Телескоп «Джеймс Уэбб» – самый мощный телескоп в мире. «Джеймс Уэбб»: как устроен самый совершенный космический телескоп Новый телескоп джеймса вебба
Космический телескоп имени Джеймса Уэбба. Авторы и права: NASA.
Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) ещё не скоро начнет свою миссию, а его сверкающее золотом зеркало уже достигло культового статуса. Это сегментированное зеркало напоминает глаз насекомого, и в будущем, когда “глаз” начнёт свою работу в точке Лагранжа (L2), он предоставит человечеству подробнейшие данные о нашей Вселенной. Зеркало телескопа уже собрано, и оно находится в стерильном помещении в Центре космических полетов имени Годдарда, что даёт нам возможность узнать, как телескоп будет выглядеть, когда он начнёт свою миссию.
Даже если вы ничего не знаете о JWST, его возможностях, или возложенных на него задачах, вы будете впечатлены, просто посмотрев на него. Очевидно, что это высокотехнологический и единственный в своем роде инструмент. На самом деле, его даже можно принять за образец искусства. Я, к сожалению, видел менее привлекательные творения современного искусства, а вы?
Конечно, многим из вас известен тот факт, что JWST превзойдёт своего предшественника – космический телескоп “Хаббл”. И это вполне понятно, учитывая тот факт, что “Хаббл” был запущен в апреле далёкого 1990 года. Но как именно JWST сможет опередить “Хаббл”, и каковы его основные цели?
Главные задачи миссии JWST можно разделить на четыре направления:
- Инфракрасные наблюдения, которые можно сравнить с машиной времени. Они позволяют нам взглянуть на первые звёзды и галактики, которые сформировались во Вселенной, более 13 миллиардов лет назад;
- Сравнительное исследование ярких спиральных и эллиптических галактик, а также более тусклых ранних галактик;
- Зондирование космического пространства, позволяющее нам заглянуть сквозь облака газа и пыли, для изучения процессов формирования звёзд и планет;
- Исследование экзопланет и их атмосфер, а также обнаружение там биомаркеров.
То есть это довольно внушительный список, даже в эпоху, когда люди принимают технологический и научный прогресс как само собой разумеющееся. Но наряду с этими запланированными целями, будут, без сомнения, и некоторые сюрпризы. Гадать, что это может быть глупое занятие, но давайте всё же попробуем.
Мы считаем, что процесс абиогенеза на Земле произошёл довольно быстро, но, к сожалению, нам не с чем сравнивать. Найдём ли мы аналогии при изучении далёких экзопланет и их атмосфер, прольём ли свет на условия, необходимые для появления жизни? Это кажется невероятным, но кто знает.
Мы уверены, что Вселенная расширяется, и для этого есть довольно убедительные доказательства. Узнаем ли мы что-то новое об этом процессе? Или мы найдём то, что прольёт свет на тёмную материю или тёмную энергию, и их роль в жизни ранней Вселенной?
JWST. Авторы и права: NASA.Конечно, не всё должно быть удивительным, чтобы быть захватывающим. Обнаружение доказательств, которые подтвердят современные теории также интригует. И “Джеймс Уэбб” должен предоставить нам эти доказательства.
Нет сомнений, что JWST сможет переплюнуть телескоп “Хаббла”. Но для одного или двух поколений людей, “Хаббл” всегда будет занимать особое место. Он удивлял и заинтересовывал многих из нас своими захватывающими изображениями туманностей, галактик и других объектов, в ходе его знаменитой миссии Deep Field, и, конечно же, своими научными исследованиями. Вероятно, “Хаббл” – это первый телескоп, который получил статус знаменитости.
“Джеймс Уэбб”, наверно, никогда не получит особый статус, который приобрёл “Хаббл”. Это что-то вроде: “Битлз может быть только один” или “единственный в своём роде”. Но JWST будет гораздо более мощным инструментом, и откроет нам многое из того, что было недоступно “Хабблу”.
