Совсем недавно, 25 декабря 2021 года, с французского космодрома Куру была запущена ракета, доставившая в космос новейший телескоп «Джеймс Уэбб», который многие ошибочно считают заменой телескопу «Хаббл» (был запущен на орбиту в 1990 году). Но на самом деле механика выполнения исследовательской миссии, способ сбора информации и множество других параметров у телескопов сильно отличаются — «Джеймс Уэбб» должен дать учёным возможность практически путешествовать во времени, получая ответы на вопросы о зарождении Вселенной, которыми раньше завладеть было невозможно. И если уж учёные ставят всё на «Уэбба», то давайте разбираться, в чём отличия между крупнейшими в истории человечества космическими телескопами.
Here it is: humanity’s final look at @NASAWebb as it heads into deep space to answer our biggest questions. Alone in the vastness of space, Webb will soon begin an approximately two-week process to deploy its antennas, mirrors, and sunshield. #UnfoldTheUniverse pic.twitter.com/DErMXJhNQd
— NASA (@NASA) December 25, 2021
Как снимают и сравнение размеров: видимый против инфракрасного спектра
Ещё в 1990 году, когда только появилась идея разработки нового космического телескопа, специалисты NASA называли будущий проект наследником «Хаббла», так что множество сравнений старого и нового устройств вполне ожидаемо. Впрочем, сравнивать «Уэбб» и «Хаббл» не совсем правильно — это как сравнивать мощность тепловизора и прибора ночного видения. Да, они оба позволяют видеть объекты даже в полной темноте, но картинка, получаемая на дисплее, как и метод сбора информации, совершенно разные — аналогично и с двумя крупнейшими в мире космическими телескопами. Они оба смотрят в космос, но то, что они «видят», и как именно они «видят», отличается буквально в корне.
Начнём с «Хаббла» — данный космический телескоп находится на орбите Земли (на высоте примерно 560 километров), собирая данные о космосе на первичное зеркало диаметром 2,4 метра. Но есть важная деталь — аппарат собирает информацию о космосе в ультрафиолетовом и видимом спектре, так что он, фактически, «видит» космос почти так же, как и человек, делая детальные снимки далёких галактик и предоставляя учёным необходимые данные для изучения глубин космоса. Именно благодаря этому, например, полученные с «Хаббла» снимки такие завораживающие — человечество в буквальном смысле может заглянуть в отдалённые участки космоса, увидев вполне понятную для нашего глаза картинку.
У «Джеймса Уэбба» задача сложнее и выполняет он её совершенно иным образом — механизм работы телескопа «Джеймс Уэбб» можно условно сравнить с обычным зеркальным фотоаппаратом. Например, фотоаппарату при съёмке в условиях плохого освещения для получения достаточно яркого кадра нужно максимально раскрыть диафрагму и увеличить выдержку. В результате формируется достаточно детализированный снимок высокой яркости, так как камера за время выдержки смогла собрать достаточно света.
«Джеймсу Уэббу» для того, чтобы разглядеть в далёких глубинах космоса различные источники довольно слабого теплового излучения, нужно выполнять аналогичную процедуру — аппарат будет длительное время вглядываться в определённую локацию Вселенной, накапливая достаточно света для получения необходимых результатов наблюдения. Собственно, ради этого первичное зеркало телескопа и сделали таким исполинским — как и в случае с диафрагмой объектива фотоаппарата, чем больше размер отражателя, тем больше света и, соответственно, данных, он может уловить и передать учёным для дальнейшего изучения.
Также стоит отметить, что данный космический телескоп находится далеко за пределами орбиты Земли — аппарат отправили на расстояние 1,5 миллиона километров от нашей родной планеты (так называемая «Вторая точка Лагранжа» или L2), чтобы ничего (включая Солнце) не мешало смотреть на космос. Если бы телескоп разместили ближе к Земле или направили в сторону Солнца, то тепловая сигнатура данных космических объектов мешала бы получать точные данные.
