Космический телескоп Джеймс Уэбб. Разбор | Портал о гаджетах и технологиях

Космический телескоп Джеймс Уэбб. Разбор

А вы знали что за последние 20-25 лет человечество узнало о космосе больше, чем за всю свою историю до этого? И все это благодаря новым технологиям в телескопах!

Если раньше мы представляли себе телескоп как просто большую трубку, в которую ученые смотрят на планеты нашей системы, то современные телескопы — это просто невероятно огромные строения, достигающие нескольких десятков метров в высоту и имеющие зеркала размером с поле для тенниса, и способные заглянуть в далекие уголки нашей вселенной!

Чего только стоит новый телескоп, который строят в Чили, он так и называется — “Чрезвычайно большой телескоп”.

Размер зеркала там будет больше, чем поле для баскетбола! А системы стабилизации и датчики нового поколения позволят получать невиданное ранее разрешение для наземных телескопов. Его, кстати, планируют запустить где-то в 2029 году.

Космический телескоп Джеймс Уэбб. Разбор

Но нам с вами не обязательно ждать 29-го года. Скорее всего мы уже очень скоро получим просто тонну новой информации о том, как устроена наша вселенная и о том как она зарождалась! Получим сотни красочных картинок различных туманностей и звездных систем, а возможно появятся косвенные доказательства существования жизни на других планетах! И поможет нам в этом новый телескоп имени Джеймса Уэбба. Это космический телескоп нового поколения, который уже в конце декабря этого должны запустить в космос!

Сейчас мы расскажем вам подробности и объясним почему этот телескоп, наверное, самое важное, что случалось в астрономии за последние годы и почему нам всем стоит следить за этим проектом гораздо внимательнее, чем за новыми iPhone!

При чем тут Хаббл?

Космический телескоп Джеймс Уэбб. Разбор

Зачем запускать телескопы в космос? На этот вопрос лучше всех отвечает телескоп имени Хаббла, который крутится довольно близко от Земли на орбите в 570 км, и одна занимательная история про него.

Однажды в середине девяностых ученые из NASA подумали, а что будет если его направить туда, где почти ничего не было видно? Что будет, если с огромным временем экспозиции, почти в 11 дней, посмотреть практически в абсолютную темноту, туда откуда не было никаких сигналов, в крошечный участок неба практически без звезд. В общем, направить его в абсолютную неизвестность?

Это история получения, пожалуй, самой известной фотографии, сделанной телескопом Хаббл, которая потрясла весь мир.

В этой абсолютной темноте обнаружились почти десять тысяч отдельных галактик, в каждой из которых миллиарды звезд! И все это обнаружилось в крошечном кусочке космоса всего в 1/13 000 000 от всей площади неба.

Космический телескоп Джеймс Уэбб. Разбор

This view of nearly 10,000 galaxies is called the Hubble Ultra Deep Field. The snapshot includes galaxies of various ages, sizes, shapes, and colours. The smallest, reddest galaxies, about 100, may be among the most distant known, existing when the universe was just 800 million years old. The nearest galaxies — the larger, brighter, well-defined spirals and ellipticals — thrived about 1 billion years ago, when the cosmos was 13 billion years old. The image required 800 exposures taken over the course of 400 Hubble orbits around Earth. The total amount of exposure time was 11.3 days, taken between Sept. 24, 2003 and Jan. 16, 2004.

Строить огромные телескопы на Земле — это круто, но на Земле есть атмосфера, а она очень сильно влияет на качество получаемых снимков, атмосфера искажает и рассеивает сигналы! Ну и конечно нельзя забывать про погоду, про смену времен года и прочие помехи!

Поэтому именно Хаббл совершил революцию в астрономии, позволив нам заглянуть очень далеко в глубины нашей вселенной! Он также нам позволил гораздо лучше понять планеты нашей солнечной системы!

Космический телескоп Джеймс Уэбб. Разбор

И если мы смогли так много увидеть и узнать с помощью телескопа Хаббл, с зеркалом диаметром “всего” 2,1 метра, то только представьте на что будет способен новый телескоп Джеймс Уэбб с диаметром почти в 6,5 метров, который будет летать совсем не около Земли!

Космический телескоп Джеймс Уэбб. Разбор

Его планируют отправить в так называемую точку Лагранжа 2, которая расположена в 1,5 миллионах км от Земли, в удалении от Солнца. Точнее телескоп будет крутиться вокруг этой точки.

Как создавался и собирался телескоп?

Итак, давайте посмотрим, что же вообще такое телескоп Джеймс Уэбб и как он создавался?

Космический телескоп Джеймс Уэбб. Разбор

Сама идея возникла еще в 1996 году, тогда же примерно и началась его разработка. Изначально его планировали запустить еще в 2007 году, однако проект оказался намного сложнее, чем о нем изначально думали и вот запускают только спустя почти 15 лет с изначальной даты пуска! Да и стоимость проекта, мягко говоря, выросла, с 500 миллионов долларов до почти 10 миллиардов! Неплохо так — почти в 20 раз!

