Великий вибух та позаземне життя: навіщо запущений найбільший орбітальний телескоп
25 грудня на орбіту відправився космічний телескоп «Джеймс Вебб», який повинен прийти на зміну «Хабблу», що стрімко старіє. Це найбільша і найскладніша орбітальна обсерваторія в історії. Новому інструменту належить вловити світло перших зірок Всесвіту і, можливо, знайти планети.
Різдвяний подарунок
На запуск нового орбітального інфрачервоного телескопа астрономи чекали 25 років. За діаметром дзеркала – 6,5 м – “Джеймс Вебб” (James Webb Space Telescope, JWST) набагато перевершує свого попередника. Знаменитий «Хаббл» став епохою в астрономії, але вчені вже незабаром після його запуску в 1990 році задумалися про наступний, ще досконаліший інструмент. 1996-го експерти вирішили, що новий орбітальний телескоп повинен мати дзеркало діаметром понад 4 м (у «Хаббла» 2,4 м) і працювати в інфрачервоному діапазоні.
Чому саме в інфрачервоному? По-перше, багато космічних об’єктів (наприклад, комети, астероїди і планети) не випромінюють власного світла, але випромінюють інфрачервоні (ІЧ) хвилі. По-друге, це випромінювання легше проходить крізь хмари газу та пилу. По-третє, світло найдальших галактик перетворилося на ІЧ-хвилі через розширення Всесвіту.
Нарешті, у 1990-х роках у телескопобудуванні почалася епоха адаптивної оптики, що усуває розмиття зображень атмосферою Землі. Через це виводити в космос великі оптичні телескопи стало невигідно: на поверхні планети можна за менші гроші спорудити більш разючий інструмент. Наприклад, вартість телескопа ELT з 39-метровим дзеркалом, що будується в Чилі, оцінюється в €1,3 млрд — чи не вдесятеро менше, ніж у «Уебба». А ось в інфрачервоних променях із Землі спостерігати важко, атмосфера сильно поглинає їх. Отже, якщо вже витрачати час та кошти на створення орбітального інструменту, то краще за інфрачервоний, ніж оптичний. До речі, про гроші та терміни. Спочатку JWST планували запустити у 2007 році, витративши $500 млн. Насправді виготовлення деталей телескопа стартувало лише у 2004-му, а у 2013 році розпочався тривалий етап складання та випробувань. Внесок NASA у проєкт склав $9,7 млрд, з яких $861 млн виділено на перші п’ять років спостережень, а решта витрат припала на розробку, виготовлення та тестування апарату. Європейське та Канадське космічні агенції, що розробили важливі системи «Вебба», витратили €700 млн і 200 млн канадських доларів відповідно.
Зрив термінів та багаторазове перевищення кошторисів не дивні, коли йдеться про інструмент такого класу. «Вебб» — справжнє диво техніки, і багато використаних технологій було створено спеціально для нього.
Так, по діаметру дзеркала інструмент далеко перевершує всі оптичні або інфрачервоні телескопи, що колись виводилися на орбіту. Звичайно, були радіотелескопи з великими дзеркалами, але порівнювати їх некоректно: у радіодіапазоні радикально нижчі вимоги до якості дзеркала. Щоб укластися в обмеження по масі, інженери зробили дзеркало JWST удесятеро легше на одиницю площі, ніж у «Хаббла». Мало того, цю 6,5-метрову махину довелося робити у вигляді сегментів, інакше габарити апарату вийшли б за допустимі при запуску межі. Вісімнадцятьма сегментами дзеркала управляють 132 мікромотори, що виставляють їх у потрібне положення з мікронною точністю. До речі, щоб дзеркало не випускало власних інфрачервоних променів, воно працюватиме за температури нижче -223 °C. Оскільки виготовляли його за кімнатної температури, деталі довелося робити «неправильними», щоб вони стали на свої місця, коли деформуються від холоду. І, між іншим, сонячна сторона космічного апарату нагріватиметься до +110 °C, так що творцям телескопа довелося добряче попрацювати над теплозахисним екраном (теж складним). Він послаблює потік сонячного тепла у мільйон разів.
Темні таємниці та перше світло
Заради чого було зроблено ці титанічні зусилля? Насамперед «Вебб» дозволить нам зазирнути до часів утворення перших зірок та галактик. Всі великі галактики, у тому числі й наша, більш-менш ровесники Всесвіту. Але за майже 14 млрд років, що минули після Великого вибуху, їхній вигляд змінився до невпізнанності. Щоб зазирнути в минуле, потрібно спостерігати найдальші «зіркові острови», промені яких добиралися до Землі понад 13 мільярдів років. Ми побачимо їх у момент, коли вони почали випромінювати світло – новонародженими. Щоправда, через розширення Всесвіту це світло перетворилося на інфрачервоні хвилі, і це якраз робота для «Вебба».
Завдяки великому дзеркалу та новітнім приймачам випромінювання JWST має безпрецедентну для інфрачервоних телескопів здатність розрізняти тьмяні об’єкти та тонкі деталі зображення. Тому ми можемо буквально побачити народження галактик і вперше в історії вловити світло першого, давно згаслого покоління зірок. Можливо, вдасться розглянути і зародження надмасивних чорних дірок, таємниця походження яких давно розбурхує вчених.
Втім, загадок вистачає і в ближчих куточках космосу. Найбільш хвилюючі – природа темної матерії та темної енергії. Детальні портрети численних галактик і карти їхнього розподілу, складені «Веббом», повинні пролити нове світло на ці темні таємниці, а заразом на еволюцію галактик і Всесвіту як цілого.
Є у «Вебба» справи й в околицях Сонця. Тут його єпархією стануть планети, супутники, комети, астероїди та холодні крижані тіла за орбітою Нептуна. Спостерігати останні дуже важко, і безпрецедентна чутливість JWST повинна допомогти скласти перші скільки-небудь докладні карти околиць Сонячної системи. Не виключено, що завдяки Веббу буде виявлена гіпотетична дев’ята планета.
Однак усі хвилюючі відкриття ще попереду. Зараз телескоп має перелетіти у другу точку Лагранжа в 1,5 млн км від Землі, звідки він і спостерігатиме Всесвіт. Така орбіта зручна тим, що до об’єктива чутливого інструменту ніколи не потраплять ні Сонце, ні Місяць. Потім космічній обсерваторії потрібно буде перевірити та налаштувати обладнання. Очікується, що «Вебб» розпочне спостереження через пів року після запуску.
