МОСКВА, 17 дек - РИА Новости. Орбитальная обсерватория "Джеймс Уэбб" будет отправлена в космос на борту европейской ракеты-носителе Ariane 5, который отправится в околоземное пространство предположительно в октябре 2018 года с космодрома Куру, сообщает пресс-служба ЕКА.
Сегодня, по словам генерального директора ЕКА, Йохана-Дитриха Вернера, и директора программы JWST в НАСА, Эрика Смита, европейское и американское космические агентства подписали с компанией Arianespace соглашение, согласно которому "Джеймс Уэбб" будет отправлен в космос на борту европейского ракетоносителя.
Новый телескоп "Джеймс Уэбб" (James Webb Space Telescope, JWST) является официальной заменой для орбитального телескопа "Хаббл", который проработал на орбите уже 25 лет. Изначально новый аппарат планировалось запустить в 2014 году, но значительное превышение затрат на него и отставание от графика вынудили НАСА перенести предполагаемую дату старта миссии сначала на сентябрь 2015 года, а затем - на октябрь 2018 года.
В конструкцию "Джеймса Уэбба" входят огромное зеркало диаметром 6,5 метра (диаметр зеркала Хаббла - 2,4 метра) и солнцезащитный щит размером с теннисный корт. Зеркало и щит из-за своих габаритов будут доставлены на ракету-носитель в сложенном виде, а затем раскроются после вывода телескопа в открытый космос. Большие габариты телескопа и щита, как отмечают в ЕКА, обусловили выбор Ariane 5 в качестве системы по его выводу в космос.
Ученые: первые звезды Вселенной жили в тесных и суперярких семьях Крупные и крайне яркие звезды, вспыхнувшие в первые мгновения жизни Вселенной, не были одиночками, как считалось ранее, и обитали в тесных звездных семьях, совокупная яркость которых могла в сотни миллионов раз превышать силу свечения Солнца.Сейчас сборка телескопа вышла на финальную стадию, и инженеры компании "Локхид Мартин", отвечающей за его создание, устанавливают шестигранные зеркала "Джеймса Уэбба", полировка которых была завершена уже четыре года назад. На текущий момент специалисты НАСА и аэрокосмической компании установили пять из 18 шестиугольных элементов главного зеркала телескопа, а также установили часть вторичных зеркал и научных приборов.
Основное различие между "Хабблом" и "Джеймсом Уэббом" заключается в диапазонах работы: приборы "Хаббла" собирают информацию в инфракрасных лучах, в видимом свете и в ультрафиолете, а "Джеймс Уэбб" будет работать преимущественно в инфракрасном диапазоне. В связи с этим новый телескоп можно считать также преемником крупнейшей в мире инфракрасной обсерватории космического базирования "Спитцер", запущенной НАСА 25 августа 2003 года.
Телескоп будет находиться в космическом пространстве в точке Лагранжа L2, отстоящей от нашей планеты на 1,5 млн км. В ней Земля почти полностью заслоняет солнечный свет, при этом не мешая наблюдениям, поскольку обращена к L2 неосвещенной стороной. Гравитационные силы Земли и Солнца обеспечат относительную неподвижность телескопа относительно этих двух небесных тел.
Небольшие изменения местоположения "Джеймса Уэбба", предотвращающие его уход из зоны радиационной безопасности, будут выполняться с помощью коррекционных двигателей. Нахождение в земной тени позволит телескопу работать без искусственного охлаждения.
Лично я пришел к выводу, что телескоп James Webb несет слишком много изобретений, слишком много риска и является проектом за гранью разумного. - таковы прямые слова руководителя независимой контрольной комиссии Тома Янга на заседании комитета по астрономии и астрофизике совета по космическим исследованиям Национальной академии наук США 29 октября. Впрочем, он тут же уточнил, что не является противником телескопа и не сомневается, что проект может быть завершен успешно. Действительно, положение дел вызывает противоречивые чувства - с одной стороны, это интереснейший проект, который должен дать науке новые возможности, с другой - превышения сроков и стоимости достигли воистину астрономических величин. В целом история проекта заставляет задуматься о своевременности воплощения технологий и критериях, когда лучше остановиться. Ну и, наконец, уроки «Джеймса Уэбба» категорически необходимо усвоить, начиная гораздо больший проект окололунной орбитальной станции.
Фото NASA/Desiree Stover
Чтобы комментарий Янга был более понятен, стоит пояснить контекст. В 2010 году, когда проект телескопа «Джеймс Уэбб» в очередной раз нарушил ранее объявленные сроки и стоимость, сенатор Барбара Микульски (Barbara Mikulski) потребовала собрать независимую контрольную комиссию. По результатам ее работы NASA реструктуризовало проект и заверило Конгресс США, что стоимость не превысит 8 миллиардов долларов, и телескоп будет запущен не позже осени 2018. Но осенью 2017 сроки съехали на 2019, а весной 2018 - на 2020. NASA, не дожидаясь сенаторского гнева, собрало новую независимую комиссию самостоятельно. В нее вошли авторитетные авиакосмические эксперты, а главой стал работавший в Lockheed Martin Том Янг.