Если все пойдёт по плану, то JWST станет грандиозным технологическим достижением всего человечества. Его способность смотреть сквозь облака газа и пыли, или оглянуться назад во времени, показав нам первые дни жизни Вселенной, сделает его мощным научным инструментом.
Лично я пришел к выводу, что телескоп James Webb несет слишком много изобретений, слишком много риска и является проектом за гранью разумного. - таковы прямые слова руководителя независимой контрольной комиссии Тома Янга на заседании комитета по астрономии и астрофизике совета по космическим исследованиям Национальной академии наук США 29 октября. Впрочем, он тут же уточнил, что не является противником телескопа и не сомневается, что проект может быть завершен успешно. Действительно, положение дел вызывает противоречивые чувства - с одной стороны, это интереснейший проект, который должен дать науке новые возможности, с другой - превышения сроков и стоимости достигли воистину астрономических величин. В целом история проекта заставляет задуматься о своевременности воплощения технологий и критериях, когда лучше остановиться. Ну и, наконец, уроки «Джеймса Уэбба» категорически необходимо усвоить, начиная гораздо больший проект окололунной орбитальной станции.
Фото NASA/Desiree Stover
Чтобы комментарий Янга был более понятен, стоит пояснить контекст. В 2010 году, когда проект телескопа «Джеймс Уэбб» в очередной раз нарушил ранее объявленные сроки и стоимость, сенатор Барбара Микульски (Barbara Mikulski) потребовала собрать независимую контрольную комиссию. По результатам ее работы NASA реструктуризовало проект и заверило Конгресс США, что стоимость не превысит 8 миллиардов долларов, и телескоп будет запущен не позже осени 2018. Но осенью 2017 сроки съехали на 2019, а весной 2018 - на 2020. NASA, не дожидаясь сенаторского гнева, собрало новую независимую комиссию самостоятельно. В нее вошли авторитетные авиакосмические эксперты, а главой стал работавший в Lockheed Martin Том Янг.
Том Янг, фото NASA/Билл Ингалс
Комиссия завершила работу в мае 2018 и 31 числа представила отчет. В нем, опираясь на оценки трудоемкости и сроков проекта в условиях различных , рекомендовали установить дату запуска на март 2021. Результатом этого стало бы превышение потолка в 8 миллиардов, установленного Конгрессом. Также в отчете было сформулировано 32 рекомендации по улучшению процессов.
Теперь переносимся в осень 2018. 29 октября состоялось заседание комитета по астрономии и астрофизике совета по космическим исследованиям Национальной академии наук США. Нет ничего удивительного, что на нем выступал Том Янг. Портал SpaceNews приводит его слова:
Есть люди, которые поддержат JWST любой ценой, и есть те, кто поддерживают его, но возмущены увеличением сроков и стоимости. Я считаю, что проект не закроют, и политический процесс не сделает телескопу ничего плохого.Он также добавил, что не исключает «побочного ущерба» другим программам NASA, но не стал предсказывать конкретные решения. Пояснение: сейчас в NASA и администрации США решается вопрос о задержке или отмене инфракрасного телескопа WFIRST для того, чтобы перебросить деньги на JWST.
Я знаю, что сейчас мы начинаем проекты, по сравнению с которыми «Джеймс Уэбб» будет выглядеть небольшим. И эти миссии должны учитывать опыт JWST. Думаю, что в следующем десятилетии придется поломать голову над этой проблемой.Также Янг рассказал о сложностях убеждения NASA в валидности рекомендаций. Много усилий пришлось потратить, чтобы доказать, что NASA может и должно контролировать подготовку к полету европейской ракеты Ariane 5, на которой должен быть запущен телескоп. Первоначально NASA утверждало, что это невозможно, но представители комиссии сумели в итоге убедить агентство.
Если бы эта программа не имела высокого научного потенциала и не касалась бы вопросов лидерства США, думаю, ее бы закрыли.
Выдающийся кошмар
Первоначально телескоп «Джеймс Уэбб» должен был стоить 500 миллионов долларов и отправиться в космос в 2007 году. Но первоначальные оценки стоимости увеличились в 19 раз, а сроки съехали на 14 лет.
