Исследование опасности космического мусура.

Европейское космическое агентство (ESA) 8 сентября 2021 года объявило дату запуска космического телескопа имени Джеймса Уэбба. Это совместный проект NASA, ESA и СSA (Канада). Космическая обсерватория им. Джеймса Уэбба будет запущена 18 декабря 2021 г. ракетой-носителем Arian 5. Его строительство растянулось на 20 лет, он превратился в притчу во языцех как «образец» космического долгостроя. Но на сегодня это самый сложный и совершенный проект инфракрасного телескопа в мире. В случае успеха миссии он даст возможность найти новые экзопланеты, а также заглянуть намного дальше и глубже в историю нашей Вселенной — в её прошлое.

Самый длинный космический долгострой

Проект орбитального телескопа следующего поколения (Next Generation Space Telescope) начался ещё в 1996 г. с бюджета в $500 млн. Тогда оптимистично предполагалось запустить его к 2007 г. Но проект оказался очень сложным, с многочисленными проволочками и кратно большим финансированием. В 2002 г. проекту дали собственное имя в честь Джеймса Уэбба (глава NASA времён начала лунной гонки, 1961—1968 гг.). А в 2005 г. Космическая обсерватория подверглась значительному пересмотру (возможности микроэлектроники за десятилетие шагнули далеко вперёд), при этом, общий бюджет перевалил за $8,8 млрд. Финальное тестирование, в т. ч. на полную сборку из транспортного положения, телескоп прошел в 2020 г., тогда же его и предполагалось запустить. Но тут вмешалась пандемия COVID-19, и запуск вновь отложили.

В конце августа этого года James Webb вновь прошёл техническую проверку и в настоящее время готовится к отправке на космодром ЕКА в Куру (Французская Гвиана). Если всё пойдёт по плану (начали появляться слухи о пиратах в территориальных водах Венесуэлы и в целом неспокойном Карибском регионе), то он отправится в космос уже 18 декабря.

Сравнение размеров двух телескопов. Источник: GSFC/NASA

Почему James Webb — самый сложный и перспективный научный проект в истории

Проект телескопа James Webb — международный, кроме трёх космических агентств в нём участвует Northrop Grumman (генеральный подрядчик по созданию телескопа), Space Telescope Science Institute (будет центром управления, как и для Hubble), а всего в этом масштабном проекте участвует 258 компаний.

После пуска ракеты космическая обсерватория полетит к точке Лагранжа L2 (точка на продолжении прямой Солнце-Земля, в которой тело может находиться без приложения сил, а значит без затрат топлива). Она находится в 1,5 млн км от Земли (для сравнения, расстояние до Луны 384,4 тыс. км), добираться до нее телескоп будет примерно месяц. Еще несколько месяцев уйдёт на калибровку оптики и научных инструментов. Зачем понадобилось уводить телескоп так далеко, ведь тот же Хаббл давно и успешно трудится на околоземной орбите (570 км)?

Телескоп будет размещён в точке Лагранжа L2 в 1,5 млн км от Земли. Источник: NASA

Дело в том, что телескоп Джеймса Уэбба будет работать в инфракрасном диапазоне (ИК), излучение в котором поглощается земной атмосферой. Поэтому такие телескопы стараются выводить в космос. Для их работы требуется постоянное охлаждение, обычно с помощью жидкого гелия. В данном случае для отражения солнечного тепла предназначен раскладной многослойный экран площадью с теннисный корт. Его телескоп начнёт раскладывать ещё на пути к L2. Это поможет выполнить сложную задачу — охладить всю конструкцию телескопа до очень низкой температуры (-220 С°). Раскладывающееся ослепительно золотое зеркало и научные инструменты должны оставаться холодными, чтобы исключить образование помех в инфракрасном спектре от собственного излучения. Только в этом случае телескоп сможет выполнять свою миссию — поиск крайне слабых инфракрасных сигналов дальнего космоса. Расчетный срок работы обсерватории — не менее 5 лет, а запаса хладагента хватит на 10 лет. Да, шаттл для ремонта к нему уже не пошлёшь, как к телескопу Эдвина Хаббла, поэтому многократные проверки и тестирование стали одной из причин таких задержек в создании Уэбба.

Телескоп Джеймса Уэбба будет иметь составное зеркало общим диаметром 6,5 м (для сравнения слева показано зеркало телескопа Хаббла с диаметром 2,4 м). Источник: NASA

Вперёд, вглубь прошлого Вселенной

Диаметр основного зеркала телескопа имени Джеймса Уэбба — 6,5 м, примерно в 2,5 раза больше, чем у Хаббла (2,4 м), а также практически в два раза больше, чем у европейской орбитальной обсерватории Herschel (3,5 м, также работает в инфракрасном спектре). Раскладывающееся главное зеркало Уэбба состоит из 18 шестиугольных зеркал, сделанных из одного из самых легких металлов — бериллия, а их поверхность покрыта тончайшим слоем золота. Именно золотое покрытие оптимально для отражения инфракрасных волн. В NASA уверены, что Уэбб является не заменой Хаббла, а его дальнейшим развитием. Эти обсерватории дополняют друг друга, работая в видимом и инфракрасном диапазонах. Это даст возможность заглянуть дальше во Вселенную, глубже, а значит и больше узнать о ее прошлом и потенциальном будущем. В ИК-области находится максимум излучения слабосветящегося вещества Вселенной — остывших звёзд, экзопланет и т. п. Инфракрасные лучи проходят сквозь пылевые облака, поэтому позволят увидеть подробности строения галактического центра, а также понять происходившее в прошлом, во время зарождения нашей Вселенной после Большого взрыва, и что было во времена первых звёзд и галактик.

Желаем успехов команде миссии обсерватории Джеймса Уэбба удачного старта!

Как выглядит Туманность Киля на фотографии телескопа Хаббл (слева, оптический диапазон) и как она будет выглядеть при съемке телескопом Джеймса Уэбба (справа, инфракрасный). В инфракрасном диапазоне видны звёзды, скрытые пылевыми облаками, видимые в оптическом диапазоне. Источник: NASA/ ESA/ Hubble 20th Anniversary Team.

Источник.