Jump to content
  • Sign Up
  • Language

Телескоп "Джеймс Уэбб"


Asmo Media

1,158 views

 Share

25 декабря 2021 года в 15:20 по московскому времени с космодрома Куру во Французской Гвиане взлетела ракета «Ариан-5», чтобы вывести в космос телескоп «Джеймс Уэбб». Через месяц полёта он выйдет на рабочую позицию, а ещё через полгода настроек и проверок — передаст на Землю первые снимки.

Этот телескоп называли «проектом за гранью разумного» и хотели закрыть за непомерные траты — и только огромная научная значимость довела его до готовности. 

Телескоп "Джеймс Уэбб", будет расположен в точке Лагранжа 2 (L2), примерно в 1,5 миллионах километров от Земли. Есть причины, по которым исследователи выбрали это "место стоянки".

veil-p1.jpg

Что такое точка Лагранжа?

Quote

Точки Лагра́нжа, точки либра́ции (лат. librātiō — раскачивание) или L-точки — точки в системе из двух массивных тел, в которых третье тело с пренебрежимо малой массой, не испытывающее воздействия никаких других сил, кроме гравитационных со стороны двух первых тел, может оставаться неподвижным относительно этих тел.

Более точно точки Лагранжа представляют собой частный случай при решении так называемой ограниченной задачи трёх тел — когда орбиты всех тел являются круговыми и масса одного из них намного меньше массы любого из двух других. В этом случае можно считать, что два массивных тела обращаются вокруг их общего центра масс с постоянной угловой скоростью. В пространстве вокруг них существуют пять точек, в которых третье тело с пренебрежимо малой массой может оставаться неподвижным во вращающейся системе отсчёта, связанной с массивными телами. В этих точках гравитационные силы, действующие на малое тело, уравновешиваются центробежной силой.

Точки Лагранжа получили своё название в честь математика Жозефа Луи Лагранжа, который первым в 1772 году привёл решение математической задачи, из которого следовало существование этих особых точек.

В 1772 году математик Жозу Луи Лагранж вычислил в своем исследовании «Проблема трех тел», что гравитационное поле Земли должно нейтрализовать гравитационное притяжение самого большого объекта в Солнечной системе — Солнца — в пяти областях пространства. По сути, эти пять точек являются единственными местами в нашей системе, где практически не работает гравитация благодаря одинаковой силе притяжения от нескольких космических тел.

JosephLouisLagrange-c21f7a64c22f4ee7b357988bb6f826b4.jpg

Всего существуют пять точек Лагранжа — L1, L2, L3, L4 и L5. Для ученых наиболее интересными для изучения являются точки L4 и L5 — единственные стабильные области из всех точек Лагранжа. Если спутник попадет в точки L1 или L2, через несколько месяцев орбиты изменятся и область отсутствия гравитации также сместится, поэтому космическому телу придется совершать различные маневры, чтобы оставаться в этой области.

Точки L4 и L5, которые считаются самыми стабильными, расположены на плоскости земной орбиты на расстоянии 150 млн км от нашей планеты (для сравнения, расстояние от Земли до Луны составляет 383,4 тыс. км, среднее расстояние до Венеры — от 38 до 250 млн км в зависимости от местоположения планет). При этом L4 вращается вокруг Солнца на 60° впереди Земли, а L5 — на 60° позади.

Вокруг других планет в Солнечной системе ученые также наблюдают похожие области. В 1906 году астроном и пионер астрофотографии Максимилиан Вольф обнаружил астероид, который находится постоянно в одном и том же месте за главным поясом астероидов между орбитами Марса и Юпитера.

Этот астероид оказался точкой L4 Юпитера. Ученые назвали его Ахиллесом — именно с него пошла традиция называть все подобные астероиды именами участников Троянской войны. Сейчас благодаря этому открытию астрофизики обнаружили более тысячи астероидов, находящихся в двух стабильных точках Лагранжа Юпитера.

original.jpg

 

Quote

 

Сфера Хилла

Сфера Хилла — в первом приближении — пространство вокруг астрономического объекта (например, планеты), в котором он способен удерживать свой спутник, несмотря на притяжение объекта, вокруг которого обращается сам (например, звезды). В свою очередь, у спутника есть собственная сфера Хилла, и любой объект в её пределах будет стремиться стать спутником спутника, а не планеты. Таким образом, сфера Хилла описывает сферу гравитационного влияния тела на более мелкие тела с учётом пертурбаций, возникающих под воздействием более массивного тела.

Сфера Хилла располагается между точками Лагранжа L1 и L2, лежащими на прямой, соединяющей центры двух тел. В этом направлении область гравитационного влияния подчинённого тела меньше всего, и это ограничивает размер сферы Хилла. За пределами этого расстояния орбита любого третьего тела, обращающегося вокруг подчинённого тела, будет частично пролегать за пределами сферы Хилла, и поэтому будет всё больше и больше подвергаться возмущению приливными силами центрального тела. В конечном итоге подчинённый объект перейдёт на орбиту центрального тела.

