Космический телескоп «Джеймс Уэбб¶

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (James Webb Space Telescope, JWST) — орбитальная инфракрасная обсерватория, предназначенная для наблюдений в диапазоне длин волн от 0,6 до 28,5 мкм. Аппарат является совместным проектом NASA, Европейского космического агентства (ESA) и Канадского космического агентства (CSA) и служит научным преемником космического телескопа «Хаббл». Запущенный 25 декабря 2021 года, телескоп размещается в точке Лагранжа L2 системы Солнце—Земля на расстоянии около 1,5 млн км от Земли.

¶История создания

Разработка JWST началась в 1996 году, когда NASA инициировало программу Next Generation Space Telescope (NGST). В 2002 году проект получил название в честь Джеймса Уэбба, второго администратора NASA, руководившего агентством с 1961 по 1968 год в период программы «Аполлон».

Первоначально запуск планировался на 2007 год с бюджетом около 1 млрд долларов. Однако из-за технической сложности и многочисленных задержек стоимость проекта выросла до 10 млрд долларов, а дата старта неоднократно переносилась. Сборка телескопа велась в Центре космических полетов Годдарда, ключевые элементы создавались в Калифорнии, Колорадо и Европе. Запуск состоялся 25 декабря 2021 года с космодрома Куру во Французской Гвиане с помощью ракеты-носителя «Ариан-5». После месяца перелёта телескоп достиг точки L2, где в течение полугода проводилось развёртывание и юстировка оптической системы.

¶Конструкция и устройство

JWST представляет собой трёхзеркальный анастигмат системы Кука с главным зеркалом диаметром 6,5 метра. Зеркало состоит из 18 шестиугольных сегментов из бериллия, покрытых тонким слоем золота для улучшения отражения инфракрасного излучения. Общая площадь собирающей поверхности составляет 25,4 м².

Ключевым элементом обсерватории является пятислойный солнцезащитный экран размером 21×14 метров. Он изготовлен из полиимидной плёнки каптон и обеспечивает охлаждение инструментов до рабочих температур: до 40 К (−233 °C) для приборов ближнего инфракрасного диапазона и до 7 К (−266 °C) для среднего инфракрасного диапазона.

Научная аппаратура включает четыре основных инструмента:

• NIRCam (камера ближнего инфракрасного диапазона) — основной прибор для получения изображений и коронографических наблюдений;
• NIRSpec (спектрограф ближнего инфракрасного диапазона) — позволяет получать спектры до 100 объектов одновременно;
• MIRI (прибор среднего инфракрасного диапазона) — камера и спектрограф, работающие при самых низких температурах;
• FGS/NIRISS (датчик точного наведения и прибор для визуализации в ближнем инфракрасном диапазоне) — обеспечивает наведение и выполняет спектроскопические наблюдения.

¶Научные задачи

Основные направления исследований JWST включают:

• Наблюдение первых галактик — телескоп способен фиксировать свет объектов, существовавших через 100–250 млн лет после Большого взрыва, благодаря сильному красному смещению в инфракрасную область спектра;
• Изучение формирования звёзд и планетных систем — инфракрасное излучение проникает сквозь газопылевые облака, где происходит рождение светил;
• Исследование экзопланет — методом транзитной спектроскопии телескоп анализирует состав атмосфер планет у других звёзд;
• Изучение эволюции галактик — наблюдение слияний и взаимодействия галактик на различных этапах развития Вселенной;
• Исследование объектов Солнечной системы — наблюдение планет, их спутников, астероидов и объектов пояса Койпера.

¶Первые результаты

Первые научные снимки были опубликованы 12 июля 2022 года. Среди них — глубокое поле SMACS 0723, показывающее тысячи галактик в скоплении, находящемся на расстоянии 4,6 млрд световых лет. Изображение туманности Киля и Квинтета Стефана продемонстрировало возможности телескопа в детализации структур звёздообразования.

В августе 2022 года JWST обнаружил самую далёкую из известных на тот момент галактик — JADES-GS-z13-0 с красным смещением z=13,2, что соответствует возрасту Вселенной около 320 млн лет. В 2023 году телескоп зафиксировал молекулы углекислого газа в атмосфере экзопланеты WASP-39b, а также водяной пар в атмосфере планеты GJ 486 b.

В январе 2023 года наблюдения показали наличие органических молекул в протопланетном диске молодой звезды. В 2024 году JWST предоставил данные о кандидатах в самые ранние галактики, существовавшие через 200 млн лет после Большого взрыва, что поставило под сомнение некоторые модели ранней эволюции Вселенной.

¶Ограничения и проблемы

В отличие от «Хаббла», JWST не рассчитан на обслуживание астронавтами: он находится слишком далеко от Земли. Срок службы ограничен запасом топлива для коррекции орбиты и составляет ориентировочно 10–20 лет. В ходе эксплуатации возникали отдельные технические неполадки: в 2022 году зафиксированы микроудары по сегментам зеркала, а в 2023 году — сбой в работе датчика режима MIRI, который был устранён переключением на резервный канал.

¶Международное сотрудничество

Проект распределён между агентствами: NASA отвечает за запуск, общее управление и инструменты NIRCam и NIRSpec; ESA предоставило ракету-носитель, инструмент NIRISS и спектрограф MIRI; CSA — датчик точного наведения. В обмен на вклад ESA европейские учёные получили гарантированное время наблюдений в размере 15 % от общего бюджета времени телескопа.

¶Значение для астрономии

JWST открыл новую эру наблюдательной космологии. Возможность регистрировать инфракрасное излучение с высокой чувствительностью позволяет изучать процессы, недоступные наземным телескопам из-за поглощения излучения атмосферой Земли. Данные телескопа используются для проверки космологических моделей, изучения химической эволюции Вселенной и поиска биосигнатур в атмосферах экзопланет. Все научные данные JWST становятся общедоступными через архив MAST после завершения периода эксклюзивного доступа исследователей.