Search the Community

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". Что такое точка Лагранжа? 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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 Источники: Хайтек, Naked-science, Nplus1, Tjournal