Кроме того, чтобы получать данные о космосе телескоп будет с первичного зеркала диаметром уже 6,5 метра — общая собирательная площадь этого зеркала в пять раз больше того, чем в своё время оснастили «Хаббл». А самым главным отличием «Уэбба» является то, что он «видит» в инфракрасном диапазоне, получая информацию, доступ к которой «Хабблу» даже и не снился.
Из-за этого, правда, доставить такие же красочные снимки галактик и далёких звёзд «Джеймс Уэбб» не поможет — доставленная информация может быть раскрашена учёными для большей визуальной ясности, но в целом снимки, полученные в ИК-диапазоне, больше пригодны для исследований, нежели для впечатления поклонников космоса. С другой стороны, инфракрасные волны способны пробиваться через космическую пыль и скопление газов, тогда как в видимом диапазоне увидеть их просто невозможно. И это, пожалуй, ключевое отличие нового телескопа от старого.
Где летают и цена ошибки
Проект «Джеймс Уэбб» несколько раз хотели отменить — и дело не только в том, что на него было потрачено 10 миллиардов долларов налогоплательщиков (в 20 раз больше первоначального бюджета), но и в том, что одна единственная ошибка может превратить всё это в ненужную груду металла в открытом космосе. Дело в том, что для получения достаточно точной информации телескоп должен работать при температуре практически абсолютного нуля — в данном случае атомы в окружающей космической среде практически прекращают своё движение, создавая идеальные условия для наблюдения за глубоким космосом. Более того, только при такой температуре «Уэбб» может свести на ноль свои собственные фоновые шумы, что тоже крайне важно для получения точных данных.
Учёные приняли решение, что идеальной локацией для размещения телескопа является точка L2 (вторая точка Лагранжа) — в данном случае телескоп будет находиться на расстоянии 1,5 миллиона километров от Земли, при этом он всегда будет расположен в тени нашей родной планеты. Благодаря этому (и огромному защитному экрану, составленному из нескольких слоёв) со стороны, направленной к Солнцу, температура будет составлять 85 °С, тогда как сторона, направленная в космос, будет охлаждена до -233 °С. Добиться такой низкой температуры, а без неё точность исследований будет крайне посредственной, можно только в этой точке L2, но с ней есть определённые проблемы. Точнее, проблема одна, но довольно серьёзная.
Суть проблемы в том, что «Уэбб» — необслуживаемый космический телескоп со сложнейшим механизмом раскрытия, который после отделения от грузового отсека ракеты-носителя починить или доработать уже не выйдет («Хаббл» приходилось ремонтировать несколько раз). Ведь современные космические корабли просто не могут доставить астронавтов к телескопу, даже если такая необходимость возникнет — пока что человечество летать так далеко от Земли не умеет. Получается весьма опасная ситуация — толку от телескопа не на точке L2 просто не будет, но, находясь там, «Уэбб» за космическую сумму денег в любой момент может выйти из строя без шансов на ремонт (есть внутренние ресурсы телескопа, но они могут решить лишь определённые трудности).
А ремонт, как показала история, вполне может понадобиться — тот же «Хаббл», который находится на орбите Земли, модернизировали и ремонтировали несколько раз, и только после этого он смог выполнять поставленную задачу эффективно. Если бы «Хаббл» находится вне зоны досягаемости NASA, то его можно было бы отключать буквально через пару лет после запуска — без апгрейда и ремонта он не смог бы выполнить прописанную программу исследований.
Машина времени в галактических масштабах
Пусть риски и велики, но итоговый результат слишком уж притягателен — благодаря телескопу «Джеймс Уэбб» учёные смогут заглянуть в прошлое, увидев экзопланеты, звёзды и галактики, которые были сформированы всего через 200 миллионов лет после Большого Взрыва, который дал начало нашей Вселенной. Полученная информация позволит изучить то, как выглядят самые старые звёзды, как они трансформировались с течением времени, какие у них характерные особенности и, что самое главное, как они формировались на заре существования Вселенной. Раньше, при «Хаббле», человечество могло изучать лишь звёзды, которые сформировались спустя 480 миллионов лет после Большого Взрыва.