 

1280px-Lagrange_points2.svg.png

 

Чем «Джеймс Уэбб» лучше «Хаббла»?
«Хаббл» служит астрономам уже 31 год. Легендарный телескоп совершил открытия в самых разных областях астрофизики и космологии — но его возможности все же ограничены. Главное зеркало «Джеймса Уэбба» в шесть раз больше, чем у «Хаббла», приборы значительно чувствительнее, а теплозащитный экран и орбита вокруг второй точки Лагранжа позволят снизить тепловые помехи в наблюдениях до исторического минимума. «Джеймс Уэбб» сможет увидеть в сотни раз более тусклые объекты, чем способен «Хаббл»: от первых во Вселенной звезд и галактик до небольших экзопланет. Кроме того, «Хаббл» уже практически выработал свой ресурс, а орбитальные инфракрасные космические телескопы WISE, «Спитцер» и «Гершель», ранее поставлявшие астрономам данные в этом диапазоне волн, уже завершили свои научные программы.

Здесь стоит отметить, что «Джеймс Уэбб» — преемник, а не замена «Хаббла», так как в первую очередь будет изучать Вселенную в инфракрасном диапазоне волн, тогда как «Хаббл» изучает ее в основном в оптической и ультрафиолетовой части спектра.

Чем он лучше крупных наземных телескопов?
Наземные телескопы, которые могут попытаться посоперничать с «Джеймсом Уэббом» в зоркости, есть. Уже работают VLT, обсерватория Кека, GTC, готовятся войти в строй ELT и GMT. Однако даже самые совершенные системы адаптивной оптики способны корректировать помехи, создаваемые атмосферой, лишь для небольших участков неба вблизи опорных звезд, из-за чего наблюдения с большим полем зрения будут проигрывать по детализации космическим телескопам. Кроме того, в инфракрасном диапазоне наземные телескопы сильно уступают космическим: водяной пар в атмосфере поглощает часть излучения.

b3fce83b19f4780a8a8444ad3625eed5.jpg

Сравнение главных зеркал «Спитцера», «Хаббла» и «Джеймса Уэбба». NASA / ESA / STScI / The Planetary Society

Почему Уэбб видит больше?

Свет распространяется в диапазоне частот вдоль электромагнитного спектра. Наши глаза эволюционировали, чтобы обнаружить полосу спектра, которая известна как «видимый свет», что неудивительно, учитывая, что наша атмосфера блокирует многие другие длины волн. Однако есть много других форм света, которые мы не можем видеть как внутри, так и за пределами нашей атмосферы.

Electromagnetic-spectrum-©-NASA.jpg

Инфракрасный свет имеет большую длину волны и может проходить сквозь объекты в пространстве, которые блокирует видимый свет, такие как газ и пыль. Вот почему изображения, полученные с помощью телескопов, которые обнаруживают инфракрасные частоты, могут выделять объекты за пределами этих облаков и казаться более четкими, чем те, которые сделаны с помощью других телескопов.

У Уэбба также гораздо большее зеркало, чем у Хаббла. Эта большая площадь сбора света означает, что Уэбб может заглянуть дальше во времени, чем Хаббл способен это сделать.

Кроме того, Хаббл находится на очень близкой орбите вокруг Земли, а Уэбб будет на расстоянии 1,5 млн км во второй точке Лагранжа (L2).

Сравниваем размеры телескопов

У Уэбба будет первичное зеркало диаметром 6,5 м, это дает ему значительно большую площадь сбора, чем зеркала, доступные в космическом телескопе нынешнего поколения. Зеркало Хаббла намного меньше — 2,4 м в диаметре и его площадь сбора информации составляет 4,5 м². У Джеймса Уэбба эта площадь в 6,25 раза больше. Кроме того, у Уэбба будет значительно большее поле зрения, чем у камеры NICMOS на Хаббле. Уэбб сможет охватить в 15 раз больше пространства.

JWST-HST-primary-mirrors.jpg

Как далеко увидит Уэбб? И что не видит Хаббл?

Благодаря своей способности видеть Вселенную в более длинноволновом инфракрасном свете Джеймс Уэбб сможет видеть некоторые из самых отдаленных галактик в нашей Вселенной, помимо видимого/ультрафиолетового излучения Хаббла. Это потому, что свет от удаленных объектов растягивается расширением нашей Вселенной, и эффект, известный как красное смещение. Таким образом, в то время как Хаббл смог просматривать «малыши» галактик, Джеймс Уэбб начнет всматриваться в их рождение.

46-0.jpg

Вселенная (и, следовательно, галактики в ней) расширяется. Когда мы говорим о самых отдаленных объектах, на самом деле в игру вступает Эйнштейн. Расширение вселенной означает, что пространство между объектами фактически растягивается, заставляя объекты (галактики) отходить друг от друга. Кроме того, любой свет в этом пространстве также будет растягиваться, сдвигая длину волны этого света в сторону более длинных волн. Это может сделать отдаленные объекты очень тусклыми (или невидимыми) на видимых длинах волн света, потому что этот свет достигает нас уже как инфракрасный свет. Инфракрасные телескопы, такие как Уэбб, идеально подходят для наблюдения за этими ранними галактиками.

Сравнение телескопов

images_custom_2018_06_b518b36db5624f11b7cb30f2287758e9.jpg

 

 

 

Источники: ХайтекNaked-scienceNplus1Tjournal

 Share

0 Comments


Recommended Comments

There are no comments to display.

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
×
×
  • Create New...