Иллюстрация Grant Tremblay
Вполне ожидаемо, что сейчас выбросить уже потраченные миллиарды долларов жалко, поэтому «Джеймс Уэбб» будет запущен и, надеюсь, станет отличным телескопом. Но его собратья из больших стратегических космических миссий NASA демонстрируют куда большие успехи. Например, стартовавший в этом году Parker Solar Probe обошелся всего в полтора миллиарда. А миссии меньшего калибра с небольшими бюджетами выглядят на фоне «Джеймса Уэбба» просто прекрасно - недавно начавший работать на орбите и уже нашедший первые экзопланеты TESS обошелся в 200 миллионов, при этом сэкономил 40 и завершился на два месяца раньше запланированного. Простая математика говорит, что на стоимость JWST можно было бы запустить почти 50 аппаратов с бюджетом TESS, шесть аналогов Parker Solar Probe или 3 аналога марсохода «Кьюриосити». И, подозреваю, что научной пользы в этом случае было бы больше.
Отдельный печальный юмор заключается в том, что анализ переносов сроков дает дату пуска в 2026. Расчет, конечно, несерьезный, но в районе 2021 года стоит про него вспомнить.
Иллюстрация Corey S. Powell
Итоговые размышления
Печальная история «Джеймса Уэбба» наводит на несколько выводов:Технологические скачки лучше делать на сравнительно дешевых тестовых аппаратах. У NASA был отличный опыт зонда Deep Space 1, на котором проверили двенадцать новых технологий, успешно применявшихся потом в последующих миссиях. Зонд обошелся, кстати, всего в двести с небольшим миллионов долларов по сегодняшним ценам. У Европейского космического агентства есть наглядный пример - успех LISA Pathfinder. Этот аппарат показывает возможность создать космический детектор гравитационных волн из нескольких спутников, а то, что их конструкция не будет сильно отличаться от уже работающего аппарата, повышает точность оценки сроков и стоимости проекта. Да, конечно, возможно возражение, что от «мини-JWST» не будет особого толка, но это вопрос проектирования аппарата и придумывания для него задач. Практика - критерий истины, и только успешная реализация технологии показывает ее настоящую готовность и стоимость.
Плавное и незаметное увеличение стоимости и сроков проекта может зайти очень далеко, и необходимо иметь четкие критерии того, когда ситуация переходит грань разумного. Этот совет, кстати, универсален, тем более, что в психике человека заложено иррациональное избегание потерь (вспомните эксперимент Макса Базермана с двадцатидолларовой купюрой на аукционе). Конкретно в случае «Джеймса Уэбба» в 2010-11 годах стоимость плавно выросла с 5 до 6,5, а затем до 8 миллиардов. И к тому моменту успели потратить примерно 3 миллиарда, которые, конечно же, стало очень жалко выбрасывать. А до 2011 года развилок с аудитом и шансом на закрытие проекта не просматривается. 2006 года дает оценку стоимости 3,3 миллиарда, меньше, чем у «Хаббла», и сейчас смотрится очень наглядной иллюстрацией.
Вы могли поближе познакомиться с телескопом Хаббл. А это нас ждет в ближайшем будущем!=)
Космический телескоп имени Джеймса Уэбба - орбитальная инфракрасная обсерватория, которая предположительно заменит космический телескоп «Хаббл».
Первоначально назван «Космический телескоп нового поколения». В 2002 году переименован в честь второго руководителя НАСА Джеймса Уэбба (1902-1992), возглавлявшего агентство в 1961-1968 годах.
«Джеймс Уэбб» будет обладать составным зеркалом 6,5 метров в диаметре (диаметр зеркала «Хаббла» - 2,4 метра) и солнечным щитом размером с теннисный корт.
Будет размещён в точке Лагранжа L2 системы Солнце - Земля.
Точка L2 в системе Солнце - Земля является идеальным местом для строительства орбитальных космических обсерваторий и телескопов. Поскольку объект в точке L2 способен длительное время сохранять свою ориентацию относительно Солнца и Земли, производить его экранирование и калибровку становится гораздо проще. Однако эта точка расположена немного дальше земной тени (в области полутени), так что солнечная радиация блокируется не полностью. В этой точке уже находятся аппараты американского и европейского космических агентств - WMAP, «Планк», «Гершель» и Gaia, а в 2018 должен присоединиться «Джеймс Уэбб».
