Пятый телескоп

Автор: Maks Фев 7, 2022

Свершилось! Космический телескоп «Джеймс Уэбб», о котором так долго твердили в NASA, 25 декабря 2021 года был, наконец, запущен на орбиту. Пока на околоземную. Потом в течение четырех недель космический аппарат будет двигаться к «месту назначения», находящемуся на расстоянии 1,5 млн км от Земли (то есть в четыре раза дальше Луны), и там уже, на постоянной орбите, приступит к выполнению своих задач.

Между Солнцем и Землей

О новом телескопе говорили действительно долго — 25 лет. Его проект был принят в NASA в 1996 году. Назывался он тогда скромно — Космический телескоп нового поколения (Next Generation Space Telescope, NGST). Он должен был всего-навсего продолжить исследования, начатые самым эффективным в те времена «космическим трудягой» — орбитальным телескопом Хаббл.

Но шло время, у создателей NGST возникали все новые и новые идеи, а стоимость проекта, соответственно, увеличивалась. Главным образом потому, что для реализации грандиозных идей типа поиска внеземной жизни на экзопланетах, отзвуков Большого взрыва и сверхдальних скоплений галактик требовалось отправить телескоп подальше от Земли. Желательно в так называемую «точку Лагранжа L2 системы Земля — Солнце».

Благодаря хитрым законам небесной механики небольшое по массе небесное тело (скажем, космическая станция) может двигаться по стационарной орбите с минимальным расходом топлива, используя притяжение двух больших тел — Земли и Луны, Земли и Солнца и т.д. Эти местоположения в пространстве и называются точками Лагранжа. В системе Земля — Луна точка Лагранжа расположена на расстоянии 61 500 км, в системе Земля — Солнце — на расстоянии 1,5 млн км от Земли.

Для наблюдений за «очень дальним» космосом лучше, по целому ряду причин, выбрать точку Лагранжа системы Земля — Солнце. По мнению создателей телескопа, там проще производить точную настройку и калибровку сложнейшей аппаратуры. К тому же у них уже был опыт успешной отправки автоматов на столь дальние орбиты. На расстоянии в 1,5 млн км от Земли уже отработали свое телескопы «Планк» и «Гершель» и продолжают действовать «Гайя» и «Спектр-РГ». Телескоп NGST, получивший новое имя «Джеймс Уэбб», в честь одного из руководителей NASA, был бы там не первым, а пятым по счету.

Но только по счету. По размаху и грандиозности задач, по сложности и дороговизне аппаратуры «Джеймс Уэбб» стал совершенно уникальным проектом. Его организаторам поступило более тысячи (!) заявок на проверку астрофизических идей, требующих колоссального времени наблюдения — в несколько раз превышающего все запланированное время работы телескопа. И все заявки «первостепенной важности» для науки…

Плюс чисто технические проблемы доставки в точку Лагранжа, развертывания зеркал телескопа, автоматической настройки сверхчувствительной аппаратуры, защиты ее от солнечной радиации… И постепенное возрастание стоимости проекта от 600 млн до 9,7 млрд долларов.

Неудивительно, что преодоление всех препятствий, увенчавшееся 25 декабря 2021 года запуском с космодрома Куру, стало настоящим праздником для астрономов. А в канун нового года NASA порадовало всех заинтересованных лиц сообщением, что ракета с «Джеймсом Уэббом» не просто успешно стартовала, но и смогла на начальном этапе своего продвижения к точке Лагранжа неплохо сэкономить на топливе (и, соответственно, на деньгах американских налогоплательщиков).

Удача или точный расчет

Нет, деньги к налогоплательщикам не вернутся. Зато за счет экономии топлива телескоп сможет проработать в точке Лагранжа на несколько лет дольше. Если все пойдет хорошо и в дальнейшем ему будет так же «везти».

«Везение» же в первые часы начала миссии JWST (James Webb Space Telescope) было связано со следующими обстоятельствами.

Во-первых, точность запуска ракеты с телескопом превысила все ожидания (да, бывает и такое!). Из-за этого все необходимые коррекции траектории в пространстве заняли меньше времени и топлива. Первая коррекция, проведенная через 12 часов 30 минут после запуска, заняла всего час вместо ожидаемых трех часов. Вторая, через двое суток полета, была и вовсе молниеносной — всего девять минут вместо часа. В результате ракета получила дополнительную скорость (плюс 20 метров в секунду), а значит — очевидное преимущество в пути.

Экономия топлива крайне важна потому, что после запуска JWST не может быть дозаправлен. Никаким образом. Поэтому чем больше топлива, тем дольше миссия.

Во-вторых, чтобы телескоп выполнял свои функции, его аппаратура должна быть надежно защищена от солнечной радиации. Там, на расстоянии 1,5 млн км, телескоп не будет защищать «тень Земли», и потому необходим надежный солнцезащитный экран. Развертывание экрана в пространстве — одна из самых сложных и энергозатратных задач миссии, так что «лишнее» топливо пригодится как никогда.

