Концепты

Сегодня NASA запустит космический телескоп «Джеймс Уэбб» — он будет изучать эволюцию Вселенной и искать внеземную жизнь

Под конец года Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США сделает большой подарок астрономам, запустив на орбиту самый мощный космический телескоп из когда-либо созданных человеком. Он носит имя «Джеймс Уэбб» (James Webb Space Telescope) и должен не только стать заменой телескопу «Хаббл», находящемуся на орбите более 30 лет, но также полностью изменить то, как человек изучает космос.

Источник изображения: The Verge

Одна из главных особенностей JWST в том, что он обладает крупнейшим зеркалом среди всех запущенных в космос телескопов — его диаметр составляет 6,5 метров. Поскольку зеркало такого диаметра проблематично уместить в ракете, его сделали составным. На старте оно будет находиться в сложенном состоянии, а после выведения в невесомость разложится. Основная задача телескопа заключается в сборе электромагнитного излучения в инфракрасном диапазоне от далёких звёзд и галактик Вселенной, что позволит учёным заглянуть в прошлое и получить представление о некоторых объектах, которые сформировались сразу после Большого взрыва. Кроме того, он будет использоваться для поиска внеземной жизни, наблюдения за сверхмассивными чёрными дырами и многого другого.

Процесс тестирования зеркала телескопа JWST / Источник изображения: Northrop Grumman

NASA почти три десятилетия работало над созданием JWST и даже доставка его на стартовую площадку заняла немало времени. Теперь же телескоп готов к выведению в космическое пространство с помощью ракеты-носителя Ariane 5 компании Arianespace, пуск которой запланирован на 25 декабря и состоится площадки космодрома Куру во Французской Гвиане. Пусковое окно выделено в промежутке между 15:20 и 15:52 по московскому времени. В конечном счёте телескоп будет размещён на гало-орбите в точке Лагранжа L₂ системы Солнце-Земля, где он станет невероятно мощным инструментом в руках астрономов в течение следующих 5-10 лет.   

Впечатляющие характеристики

Первое, что нужно знать о телескопе «Джеймс Уэбб» — это то, что он огромен. Он может похвастаться зеркалом диаметром 6,5 метра с площадью собирающей поверхности 25 м². Для сравнения, в оснащении «Хаббла» имеется зеркало диаметром 2,4 метра с площадью собирающей поверхности 4,5 м². За счёт столь массивного зеркала новый телескоп будет в десятки раз более чувствительным и сможет фиксировать гораздо более слабые электромагнитные излучения. Зеркало телескопа сформировано из 18 шестиугольных сегментов, выполненных из бериллия, каждый из которых размером примерно с журнальный столик.

Для приведения в рабочее состояние все сегменты должны быть выровнены идеально, перемещаясь настолько точно, что погрешность составляет всего 0,0001 диаметра человеческого волоса. Это означает, что в развёрнутом виде 18 сегментов формируют единое зеркало с практически ровной поверхностью. Все сегменты покрыты слоем золота, который примерно в 200 раз тоньше человеческого волоса. Именно золото помогает телескопу фиксировать излучение в инфракрасном диапазоне.

Источник изображения: NASA

Поскольку Вселенная расширяется, наиболее далёкие от Земли объекты ускоряются значительно быстрее тех, что находятся ближе к нашей планете. Чем быстрее происходит это ускорение, тем сильнее свет удалённых объектов смещается от видимой части спектра в сторону инфракрасного. Зеркало с золотым покрытием позволит JWST фиксировать электромагнитные излучения галактик, находящихся на расстоянии до 13,6 млрд световых лет от Земли. Именно эта особенность поможет телескопу стать окном в прошлое. Считается, что Вселенной примерно 13,8 млрд лет, а значит, что телескоп сможет фиксировать излучение объектов, которые образовались всего через 100-250 млн лет после Большого взрыва.

Вести наблюдения в инфракрасном диапазоне очень сложно, поскольку он связан с теплом, которое излучают все объекты, чья температура выше абсолютного нуля. Из-за этого JWST не может находиться на орбите Земли или её поверхности. Излучаемое планетой тепло не позволит вести точные наблюдения. Даже сам телескоп не должен вырабатывать лишней тепловой энергии, чтобы результаты наблюдений были достаточно точными. Поэтому он отправится в далёкое путешествие и будет работать, находясь в точке Лагранжа L₂ на расстоянии более 1,5 млн км от Земли в противоположную сторону от Солнца. За счёт этого космический аппарат сможет постоянно сохранять равновесие относительно сил притяжения и находиться примерно на одном расстоянии от нашей планеты.