Проект представляет собой международное сотрудничество 17 стран, во главе которых стоит NASA, со значительным вкладом Европейского и Канадского космических агентств.
Текущие планы предусматривают, что телескоп будет запущен с помощью ракеты «Ариан-5» в 2018 году.
Модель ракеты в музее авиации и космоса, Франция
Первичными задачами JWST являются: обнаружение света первых звёзд и галактик, сформированных после Большого взрыва, изучение формирования и развития галактик, звёзд, планетных систем и происхождения жизни. Также «Уэбб» сможет рассказать о том, когда и где началась реионизация Вселенной (период истории Вселенной между 150 млн лет и 800 млн лет после Большого Взрыва) и что её вызвало.
Телескоп должен оказаться в состоянии обнаружить относительно небольшие планеты – в несколько раз больше Земли – что не может сделать «Хаббл». Кроме того, «Вебб» будет иметь более высокую чувствительность к атмосферам близких к Земле звезд. Телескоп сможет дать снимки крупным планом планет Солнечной системы, от Марса и далее. Большая яркость Венеры и Меркурия лежит за пределами оптики телескопа.
Телескоп позволит обнаруживать относительно холодные экзопланеты с температурой поверхности до 300 К (что практически равно температуре поверхности Земли), находящиеся дальше 12 а. е. от своих звёзд, и удалённые от Земли на расстояние до 15 световых лет (в два раза дальше, чем Сириус). В зону подробного наблюдения попадут более двух десятков ближайших к Солнцу звезд. Благодаря JWST ожидается настоящий прорыв в экзопланетологии - возможностей телескопа будет достаточно не только для того, чтобы обнаруживать сами экзопланеты, но даже спутники и спектральные линии этих планет (что будет являться недостижимым показателем ни для одного наземного и орбитального телескопа вплоть до начала 2020-х годов, когда в строй будет введен Европейский чрезвычайно большой телескоп с диаметром зеркала в 39,3 м).
Изготовление оптической системы
Проблемы
Чувствительность телескопа и его разрешающая способность напрямую связаны с размером площади зеркала, которое собирает свет от объектов. Учёные и инженеры определили, что минимальный диаметр главного зеркала должен быть 6,5 метра, чтобы измерить свет от самых далёких галактик. Простое изготовление зеркала подобного зеркалу телескопа «Хаббл», но большего размера, было неприемлемо, так как его масса была бы слишком большой, чтобы можно было запустить телескоп в космос. Команде учёных и инженеров необходимо было найти решение, чтобы новое зеркало имело 1/10 массы зеркала телескопа «Хаббл» на единицу площади.
Разработка и испытания
НАСА приступили к исследованию новых способов создания зеркала для телескопа. Для этого была создана программа Advanced Mirror System Demonstrator, по сути являющаяся 4-летним сотрудничеством между НАСА, Национальным управлением военно-космической разведки США и Военно-воздушными силами США. На основе исследований были построены и испытаны два тестовых зеркала. Одно из них было сделано из бериллия компанией Ball Aerospace & Technologies, другое - построено фирмой Kodak (ныне - ITT) из специального стекла.
Зеркало «Хаббла» (слева) и «Уэбба» (справа) в одном масштабе
Группа экспертов протестировала оба зеркала, чтобы определить, насколько хорошо они выполняют свою задачу, сколько стоят и насколько легко (или трудно) было бы построить полноразмерное, 6,5-метровое зеркало. Эксперты рекомендовали зеркало из бериллия для телескопа Джеймса Уэбба по нескольким причинам, одна из которых - бериллий сохраняет свою форму при криогенных температурах. На основе рекомендаций экспертов компания Northrop Grumman выбрала зеркало из бериллия, и Центр космических полётов Годдарда утвердил это решение.