Но просто представьте, что многие технологии для этого проекта были разработаны просто с нуля! И скорее всего эти деньги уже окупились или скоро окупятся за счет тех невероятных технологий, которые были разработаны в процесса создания этого гиганта!

Вспомните, что каждый такой космический проект очень часто открывает новые продукты, которые потом плотно входят в нашу жизнь — тефлон, WD40, ленты-липучки. Все это появилось только благодаря космосу и разработкам для него.

Почему гиганта? Потому что этот телескоп совсем не похож ни на что, что когда-либо создавалось человеком.

Космический телескоп Джеймс Уэбб. Разбор

Он просто огромный: длиной 21 метр и шириной в 14 метров, с огромным зеркалом в 6,5 метров! Формой он немного напоминает какой-то звездный разрушитель из Звездных Войн, и с этим самым зеркалом телескоп скорее похож на какую-то пушку как у Звезды Смерти!

Но такая форма выбрана естественно не случайно! Все дело в том, что приборы установленные на новом телескопе невероятно чувствительные. Насколько?

Настолько, что на таком же расстоянии, как от Земли до Луны, они способны уловить тепловое излучение от пчелы! Вы только подумайте, увидеть тепловую сигнатуру пчелы на расстоянии в 384 тысячи километров!

Такие чувствительные приборы позволят телескопу работать в диапазоне инфракрасных частот почти в десять раз большем, чем телескоп Хаббл: вплоть до длины волны в 28 микрометров!

Да ученым интересен именно ИК-диапазон, ведь он позволяет заглянуть в самые далекие уголки вселенной. В моменты зарождения галактик они излучают свет в ультрафиолетовом спектре, но пока волна летела до телескопа 13 миллиардов лет она растянулась. Этот эффект называется красным смещением. Именно ИК-спектр содержит самую интересную информацию для нас!

Но такая чувствительность приборов одновременно и проблема. Телескоп должен улавливать только те тепловые сигнатуры которые хочется и надо избежать попадания в детектор разных сигналов, например от Земли, Луны или Солнца, которое постоянно будет освещать наш телескоп! При этом Солнце все равно должно его освещать — ему же надо энергию откуда-то брать. Именно поэтому мы видим этот странный ромбовидный слоистый экран, который придает телескопу такую странную форму.

Космический телескоп Джеймс Уэбб. Разбор

Вообще эти экраны это отдельная тема. Они невероятно тонкие и легкие!

Первый экран, который будет непосредственно подвержен солнечному воздействию всего 0,05 миллиметра толщиной, а четыре других и того тоньше, всего 0,025 мм! Они сделаны из специального материала под названием Каптон, а покрыты сверху слоями алюминия всего в 100 нанометров толщиной!

Космический телескоп Джеймс Уэбб. Разбор

И нужно это, чтобы обеспечить правильную температуру работы телескопа о оборудования. Только представьте, что сторона телескопа будет нагрета до температуры более чем 120 градусов Цельсия, при этом пятый слой будет иметь температуру уже близко к -230 градусов Цельсия. Неплохой такой перепад почти в 350 градусов!

Космический телескоп Джеймс Уэбб. Разбор

Все, чтобы сверхчувствительные детекторы работали при нужных температурах и не улавливали ненужных сигналов.

Зеркала

Космический телескоп Джеймс Уэбб. Разбор

А что же с самим главным зеркалом? Почему оно такой странной формы, как медовые соты? Зачем это нужно?

Проблема в размере. С одной стороны мы хотим получить, как можно больше информации, а значит нужно настолько большое зеркало на сколько возможно, ведь оно улавливает гораздо больше света! Это так же как и с камерами ваших телефонов — чем больше матрица, чем больше света она улавливает. Но с другой стороны, на данный момент, в размерах мы ограничены возможностями современных ракет.

Ведь под обтекатель ракет совсем не все можно запихнуть, да и с весом тоже проблемы, когда нужно что-то запустить на расстояние в почти 1,5 миллиона километров от Земли — каждый грамм на счету! Поэтому ученые и придумали хитрую структуру зеркал.

Космический телескоп Джеймс Уэбб. Разбор

Во-первых, шестиугольники позволяют создать форму близкую к кругу, с минимальными зазорами между, а значит и с минимальными потерями сигнала. А во-вторых, ее можно сложить для запуска!

Поэтому их шесть, по три с каждой стороны, а общая система из восемнадцати зеркал складываются по бокам для запуска телескопа в космос.

