Как он поможет изучить эволюцию Вселенной. Зачем нужен телескоп «Джеймс Уэбб» и какие открытия с его помощью надеются сделать ученые.

Почему у телескопа такая конструкция

«Джеймс Уэбб» похож на все современные телескопы. Главная часть телескопа — это зеркало, которое собирает свет и направляет его в фокус, где стоит приемник, который регистрирует полученные данные. Телескоп с трубой — это что-то из времен Галилея. Труба нужна, чтобы ничто извне не мешало сбору света.

ФОТО: 3D-модель космического телескопа Джеймса Уэбба с полностью развёрнутыми компонентами / NASA

А если телескоп, допустим, находится в темной башне или тем более в космосе, со стороны ему мало что мешает, поэтому можно обойтись и без трубы. Золотая сота или блюдце, которое можно увидеть на всех фотографиях, — это как раз зеркало телескопа. Поскольку оно очень большое, его собрали из нескольких более мелких кусочков. Зеркало сделано из позолоченного бериллия — эти материалы выбраны, чтобы оно хорошо отражало свет и собирало его в одну точку.

Зачем нужен «Джеймс Уэбб», если уже есть «Хаббл»

«Хаббл» — заслуженный телескоп, он в космосе уже 30 с лишним лет. Это большой возраст, из-за этого, во-первых, что-то уже начало ломаться, во-вторых, он идейно устарел. Кроме того, зеркало «Джеймса Уэбба» в несколько раз больше, чем зеркало «Хаббла», — 6,5 метров против 2 метров. Чем больше зеркало, тем больше света оно собирает, тем более мелкие объекты мы можем наблюдать. Поэтому запуск телескопа «Джеймс Уэбб» действительно дает нам надежду на новые астрономические открытия.

«Джеймс Уэбб» и точка Лагранжа

«Хаббл» находится на околоземной орбите, «Джеймс Уэбб» отправится гораздо дальше — в точку Лагранжа, которая находится в 1,5 млн километров от Земли. Точка Лагранжа сейчас очень популярное место, в ней уже летают отечественный телескоп «Спектр-РГ», запущенный три года назад, и европейский телескоп GAIA, который с высокой точностью измеряет положение звезд и расстояние до них. Точка Лагранжа — это место, где уравновешивается гравитация от Земли и Солнца, благодаря этому телескоп может не летать вокруг Земли, не летать вокруг Солнца, а оставаться в устойчивом положении. Поэтому с ним очень удобно связываться, а также разрабатывать стратегию наблюдений.

Особенность земной атмосферы в том, что она поглощает излучение в определенных частях спектра. Например, в инфракрасной области поглощение просто чудовищное — перекрываются целые диапазоны, и наблюдение возможно только через ограниченное число окон прозрачности. Если мы хотим наблюдать непрерывный спектр в инфракрасном диапазоне, надо выводить телескоп за атмосферу.

«Джеймс Уэбб» ориентирован как раз на наблюдение в ближней инфракрасной области. Если вы посмотрите ночью на небо, вы увидите множество звезд, которые светят в оптической области спектра. Если у вас хорошее зрение или бинокль, вы увидите туманность Андромеды, в оптической области спектра ее также превосходно видно.

Туманность Андромеды — ближайшая к нам галактика. По закону Хаббла, скорость удаления от нас галактики связана с расстоянием до нее. Это линейная связь: чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется от нас. И есть эффект Доплера, который связывает сдвиг излучения со скоростью удаления галактики: чем выше скорость, тем дальше в красную сторону спектра сдвинуто излучение. Поэтому самые далекие галактики хорошо видны в красной или даже инфракрасной области спектра и плохо видны в оптической. То, что «Джеймс Уэбб» ориентирован на наблюдение в ближней инфракрасной области, означает, что с его помощью мы сможем увидеть очень далекие галактики.

Какие открытия может сделать «Джеймс Уэбб»

Основная задача, ради выполнения которой разрабатывался этот телескоп, — наблюдение очень далеких галактик. Сейчас с помощью различных ухищрений мы видим галактики до красного смещения 10. Это очень большой сдвиг и очень далекие расстояния. Мы выяснили, что на красном смещении 10 галактики уже существуют, но ученым хочется увидеть эпоху, когда галактики только начали образовываться, а для этого нужно посмотреть еще дальше, заглянуть за красное смещение 20, 30, 40. Главная цель, для которой разрабатывался телескоп «Джеймс Уэбб», — заглянуть в самые далекие, самые ранние эпохи Вселенной, когда галактики только начинали образовываться.
ФОТО: Телескоп Джеймс Уэбб / images.nasa.gov / NASA Goddard

Чем больше расстояние, тем больше времени требуется, чтобы свет его прошел. Поэтому, когда мы наблюдаем галактику на большом расстоянии от нас, мы наблюдаем ее в прошлом: свет мог идти до нас миллиард, пять миллиардов, десять миллиардов лет, и галактика за это время постарела, а мы видим ее еще молодой. Чем на большее расстояние мы можем заглянуть, тем более ранние эпохи в жизни галактик мы видим и можем наконец поймать ту эпоху, когда галактики только-только родились. А это уже задача изучения эволюции Вселенной — мы поймем, как она развивалась.

Поможет ли «Джеймс Уэбб» найти пригодную для жизни планету

В космосе мы можем наблюдать объекты в более высоком разрешении, которые на Земле размывает дрожание атмосферы. Наблюдение из космоса позволяет видеть самые компактные объекты во всех деталях, например экзопланеты. Это холодные объекты, они сами не производят излучение, только отражают его. Поэтому их также изучают в инфракрасной области спектра, и «Джеймс Уэбб» хорошо для этого подходит.

Сейчас ученые ищут планеты у других звезд, составляют статистику: какого они размера, какая у них температура. Но это начальный этап исследования возможности зарождения жизни на других планетах, мы пока не разделяем небесные тела по этому признаку. Какие условия должны быть на планете, чтобы на ней можно было надеяться найти цивилизацию, — это сложный вопрос.

Вселенная Космос Телескоп Ученые Факты