Также было решено сделать зеркало не цельным, а из сегментов, которые будут раздвинуты на орбите, так как габариты цельного зеркала не позволили бы его разместить в ракете-носителе Ариан-5. Размер каждого из 18 шестигранных сегментов зеркала составляет 1,32 метра от грани до грани, а масса сегмента - 20 кг.
Шестиугольная форма сегментов была выбрана не случайно. Она обладает высоким коэффициентом заполнения и имеет симметрию шестого порядка. Высокий коэффициент заполнения означает, что сегменты подходят друг к другу без зазоров. Симметрия же хороша тем, что нужно только 3 разные оптические настройки для 18 сегментов, 6 сегментов на каждую. Наконец, желательно, чтобы зеркало имело форму близкую к круговой для максимально компактного фокусирования света на детекторах. Овальное зеркало, например, даст вытянутое изображение, а квадратное пошлёт много света из центральной области.
После запуска и сопутствующих ему вибраций массив зеркал должен быть развернут в то, что конструкторы называют «предварительным положением». Этот процесс предполагает освобождение каждого из 18 сегментов основного зеркала от пусковых захватов. Каждый сегмент имеет компьютерное управление положением с шестью степенями свободы, кроме того, компьютер управляет выдвижением/втягиванием центральной точки каждого зеркала для изменения радиуса кривизны поверхности. Каждое зеркало обладает своей системой приводов для осуществления этих движений. После того как положение зеркал будет разблокировано, приводы должны выровнять их положение по линии «фронта волны» с допуском в 20 нанометров (1/5000 толщины волоса).
Производство
Для зеркала «Уэбба» используется особый тип бериллия. Он представляет собой мелкий порошок. Порошок помещается в контейнер из нержавеющей стали и прессуется в плоскую форму. После того как стальной контейнер удалён, кусок бериллия разрезается пополам, чтобы сделать две заготовки зеркала около 1,3 метра в поперечнике. Каждая заготовка зеркала используется для создания одного сегмента.
Процесс формирования зеркала начинается с вырезания излишков материала на оборотной стороне бериллиевой заготовки таким образом, что остаётся тонкая рёберная структура. Передняя же сторона каждой заготовки сглаживается с учётом положения сегмента в большом зеркале.
Затем поверхность каждого зеркала стачивается для придания формы близкой к расчётной. После этого зеркало тщательно сглаживают и полируют. Этот процесс повторяется до тех пор, пока форма сегмента зеркала не станет близка к идеальной. Далее сегмент охлаждается до температуры −240 °C, и с помощью лазерного интерферометра производятся измерения размеров сегмента. Затем зеркало с учётом полученной информации проходит окончательную полировку.
По завершению обработки сегмента передняя часть зеркала покрывается тонким слоем золота для лучшего отражения инфракрасного излучения в диапазоне 0,6-29 мкм, и готовый сегмент проходит повторные испытания при криогенных температурах.
Оборудование
JWST будет иметь следующие научные инструменты для проведения исследования космоса:
Камера ближнего инфракрасного диапазона (Near-Infrared Camera);
Камера ближнего инфракрасного диапазона является основным блоком формирования изображения «Уэбба» и будет состоять из массива ртутно-кадмиево-теллуровых детекторов. Рабочий диапазон прибора составляет от 0,6 до 5 мкм.
Прибор для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения (Mid-Infrared Instrument);
Прибор для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения состоит из камеры и спектрографа, которые «видят» свет в среднем диапазоне инфракрасного излучения 5-28 мкм.
Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (Near-Infrared Spectrograph);
Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона будет анализировать спектр источников, что позволит получать информацию как о физических свойствах исследуемых объектов, например, температуру и массу, так и о их химическом составе. NIRSpec способен делать спектроскопию среднего разрешения в диапазоне длин волн 1-5 мкм и низкого разрешения с длиной волны 0,6-5 мкм.
Датчик точного наведения c устройством формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевым спектрографом (Fine Guidance Sensor/Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph).