Том Янг, фото NASA/Билл Ингалс
Комиссия завершила работу в мае 2018 и 31 числа представила отчет. В нем, опираясь на оценки трудоемкости и сроков проекта в условиях различных , рекомендовали установить дату запуска на март 2021. Результатом этого стало бы превышение потолка в 8 миллиардов, установленного Конгрессом. Также в отчете было сформулировано 32 рекомендации по улучшению процессов.
Теперь переносимся в осень 2018. 29 октября состоялось заседание комитета по астрономии и астрофизике совета по космическим исследованиям Национальной академии наук США. Нет ничего удивительного, что на нем выступал Том Янг. Портал SpaceNews приводит его слова:
Есть люди, которые поддержат JWST любой ценой, и есть те, кто поддерживают его, но возмущены увеличением сроков и стоимости. Я считаю, что проект не закроют, и политический процесс не сделает телескопу ничего плохого.Он также добавил, что не исключает «побочного ущерба» другим программам NASA, но не стал предсказывать конкретные решения. Пояснение: сейчас в NASA и администрации США решается вопрос о задержке или отмене инфракрасного телескопа WFIRST для того, чтобы перебросить деньги на JWST.
Я знаю, что сейчас мы начинаем проекты, по сравнению с которыми «Джеймс Уэбб» будет выглядеть небольшим. И эти миссии должны учитывать опыт JWST. Думаю, что в следующем десятилетии придется поломать голову над этой проблемой.Также Янг рассказал о сложностях убеждения NASA в валидности рекомендаций. Много усилий пришлось потратить, чтобы доказать, что NASA может и должно контролировать подготовку к полету европейской ракеты Ariane 5, на которой должен быть запущен телескоп. Первоначально NASA утверждало, что это невозможно, но представители комиссии сумели в итоге убедить агентство.
Если бы эта программа не имела высокого научного потенциала и не касалась бы вопросов лидерства США, думаю, ее бы закрыли.
Выдающийся кошмар
Первоначально телескоп «Джеймс Уэбб» должен был стоить 500 миллионов долларов и отправиться в космос в 2007 году. Но первоначальные оценки стоимости увеличились в 19 раз, а сроки съехали на 14 лет.
Иллюстрация Grant Tremblay
Вполне ожидаемо, что сейчас выбросить уже потраченные миллиарды долларов жалко, поэтому «Джеймс Уэбб» будет запущен и, надеюсь, станет отличным телескопом. Но его собратья из больших стратегических космических миссий NASA демонстрируют куда большие успехи. Например, стартовавший в этом году Parker Solar Probe обошелся всего в полтора миллиарда. А миссии меньшего калибра с небольшими бюджетами выглядят на фоне «Джеймса Уэбба» просто прекрасно - недавно начавший работать на орбите и уже нашедший первые экзопланеты TESS обошелся в 200 миллионов, при этом сэкономил 40 и завершился на два месяца раньше запланированного. Простая математика говорит, что на стоимость JWST можно было бы запустить почти 50 аппаратов с бюджетом TESS, шесть аналогов Parker Solar Probe или 3 аналога марсохода «Кьюриосити». И, подозреваю, что научной пользы в этом случае было бы больше.
Отдельный печальный юмор заключается в том, что анализ переносов сроков дает дату пуска в 2026. Расчет, конечно, несерьезный, но в районе 2021 года стоит про него вспомнить.
Иллюстрация Corey S. Powell
Итоговые размышления
Печальная история «Джеймса Уэбба» наводит на несколько выводов:Технологические скачки лучше делать на сравнительно дешевых тестовых аппаратах. У NASA был отличный опыт зонда Deep Space 1, на котором проверили двенадцать новых технологий, успешно применявшихся потом в последующих миссиях. Зонд обошелся, кстати, всего в двести с небольшим миллионов долларов по сегодняшним ценам. У Европейского космического агентства есть наглядный пример - успех LISA Pathfinder. Этот аппарат показывает возможность создать космический детектор гравитационных волн из нескольких спутников, а то, что их конструкция не будет сильно отличаться от уже работающего аппарата, повышает точность оценки сроков и стоимости проекта. Да, конечно, возможно возражение, что от «мини-JWST» не будет особого толка, но это вопрос проектирования аппарата и придумывания для него задач. Практика - критерий истины, и только успешная реализация технологии показывает ее настоящую готовность и стоимость.
Плавное и незаметное увеличение стоимости и сроков проекта может зайти очень далеко, и необходимо иметь четкие критерии того, когда ситуация переходит грань разумного. Этот совет, кстати, универсален, тем более, что в психике человека заложено иррациональное избегание потерь (вспомните эксперимент Макса Базермана с двадцатидолларовой купюрой на аукционе). Конкретно в случае «Джеймса Уэбба» в 2010-11 годах стоимость плавно выросла с 5 до 6,5, а затем до 8 миллиардов. И к тому моменту успели потратить примерно 3 миллиарда, которые, конечно же, стало очень жалко выбрасывать. А до 2011 года развилок с аудитом и шансом на закрытие проекта не просматривается. 2006 года дает оценку стоимости 3,3 миллиарда, меньше, чем у «Хаббла», и сейчас смотрится очень наглядной иллюстрацией.
