После трех десятилетий, прошедших с момента зачатия до проектирования, задержек, неудач и угроз полной отмены, космический телескоп Джеймса Уэбба стартует с космического центра Куру во Французской Гвиане на ракете Европейского космического агентства Ariane 5 не ранее 24 декабря.
Удивительно подумать: идея космического телескопа, который станет Уэббом, была впервые предложена еще в 1989 году, еще до того, как был запущен космический телескоп Хаббла. Гигантский складной телескоп был официально предложен во время десятилетнего обзора 2001 года в качестве рабочей лошадки ближнего инфракрасного диапазона, которая могла бы исследовать все, от экзопланетных систем до самой ранней Вселенной.
Но дорога в космос была нелегкой. Проект поглотил почти половину общего бюджета НАСА на астрофизику в период с 2010 по 2014 год, при этом прогнозируемые затраты выросли с первоначального 1 миллиарда долларов до конечной цены в 11 миллиардов долларов. Предложение Конгресса в 2011 году почти полностью уничтожило проект. В конечном счете НАСА оплатило счет в размере 9,7 миллиарда долларов, в то время как партнеры из Европейского космического агентства внесли 810 миллионов долларов, а Канадское космическое агентство выделило 160 миллионов долларов.
Уэбб — один из самых сложных и дорогостоящих телескопов, когда-либо созданных. Направляясь к орбите гало Лиссажу вокруг точки Лагранжа между Солнцем и Землей L 2 в 1 млн километров за орбитой Луны, Уэбб, в отличие от Хаббла, находится далеко за пределами любой возможной ремонтной миссии. В первый раз ему нужно будет правильно развернуть свой семислойный зонт.
Основное зеркало телескопа диаметром 6,5 метра состоит из 18 шестиугольных позолоченных бериллиевых сегментов, в результате чего телескоп в 100 раз мощнее 2,4-метрового Хаббла. Наряду с наземной обсерваторией Веры С. Рубин и предстоящим Римским космическим телескопом Нэнси Грейс Уэбб обещает раздвинуть границы современной астрономии.
Инфракрасная обсерватория часто рекламируется как преемница Хаббла, но в то время как Хаббл наблюдал видимый свет и ультрафиолетовые фотоны, Уэбб будет специализироваться на длинах волн ближнего инфракрасного диапазона (от 0,6 до 28,3 мкм). Хотя некоторые инфракрасные волны доступны с земли, вам действительно нужно отправиться в космос, чтобы увидеть большую часть инфракрасного неба. В то время как такие миссии, как космический телескоп НАСА «Спитцер» и космическая обсерватория Хершеля Европейского космического агентства, дали нам захватывающий вид на инфракрасную вселенную, Уэбб широко откроет двери в этой области астрономии.
«Уэбб будет иметь решающее значение для астрономических исследований, как и Хаббл», — говорит Хайди Хаммел (NASA/GSFC). «Инфракрасные возможности Вебба откроют новые возможности для визуализации и спектроскопии».
10-летняя основная миссия Уэбба будет касаться четырех ключевых научных областей:
- Проследить эволюцию образования галактик;
- Изучить формирования звездных и планетных систем;
- Охарактеризовать экзопланетные системы и найти возможные признаки жизни;
- Понаблюдать за некоторыми из самых ранних звезд, образовавшихся после Большого взрыва.
«Больше всего меня волнуют наблюдения за экзопланетами», — говорит Марио Ливио (Университет Невады, Лас-Вегас), который много лет работал в составе команды Хаббла. «Особенно земные экзопланеты, которые проходят транзитом через свою звезду-хозяина в обитаемой зоне. Я надеюсь, что [Уэбб] сможет охарактеризовать атмосферу некоторых из этих планет».
Аспирантка Лиза Данг (Университет Макгилла) также в восторге от возможностей узнать об экзопланетах и их атмосфере. «Мне так любопытно узнать, насколько лучше будут эти наблюдения и как много мы узнаем— мы все знаем, что это будет отличная обсерватория, но насколько она будет великолепна—мы просто еще не знаем!»
Уэбб снимет спектры атмосфер экзопланет, что позволит ученым искать намеки на водяной пар, углекислый газ и метан в далеких мирах. Уэбб также может пролить свет на природу планет размером между Землей и Нептуном, которые, хотя и отсутствуют в Солнечной системе, составляют половину всех известных экзопланет. Уэбб даже поймает образование звезд и планет на месте преступления, вглядываясь в окутанные пылью и газом туманности.
В случае космологии JWST сможет обнаруживать более красные длины волн, чем любая Большая обсерватория до него, тем самым заглядывая дальше в прошлое в пространстве и времени. Например, предлагаемый проект COSMOS-Webb направлен на изучение Вселенной через 400 000-1 млрд лет после Большого взрыва, когда только начинали светить первые звезды, путем изучения того же участка неба, что и знаменитые Глубокие поля Хаббла.
Уэбб несет на своем борту следующие инструменты:
- Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec): разработанный Европейским космическим агентством (ЕКА) при участии НАСА, NIRSpec позволит астрономам увидеть свет самых первых звезд и галактик;
- Камера ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam): NIRCam имеет встроенный коронограф, позволяющий блокировать свет от звезд-хозяев для изображения близлежащих экзопланет. Он также будет отображать самые ранние звезды и галактики, а также молодые звезды в Млечном Пути;
- Прибор среднего инфракрасного диапазона (MIRI): Аналогично NIRCam, MIRI будет работать на более длинных длинах волн среднего инфракрасного диапазона;
- Спектрограф без щелевых изображений в ближнем инфракрасном диапазоне (NIRISS): Построенный Канадским космическим агентством, NIRISS будет наблюдать длины волн от 0,8 до 5,0 мкм, выполняя широкопольную безщелевую спектроскопию наряду с интерферометрией маскирования диафрагмы.
«Это очень сложная миссия, над которой в течение десятилетий очень усердно трудилось большое количество людей», — говорит Ливио. «Я могу только надеяться, что и запуск, и сам телескоп будут работать так, как ожидалось. Это чувство чем-то похоже на то, которое я испытывал, когда рождались мои дети».
Некоторые астрономы уже одобрили предложения по наблюдению, но прежде чем научные наблюдения могут начаться, Уэбб должен выйти на свою конечную орбиту, его солнечный щит должен развернуться, а приборы должны быть подключены и откалиброваны. Телескоп выйдет на свою конечную орбиту чуть более чем через две недели после запуска; ввод в эксплуатацию будет продолжаться в течение шести месяцев после запуска. Ученые ожидают увидеть первые световые изображения с JWST в начале 2022 года.
«Запуск Уэбба — это воплощение настоящей ракетостроительной науки, и поэтому я, конечно, нервничаю», — говорит Хаммел. «Есть резервные планы и резервные планы для резервных планов. Мы готовы к полету Уэбба!»
Смотрите запуск в прямом эфире на следующей неделе: NASA TV начнет прямую трансляцию в пятницу, 24 декабря, в 6:00 утра по восточному времени/11:00 по Всемирному времени (UT).