Если удастся удержать график постройки, то новый телескоп войдет в строй до прекращения работы космического телескопа «Хаббл». «Перспектива одновременной работы «Хаббла» и «Вебба» очень интересна, так как их возможности во многих отношениях дополняют друг друга», — говорит Джон Гарднер, Центр космических полетов имени Годдарда.
Интересный обзор фотографий собран на этом сайте!
Некоторая информация взята с сайта http://sci-lib.com
Уэбб будет вглядываться в ближний и средний инфракрасный спектр, чему поспособствует его положение в точке L2 за луной и солнечные щиты, которые блокируют навязчивый свет Солнца, Земли и Луны, благоприятно влияя на охлаждение аппарата. Ученые надеются увидеть самые первые звезды Вселенной, образование и столкновение юных галактик, рождение звезд в протопланетарных системах - в которых, возможно, содержатся химические компоненты жизни.
Эти первые звезды могут хранить ключ к пониманию структуры Вселенной. Теоретически, где и как они формируются, напрямую связано с первыми моделями темной материи - невидимой таинственной субстации, которую обнаруживают по гравитационному воздействию - а их циклы жизни и смерти вызывают обратную связь, повлиявшую на формирование первых галактик. И поскольку сверхмассивные звезды с коротким периодом жизни примерно в 30-300 раз тяжелее нашего Солнца по массе (и в миллионы раз ярче), эти первые звезды могли бы взорваться в виде сверхновых, а после коллапсировать и образовать черные дыры, которые постепенно заняли центры большинства массивных галактик.
Видеть все это - безусловно, подвиг для инструментов, которые мы делали до сих пор. Благодаря новым инструментам, а также космическим аппаратам, мы сможем увидеть еще больше.
Экскурсия по космическому телескопу Джеймса Уэбба
Уэбб выглядит как ромбовидный плот, оснащенный толстой изогнутой мачтой и парусом - если бы его строили гигантские пчелы, питающиеся бериллием. Направленный нижней частью к Солнцу, снизу «плот» состоит из щита - слоев каптона, разделенных щелями. Каждый слой разделен вакуумной щелью для эффективного охлаждения, а вместе они защищают основной отражатель и инструменты.
Каптон - это очень тонкая (представьте человеческий волос) полимерная пленка производства DuPont, которая способна поддерживать стабильные механические свойства в условиях экстремального тепла и вибрации. Если вы захотите, вы сможете вскипятить воду на одной стороне щита и сохранить азот в жидком состоянии на другой. Складывается он тоже довольно хорошо, что важно для запуска.
Судовой «киль» состоит из структуры, которая хранит солнечный щит во время запуска и солнечные батареи для обеспечения питания аппарата. В центре находится короб, который содержит все важные функции поддержки, за счет которых работает Уэбб, включая электроэнергию, управление ориентацией, связь, командование, обработку данных и тепловой контроль. Антенна украшает внешний вид короба и помогает убедиться, что все ориентировано в нужном направлении. На одном из концов теплового щита, перпендикулярно к нему, находится триммер момента, который компенсирует давление, оказываемое фотонами на аппарат.
На космической стороне щита находится «парус», гигантское зеркало Уэбба, часть оптического оснащения и короб с оборудованием. 18 шестиугольных бериллиевых секций развернутся после запуска, чтобы стать одним большим главным зеркалом на 6,5 метра в поперечнике.
Напротив этого зеркала, удерживаемого на месте тремя опорами, находится вторичное зеркало, которое фокусирует свет от главного зеркала в кормовой оптической подсистеме, клиновидной коробке, выступающей из центра основного зеркала. Эта структура отклоняет рассеянный свет и направляет свет от вторичного зеркала к инструментам, размещенным в задней части «мачты», которая также поддерживает сегментированную структуру основного зеркала.
После того как аппарат завершит свой шестимесячный период ввода в эксплуатацию, он проработает 5-10 лет, а может, и больше, в зависимости от расхода топлива, однако его местоположение будет слишком далеко, чтобы его можно было починить. На самом деле, Хаббл и являются своего рода исключениями в этом плане. Но, как у Хаббла и других общих обсерваторий, миссией Уэбба будет работа с проектами ученых всего мира, отбираемых на конкурсной основе. Затем результаты будут находить свой путь в исследованиях и данных, доступных в Интернете.