Ball Aerospace
поверхности
- MIRI
- NIRCam
- NIRSpec
- FGS/NIRISS
Первоначально назывался «Космический телескоп нового поколения» (англ. Next-generation space telescope, NGST ). В 2002 году переименован в честь второго руководителя НАСА Джеймса Уэбба (1906-1992), возглавлявшего агентство в 1961-1968 годах во время реализации программы Аполлон .
«Джеймс Уэбб» будет обладать составным зеркалом 6,5 метров в диаметре с площадью собирающей поверхности 25 м² , скрытым от инфракрасного излучения со стороны Солнца и Земли тепловым экраном . Телескоп будет размещён на гало-орбите в точке Лагранжа L 2 системы Солнце - Земля.
Проект представляет собой результат международного сотрудничества 17 стран , во главе которых стоит NASA , со значительным вкладом Европейского и Канадского космических агентств.
Текущие планы предусматривают, что телескоп будет запущен с помощью ракеты «Ариан-5 » в марте 2021 года . В этом случае первые научные исследования начнутся осенью 2021 года. Срок работы телескопа составит не менее пяти лет.
Задачи
Астрофизика
Первичными задачами JWST являются: обнаружение света первых звёзд и галактик , сформированных после Большого взрыва , изучение формирования и развития галактик, звёзд, планетных систем и происхождения жизни. Также «Уэбб» сможет рассказать о том, когда и где началась реионизация Вселенной и что её вызвало .
Экзопланетология
Телескоп позволит обнаруживать относительно холодные экзопланеты с температурой поверхности до 300 К (что практически равно температуре поверхности Земли), находящиеся дальше 12 а. е. от своих звёзд, и удалённые от Земли на расстояние до 15 световых лет. В зону подробного наблюдения попадут более двух десятков ближайших к Солнцу звезд. Благодаря JWST ожидается настоящий прорыв в экзопланетологии - возможностей телескопа будет достаточно не только для того, чтобы обнаруживать сами экзопланеты, но даже спутники и спектральные линии этих планет (что будет являться недостижимым показателем ни для одного наземного и космического телескопа до 2025 года, когда в строй будет введен Европейский чрезвычайно большой телескоп с диаметром зеркала в 39,3 м ) . Для поиска экзопланет будут также использованы данные, которые получил телескоп «Кеплер» начиная с 2009 года. Однако возможностей телескопа будет недостаточно для получения изображений найденных экзопланет. Такая возможность появится не раньше середины 2030-х годов, когда будет запущен телескоп-наследник «Джеймса Уэбба» - ATLAST .
Водные миры Солнечной системы
Инфракрасные инструменты телескопа будут использованы для изучения водных миров Солнечной системы - спутника Юпитера Европы и спутника Сатурна Энцелада . Инструмент NIRSpec будет использован для поиска биосигнатур (метан, метанол, этан) в гейзерах обоих спутников .
Инструмент NIRCam сможет получить изображения Европы в высоком разрешении, которые будут использованы для изучения её поверхности и поиска регионов с гейзерами и высокой геологической активностью. Состав зафиксированных гейзеров будет проанализирован с помощью инструментов NIRSpec и MIRI. Данные, полученные в ходе этих исследований, будут также использованы при исследовании Европы зондом Europa Clipper .
Для Энцелада, ввиду его удаленности и малых размеров, получить изображения в высоком разрешении не удастся, однако возможности телескопа позволят провести анализ молекулярного состава его гейзеров.
История
| Год | Планируемая дата запуска |
Планируемый бюджет (млрд долларов) |
|---|---|---|
| 1997 | 2007 | 0,5 |
| 1998 | 2007 | 1 |
| 1999 | 2007-2008 | 1 |
| 2000 | 2009 | 1,8 |
| 2002 | 2010 | 2,5 |
| 2003 | 2011 | 2,5 |
| 2005 | 2013 | 3 |
| 2006 | 2014 | 4,5 |
| 2008 | 2014 | 5,1 |
| 2010 | не раньше сентября 2015 | ≥6,5 |
| 2011 | 2018 | 8,7 |
| 2013 | 2018 | 8,8 |
| 2017 | весна 2019 | 8,8 |
| 2018 | не раньше марта 2020 | ≥8,8 |
| 2018 | 30 марта 2021 | 9,66 |
Изначально запуск намечался на 2007 год, в дальнейшем переносился несколько раз (см. таблицу). Первый сегмент зеркала был установлен на телескоп лишь в конце 2015 года, а полностью главное составное зеркало было собрано только в феврале 2016 года. По данным на весну 2018 года, планируемая дата запуска была сдвинута на 30 марта 2021 года .
