25 декабря 2021 года в свой долгожданный полёт отправится космический телескоп имени Джеймса Уэбба, названный в честь директора НАСА в 60-х годах, который, в частности, сыграл важную роль при реализации лунной миссии "Аполлон". Разработка, строительство и тестирование инструмента велись 25 лет, а общая стоимость проекта достигла десяти миллиардов долларов. Запуск обсерватории, изначально планировавшийся на 2007 год, многократно переносился. Но теперь, наконец, инструмент готов и доставлен на космодром Куру во Французской Гвиане, ведутся последние приготовления к старту.
Задержка в 14 лет для столь масштабного, сложного и дорогого проекта не выглядит удивительной. Во-первых, многие использованные технические решения были изобретены специально для этого телескопа. Во-вторых, у инженеров есть всего один шанс, чтобы отправить в космос и запустить в работу огромную и суперсовременную космическую обсерваторию. Если что-то пойдёт не так, никакого второго "Уэбба" уже не будет. Поэтому уходят годы на разработку, многократные тесты и перепроверки всех систем.
Например, в 2018 году солнечный экран телескопа разорвался во время пробного развёртывания, что потребовало дополнительных работ и в очередной раз привело к переносу сроков запуска.
Продвинутый сменщик "Хаббла"
"Джеймс Уэбб" станет последователем космического телескопа "Хаббл", он обладает почти в три раза большим зеркалом (6.5 против 2.4 метра в диаметре) и сможет показать Вселенную в гораздо лучших подробностях. Ветеран космической астрономии (проработавший в космосе уже 30 лет), впрочем, на пенсию тоже пока что не собирается и, вероятно, будет работать, пока сможет работать (хотя в последнее время увеличилось число сбоев, из-за которых наблюдения "Хаббла" приостанавливаются на недели).
Важно отметить, что "Уэбб" преимущественно инфракрасный, в то время как Хаббл наблюдает в видимом диапазоне с захватом ближних инфракрасных и ультрафиолетовых частей спектра. Инфракрасное зрение нужно новому телескопу, чтобы "видеть" объекты с большими красными смещениями, то есть те, которые расположены очень далеко от нас (как в пространстве, так и во времени). Среди них очень далёкие галактики, существовавшие в ранней Вселенной, а также вспышки первых поколений сверхновых звёзд.
Также в этом диапазоне излучают более близкие, но относительно холодные объекты, например, протопланетные диски вокруг молодых звёзд. Кроме того, инфракрасный диапазон плохо доступен для земных наблюдений из-за атмосферного поглощения, так что космический телескоп необходим.
Телескоп-оригами
Телескоп "Уэбб" действительно огромный. Он настолько велик, что не помещается в головной обтекатель полезной нагрузки ракеты "Ариан-5" (диаметр которого 4.57 метра). Поэтому инструмент будет запущен в сложенном виде, после чего, уже на орбите, автоматически (под строгим надзором земных инженеров, конечно) развернёт свои зеркала и солнцезащитный экран.
Зеркало телескопа с эффективным диаметром 6.5 метра похоже на соты: оно собрано из 18 гексагональных (шестиугольных) бериллиевых сегментов, покрытых золотом. Бериллий был выбран, потому что обладает минимальными термическими деформациями при низких температурах (ниже 100 кельвинов или -173 °C), в то время как золото отлично отражает инфракрасное излучение.
12 из 18 сегментов отправятся в космос сразу на своём месте, в то время как шесть остальных на двух подвижных "крыльях" будут убраны назад (см. фото выше) для необходимой компактности при запуске.
Но самая выдающаяся по размерам (21.2 на 14.2 метра) деталь - пятислойный солнцезащитный экран из полимерных материалов, покрытых тонкими слоями алюминия и лигированного кремния (последний - только на двух самых тёплых слоях). Его пришлось сложить в 12 раз, чтобы поместить в ракету.
Этот экран буквально отгородит телескоп от Солнечного тепла, что позволит инструменту пассивно остыть до рабочей температуры -223 °C. В результате собственное тепловое излучение телескопа, мешающее инфракрасным наблюдениям, будет сведено к минимуму. Правда, из-за экрана "Джеймс Уэбб" сможет одномоментно наблюдать лишь половину доступного неба (расположенную с противоположной относительно Солнца стороны).
После запуска телескопа в космос инженеры будут постепенно отдавать команды на раскрытие экрана слой за слоем, приводя в действие систему из десятков натяжных тросов.
Как "Уэбб" расширит нашу Вселенную
"Джеймс Уэбб" (как и большинство других телескопов) хорош тем, что это универсальный инструмент. Он не разрабатывался для решения строго определённой задачи, но будет наблюдать самые разные типы явлений и объектов, от близких к нам до максимально удалённых.
Инструмент поможет учёным так далеко углубиться в историю Вселенной, как это не получалось раньше: в эпоху первых звёзд, галактик, ранних сверхновых и чёрных дыр. Сравнивая совсем молодые галактики с более старыми, телескоп поможет лучше понять эволюцию звёздных островов, а также влияние на космологические процессы тёмного вещества и тёмной энергии (пускай мы и не видим их напрямую).
Первые звёзды состояли почти исключительно из водорода и гелия, детали их физики и эволюции могут заметно отличаться от тех же процессов у современных звёзд, обогащённых значительным количеством более тяжёлых элементов.
"Уэбб" будет заниматься исследованиями рождения звёзд и планетных систем, наблюдая, как из пыли протопланетных дисков собираются зародыши планет. Не останется в стороне и Солнечная система: телескоп будет следить за атмосферами далёких гигантов - Урана и Нептуна, которые изучались с близкого расстояния лишь однажды, более 30 лет назад (и новых миссий пока что не предвидится). Кроме того, телескоп наведётся на неактивное ядро кометы Хейла-Боппа, украшавшее мартовское небо в 1997 году. Оно уже очень далеко от Солнца, но за счёт своих гигантских для кометы размеров (>50 км) будет доступно для изучения.
Но, может быть, самая интригующая задача для обывателей - поиск внеземной жизни. Да, да, это не фантастика! Получая спектры атмосфер экзопланет скалистых планет (в основном - в системах красных карликов) он сможет обнаружить в них (в атмосферах) водяной пар, углекислый газ, метан, кислород. Те самые молекулы, которые косвенно могут свидетельствовать о наличии жизни (правда, с той или иной степенью вероятности можно будет говорить о жизни как таковое, но не о степени её развития).
***
Предсказать точно результаты нового грандиозного проекта невозможно. Может быть, в ближайшие десять лет благодаря "Джеймсу Уэббу" будет заложен фундамент для кардинальных изменений в нашем восприятии космоса. А может, и нет. Как это часто бывает, нам остаётся только наблюдать.