Давайте внимательнее посмотрим на инструменты, которые делают все эти исследования возможными.
Инструменты: за пределами поля зрения
Хотя он и видит что-то в визуальном диапазоне (красного и золотого света), Уэбб является фундаментально большим инфракрасным телескопом.
Его основной тепловизор, камера ближнего инфракрасного спектра NIRCam, видит в диапазоне 0,6-5,0 микрон (ближний инфракрасный). Она сможет обнаружить инфракрасный свет рождения самых первых звезд и галактик, провести обследования близлежащих галактик и местных объектов, снующих через пояс Койпера - просторов ледяных тел, вращающихся за орбитой Нептуна, в которых также умещаются Плутон и другие карликовые планеты.
NIRCam также оснащена коронографом, который позволит камере наблюдать за тонким гало, окружающим яркие звезды, блокируя их ослепительный свет - необходимый инструмент для выявления экзопланет.
Ближний инфракрасный спектрограф работает в том же диапазоне длин волн, что и NIRCam. Как и другие спектрографы, он анализирует физические свойства объектов типа звезд, разделяя излучаемый ими свет на спектры, структура которого меняется в зависимости от температуры, массы и химического состава объекта.
NIRSpec будет изучать тысячи древних галактик с таким слабым излучением, что одному спектрографу понадобятся сотни часов на эту работу. Чтобы упростить эту сложнейшую задачу, спектрограф оснащается замечательным устройством: сеткой из 62 000 отдельных жалюзи, каждое из которых размером примерно 100 на 200 микрон (шириной в несколько человеческих волос) и каждое из которых можно открывать и закрывать, блокируя свет более ярких звезд. Благодаря этому массиву, NIRSpec станет первым космическим спектрографом, который сможет наблюдать за сотней разных объектов одновременно.
Fine Guidance Sensor и бесщелевой спектрограф (FGS-NIRISS) - это, по сути, два сенсора, упакованных вместе. NIRISS включает в себя четыре режима, каждый из которых связан с разной длиной волн. Они варьируются от бесщелевой спектроскопии, которая создает спектр с помощью призмы и решетки под названием «гризма», что в сумме создает интерференционные картины, позволяющие выявить экзопланетарный свет на фоне света звезды.
FGS - это чувствительная и немигающая камера, которая делает навигационные снимки и передает их на системы ориентации, которые удерживают телескоп в правильном направлении.
Последний инструмент Уэбба расширяет ассортимент от ближнего инфракрасного до среднего инфракрасного спектра, что удобно для наблюдения за объектами с красным смещением, а также планетами, кометами, астероидами, нагретой солнцем пыли и протопланетарными дисками. Будучи камерой и спектрографом одновременно, этот инструмент MIRI покрывает широчайший диапазон длин волн, в 5-28 микрон. Его широкополосная камера сможет делать больше видов снимков, за которые мы любим Хаббл.
Также инфракрасные наблюдения имеют важные значения для понимания Вселенной. Пыль и газ могут блокировать видимый свет звезд в звездных яслях, но инфракрасный - нет. Более того, по мере расширения Вселенной и разбегания галактик, их свет «вытягивается» и становится красным смещением, уходя в длинноволновой спектр электромагнитных волн вроде инфракрасного. Чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется и тем большее значение приобретает ее красное смещение - вот в чем ценность телескопа Уэбба.
Инфракрасный спектр также может предоставить большой объем информации об атмосферах экзопланет и о том, содержат ли они молекулярные компоненты, связанные с жизнью. На Земле мы называем водяной пар, метан и диоксид углерода «парниковыми газами», потому что они поглощают тепло. Поскольку эта тенденция справедлива везде, ученые могут использовать Уэбб для обнаружения знакомых веществ в атмосферах далеких миров, наблюдая за моделями поглощения веществ с помощью спектрографов.
Накануне сделало объявление, которое вновь расстроило многих ученых, спутало им карты и теперь приведет к повышенным тратам бюджетных средств.