Финансирование
Стоимость проекта тоже неоднократно увеличивалась. В июне 2011 года стало известно, что стоимость телескопа превысила изначальные расчёты по меньшей мере в четыре раза. В бюджете НАСА, предложенном в июле 2011 года конгрессом, предполагалось прекращение финансирования строительства телескопа из-за плохого управления и превышения бюджета программы , но в сентябре того же года бюджет был пересмотрен, и проект сохранил финансирование . Окончательное решение о продолжении финансирования было принято сенатом 1 ноября 2011 года.
В 2013 году на постройку телескопа было выделено 626,7 млн долларов .
К весне 2018 года стоимость проекта возросла до 9,66 млрд долларов .
Изготовление оптической системы
Проблемы
Чувствительность телескопа и его разрешающая способность напрямую связаны с размером площади зеркала, которое собирает свет от объектов. Учёные и инженеры определили, что минимальный диаметр главного зеркала должен быть 6,5 метра , чтобы измерить свет от самых далёких галактик . Простое изготовление зеркала, подобного зеркалу телескопа «Хаббл », но большего размера, было неприемлемо, так как его масса была бы слишком большой, чтобы можно было запустить телескоп в космос. Команде учёных и инженеров необходимо было найти решение, чтобы новое зеркало имело 1/10 массы зеркала телескопа «Хаббл » на единицу площади .
Разработка и испытания
Производство
Для зеркала «Уэбба» используется особый тип бериллия . Он представляет собой мелкий порошок. Порошок помещается в контейнер из нержавеющей стали и прессуется в плоскую форму. После того как стальной контейнер удалён, кусок бериллия разрезается пополам, чтобы сделать две заготовки зеркала около 1,3 метра в поперечнике. Каждая заготовка зеркала используется для создания одного сегмента.
Процесс формирования зеркала начинается с вырезания излишков материала на оборотной стороне бериллиевой заготовки таким образом, что остаётся тонкая рёберная структура. Передняя же сторона каждой заготовки сглаживается с учётом положения сегмента в большом зеркале.
Затем поверхность каждого зеркала стачивается для придания формы, близкой к расчётной. После этого зеркало тщательно сглаживают и полируют. Этот процесс повторяется до тех пор, пока форма сегмента зеркала не станет близка к идеальной. Далее сегмент охлаждается до температуры −240 °C, и с помощью лазерного интерферометра производятся измерения размеров сегмента. Затем зеркало с учётом полученной информации проходит окончательную полировку.
По завершении обработки сегмента передняя часть зеркала покрывается тонким слоем золота для лучшего отражения инфракрасного излучения в диапазоне 0,6-29 мкм , и готовый сегмент проходит повторные испытания при криогенных температурах .
Тестирование
10 июля 2017 года - начало финального криогенного теста телескопа при температуре 37 в космическом центре имени Джонсона в Хьюстоне , который продлился 100 дней .
Помимо испытаний в Хьюстоне аппарат прошел серию механических проверок в центре космических полётов Годдарда, которые показали, что он сможет выдержать запуск с помощью тяжелой ракеты-носителя.
В начале февраля 2018 года гигантские зеркала и различные приборы доставлены на предприятие компании Northrop Grumman в Редондо-Бич для последнего этапа сборки телескопа. Там уже идет сооружение двигательного модуля телескопа и его солнцезащитного экрана. Когда вся конструкция будет собрана, её отправят на морском судне из Калифорнии во французскую Гвиану .
Оборудование
JWST будет иметь следующие научные инструменты для проведения исследования космоса:
- Камера ближнего инфракрасного диапазона (англ. Near-Infrared Camera );
- Прибор для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения (англ. Mid-Infrared Instrument, MIRI );
- Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (англ. Near-Infrared Spectrograph, NIRSpec );
- Датчик точного наведения (англ. Fine Guidance Sensor, FGS ) и устройство формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф (англ. Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph, NIRISS ).
Камера ближнего инфракрасного диапазона
Камера ближнего инфракрасного диапазона является основным блоком формирования изображения «Уэбба» и будет состоять из массива ртутно-кадмиево-теллуровых детекторов . Рабочий диапазон прибора составляет от 0,6 до 5 мкм . Его разработка поручена Аризонскому университету и Центру продвинутых технологий компании Lockheed Martin .
В задачи прибора входят:
- обнаружение света от самых ранних звёзд и галактик на стадии их формирования;
- изучение звёздных населений в ближайших галактиках ;
- изучение молодых звёзд Млечного Пути и объектов пояса Койпера ;
- определение морфологии и цвета галактик при сильном красном смещении ;
- определение кривых блеска дальних сверхновых ;
- создание карты тёмной материи с помощью гравитационного линзирования .
Многие объекты, которые «Уэбб» будет изучать, излучают настолько мало света, что телескопу для анализа спектра необходимо собирать свет от них в течение сотен часов. Чтобы изучить тысячи галактик за 5 лет работы телескопа, спектрограф был разработан с возможностью наблюдения за 100 объектами на площади неба 3×3 угловых минуты одновременно. Для этого учёные и инженеры Годдарда разработали новую технологию микрозатворов для управления светом, входящим в спектрограф .
