Разработка телескопа
«Джеймс Уэбб» стал самым большим «космическим долгостроем» современности. На создание телескопа потратили 25 лет. Над ним трудились ученые из Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA), Европейского космического агентства (ESA) и Канадского космического агентства (CSA). Аппарат обошелся в $10 млрд.
Поначалу устройство назвали «Космическим телескопом нового поколения», но позже передумали. В итоге он получил имя второго руководителя NASA (в 1961–1968 годах) Джеймса Уэбба. Формально тот отвечал за реализацию американской программы пилотируемых космических полетов «Аполлон», хотя фактически техническое руководство ей осуществлял Вернер фон Браун.
«Уэбб» нацелен на изучение удаленных объектов во Вселенной, например, первых галактик. Поскольку свет от них смещен в красный спектр (за пределами «видимого света»), телескопу нужно инфракрасное оборудование. Аппарат оснастили камерой Near Infrared Camera (NIRCam), которая способна не только запечатлеть объекты, которые человечество никогда ранее не видело, но и захватить в 15 раз больше пространства, чем камера телескопа предшественника «Уэбба», телескопа «Хаббл».
Новый аппарат получил зеркало шириной 6,5 м. Для сравнения, у «Хаббла» размер составлял 2,4 м в диаметре. За счет увеличения зеркала площадь сбора информации увеличилась в 6,25 раза. Оно получилось столь большим, что его пришлось разделить на сегменты и сложить, чтобы оно поместилось на борт ракеты-носителя.
Основное зеркало стало похожим на пчелиные соты — оно состоит из 18 сегментов из бериллия, способных работать вместе или по отдельности. Каждая часть покрыта слоем золота толщиной 100 нанометров. Этот металл выбрали из-за его хорошей способности отражать инфракрасные лучи.
Зачем нужен «Джеймс Уэбб»
Благодаря инфракрасному оборудованию «Уэбб» может смотреть во времени на 13,5 млрд лет назад. Он запечатлит объекты во Вселенной такими же, какими они были, когда только появились. Если «Хаббл» видел «детство» первых галактик, то новый аппарат сможет посмотреть на их рождение.
Кроме того, инфракрасное оборудование позволяет телескопу заглянуть за пределы видимого света и смотреть сквозь массивные облака пыли и газа. Во-первых, это позволит изучить ранее невидимые объекты и найти, где рождались первые звезды. Во-вторых, он сможет искать жизнь на экзопланетах, вращающихся вокруг далеких холодных звезд, называемых красными карликами.
«Это машина времени, которая вернет нас к самым истокам Вселенной. Мы находимся на пороге невероятных открытий, о которых раньше и не догадывались», — сказал о телескопе глава NASA Билл Нельсон. На «Уэбба» возложены большие надежды ученых: без него не получится выяснить, как и почему в космосе начали появляться звезды, планеты и другие объекты.
«Уэбб» будет изучать не только далекие области Вселенной, но и Солнечную систему. Главным объектом наблюдений станет Юпитер, его кольцевая система и две луны, Ганимед и Ио.
Запуск
Запуску ракеты-носителя Ariane 5 с «Уэббом» на борту предшествовала череда неполадок: отправку переносили несколько раз. Причиной становилась и нестабильная связь между обсерваторией и ракетой, и пандемия коронавируса, и плохая погода. Однако 25 декабря 2021 года телескоп все же покинул Землю.
«Телескоп «Уэбб» — блестящий пример того, чего мы можем достичь, если мечтаем по-крупному. Мы всегда знали, что этот проект будет рискованным предприятием, но за большим риском приходит большая награда», — написал в Twitter президент США Джо Байден, поздравив участников запуска. Значение отправки телескопа в космос отметил и руководитель пресс-службы российской госкорпорации «Роскосмос» Дмитрий Струговец: «По всей видимости, 2021 год стал прорывным для многих проектов, которые никак не могли запустить в последние годы».
Сразу после запуска «Уэбб» отправился на расстояние в 1,5 млн километров от Земли — ко второй точке Лагранжа (L2). В этой области гравитационные поля Солнца и Земли компенсируют друг друга, что позволяет аппарату оставаться неподвижным, не тратя топливо. Прежде чем достигнуть пункта назначения, телескоп должен развернуть солнечный щит, защищающий его от света Солнца, Земли и Луны. Без этой пятислойной мембраны он не может работать.
Первые результаты
На третьи сутки полета к точке L2 «Уэбб» успешно прошел один из самых сложных этапов своего космического путешествия: используя 90 тросов и 107 спусковых устройств он разложил теплозащитный экран. Затем он развернул свое основное зеркало, а в течение 30 дней достиг места своего постоянного расположения в точке Лагранжа.
В начале февраля телескоп прислал на Землю первые снимки. Он сфотографировал свое главное зеркало и солнцеподобную звезду HD 84406. Она находится в 260 световых годах от Солнца. Поскольку «Уэбб» делал снимки каждым сегментом своего зеркала отдельно, которые пока не выровнены до конца, в результате получилась мозаика из 18 изображений. Теперь ученые несколько месяцев будут регулировать зеркала, пока точки не сложатся в единое целое.
Звезду HD 84406 выбрали в качестве ориентира, поскольку рядом нет столь же ярких объектов. Исследователи 156 раз меняли положение «Уэбба» в пространстве, стараясь направить его в нужную сторону. Чтобы «поймать» звезду в каждый сегмент зеркала, телескопу потребовалось шесть часов. В общей сложности наблюдения заняли у ученых 25 часов.
Помимо фото звезды, телескоп сделал «селфи» зеркала. Снимок получился благодаря дополнительной линзе внутри инфракрасной камеры. Один из сегментов засвечен, поскольку был направлен на космический объект. «Селфи» понадобилось ученым, чтобы уточнить расположение сегментов зеркала.
Полученные изображения подтвердили, что в камеру NIRCam нормально проникает свет, и ничего из оборудования не сломалось. «Вся команда «Уэбба» в восторге от того, как хорошо продвигаются первые шаги по съемке и настройке телескопа. Мы были так счастливы видеть, что свет проникает в камеру NIRCam», — сказал исследователь Марсия Рике.
Ученым осталось выровнять все сегменты зеркала и подождать, пока они остынут до рабочей температуры ниже 50 Кельвинов. Полная настройка телескопа займет около полугода. После этого «Джеймс Уэбб» будет готов к полноценным исследованиям глубин космоса.