США в очередной раз, теперь почти на год, переносят запуск давно ожидаемой миссии космического телескопа Джеймса Вебба.
Назвав в качестве причины ряд технических загвоздок и ошибок, которых можно было избежать, в руководстве NASA заявили, что пуск перенесен с 2019 года на май 2020-го.
Впрочем, у NASA нет другого выхода, поскольку все ошибки в конструкции должны быть исправлены на земле, ведь, в отличие от телескопа Hubble, возможности ремонта телескопа на орбите уже не будет.
«В общем, у нас есть лишь один шанс сделать все до того, как мы полетим в космос», — заявил Томас Зурбучен, помощник директора NASA по науке. — Сейчас, похоже, у нас есть возможность сделать это до того, как мы пересечем финишную прямую».
По существу, оборудование телескопа в настоящее время уже собрано в виде двух отдельных частей. Первая — сам телескоп, состоящий из зеркала диаметром 6,5 метров, собранного из 18 шестиугольных сегментов, и четырех научных инструментов.
Вторая часть — служебная, в которой находятся системы питания и солнцезащитный экран, который должен развернуться в космосе и создать тень размером с теннисный корт для предотвращения нагрева телескопа солнечными лучами. С этой-то частью, которая изготавливается на заводе компании Northrop Grumman в Калифорнии, и возникли серьезные проблемы. Так, были обнаружены протекающие клапаны в двигательной системе и сложности, вскрытые при пробном развертывании защитного экрана.
«Мы допустили несколько ошибок», — заявил Зурбучен. Помимо прочего выяснилось, что при пробном развертывании экран, состоящий из пяти слоев каптона, порвался в нескольких местах. Всего были выявлены семь разрывов, два из которых имеют длину более 10 см.
А тросы, обязанные держать его натянутым, оказались слишком слабы и могут порваться в космосе.
В NASA и компании Northrop Grumman уже знают, как решить эти проблемы, но на их устранение теперь понадобятся дополнительные месяцы работы.
В агентстве решили созвать независимую наблюдательную комиссию во главе с ветераном NASA Томасом Янгом, которая будет контролировать сборку телескоп, и летом отправит отчет Конгрессу. При этом в агентстве уже не скрывают,
что дополнительные работы потребуют превысить сумму $8 млрд, выделенную на миссию Конгрессом.
Решение NASA уже вызвало бурную реакцию как ученых, так и политиков. «Сегодняшнее объявление, что запуск телескопа снова перенесен и его стоимость превысит $8 млрд, является печальным и неприемлемым... Эти продолжающиеся задержки и перерасходы подрывают доверие к NASA и его главному подрядчику Northrop Grumman. В NASA должны держать выполнять свои обещания налогоплательщикам», — заявил глава комитет Палаты представителей США по науке .
В связи с ожидаемым перерасходом средств ученые опасаются, что телескоп Вебба может поставить под угрозу запуск других астрономических миссий, в первую очередь — миссии WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope), которая планировалась на 2020-е годы.
«Вебб может стать телескопом, который убьет астрофизику NASA», — предостерег Брайан Киттинг, космолог из Калифорнийского университета в Сан-Диего.
который еще в 2010 году назвал проект телескопом, который «сожрал астрономию».
Очередной перенос многострадальной и дорогостоящей миссии, которая должна прийти на замену космическому телескопу Hubble, не стал большой неожиданностью. В феврале Счетная палата США в своем докладе назвала планируемый на март-июнь запуск миссии «скорее невыполнимым» и заявила об угрозе превышения бюджета.
Телескоп Джеймса Вебба, запуск которого изначально планировался на 2007 год, имеет долгую историю переносов запуска и многократного роста стоимости. Разработка нового телескопа была начата еще в 1996 году, стоимость его оценивалась в $500 млн.
Основными целями телескопа должны стать космологические исследования, вопросы звездо- и планетообразования, поиск планет у других звезд. Значительную часть наблюдательного времени при этом планировалось отводить заявкам ученых, работающих и по другим тематикам.