Фантастический телескоп

Л.Н. Стрельникова
pic_2024_01_10.jpg
Иллюстрация Петра Перевезенцева

Два года назад, 25 декабря 2021 года, NASA запустило в космос уникальную инфракрасную обсерваторию, до сей поры невиданную — телескоп Джеймс Уэбб. В этом международном проекте, стоимостью 10 миллиардов долларов, участвовало более 20 тысяч ученых, инженеров и конструкторов из 17 стран мира. Он в десять раз дороже и в два раза легче телескопа Хаббл.

Через месяц после запуска, 24 января прошлого года, телескоп прибыл в пункт назначения, в точку Лагранжа L2 между Солнцем и Землей. Она находится на расстоянии 1,5 миллионов километров от Земли — это в три раза дальше, чем Луна. Телескоп завис в этой точке и начал сам разворачиваться.

Я уже рассказывала об этом, но не грех и повторить, потому что это настоящее рукотворное чудо. Представьте себе конструкцию размером 14 на 20 метров. Наверное, это где-то пятая часть футбольного поля. В ее основании — платформа, на которой установлены приборы: камеры, спектрометры, датчики. А над платформой возвышается гигантский цветок, похожий на подсолнух.

Это — главное зеркало телескопа диаметром 6,5 метров. Оно почти в три раза больше, чем у Хаббла. А чем больше зеркало, тем лучше видит телескоп. Зеркало выложено из 18 шестиугольных сегментов из позолоченного бериллия. Поэтому зеркало-цветок желтое, даже золотое. А в целом напоминает фрагмент пчелиных сот или фасеточный глаз мухи.

Над платформой натянут пятислойный защитный экран — пять гигантских простыней, одна над другой, каждая толщиной в человеческий волос. Сделаны они из полимерного материала каптона. Это — полиимид, хороший диэлектрик, его создала компания DuPont еще в 1960-х годах. Такой экран защищает зеркало и датчики телескопа от космического излучения и солнечной засветки.

Наконец, у этой конструкции есть 12 реактивных двигателей, которые могут корректировать положение телескопа в пространстве и наводить его на нужные исследователям области Вселенной. Питаются они жидким ракетным топливом на основе гидразина и тетраоксида азота. А электроэнергией обсерваторию обеспечивают солнечные панели.

И вот это всё весом шесть с половиной тонн отправили в космос в компактном виде. Представьте себе, что упаковку нового шкафа в разобранном виде забросили в космос и он там сам собрался в готовое изделие. Хотя шкаф-то попроще будет. Фантастика? Да. И тем не менее именно это произошло с телескопом Уэбб.

Разработчики потом рассказывали, что они заранее определили 344 возможных сбоя при развертывании зеркал и вводе телескопа в эксплуатацию, и каждый из них мог иметь фатальные последствия. Сидели и с ужасом ждали, когда же один из предусмотренных сбоев произойдет. Но не произошло ни одного! И это совершенно поразительно и в это трудно поверить.

Научные исследования на Уэббе начались в июле прошлого года, и на головы астрономов и астрофизиков посыпались новые данные. А чем, собственно, этот телескоп лучше того же Хаббла? Во-первых, Хаббл в сто раз менее мощный. Во-вторых, Хаббл видит объекты только в оптическом и ультрафиолетовом диапазоне, а новый телескоп Уэбба работает в инфракрасном.

Иными словами, у них разное зрение, поэтому один видит то, чего не видит другой. И надо сказать, что зрение у телескопа Уэбб гораздо лучше, чем у Хаббла — они видит события, которые происходили во Вселенной через 180 миллионов лет после Большого взрыва, а Хаббл — через 400 миллионов лет. А какие это события? Рождение первых звезд и галактик.

Прошло почти полтора года научных исследование на телескопе Уэбб. И сейчас мировое сообщество астрономов активно обсуждает результаты, полученные с помощью этого телескопа.

Более 83% времени телескоп работает на астрономические исследования, а 15% времени уходит на поворот оптики и коррекцию. Астрономов, желающих поработать на телескопе, огромное количество. Но, увы, в сутках всего 24 часа, потому время на телескопе перебронировано в несколько раз.

Однако многие фотографии и данные доступны, поэтому широкий круг астрономов, которым не удалось получить время на телескопе, могут участвовать в их интерпретации и обсуждении. Что, впрочем, не особо симпатично тем астрономам, которые придумали и спланировали исследование на телескопе.

