После более чем четверти века планирования, проектирования, строительства, ожидания и тщательных испытаний самой сложной из когда-либо созданных космических обсерваторий гигантский космический телескоп «Джеймс Уэбб» наконец-то был запущен в 7:20 утра по восточному времени 25 декабря.
Станет ли эта огненная ракета подарком науке на Новый год или катастрофическим завершением 2021 года, зависит от того, что произойдёт в ближайшие недели. Чтобы миссия JWST увенчалась успехом, телескоп должен выполнить сложную серию тщательно спланированных манёвров в течение первого месяца в космосе. Даже одна ошибка может поставить под угрозу всю миссию. И телескоп должен исполнить свой дьявольски сложный танец, находясь далеко за пределами досягаемости человеческих рук, устремляясь к точке в космосе на расстоянии в миллион миль.
«Это программа с высоким риском и очень высокой отдачей, — заявила заместитель администратора НАСА Пэм Мелрой во время телефонной конференции с журналистами 21 декабря. — Впереди много тяжёлых, долгих недель, в течение которых телескоп должен идеально функционировать».
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» отправится в путешествие длиной в миллион миль, чтобы исследовать Вселенную.
Солнце
JWST направляется к своему конечному пункту назначения на орбите, L2 *.
Земля
Луна
1 миллион миль
JWST будет вращаться вокруг точки L2, которая является одной из пяти точек в космосе, где гравитация Солнца и системы Земля-Луна уравновешивают друг друга. Благодаря небольшим и регулярным корректировкам курса телескоп может оставаться на одном и том же месте относительно других тел, направляя свой солнечный щит на нашу родную звезду, чтобы приборы могли охладиться примерно до -388 °F.
L2
Для начала научных наблюдений потребуется шесть месяцев.
Начинаются наблюдения
Выходим на орбиту вокруг L2
Запуск
Месяц 1
Месяц 2
Месяц 3
Месяц 4
Месяц 5
Месяц 6
Разворачивание и включение приборов
Тестирование приборов и настройка оптики
Калибровка
* ИЗОБРАЖЕНИЕ НЕ В МАСШТАБЕ
Диана Маркес, сотрудник NGM
Источники: НАСА, ЕКА
Но риск стоит награды. Когда JWST откроет свой золотой глаз шириной 21 фут, это изменит наш взгляд на космос и на самих себя. Миссия телескопа - рассказать историю Вселенной, начиная с нескольких мгновений после ее лучезарно-ударного рождения, через череду космических эпох и заканчивая сегодняшним днем, когда люди создают машины, достаточно мощные, чтобы заглянуть назад, к истокам пространства и времени.
С помощью достаточно чувствительного глаза, способного разглядеть шмеля на лунной орбите, телескоп заглянет в первозданную тьму, из которой появились звёзды, галактики и планеты, пронзая темноту, скрывающую от взора других великих обсерваторий.
«Не думайте о JWST как о космическом телескопе — это телескоп пространства-времени, — говорит Марк МакКогрин, старший научный консультант Европейского космического агентства (ЕКА). — Он путешествует во времени и в то же время исследует космос. Мы смотрим в прошлое Вселенной, почти на самый край Большого взрыва 13,8 миллиарда лет назад».
Последней остановкой телескопа на Земле стал Гвианский космический центр в Куру, Французская Гвиана, — обширный стартовый комплекс, с одной стороны граничащий с непроходимыми амазонскими джунглями, а с другой — с Атлантическим океаном. НАСА отвечает за основную часть расходов на миссию в размере 10 миллиардов долларов, но Европейское космическое агентство, один из нескольких партнёров, предоставило ракету Ariane 5, необходимую для запуска телескопа в космос с этой покрытой зеленью тропической станции.
Как и многие другие амбициозные проекты человечества, JWST столкнулся с множеством препятствий на своём пути в космос. Телескоп значительно превысил бюджет и запускается более чем на десять лет позже запланированного срока — отчасти из-за нереалистичных первоначальных планов. Но, как отмечают многие астрономы, даже любимый всеми космический телескоп «Хаббл» сталкивался с подобными проблемами.
«Хаббл того стоил, и Хаббл опоздал. Хаббл был сломан! И Хаббл изменил планету», — говорит астроном Джон О’Мира, главный научный сотрудник обсерватории Кека, который уже работает над проектом преемника Уэбба. «Многие из тех, кто сегодня недоволен Уэббом, забудут о своём недовольстве, когда появится первое изображение в глубоком фокусе, и у них слетят с голов шляпы».
Некоторые задержки в работе JWST связаны с ошибками, допущенными при строительстве обсерватории, в том числе с использованием неподходящего растворителя для клапанов двигательной установки и ослаблением нескольких винтов во время испытаний. Совсем недавно название телескопа вызвало споры среди астрономов, обеспокоенных тем, что Джеймс Уэбб, администратор НАСА на протяжении большей части 1960-х годов, возможно, был причастен к проведению гомофобной политики в агентстве. НАСА заявляет, что это утверждение пока не подтверждено.
За месяц до запуска с телескопом произошла ещё одна неприятность: неожиданно ослаб важный зажим, из-за чего обсерватория содрогнулась. Затем проблема со связью между телескопом и наземными системами на стартовом комплексе задержала запуск ещё на несколько дней. Последняя задержка произошла из-за непогоды во Французской Гвиане, где сезон дождей задержал запуск телескопа до Рождества.
Полёт JWST на ракете — это лишь один из этапов его путешествия, и беспокойство, вероятно, усилится ещё больше в течение нескольких недель после запуска, пока астрономы будут ждать, когда JWST завершит сложную последовательность развёртывания и займёт своё окончательное положение в космосе.
