду с небольших групп пикселей размером 8×8. Это позволяет определять опорную звезду с вероятностью в 95% в любой точке Вселенной.

Мнение эксперта
Ханова Ольга Евгеньевна
Исследовательница космоса, астрофизик по образованию
Аппаратура, установленная на космическом телескопе Джеймс Уэбб передает на Землю научные данные со скоростью 28 Мбит/с.

Первые результаты работы

Публикация первых полноцветных изображений и спектров телескопа Джеймс Уэбб знаменует начало новой эры астрономии. Космическая обсерватория позволит ученым всего мира наблюдать и изучать различные объекты, расположенные в пределах Солнечной системы, вплоть до ранней Вселенной.

Телескоп Джеймс Уэбб: история запуска и первые результаты работы

Телескоп Джеймс Уэбб: история запуска и первые результаты работы

12 июля 2022 года NASA официально представило первые фото, сделанные космическим телескопом Джеймс Уэбб. В преддверии этого события ведомство опубликовало снимок, сделанный датчиком точного наведения (FGS) телескопа в процессе отладки, благодаря чему можно составить представление о том, чего следует ждать в дальнейшем от космической обсерватории.

Переданные телескопом снимки, хоть и на короткое время, стали самыми глубокими изображениями Вселенной за всю историю наблюдений.

Телескоп Джеймс Уэбб: история запуска и первые результаты работыСнимок FGS окрашен с использованием красноватой цветовой схемы, которая применялась к другим изображениям, сделанным в процессе настройки приборов Джеймса Уэбба.

Кроме того, центры ярких звезд выглядят черными, поскольку они насыщают детекторы телескопа, а наведение не изменялось в процессе создания серии экспозиций. Следы наложения разных экспозиций видны по краям изображения.

Хотя четыре научных инструмента, размещенных в конструкции космической обсерватории Джеймс Уэбб, позволят по-новому взглянуть на Вселенную, датчик FGS является единственным инструментом, который будет использоваться в каждом наблюдении телескопа на всем протяжении срока службы. Он также играл важную роль в процессе выравнивания оптики телескопа.

Первая подборка полноценных изображений, полученных инструментами новой обсерватории, включает снимки галактик, туманностей и экзопланеты. Перечень объектов сформирован специалистами NASA, Европейского космического агентства (ESA), Канадского космического агентства (CSA) и Института исследований космоса с помощью космического телескопа.

Список включает пять снятых на камеры структур на просторах Вселенной:

Туманность Киля (Carina Nebula)

Телескоп Джеймс Уэбб: история запуска и первые результаты работы

Одна из крупнейших областей звездобразования в Млечном Пути. Объект располагается на расстоянии примерно 7500 световых лет от нас в созвездии Киля и простирается более чем на 300 световых лет. Туманность Киля является одной из крупнейших областей звездообразования в нашей галактике Млечный Путь. Высота самых больших «скал» на опубликованном снимке около 7 световых лет.

Квинтет Стефана (Stephan’s
Quintet) 

Телескоп Джеймс Уэбб: история запуска и первые результаты работы

Группа из пяти галактик в созвездии Пегаса, четыре из которых находятся в постоянном взаимодействии. Расстояние до Земли составляет 290 млн световых лет.

Южная кольцевая туманность (Southern Ring Nebula)

Телескоп Джеймс Уэбб: история запуска и первые результаты работы

Планетарная туманность в созвездии Паруса, удаленная от Земли приблизительно на 2000 световых лет.

WASP-96 b

Телескоп Джеймс Уэбб: история запуска и первые результаты работы

Огромная планета, расположенная за пределами Солнечной системы. Газовый гигант, находящийся на расстоянии примерно 1150 световых лет от Земли. Масса экзопланеты приблизительно равна половине массы Юпитера. Первое наблюдение телескопа показало наличие признаков присутствия в атмосфере WASP-96b воды, что не фиксировалось в ходе предыдущих исследований этого объекта.

Мнение эксперта
Ханова Ольга Евгеньевна
Исследовательница космоса, астрофизик по образованию
Изображение показывает скопление галактик таким, каким оно было 4,6 млрд лет назад. Для наблюдения за скоплением использовалась камера ближнего инфракрасного диапазона NIRCam (Near-Infrared Camera). Изображение сформировано путем объединения фотографий, которые были сделаны на разных длинах волн в течение 12,5 часов.

Вопросы и ответы

Что будет с телескопом, когда у него закончится горючее?

Это пока не уточняется. Его могут, например, вывести на гелиоцентрическую орбиту, где он останется постоянно в отключенном состоянии, как это было с инфракрасным телескопом «Гершель». При этом астрономы надеются, что техническое состояние «Хаббла» позволит хотя бы несколько лет двум телескопам работать совместно.

Сколько проработает телескоп в космосе?

Минимальный срок работы телескопа – около 6 лет. Через 10 лет после запуска у него закончится топливо, и он потеряет способность поддерживать устойчивую гало-орбиту вокруг точки Лагранжа.

Видео-обзор научных фактов