Хотя наиболее впечатляющими элементами конструкции James Webb Space Telescope является его гигантское зеркало и основная камера, работающая в инфракрасном свете, только ими приборы на борту не ограничиваются. Здесь также есть спектрограф, который может увидеть инопланетную жизнь, и камера среднего инфракрасного диапазона, способная обнаружить самые незаметные объекты Вселенной.
Спектрограф NIRSpec и поиск инопланетян
Хотя камера NIC и может выполнять роль спектрографа, на борту космической обсерватории James Webb есть прибор, который имеет гораздо больше оснований так называться. Речь идет о Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec). Для того чтобы понять, что собой представляет это чудо инженерной мысли, надо понимать, как обычно получают спектры астрономических объектов.
Для этого свет звезды пропускают сквозь узкую щель, чтобы образовался луч. Далее этот луч пропускают сквозь призму и получают «радугу», в которой и рассматривают линии. Но для этого источник света как-то нужно отделить от остальных. Поле зрения охватывает одновременно сотни звезд, и нет времени наводиться на каждую из них.
Инженеры решили этот вопрос следующим образом. NIRSpec состоит из сотни отдельных затворов, каждый из которых можно открывать вне зависимости от остальных. Благодаря этому можно практически одновременно получать сотни спектров звезд в высоком качестве.
И ученые нашли для NIRSpec не менее отличное применение. Именно это устройство будет искать признаки жизни в космосе, просматривая спектры звезд, в которых открыты экзопланеты. Если одна из них будет приходить между звездой и нами, то мы сможем увидеть спектр лучей, проходящих через атмосферу. И в этом спектре ученые будут искать линии, характерные для определенных веществ.
Эти вещества называются биомаркерами, потому что они либо свидетельствуют о пригодности планеты к жизни, похожей на земную, либо сами являются ее продуктами. К первым относятся кислород, азот и вода. Относительно других есть разногласия, потому что, например, метан и фосфин хотя и считаются биомаркерами, но могут образовываться и без участия живых организмов.
Есть и более сложные биомаркеры, такие как аминокислоты или пептиды. Они гораздо надежнее свидетельствуют о наличии жизни на планете, потому что в абиотических процессах обычно не образуются. И вот за ними James Webb будет охотиться особенно тщательно. В конце концов открыто уже около 10 тысяч планет, и, наблюдая их с помощью NIRSpec, обсерватория хотя бы на одной найдет следы примитивной жизни. А может быть, таких планет окажется сотни, и мы сможем гораздо увереннее сказать, насколько это явление распространено во Вселенной.
Mid-Infrared Instrument
Еще одним прибором, установленным на борту орбитальной обсерватории, является Mid-Infrared Instrument, или MIRI. Средний инфракрасный диапазон — это более короткие волны. Изображения у них не столь четкие, как у NIC, зато позволяют видеть объекты, излучение которых слабее.
В остальном же эта камера работает аналогично NIC. Она может снимать объекты через фильтры, проводить спектроскопию и использовать коронографы. Задачами этого прибора является определение красного смещения далеких галактик, изучение формирования отдаленных звезд, объектов пояса Койпера и комет. Интересно, что технические решения для этого прибора были в подлиннике разработаны компанией Raytheon для противотанкового комплекса Javelin.
Система точной наводки на объекты телескопа James Webb
Но для того, чтобы что-то разглядеть, нужно сначала знать, куда смотреть. Эта задача в конструкции телескопа возложена на датчик точного наведения FGS. По сути, это отдельный маленький телескоп с присоединенным к нему компьютером. В его памяти находятся спектры разных звезд.
FGS смотрит на окружающие звезды, сравнивает их спектры с хранящимися в его памяти и определяет, в какую же сторону сейчас направлен телескоп. В соответствии с этим принимается решение, что же должны изучать его основные инструменты.
Тепловой щит James Webb
Работа телескопа в инфракрасном спектре означает, что он может работать только при очень низких температурах. MIRI для работы вообще необходимо 7 градусов по Кельвину. Конечно, на телескопе есть система охлаждения, но основной способ его предохранения от ослепления солнечным излучением — солнечный экран.
Он состоит из пяти больших полотен полимера, покрытого зеркальным слоем. Каждый из них размером 21,1 х 14,6 м. Полимерные слои натянуты на раму один за другим и благодаря этому полностью закрывают все гигантское зеркало James Webb от солнечных лучей.
Старт телескопа и начало его работы
В 1997-м, когда проект создания телескопа James Webb только начинался, планировалось, что он будет запущен в 2007 году. Цена проекта тогда оценивалась в 500 млн долларов. Однако технические трудности оказались значительно сложнее, чем считалось вначале, и уже к 2000 году цена выросла более чем в три раза.
Но и это не помогло уберечь проект от торможения. Уже в 2005-м при расходах в три миллиарда долларов стало ясно, что раньше 2013 года аппарат на орбиту не запустят. Затем сроки неоднократно сдвигались, а цена росла.
Когда в 2021 году James Webb был все же отправлен в космос, его цена составила уже 10 млрд долларов, что примерно в 20 раз больше, чем планировалось изначально. Несмотря на это, проект все же завершился успешно. После вывода на орбиту телескоп направился к точке L2, где и будет работать.
Точками Лагранжа называются такие точки, где силы тяжести двух тел, например, Земли и Солнца, уравновешивают друг друга. В результате этого аппарату не приходится тратить топливо для коррекции орбиты. Точка L2 находится позади нашей планеты и всегда закрыта ею от Солнца.
В начале 2022-го James Webb добрался до точки назначения и начал тестировать свои системы. 3 февраля камера NIC получила первое тестовое изображение. Следующие несколько месяцев были посвящены подготовке всех приборов к работе.
James Webb стал одним из самых холодных объектов во Вселенной. Он успешно протестировал все свои камеры и спектрографы и смог проследить за небольшим астероидом. Даже попадание метеорита в его зеркало не помешало продолжить подготовку. И вот теперь он наконец-то готов к научным открытиям.
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