Разработчики JWST надеются, что теперь, после выхода на орбиту около точки Лагранжа, экран будет развернут полностью, быстро и без проблем. Он будет всегда обращен к Солнцу, чтобы блокировать и тепло, и свет. Зеркала телескопа всегда должны быть очень холодными, чтобы улавливать самое слабое инфракрасное (тепловое) излучение Вселенной. В идеале их температура должна удерживаться на уровне минус 233 градуса по Цельсию, что лишь на 40 градусов выше температуры абсолютного нуля.

И в таком режиме «Джеймс Уэбб» сможет проработать не пять, как планировалось, а целых десять лет!

Астрономы не любят говорить о «везении» или «удаче», благодаря которой произошла столь серьезная экономия топлива. Но и приписывать всю заслугу точности своих расчетов и мастерству инженеров тоже побаиваются: как бы не сглазить. Поэтому восторги в СМИ по поводу успешного запуска JWST носят умеренный характер, а основное внимание уделяется вопросам, ответы на которые должен дать телескоп.

День рождения Вселенной

Космический телескоп «Джеймс Уэбб»А вот вопросы эти скромными никак не назовешь. Из тысячи с лишним заявок на наблюдения организаторы миссии, после долгих и тяжких споров, отобрали всего 286. Самых-самых важных для науки и тех, для которых важна именно удаленность от Земли.

Поскольку «Джеймс Уэбб» — инфракрасный телескоп, он и будет в первую очередь «ловить» слабое тепловое излучение.

Именно оно, не рассеявшееся в пространстве за миллиарды лет, может дать информацию о времени рождения и первых днях существования Вселенной. Пока «день рождения Вселенной» определяется с точностью в 60 млн лет (13,77 ± 0,06 млрд лет) — если, конечно, Вселенная родилась в результате Большого взрыва. Считается также, что первые звезды и галактики появились из протоматерии 400 млн лет спустя после Большого взрыва. Ученым очень хотелось бы узнать, что было до того, в промежутке между рождением Вселенной и образованием галактик, а обычным телескопам такое не под силу.

«Джеймс Уэбб» имеет также уникальные возможности поиска экзопланет (планет других звездных систем). Он может расширить область поиска и по дальности (до 15 световых лет от Солнечной системы), и по точности обнаружения планет, похожих на Землю. Наша планета небольшая и относительно нежаркая, так что для поиска ее «сестер» нужен именно инфракрасный телескоп. JWST сможет даже определять состав атмосферы таких планет, наличие кислорода и воды и прочие важные для образования жизни характеристики.

А еще к глобальным задачам телескопа относится изучение протопланетных дисков. Наша Земля образовалась из такого диска 4,5 млрд лет назад. У нас нет возможности отправиться в прошлое и посмотреть, как именно это происходило (как нет возможности отправиться к моменту Большого взрыва). Но все же между этими событиями есть, в контексте получения информации, огромная разница: рождение Вселенной произошло один раз, а планеты из протопланетных дисков рождаются постоянно. В разных уголках Вселенной. Там, где на свет появляется молодая звезда — там же, в большинстве случаев, вокруг нее формируется и протопланетный диск.

По результатам многолетней работы других телескопов «Джеймсу Уэббу» предоставлены координаты по меньшей мере десяти мест «активного звездо- и плането-образования». Нацелившись в эти участки звездного неба, телескоп сможет увидеть, как «появляются на свет» новые землеподобные планеты. Спектральный анализ позволит определить и химический состав протопланетных дисков, и содержание необходимых для будущей жизни элементов в самой новорожденной планете. Если она окажется действительно похожей на Землю, мы сможем на ее примере «увидеть», как формировалась наша планета.

И, наконец, часть драгоценного времени наблюдений будет потрачена на миры не столь отдаленные — спутники Юпитера и Сатурна. А именно, на Европу и Энцелад — миры, в которых совершенно определенно есть кислород и вода и которые уже давно «подозреваются» в наличии хотя бы примитивных форм жизни.

Точнейшая аппаратура JWST позволит получить изображения Европы в невиданном доселе разрешении: будут видны детали ее поверхности и самые крупные гейзеры. Анализ состава гейзеров даст, наконец, точный ответ о «жизнеспособности» этого спутника Юпитера. Что касается спутника Сатурна Энцелада, «портрет» его, в силу малых размеров и большей удаленности, получить не удастся; но уж молекулярный состав гейзеров будет изучен с высокой точностью.

Помимо всего прочего данные «Джеймса Уэбба» позволят решить вопрос о запуске к Европе и Энцеладу специальных зондов. Если вероятность существования жизни окажется неутешительной, то… Будем, как говорится в известном фильме, искать.

Ольга СТРОГОВА

  Рубрика: Гениальные изобретения 145 просмотров


https://zagadki-istorii.ru

Домой

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

*

SQL запросов:44. Время генерации:0,325 сек. Потребление памяти:8.99 mb