С этими зеркалами вообще очень интересно. При разработке надо было создать абсолютно новое поколение зеркал, именно из-за ограничения по весу. Зеркало из алюминия, как в Хаббле не подходит — слишком тяжелое. Поэтому для Джеймса Уэбба разработали зеркала из Бериллия, одного из самых легких элементов в таблице Менделеева. Бериллий почти в 3 раза легче чем алюминий, он немагнитный и, что самое важное, он почти что не меняет своих размеров при охлаждении до криогенных температур. Помните ведь, что зеркало и детекторы будут работать при температуре около минус 230-ти градусов?

Так вот дополнительно они покрыли их очень тонким слоем золота, для улучшения отражающей способности в ИК-диапазоне. А поскольку это не цельное зеркало, а скорее система из зеркал, то для правильной фокусировки на сенсоре необходимо подстраивать каждое зеркало, и делать это очень и очень точно.

Для управления на зеркалах стоят 132 мотора, способные подстраивать их с точностью до нескольких микрон. В результате всех этих инженерных и научных решений получилось снизить массу зеркал на единицу площади почти в 10 раз! Каждый из 18 сегментов весит всего 20 кг!

Запуск и развертывание

Космический телескоп Джеймс Уэбб. Разбор

Конечно, самым волнительным будет запуск телескопа и его развертывание.

Сначала нужно перенести все нагрузки в виде жутких вибраций при запуске, оглушительного грохота больше чем в 140 дБ и длительных перегрузок! Потом телескоп должен, как бабочка из кокона, полностью раскрыться, после запуска на ракете Ариан-5. Солнечные панели, защитный экран, зеркала, рука со вторичным зеркалом — все детали должны сработать, как часы. Тут не получится как с Хабблом, если что — подлететь к нему и починить, тут нет права на ошибку!

Поэтому последние несколько лет все системы телескопа тестировались десятки раз. Ученым нужно быть уверенными, что все сработает. Бедный телескоп запихивали в огромные центрифуги, в специальные акустические и вибрационные камеры, при чем все это происходило в чистых комнатах! Для него даже построили специальную передвижную портативную чистую комнату на воздушной подушке!

Предназначение

Космический телескоп Джеймс Уэбб. Разбор

Теперь давайте поговорим, что, в теории, нам позволит увидеть и измерить новый телескоп, если запуск пройдет по плану и все будет хорошо.

Главная задача телескопа, как ни странно, посмотреть далеко в прошлое. Очень далеко. Он будет способен сфотографировать вселенную всего через несколько миллионов лет после большого взрыва! Это даст нам очень много ответов на вопрос о том, как формировались первые галактики и что вообще происходило тогда.

Вторая задача — это экзопланетология. Современные теории говорят о том, что в среднем вокруг каждой звезды во вселенной крутится по одной экзопланете, но знаем мы о них очень мало. Новый телескоп позволит изучать экзопланеты с температурами даже около 30 градусов Цельсия, то есть такие как наша Земля!

Кроме того с помощью специальных спектрометров можно будет изучать протопланетные диски вокруг звезд. Это даст нам гораздо больше понимания о том как формируются планеты и их спутники!

Ну и пожалуй самое будоражащее это конечно спектроскопия экзопланет и поиск признаков жизни, то есть различных биосигнатур, по анализу атмосферы планет! Он способен находить метан, углекислый газ или воду!

Космический телескоп Джеймс Уэбб. Разбор

Мы тут почти не рассказали вам о самих датчиках, ролик и так получился длинный, а там тоже очень много чего интересного! Давайте соберем на этом ролике, по традиции, 25 тысяч лайков, и уже после запуска телескопа мы расскажем вам о том, какую новую революцию совершили ученые в процессе создания новых сенсоров для этого телескопа и как они научились блокировать даже отдельные пиксель с помощью микрозатворов!

Выводы и будущее

Космический телескоп Джеймс Уэбб. Разбор

Уже очень скоро, а именно 22 декабря, когда назначен запуск телескопа, наступает самый важный этап в этой миссии. И когда все пройдет хорошо и телескоп успешно прибудет в точку Лагранжа Л2, мы с вами скорее всего будем получать просто тонны информации! О нашем прошлом, о том как формировалась Земля, наша галактика — Млечный путь — и как в целом формировалась наша вселенная!

Скорее всего мы сможем рассуждать и о будущем — во-первых мы наконец-то получим очень сильный инструмент в изучении других миров и понимании того, как функционируют другие планеты окружающие нас, а возможно сможем найти косвенные признаки жизни!

Жаль конечно, что в отличие от своего прародителя Хаббла, который уже верой и правдой служит нам больше 30 лет, срок службы телескопа Уэбб ограничен топливом и максимум десятью годами, но мы уверены, что и за это время он откроет нам новые и неизведанные миры!

Космический телескоп Джеймс Уэбб. Разбор

А NASA тем временем уже обсуждает телескоп следующего поколения, но с такой же концепцией! Только размер зеркала там планируется уже почти 12 метров! А запуск, кстати, в теории планируется на Starship от SpaceX. В общем, смотрим в будущее и надеемся что у них все получится!

Post Views:
272