Суть технологии, позволяющей получать 100 одновременных спектров, заключается в микроэлектромеханической системе, именуемой «массив микрозатворов» (англ. microshutter array ). У ячеек микрозатворов спектрографа NIRSpec есть крышки, которые открываются и закрываются под действием магнитного поля. Каждая ячейка размером 100 на 200 мкм индивидуально управляется и может быть открытой или закрытой, предоставляя или, наоборот, блокируя часть неба для спектрографа , соответственно.
Именно эта регулируемость позволяет прибору делать спектроскопию такого количества объектов одновременно. Поскольку объекты, которые будет исследовать NIRSpec , находятся далеко и тусклы, инструмент нуждается в подавлении излучения от более близких ярких источников. Микрозатворы работают подобно тому, как люди смотрят искоса, чтобы сосредоточиться на объекте, блокируя нежелательный источник света.
Прибор уже разработан и в данный момент проходит испытания в Европе .
Прибор для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения
Прибор для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения (5 -28 мкм ) состоит из камеры с датчиком, имеющим разрешение 1024×1024 пикселя , и спектрографа .
MIRI состоит из трёх массивов мышьяко -кремниевых детекторов. Чувствительные детекторы этого прибора позволят увидеть красное смещение далёких галактик , формирование новых звёзд и слабо видимые кометы , а также объекты в поясе Койпера . Модуль камеры предоставляет возможность съёмки объектов в широком диапазоне частот с большим полем зрения, а модуль спектрографа обеспечивает спектроскопию среднего разрешения с меньшим полем зрения, что позволит получать подробные физические данные об удалённых объектах.
Номинальная рабочая температура для MIRI - 7 . Такая температура не может быть достигнута использованием только пассивной системы охлаждения. Вместо этого, охлаждение производится в два этапа: установка предварительного охлаждения на основе пульсационной трубы охлаждает прибор до 18 К , затем теплообменник с адиабатическим дросселированием (эффект Джоуля - Томсона) понижает температуру до 7 К .
MIRI разрабатывает группа под названием MIRI Consortium, состоящая из ученых и инженеров из стран Европы, команды сотрудников Лаборатории реактивного движения в Калифорнии и учёных из ряда институтов США .
FGS/NIRISS
Датчик точного наведения (FGS ) и устройство формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф (NIRISS ) будут упакованы вместе в «Уэббе», но по сути это два разных устройства . Оба устройства разрабатываются Канадским космическим агентством , и они уже получили прозвище «канадские глаза» по аналогии с «канадской рукой ». Этот инструмент уже прошел интегрирование со структурой ISIM в феврале 2013 года.
Датчик точного наведения
Датчик точного наведения (FGS ) позволит «Уэббу» производить точное наведение, чтобы он мог получать изображения высокого качества.
Камера FGS может формировать изображение из двух смежных участков неба размером 2,4×2,4 угловых минуты каждый, а также считывать информацию 16 раз в секунду с небольших групп пикселей размером 8×8, чего достаточно для нахождения соответствующей опорной звезды с 95-процентной вероятностью в любой точке неба, включая высокие широты.
Основные функции FGS включают в себя:
- получение изображения для определения положения телескопа в пространстве;
- получение предварительно выбранных опорных звёзд;
- обеспечение системы управления положением англ. Attitude Control System измерениями центроида опорных звёзд со скоростью 16 раз в секунду.
Во время вывода на орбиту телескопа FGS также будет сообщать об отклонениях при развёртывании главного зеркала.
Устройство формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф
Устройство формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф (NIRISS ) работают в диапазоне 0,8 -5,0 мкм и является специализированным инструментом с тремя основными режимами, каждый из которых работает с отдельным диапазоном.
NIRISS будет использоваться для выполнения следующих научных задач:
- получение «первого света »;
- обнаружение экзопланет ;
- получение их характеристик;
- транзитная спектроскопия.
См. также
Примечания
Примечания
Сноски
- Jim Bridenstine on Twitter: "The James Webb Space Telescope will produce first of its kind, world-class science. Based on recommendations by an Independent Review Board, the n...
- With further delays, Webb telescope at risk of seeing its rocket retired | Ars Technica
- https://www.ama-science.org/proceedings/details/368
- NASA Completes Webb Telescope Review, Commits to Launch in Early 2021 (англ.) . NASA (27 June 2018). Дата обращения 28 июня 2018.
- Icy Moons, Galaxy Clusters, and Distant Worlds Among Selected Targets for James Webb Space Telescope (неопр.) (15 июня 2017).
- https://nplus1.ru/news/2017/06/16/webb-telescope (неопр.) (16 июня 2017).
- Webb Science: The End of the Dark Ages: First Light and Reionization (неопр.) . НАСА . Дата обращения 18 марта 2013. Архивировано 21 марта 2013 года.
- Щепотка бесконечности (неопр.) (25 марта 2013). Архивировано 4 апреля 2013 года.