Также учёные считают, что при большой доле везения благодаря «Уэббу» научное сообщество даже сможет своими глазами (образно выражаясь) увидеть то, как имеенно зарождаются звёзды в далёких галактиках — инфракрасные волны от термоядерного синтеза атомов новый космический аппарат тоже может уловить.
«Межзвёздная пыль, из которой состоят «Столпы творения» (самая известная фотография космоса, демонстрирующая огромных размеров скопления космической пыли и газов, в которых начинают формироваться первые звёзды), в инфракрасном диапазоне становится прозрачной. Благодаря новому телескопу мы сможем заглянуть внутрь неё, увидев, что там происходит. Своими глазами заглянуть туда, где рождаются новые звёзды, и рассмотреть их в мельчайших деталях», — заявила Хайди Хэммел, планетарный астроном (в том числе руководила миссией «Хаббла»).
Новый дом, до которого не добраться
Стоит сразу сказать, что почти любое исследование космоса так или иначе связано с желанием найти для человечества новый дом, который можно благополучно колонизировать. До Марса мы пока что ещё не долетели, да и отличий от Земли там достаточно много, чтобы эта миссия казалась скорее яркой идеей, чем реальным планом по расширению владений человека. Но создатели телескопа «Джеймс Уэбб» считают, что благодаря его возможностям «смотреть» сквозь пыль и газы, процесс поиска нового дома будет заметно ускорен. Есть даже мнение, что всего через три-четыре года учёным удастся найти планету, которая будет пригодна для жизни. У «Хаббла» такой возможности нет, так как оптика этого телескопа позволяет наблюдать за космосом исключительно в видимом спектре и лишь частично в инфракрасном — из-за этого видеть что-либо за столпами пыли и газов он не в состоянии.
Всё дело в том, что телескоп даёт возможность изучать состав атмосферы планет, которые вращаются вокруг своих собственных звёзд, прямо как Земля вокруг Солнца. И учитывая пространство, которое теперь будет доступно для изучения, шансов найти такую планету действительно много — если даже в нашей солнечной системе есть пара кандидатов, то во всей Вселенной, особенно в первых галактиках, их должно быть гораздо больше. Другое дело, что добраться до потенциального дома пока что невозможно — даже если учёным удастся обнаружить «Землю 2.0» с подходящей атмосферой, погодными условиями, притяжением и прочими параметрами, современные космические корабли даже за пределы нашей системы выбраться не могут, что уж говорить про далёкие галактики.
Это значит, что если оптимистичные прогнозы учёных сбудутся, то до конца десятилетия мы точно узнаем о существовании возможного нового дома. И хотя на нашем веку человечество новоселье точно праздновать не будет, кто знает, что будет с технологиями через 100-200 лет. Вполне вероятно, что открытия, сделанные «Джеймсом Уэббом» через три-четыре года, позволят через столетие действительно высадиться на планету, похожую на Землю.
Будущее астрономии на ближайшие 20-30 лет
Перед запуском «Джеймса Уэбба» астрономы со всего мира составили примерный план вопросов, на которые новейший космический телескоп должен дать ответы — так же было и с запуском «Хаббла». Естественно, в процессе изучения космоса предугадать всё невозможно, так что часть желанных вопросов останутся в дальнем ящике стола, но будут и открытия, о которых учёные пока что даже не подозревают. Например, при запуске «Хаббла» никто даже не думал, что Вселенная расширяется с ускорением, а ведь это открытие полностью изменило современную науку о космосе. И если верить астрономам, половина открытий «Хаббла» — случайность, которой не было в плане.
Это значит, что «Джеймс Уэбб» вполне может сделать невероятное открытие, которое повлияет на современные гипотезы, теории и общее понимание о космосе. Открытие, о котором даже и не мечтали создатели данного телескопа. И, в любом случае, этот телескоп является ведущим инструментом для исследования космоса на ближайшие двадцать-тридцать лет, пока человечество не создаст ещё один исполинский аппарат, который сможет заглянуть ещё дальше, в самое сердце Вселенной. Впрочем, и того, что уже есть сейчас, вполне предостаточно.
