Далекий потомок «Хаббла»
Совместный проект американского, канадского и европейского космических агентств задумали еще в середине 1990-х. «Джеймс Уэбб» не улучшенная версия «Хаббла», а совершенно новый класс космического телескопа, намного крупнее и сложнее предшественников. У него составное зеркало, которое раскладывается в космосе, и уникальный теплозащитный экран, способный оградить от перепада температур в сотни градусов. Все ключевые системы дублируются либо существуют в разных вариантах, чтобы всегда была возможность замены, если что-то откажет. Иначе десять миллиардов долларов пропадут.
Для астрономов один из главных параметров в телескопе — длина волны, на прием которой он настроен. От этого зависит, какие физические процессы и температуры мы сможем наблюдать.
Телескоп имени Джеймса Уэбба будет работать в диапазоне длин волн от полумикрона (это нижняя граница видимого света) до 25 микрон (средний инфракрасный диапазон). Здесь много задач для классической астрономии — например, спектроскопия звезд, которая показывает их химический состав. Часть этого диапазона недоступна для наблюдений с Земли из-за атмосферы, которая поглощает излучение, а также искажает изображение. Один из способов это обойти — отправить телескоп на орбиту.
Кроме длины волны и качества изображения важен размер самого большого зеркала. У «Джеймса Уэбба» оно — шесть с половиной метров. Среди земных телескопов есть и крупнее, например шестиметровый БТА в САО РАН на Кавказе: его ввели в действие в 1970-е. Сейчас работают оптические и инфракрасные установки с зеркалами диаметром восемь-десять метров, существуют проекты и более крупные — до 40 метров. Но для космоса шесть с половиной — беспрецедентный размер в оптическом и инфракрасном диапазоне. Аппараты прошлого поколения в этом плане гораздо скромнее: у «Хаббла» — два с половиной метра, «Гершеля» — три с половиной.
Чем больше диаметр зеркала, тем сильнее пространственная разрешающая способность телескопа. От этого зависит, насколько мелкие детали мы различим на изображении и панорамных картах. А также — насколько слабые источники (звезды, галактики. — Прим. ред. ) увидим. Как правило, чем дальше от нас объект наблюдения, тем он слабее. Конечно, значение имеют и его характеристики, но в целом крупный телескоп зафиксирует более далекие объекты.
На квазистабильной орбите
«Джеймс Уэбб» должен попасть в точку Лагранжа L2, занимающую особое положение в системе Солнце — Земля. Эта орбита квазистабильная, не как у МКС или у других космических телескопов — «Хаббла» или «Радиоастрона», которые постоянно движутся относительно Земли. Можно было бы отправить аппарат на далекую орбиту, но это не лучший вариант.
Точка Лагранжа L2 — стабильное место, где прибор находится постоянно (там уже работает российский телескоп «Спектр-РГ». — Прим. ред.), и большие исправления его орбиты не нужны. До Земли — полтора миллиона километров, так что наблюдениям она не помеха.
Для кого работает «Джеймс Уэбб»
Ученым и организациям, участвовавшим в создании телескопа, гарантируют определенный период наблюдений. Это своеобразная премия за потраченные усилия и средства. Все остальные — в порядке очереди на конкурсной основе. Причем общего времени, как правило, больше, чем гарантированного. И это логично. Разработчики не ограничивают доступ к телескопу, потому что у них всегда есть дефицит человеческих ресурсов. Команда, которая делает прибор, не справится сама с объемом данных, полученных за год. Их просто не успеют обработать и проанализировать.
Это, кстати, касается практически всех телескопов — как наземных, так и космических. Их создатели заинтересованы в постоянном притоке пользователей. Научная группа из любой страны мира имеет право подать заявку на наблюдение. Ее рассматривает экспертная комиссия. Если решение положительное, ее ставят в очередь и выделяют время. Все бесплатно.
Наблюдательные данные по заявке сначала отдают исключительно заявителям. Те, как правило, пользуются ими год единолично. Этого достаточно, чтобы получить результаты и опубликовать. Дальше информация доступна всем желающим. Это нормальная практика в астрономии. И «Джеймс Уэбб» не исключение.
Телескоп прибудет в точку Лагранжа L2, раскроется, настроит системы, затем его надо протестировать. Если все пойдет по плану, только через 12 месяцев ученые начнут проводить наблюдения. Затем можно подавать дополнительные заявки на общее время. Обычно это делают раз в год.
Наша научная группа, конечно, тоже будет пользоваться данными «Джеймса Уэбба». Мы исследуем области звездообразования. Они погружены в межзвездное вещество, которое хорошо поглощает видимый свет, но излучает инфракрасный. Это довольно холодные для космоса объекты, температурой сотни градусов кельвина, что сравнимо с комнатной. Поэтому для нас полезен диапазон от пяти до 20 микрон. Мы сможем лучше понять, как в плотных сгустках материала — по сути, в пыли — формируются звезды и планетные системы.
Великая тайна космоса
Одно из ключевых направлений работы нового телескопа — изучение газового состава атмосфер экзопланет. Для этого измеряют спектр, который показывает интенсивность излучения в зависимости от длины волны. Есть несколько аналогичных работ на наземных телескопах, но уровень сигнала у них очень низкий. У «Джеймса Уэбба» есть техническая возможность решить эту задачу, и результат может оказаться очень интересным.
Задачи изучения и экзопланет, и межзвездного вещества касаются, преимущественно, Млечного Пути. Но «Джеймс Уэбб» способен проследить и за эволюцией всей Вселенной: он увидит галактики на больших красных смещениях (они служат мерой космологических расстояний). Получив их спектры, можно будет судить об их звездном составе и этапах эволюции. Такие объекты известны и сейчас, но новый телескоп способен открывать их в большом количестве и на беспрецедентных расстояниях.
Нам важно знать детальные свойства далеких источников, чтобы проверить теории их формирования. Галактики проходят разные этапы развития. Когда они образовались, состав материи был другим. Все, что мы видим вокруг себя, появилось гораздо позже — в результате обмена вещества от нескольких поколений звезд. Есть классическая фраза Карла Сагана: «Мы созданы из звездной пыли». В ранней Вселенной, по большому счету, ничего тяжелее гелия не было, и все последующие химические элементы возникли в недрах звезд и во взрывах сверхновых. Чтобы узнать, какие условия были в ранней Вселенной, нужно заглянуть в прошлое — в то время, когда галактики только формировались. А это возможно, только если наблюдать очень далекие объекты (свет от которых шел до нас миллиарды лет. — Прим. ред.). Для очень больших расстояний у нас пока есть только гипотезы, не подкрепленные наблюдениями.
Телескоп «Джеймс Уэбб» охватывает большой диапазон длин волн, поэтому ключевыми направлениями его возможности не ограничены. У ученых и общества будут другие предложения, гораздо более разнообразные, чем можно представить сейчас. Пример тому — «Хаббл»: конкуренция заявок на него до сих пор велика, а он работает уже 30 лет.
