Спустя 20 лет «Джеймс Уэбб» построен: как он устроен и чем знаменит?

Спустя 20 лет «Джеймс Уэбб» построен: как он устроен и чем знаменит?

Двадцать лет назад ученые начали собирать телескоп следующего поколения, который станет преемником «Хаббла». И вот, инженеры NASA объявили, что строительство телескопа Джеймса Уэбба (JWST), наконец, завершено. Телескоп с 6,5-метровым зеркалом, в два раза превышающим зеркало «Хаббла», готов к испытаниям перед запланированным на октябрь 2018 года запуском.

«Сегодня мы отмечаем факт завершения нашего телескопа и готовы доказать, что он работает», говорит Джон Мазер, астрофизик и старший ученый проекта на пресс-конференции на Space.com.

Вдохновившись успехом телескопа Хаббла, NASA и его европейские и канадские партнеры вместе работали над проектированием и строительством JWST. Получившийся телескоп больше и мощнее, чем «Хаббл», а значит сможет увидеть первые галактики, рожденные после Большого Взрыва. Его наблюдения не только помогут ученым понять происхождение Вселенной, но и в поисках жизни на других далеких планетах.

Глядя на инфракрасный свет, излучаемый всеми объектами в космосе, беспилотный телескоп будет поднимать шторы Вселенной и видеть звезды, слишком далекие даже для Хаббла. Восемнадцать больших шестиугольных зеркал, изготовленных из легкого бериллия и покрытых золотом, будут собирать инфракрасные показания для JWST. Они будут работать при температурах почти абсолютного нуля в точке Лагранжа 2 (L2), которая находится сразу за Землей с точки зрения Солнца.

Спустя 20 лет «Джеймс Уэбб» построен: как он устроен и чем знаменит?

Но чтобы убедиться, что телескоп сможет работать в космосе, NASA придется провести его через серию жестких испытаний.

Для начала ученые в Космическом центре им. Годдарда в Мэриленде встряхнут машину и подвергнут ее жесткому шуму в 150 децибел, чтобы имитировать суровые условия, которые будут ждать телескоп во время запуска. Затем зеркало и инструменты будут отправлены в Космический центр им. Джонсона для криогенного тестирования, чтобы убедиться, что они смогут выдержать холодные условия космоса. После того, как работа будет сделана, инженеры прикрепят телескоп к космическому аппарату, в котором будут летные компьютеры и системы связи. Наконец, «Джеймс Уэбб» получит щит размером с теннисный корт для защиты его хрупких инструментов от Солнца и подвергнется новым испытаниям, которые позволят убедиться, что его измерения не будут лживыми еще до запуска.

К тому времени, как телескоп, наконец, отправится во французскую Гвиану для запуска на вершине европейской ракеты Ariane 5, общая стоимость достигнет 10 миллиардов долларов. До сих пор телескоп идет в соответствии с графиком и бюджетом, но каждый этап предстоящего тестирования просто обязан идти по плану. В отличие от Хаббла, астронавты не смогут посетить JWST, чтобы решить возникшую при запуске проблему. Телескоп будет слишком далеко — в 150 миллионах километров от Земли.

Как работает «Джеймс Уэбб»?

Спустя 20 лет «Джеймс Уэбб» построен: как он устроен и чем знаменит?

Миссия «Уэбба» целиком опирается на работу Больших обсерваторий NASA, четырех замечательных телескопов, чьи инструменты покрывают весь электромагнитный спектр. Четыре накладывающихся друг на друга миссии позволили ученым наблюдать одни и те же астрономические объекты в видимом, гамма-лучевом, рентгеновском и инфракрасном спектрах.

«Хаббл», который размером с автобус, видит в первую очередь видимую область спектра и немного ультрафиолетового и инфракрасного. Его программа началась в 1990 году и благодаря дальнейшему обслуживаю продлится достаточно долго, чтобы передать эстафету «Уэббу». Названный в честь Эдвина Хаббла, астронома, открывшего множество задач для изучения этим телескопом, он стал одним из самых продуктивных инструментов в научной истории, подарив нам феномены вроде рождения звезды и ее смерти, эволюции галактики и черных дыр (от теории до наблюдаемых фактов).

Вместе с «Хабблом» в большую четверку входит Комптоновская гамма-лучевая обсерватория (CGRO), Рентгеновская обсерватория «Чандра» и космический телескоп «Спитцер».

CGRO, запущенная в 1991 и больше не обслуживаемая, обнаружила высокоэнергетические жестокие явления от 30 килоэлектрон-вольт (кэВ) до 30 гигаэлектрон-вольт (ГэВ), включая энергетические извержения ядер активных галактик.

«Чандра», запущенная в 1999 году и до сих пор остающаяся на плаву, наблюдает за черными дырами, квазарами и высокотемпературными газами в рентгеновском спектре, а также предоставляет важные данные о рождении, росте и конечной судьбе Вселенной.

«Спитцер», который оккупировал орбиту прохождения Земли, изучает небо в тепловом инфракрасном (3-180 микрон) диапазоне, наблюдая за рождением звезд, галактическими центрами и холодными тусклыми звездами. Также он ищет те или иные молекулы в космосе.

«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 субстанции, 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.

Как устроен «Джеймс Уэбб»?

Спустя 20 лет «Джеймс Уэбб» построен: как он устроен и чем знаменит?

«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 Международная космическая станция 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.

Автор: Субмарина
5.11.2016 (10:10)

Подпишитесь на новости

Чтобы всегда быть в курсе наших новостей
и обзоров - просто подпишитесь на нашу
рассылку новостей.