«Если всё пойдёт не так, как надо, это будет чертовски плохо», — говорит О’Мира. Но, добавляет он, даже неудача не станет концом мечтаний астрономов.
«Я твёрдо верю, что история, которую рассказывает Уэбб в рамках последовательности миссий, настолько захватывающая, что мы не перестанем пытаться её рассказать, — говорит О’Мира. — Вселенная прямо сейчас рассказывает нам по-настоящему захватывающие истории, и мы ни за что не откажемся от них».
В небе раскрывается золотой глаз
Рискованный дизайн JWST — следствие амбициозных целей миссии: чтобы заглянуть так глубоко в космос, огромный телескоп должен быть достаточно лёгким, чтобы выдержать путешествие длиной в миллион миль, и его нужно охладить до экстремально низких температур, когда он доберётся до места назначения.
«Разработка огромного телескопа, который должен работать в космосе и быть холодным, была и остаётся чрезвычайно сложной инженерной задачей, и это определило все инженерные решения», — сказала астрофизик НАСА Эмбер Строун на недавней пресс-конференции.
При массе в шесть тонн JWST в два раза легче космического телескопа «Хаббл», несмотря на то, что его главное зеркало более чем в два раза больше. Инженеры изготовили это зеркало из бериллия — относительно редкого металла, который легче алюминия, но прочнее стали. Они вырезали, отполировали и отпрессовали металл в 18 шестиугольных сегментов, а затем покрыли сотовое зеркало золотом, чтобы оно отражало как можно больше инфракрасного света.
Четыре основных научных инструмента телескопа будут искать более длинные и красные волны света, которые не может увидеть «Хаббл», — свет, который перешёл в инфракрасную область спектра, путешествуя по постоянно расширяющейся Вселенной. Окружающее излучение от самого телескопа и близлежащих объектов может маскировать этот драгоценный свет, если только инструменты JWST не будут охлаждаться до экстремально низких температур. Однако, как ни странно, в любой точке вблизи земной орбиты космос относительно тёплый. Таким образом, телескоп оснащён гигантским пятислойным солнцезащитным экраном из блестящего полупрозрачного материала, называемого каптоном.
JWST развернёт свой солнечный щит в течение первой недели после запуска, и как только он прибудет в пункт назначения, телескоп сможет защититься от жары и бликов Солнца и Земли. Затем сторона обсерватории, обращённая в тёмное космическое пространство, остынет до минус 388 градусов по Фаренгейту (40 Кельвинов).
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» заполнит пробел, оставленный другими телескопами.
Инструменты JWST работают в основном в инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра, а также в некоторой степени в видимом диапазоне. Это включает в себя более длинные волны, чем может обнаружить космический телескоп «Хаббл», что позволяет JWST
для наблюдения за некоторыми из первых звезд и галактик во Вселенной.
Диапазон наблюдений JWST
Гамма
Рентгеновские лучи
Видимый свет
УФ
Инфракрасный
Микроволны
Радио
Рентгеновский снимок "Чандра"
Спитцер
Хаббл
Гамма-излучение Комптона
Комптонская гамма-обсерватория была выведена с орбиты в 2000 году после девяти лет наблюдений за физическими явлениями высокой энергии во Вселенной.
Рентгеновская обсерватория «Чандра» изучает чёрные дыры, сверхновые, тёмную материю и другие загадочные источники рентгеновского излучения с очень высоким угловым разрешением.
Космический телескоп Хаббл обнаружил самые удаленные галактики, так что
пока. С большим количеством capa-
Благодаря инфракрасному диапазону JWST сможет заглянуть ещё дальше в прошлое и будущее.
Космический телескоп «Спитцер» завершил свою миссию в 2020 году после 16 лет наблюдений. JWST примерно в 1000 раз мощнее и продолжит его дело.
Диана Маркес, сотрудник NGM
Источник: НАСА
Проблема в том, что поместить всё это в обтекатель ракеты — даже такой большой, как у Ariane 5, — не получится, если обсерватория не будет складываться.
Оказавшись в космосе, он начнёт разворачиваться и раскладывать все эти части — сначала солнечные батареи и коммуникационное оборудование, затем солнцезащитный экран, небольшое дополнительное зеркало и, наконец, ячеистый объектив. Всего за 29 дней после запуска необходимо устранить 344 единичные неисправности, большинство из которых связаны с многослойным солнцезащитным экраном.
Инженеры снова и снова тестировали оборудование, но чистые помещения на Земле не могут в полной мере имитировать испытание, когда тебя с силой выбрасывает с орбиты Земли в безгравитационное пространство глубокого космоса.
«Честно говоря, я бы сказал, что мы испытываем большой трепет и нервозность, зная, что может пойти не так, и к некоторым из этих ситуаций мы готовы», — говорит заместитель научного сотрудника JWST Маршалл Перрин из Института науки о космическом телескопе (STScI), который возьмёт на себя управление телескопом примерно через полчаса после запуска. «Но всегда есть неизвестные неизвестные. Мы очень нервничаем в эти 29 напряжённых дней».
Новое окно в космос
Миссия JWST в целом заключается в том, чтобы помочь рассказать историю Вселенной — о том, как вихрь частиц, элементов и молекул, населяющих Вселенную, каким-то образом объединился, чтобы создать звёзды и галактики и, в конечном счёте, этот обитаемый мир.
«Мы хотим знать: как мы появились здесь в результате Большого взрыва? Как это произошло? — говорит Джон Мазер, старший научный сотрудник JWST. — Как люди могут иметь то, что есть у нас здесь, на маленькой Земле?»