- «Кеплер» нашел десять новых возможных двойников Земли (неопр.) (19 июня 2017).
- NASA’s Webb Telescope Will Study Our Solar System’s “Ocean Worlds” (неопр.) (24 августа 2017).
- Berardelli, Phil . Next Generation Space Telescope will peer back to the beginning of time and space , CBS (27 октября 1997).
- The Next Generation Space Telescope (NGST) (неопр.) . University of Toronto (27 ноября 1998).
- Reichhardt, Tony. US astronomy: Is the next big thing too big? (англ.) // Nature. - 2006. - March (vol. 440 , no. 7081 ). - P. 140-143 . - DOI :10.1038/440140a . - Bibcode : 2006Natur.440..140R .
- Cosmic Ray Rejection with NGST (неопр.) .
- MIRI spectrometer for NGST (неопр.) (недоступная ссылка) . Архивировано 27 сентября 2011 года.
- NGST Weekly Missive (неопр.) (25 апреля 2002).
- NASA Modifies James Webb Space Telescope Contract (неопр.) (12 ноября 2003).
Космический телескоп им. Джеймса Уэбба, запуск которого должен состояться в 2020 году, будет исследовать космос, чтобы раскрыть историю вселенной от Большого Взрыва до момента формирования планет. Перед ним стоит четыре исследовательских задачи: изучение первого света во вселенной, исследование появления галактик в ранней вселенной, наблюдение за рождением звезд и протопланетных систем, а также поиск экзопланет (включая поиск внеземной жизни).
Космический телескоп им. Джеймса Уэбба (JWST) будет запущен с помощью ракета-носителя Ариан-5 из Французской Гвианы, после чего потребуется 30 дней, чтобы пролететь более миллиона километров в место его постоянной дислокации: в точку Лагранжа (L2), или гравитационно стабильное положение в пространстве, где он и будет вращаться. Это достаточно популярное место, в котором располагаются несколько других космических телескопов, в том числе телескоп Гершеля и космическая обсерватория Планка.
Ожидается, что мощный космический телескоп стоимостью 8,8 млрд. долларов сможет получить удивительные фотографии небесных объектов, как и его предшественник, космический телескоп Хаббл. К счастью для астрономов, «Хаббл» остается в хорошем состоянии, и вполне вероятно, что два телескопа будут работать вместе первые несколько лет. JWST также исследует экзопланеты, которые были обнаружены космическим телескопом Кеплер или при помощи наблюдений в реальном времени с наземных телескопов.
Задачи, стоящие перед телескопом
Научная программа для JWST в основном разделена на четыре области:
- Первый свет и реионизация : это относится к ранним этапам развития вселенной после того, как Большой взрыв создал ее такой, какой мы ее знаем. На первых этапах после Большого взрыва вселенная была морем частиц (таких как электроны, протоны и нейтроны), и в ней не существовало света до того, пока вселенная не остыла настолько, чтобы эти частицы начали объединяться. Еще одна вещь, которую JWST будет изучать - это то, что произошло после образования первых звезд; этот отрезок истории называется «эпохой реионизации», потому что он относится к тому времени, когда нейтральный водород был повторно ионизирован (снова заряжен электрическим зарядом) излучением от этих первых звезд.
- Образование галактик : взгляд на галактики - полезный способ увидеть, как материя организована в гигантских масштабах, что, в свою очередь, дает нам подсказки о том, как эволюционировала вселенная. Спиральные и эллиптические галактики, которые мы видим сегодня, на самом деле эволюционировали из разных форм в течение миллиардов лет, и одна из целей JWST состоит в том, чтобы взглянуть на самые ранние галактики, чтобы лучше понять эту эволюцию. Ученые также пытаются выяснить, как мы получили то разнообразие галактик, которое наблюдаем сегодня, и какие существуют способы образования галактик.
- Рождение звезд и протопланетных систем : «Столпы творения», или туманность Орла - одно из самых известных мест рождения звезд. Звезды появляются в облаках газа, и по мере того, как они растут, радиационное давление, которое они оказывают, сдувает с них часть газа (который может снова использоваться для образования других звезд, если он не слишком широко рассеялся). Однако трудно что-либо видеть внутри газа. Инфракрасные «глаза» JWST смогут увидеть источники тепла, включая звезды, рождающиеся в этих облаках.
- Планеты и происхождение жизни : в последнее десятилетие было найдено огромное количество экзопланет, обнаруженных в том числе и с помощью космического телескопа Кеплер. Мощные датчики JWST смогут исследовать эти планеты более подробно, включая (в некоторых случаях) визуализацию их атмосферы. Понимание атмосферы и условий образования планет могут помочь ученым лучше предсказывать, пригодны ли те или иные планеты для жизни, или нет.
JWST будет оснащен четырьмя научными инструментами:
- Камера ближнего инфракрасного излучения (NIRCam) : эта инфракрасная камера, предоставленная Университетом Аризоны, обнаружит свет от звезд в соседних галактиках и от удаленных звезд Млечного Пути. Она также будет искать свет от звезд и галактик, которые сформировались в начале жизни вселенной. NIRCam будет оснащаться коронографами, которые могут блокировать свет яркого объекта (например, звезды), что сделает тусклые объекты вблизи этих звезд (например, планет) видимыми.
- Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) : NIRSpec будет наблюдать до 100 объектов одновременно, ища первые галактики, образовавшиеся после Большого Взрыва. NIRSpec был предоставлен Европейским космическим агентством при содействии Центра космических полетов имени Годдара.
- Спектрограф среднего инфракрасного диапазона (MIRI) : MIRI создаст удивительные космические фотографии дальних небесных объектов, как это сейчас делает Хаббл. Спектрограф позволит ученым собрать больше физических подробностей о дальних объектах во вселенной. MIRI обнаружит отдаленные галактики, слабые кометы, образующиеся звезды и объекты в поясе Койпера. MIRI был спроектирован Европейским консорциумом совместно с Европейским космическим агентством и Лабораторией реактивного движения НАСА.
- Датчик точного наведения с устройством формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф (FGS/NIRISS) : этот инструмент, созданный в Канадском космическом агентстве, больше похож на два прибора в одном. Компонент FGS отвечает за то, чтобы JWST смотрел точно в правильном направлении во время своих научных исследований. NIRISS будет искать следы первого света во вселенной, а также исследовать экзопланеты.
История JWST
JWST имеет долгую историю развития. Еще в 2011 году затраты на него превысили предполагаемые в четыре раза, что повлияло на бюджет НАСА для астрономических исследований и, в свою очередь, заставило агентство выйти из некоторых совместных миссий с ЕКА (Европейским космическим агентством).
Когда Хаббл только готовили к космической миссии, уже планировался телескоп-преемник. После запуска Хаббла НАСА приступила к «более быстрой, лучшей и дешевой» эре, которая предполагает использовать миниатюризацию электроники и команды тигров (tiger teams - команды экспертов по определению слабых мест системы - прим. перев.
) для сокращения расходов на космические миссии.
Это вызвало переформулировку ранних характеристик нового телескопа во что-то, что назвали Космическим телескопом следующего поколения (NGST). Первая версия NGST предполагала 8-метровое зеркало, а место дислокации телескопа - точка Лагранжа L2. NGST был переименован в Космический телескоп Джеймса Вебба в 2002 году в честь второго руководителя НАСА. По оценкам, стоимость проекта в 2005 году не должна была превышать 4,5 млрд. долларов, но в последующие годы все же произошел перерасход средств.
В 2010 году независимая экспертная группа, ответственная на JWST, предупредила, что стоимость телескопа будет существенно превышать запланированную. Они также отметили, что после подтверждения проекта НАСА в 2008 году рост затрат и задержки с расписанием были «связаны с бюджетированием и управленческими программами, а не с техническими характеристиками». Среди проблем, упомянутых в обзоре, были плохие процедуры оценки и базовый бюджет, который был слишком низким. Группа предположила, чтобы самая ранняя дата запуска - это 2015 год.
Около 2010 года НАСА и Европейское космическое агентство сотрудничали в нескольких крупномасштабных миссиях, включая ExoMars и создание рентгеновского телескопа Athena. Однако к 2011 году ЕКА заявила, что быстрее будет продвигаться вперед в этих миссиях самостоятельно. НАСА сократило также свои другие программы, чтобы обеспечить материально разработку JWST, в том числе вышла из программы ExoMars. Кроме того, опрос Национального научного фонда США в 2010 году, который проводится каждые десять лет и устанавливает приоритетные астрономические программы, оценил совместные миссии с ЕКА ниже, чем другие инициативы.
К 2011 году JWST стоил уже 8,7 млрд. долларов, из-за чего проект был на грани закрытия из-за перерасхода средств. И хотя финансирование миссии было продолжено, в НАСА признали, что вынуждены были серьезно ограничить другие миссии. Повышенная бдительность по программе продолжалась в течение нескольких лет, и в 2015 году НАСА заявила, что работа над телескопом идет полным ходом, а запуск ожидается в 2018 году.
Однако в сентябре NASA объявило, что запуск был перенесен с октября 2018 года на весну 2019 года, ссылаясь на вопросы интеграции космических аппаратов. «Изменение сроков запуска не указывает на проблемы с оборудованием или техническими характеристиками», - говорится в заявлении Томаса Зурбухена, ассоциированного администратора Управления научными миссиями НАСА. «Скорее, интеграция различных элементов космического аппарата занимает больше времени, чем ожидалось».
В марте 2018 года НАСА объявило, что дата запуска снова переносится, теперь уже на май 2020 года, из-за необходимости более тщательного тестирования сложных систем телескопа. Задержка запуска не является единственной неутешительной новостью для космического телескопа. Его стоимость, которая уже превышает 8,8 млрд. долларов, может еще увеличиться, как сообщили 27 марта официальные лица НАСА.