Солнцезащитный экран в развёрнутом состоянии / Источник изображения: Northrop Grumman

Любопытно, что даже на таком большом расстоянии тепло от Солнца всё еще остаётся проблемой, поэтому в конструкции предусмотрен солнцезащитный экран. Он сформирован из пяти ультратонких слоёв специального материала, который будет отражать большую часть тепла, нагреваясь до 110 С°. При этом сторона, на которой размещена научная аппаратура, будет сохранять температуру в районе -190 С°.    

Непростая история

Путь телескопа JWST к стартовой площадке был долгим и тернистым. После долгих споров о том, как должен выглядеть приемник «Хаббла», в 1996 году NASA приняло решение о строительстве инфракрасного космического телескопа с зеркалом диаметром 4 метра. Однако Дэн Голдин (Dan Goldin), являвшийся на тот момент главой NASA, посчитал, что зеркала диаметром 4 метра будет недостаточно и призвал увеличить его размер вдвое. Это решение значительно усложнило разработку, поскольку столь массивное зеркало означало, что с Земли телескоп должен запускаться в сложенном состоянии. Основная трудность заключалась в том, что технологии, необходимые для развёртывания телескопа в космосе и точного выравнивания зеркал, на тот момент попросту не существовали.  

Ещё одним препятствием на пути создания телескопа «Джеймс Уэбб» стала его стоимость. Первоначально NASA рассчитывало запустить телескоп в космос в период между 2007 и 2011 годами, потратив на реализацию всего проекта от $1 до $3,5 млрд. На протяжении десятилетий дата пуска телескопа неоднократно переносилась, а стоимость его разработки неуклонно росла. Американские законодатели даже предлагали полностью свернуть проект, но в 2011 году NASA перепланировало миссию и Конгресс США согласился продолжить её финансирование, установив бюджетный предел на весь срок службы JWST в размере $8,8 млрд. Тогда же было объявлено, что телескоп отправится в космос в 2018 году.

Расположение телескопа JWST относительно Солнца и Земли / Источник изображения: The Verge

Когда инженеры приступили к сборке и тестированию систем телескопа перед подготовкой к его запуску возникло множество проблем. Во время криогенных и вибрационных испытаний некоторые болты в конструкции телескопа раскрутились, часть клапанов вышла из строя, на солнцезащитном экране появились трещины. Это привело к тому, что телескоп был отправлен на очередную доработку. В конечном счёте в 2018 году NASA установила окончательную стоимость миссии в размере $9,7 млрд и объявило о переносе запуска на более поздний срок.  

Только в этом году JWST прошёл завершающий этап необходимой подготовки и в октябре был доставлен на космодром Куру. Однако и тут не всё прошло гладко. Изначально пуск телескопа должен был состояться 18 декабря, но с тех пор он дважды переносился из-за проблем с коммуникациями и плохой погоды в районе проведения миссии. Не удивительно, что NASA не хочет рисковать с запуском, ведь этот телескоп строился так долго и стоит так много.

Пуск — это только начало

По имеющейся на данный момент информации, пуск ракеты Ariane 5 с телескопом JWST состоится 25 декабря в 7:20 по местному времени (15:20 мск). Если во время старта не возникнет каких-либо проблем, то начнутся «29 дней на грани» (придуманный в NASA термин, которым характеризуют сложный процесс развёртывания телескопа). Во время движения к месту дислокации в 1,5 млн км от Земли JWST будет постепенно приведён в рабочее состояние.

Первое, что ему предстоит сделать после отстыковки от ракеты, — это развернуть солнечную панель и начать собирать энергию, которая необходима для питания всех систем. На следующий день он развернёт антенну с высоким коэффициентом усиления, которая будет использоваться для связи с Землёй. Ещё несколько дней потребуется на развёртывание солнцезащитного экрана, а уже после этого начнётся состыковка элементов зеркала. Весь процесс развёртывания займёт около двух недель, после чего ещё примерно столько же времени ему останется лететь до точки назначения. Менее чем через месяц после старта телескоп на финальном этапе путешествия задействует бортовые двигатели, чтобы занять окончательное положение в точке Лагранжа L₂.

Если всё пройдёт по плану, то в распоряжении NASA появится невероятно зоркий инструмент наблюдения за Вселенной. Отметим, что после прибытия в конечную точку телескопу потребуется некоторое время, чтобы остыть, а затем ещё несколько месяцев инженеры NASA будут проверять его инструменты и системы, чтобы убедиться в их работоспособности. В случае успешной реализации миссии первые захватывающие снимки телескоп «Джеймс Уэбб» пришлёт летом 2022 года.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Яндекс.Метрика