Все астрономы в один голос утверждают, что обсерватория работает очень здорово. Все отмечают невероятную мощь и чувствительность телескопа и его датчиков, высокое качество данных, а также великолепие изображений. Разработчики утверждают, что качество изображения, которое выдает телескоп, почти вдвое превзошло ожидания и прогнозы.

Но не все так радужно. Проблемы, конечно, есть. Космическое пространство — это отнюдь не пустой вакуум, здесь носятся микрометеориты, которые так и норовят что-нибудь испортить. За время пребывания в космосе телескоп Джейм Уэбб больше 60 раз подвергался атакам микрометеоритов. А шестиметровое зеркало — отличная мишень для обстрела.

Конечно, эти столкновения учитывали, их прогнозировали. И прогноз их количества — два-три в месяц — подтвердился. Но действительность, как известно, сложнее и богаче. В мае прошлого года в зеркало врезался микрометеорит, сила удара которого была в 120 раз больше, чем предполагали и рассчитывали. Но система устояла и компенсировала этот удар дополнительной настройкой зеркальных сегментов. Так что, слава Богу, система устойчива. А если еще избегать лобовых столкновений с микрометеоритами, что возможно с помощью маневров, то и вовсе будет отлично.

Есть хорошие новости и о сроке жизни телескопа Уэбба на орбите. Исходно полагали, что телескоп проработает не больше 20 лет. Потом закончится топливо, и он не сможет маневрировать и корректировать курс. Но на деле оказалось, что телескоп настолько точно был выведен в точку Лагранжа, что корректировка потребовалась небольшая и много топлива осталось неизрасходованным. Так что его должно хватить уже не на 20, а 25 лет. А там, глядишь, придумают какого-нибудь робота-дозаправщика, который полетит и подбросит жидкое топливо телескопу.

Первые изображения глубин Вселенной телескоп Уэбб выдал 12 июля 2022 года. С тех пор опубликовано около 1 000 научных статей, основанных на данных телескопа. Они затрагивают практически все области астрономии. Вот лишь несколько примеров.

Наблюдения космического телескопа Джеймс Уэбб (JWST) показали, что на поверхности Европы, одном из ледяных спутников Юпитера, присутствует углекислый газ, который поступает из океана подо льдом, а не доставляется метеоритами.

Астрономы давно рассматривают Европу как одно из наиболее вероятных мест, где может возникнуть жизнь. Однако до сих пор ученые не были уверены, что в ее океане содержится углекислый газ, необходимый для жизни.

Массивная газовая планета WASP-17b, находящаяся на расстоянии 1300 световых лет от Земли, настолько горячая (1500°С), что ее облака состоят из кристаллов кварца. Это удалось рассмотреть с помощью телескопа Джеймс Уэбб. Он также позволил увидеть, как в результате взрыва от столкновения двух нейтронных звезд, рождаются редкие тяжелые элементы, включая редчайший на Земле теллур.

Космический телескоп Джеймс Уэбб (JWST) обнаружил в ранней Вселенной более 1500 галактик, напоминающих наш плоский Млечный Путь, похожий на диск. Оказалось, что дисковые галактики встречаются в ранней Вселенной в десять раз чаще, чем считали ранее астрономы (The Astrophysical Journal).

Астрономы увидели, что первичных галактик, которые образовались вскоре после Большого взрыва, гораздо больше и они гораздо более яркие, чем прогнозирует Стандартная космологическая модель. И очень может быть, что эту самую Стандартную космологическую модель нужно будет пересмотреть. Ну что ж, истина рождается как ересь и умирает как заблуждение. Таков путь научного познания.

Разные разности
Камни боли
Недавно в МГУ разработали оптическую методику, позволяющую определить состав камней в живой почке пациента. Это важно для литотрипсии — процедуры, при которой камни дробятся с помощью лазерного инфракрасного излучения непосредственно в почках.
Женщина изобретающая
Пишут, что за последние 200 лет только 1,5% изобретений сделали женщины. Не удивительно. До конца XIX века во многих странах женщины вообще не имели права подавать заявки на патенты, поэтому частенько оформляли их на мужей. Сегодня сит...
Мужчина читающий
Откуда в голове изобретателя, ученого вдруг возникает идея, порой безумная — какое-нибудь невероятное устройство или процесс, которым нет аналогов в природе? Именно книги формируют воображение юных читателей, подбрасывают идеи, из которых выраст...
Пишут, что...
…археологи обнаружили на стоянке мамонтов Ла-Прель в округе Конверс бусину, сделанную из кости зайца, возраст которой составляет около 12 940 лет… …астрофизики впервые обнаружили молекулы воды на поверхности астероидов Ирис и Массалия… ...