«Теперь все технические нюансы решены, но все еще остаются некоторые моменты, выявленные при тестировании узлов телескопа, и они побуждают нас предпринять необходимые шаги, чтобы решить их и завершить эту амбициозную и сложную обсерватории», - сказал исполняющий обязанности администратора НАСА Роберт Лайтфут в своем заявлении.
Джеймс Уэбб
JWST назван в честь второго руководителя НАСА Джеймса Уэбба. Он взял на себя ответственность за космическое агентство с 1961 по 1968 год, и ушел на пенсию всего за несколько месяцев до того, как НАСА совершило первую высадку человека на Луну.
Хотя пребывания Уэбба в качестве администратора НАСА наиболее тесно связано с программой Аполлон, он также считается лидером в области космической науки. Даже во времена великих политических потрясений, Уэбб ставил основной целью НАСА продвижение науки, считая, что запуск большого космического телескопа должен быть одной из ключевых целей космического агентства. NASA запустило более 75 миссий, направленных на изучение космоса, под руководством Уэбба, в том числе миссии по изучению Солнца, звезд и галактик, а также космического пространства сразу за земной атмосферой.
Космический телескоп имени Джеймса Уэбба. Авторы и права: NASA.
Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) ещё не скоро начнет свою миссию, а его сверкающее золотом зеркало уже достигло культового статуса. Это сегментированное зеркало напоминает глаз насекомого, и в будущем, когда “глаз” начнёт свою работу в точке Лагранжа (L2), он предоставит человечеству подробнейшие данные о нашей Вселенной. Зеркало телескопа уже собрано, и оно находится в стерильном помещении в Центре космических полетов имени Годдарда, что даёт нам возможность узнать, как телескоп будет выглядеть, когда он начнёт свою миссию.
Даже если вы ничего не знаете о JWST, его возможностях, или возложенных на него задачах, вы будете впечатлены, просто посмотрев на него. Очевидно, что это высокотехнологический и единственный в своем роде инструмент. На самом деле, его даже можно принять за образец искусства. Я, к сожалению, видел менее привлекательные творения современного искусства, а вы?
Конечно, многим из вас известен тот факт, что JWST превзойдёт своего предшественника – космический телескоп “Хаббл”. И это вполне понятно, учитывая тот факт, что “Хаббл” был запущен в апреле далёкого 1990 года. Но как именно JWST сможет опередить “Хаббл”, и каковы его основные цели?
Главные задачи миссии JWST можно разделить на четыре направления:
- Инфракрасные наблюдения, которые можно сравнить с машиной времени. Они позволяют нам взглянуть на первые звёзды и галактики, которые сформировались во Вселенной, более 13 миллиардов лет назад;
- Сравнительное исследование ярких спиральных и эллиптических галактик, а также более тусклых ранних галактик;
- Зондирование космического пространства, позволяющее нам заглянуть сквозь облака газа и пыли, для изучения процессов формирования звёзд и планет;
- Исследование экзопланет и их атмосфер, а также обнаружение там биомаркеров.
То есть это довольно внушительный список, даже в эпоху, когда люди принимают технологический и научный прогресс как само собой разумеющееся. Но наряду с этими запланированными целями, будут, без сомнения, и некоторые сюрпризы. Гадать, что это может быть глупое занятие, но давайте всё же попробуем.
Мы считаем, что процесс абиогенеза на Земле произошёл довольно быстро, но, к сожалению, нам не с чем сравнивать. Найдём ли мы аналогии при изучении далёких экзопланет и их атмосфер, прольём ли свет на условия, необходимые для появления жизни? Это кажется невероятным, но кто знает.
Мы уверены, что Вселенная расширяется, и для этого есть довольно убедительные доказательства. Узнаем ли мы что-то новое об этом процессе? Или мы найдём то, что прольёт свет на тёмную материю или тёмную энергию, и их роль в жизни ранней Вселенной?
JWST. Авторы и права: NASA.Конечно, не всё должно быть удивительным, чтобы быть захватывающим. Обнаружение доказательств, которые подтвердят современные теории также интригует. И “Джеймс Уэбб” должен предоставить нам эти доказательства.
Нет сомнений, что JWST сможет переплюнуть телескоп “Хаббла”. Но для одного или двух поколений людей, “Хаббл” всегда будет занимать особое место. Он удивлял и заинтересовывал многих из нас своими захватывающими изображениями туманностей, галактик и других объектов, в ходе его знаменитой миссии Deep Field, и, конечно же, своими научными исследованиями. Вероятно, “Хаббл” – это первый телескоп, который получил статус знаменитости.
“Джеймс Уэбб”, наверно, никогда не получит особый статус, который приобрёл “Хаббл”. Это что-то вроде: “Битлз может быть только один” или “единственный в своём роде”. Но JWST будет гораздо более мощным инструментом, и откроет нам многое из того, что было недоступно “Хабблу”.
Если все пойдёт по плану, то JWST станет грандиозным технологическим достижением всего человечества. Его способность смотреть сквозь облака газа и пыли, или оглянуться назад во времени, показав нам первые дни жизни Вселенной, сделает его мощным научным инструментом.
