Космический телескоп Джеймс Уэбб JWST

                Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST).
 
 
         Самый первый телескоп сконструировал Галилео Галилей в 1609 г. Изоб-ретение великого итальянца представляло собой усовершенствованную голландскую подзорную трубу, в которой для фокусирования света используется система линз - объектив. Так как свет, проходя через линзы, преломляется, то есть, проявляется «рефракция», такие телескопы назвали «рефракторами». Самый крупный космический телескоп «Джеймс Уэбб» JWST с самым большим зеркалом (сегментированное зеркало общим диаметром 6,5 метра, однако крупнейшее монолитное зеркало остаётся у телескопа Гершель 3,5 м.) из когда-либо запущенных человечеством. Первоначально он назывался «Космический телескоп нового поколения» (NGST). В 2002 г. переименован в честь второго руководителя НАСА Джеймса Уэбба (1906-1992 г.), возглавлявшего агентство в 1961-1968 г., во время реализации программы «Аполлон». Было решено сделать первичное зеркало телескопа не цельным, а из складываемых сегментов, которые будут раскрыты на орбите, так как диаметр первичного зеркала не позволил бы его разместить в ракетоносителе «Ариан-5». Первичное зеркало телескопа «Джеймс Уэбб» является  сегментированным и состоит из 18 шестиугольных сегментов, изготовленных из позолоченного бериллия, размер каждого из сегментов составляет 1,32 м. от ребра до ребра, которые вместе объединяются в одно зеркало общим диаметром 6,5 м. Это даёт телескопу площадь сбора света примерно в 5,6 раза больше, чем у зеркала телескопа Хаббл диаметром в 2,4 м., с площадью собирающей поверхности 25,37 кв. м. В отличие от Хаббла, который ведёт наблюдения в ближнем ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном (0,1-1,0 мкм.) спектрах, телескоп «Джеймс Уэбб» ведёт наблюдения в более низком диапазоне частот, от длинноволнового видимого света (красный) до среднего инфракрасного (0,6-28,3 мкм.). Это позволяет ему наблюю-дать наиболее далёкие объекты во Вселенной, объекты с большим красным смещением (первые галактики и звёзды во Вселенной), которые слишком старые, слабые и далёкие для телескопа Хаббл. Телескоп защищён 5-слойным тепловым экраном, позволяющим поддерживать температуру зеркала и приборов ниже 50 K (;223 °C), поэтому телескоп размещён на гало-орбите в точке Лагранжа L2 системы Солнце - Земля, в 1,5 млн. км. от Земли. Экран защищает его от нагревания Солнцем, Землёй и Луной одновременно. Размещение телескопа в космосе даёт возможность регистрировать электромагнитное излучение в диапазонах, в которых земная атмосфера непрозрачна, в первую очередь - в инфракрасном диапазоне. Благодаря отсутствию влияния атмосферы разрешающая способность телескопа в 7-10 раз больше, чем у аналогичного телескопа, расположенного на Земле. Гало-орбита - это периодическая трёхмерная орбита возле точек Лагранжа в задаче трёх тел орбитальной механики. Точки Лагранжа – это точки в системе из двух массивных тел, в которых третье тело с малой массой, на которое действует только гравитационные силы со стороны двух первых тел, может оставаться неподвижным относительно этих тел. Когда Земля вращается вокруг Солнца, Уэбб будет вращаться вокруг нее, но останется неподвижным в том же месте относительно Земли и Солнца. В проекте приняло участие 17 стран, во главе которых стоит НАСА, с клад-ом Европейского и Канадского космических агентств. Разработка JWST велась 25 лет, сопровождаясь многочисленными проблемами и скандалами. Ориентировочная стоимость проекта составляет 10 млрд. долларов, которая будет расти по мере эксплуатации телескопа. 25 декабря 2021 г. телескоп был успешно запущен с космодрома Куру при помощи ракеты «Ариан-5». Научные исследования начались летом 2022 г. (Л1)




                - 2 -

      
           Космический телескоп «Джеймс Уэбб с самым большим сегментированным
           зеркалом общим диаметром 6,5 метра, вторичное зеркало отражает излуче-
           ние в камеру телескопа и удерживается на месте над основным зеркалом.

      
         Расположение телескопа в космосе среди Солнца, Земли и Луны.
         В середине 2022 г., начав работать, телескоп сделал ряд сенсационных открытий: изображение скопления галактик SMACS 0723, находящегося на расстоянии 4,6 млрд. световых лет от Земли; заснял остаток большого взрыва во Вселенной на расстоянии 65000 световых лет от Земли. Он может разглядеть Вселенную, что было 13,6 млрд. световых лет тому назад (световой  год равен 9,5 трил. км. или 63242 земным годам. ), чтобы увидеть первые галактики, рожденные после Большого взрыва. Вселенная настолько велика, что практически невозможно осознать ее размеры и масштабы. Диаметр 13 млрд. световых лет видим для нас, поэтому неудивительно, что в нем так много необычных объектов. Телескоп способен рассмотреть рождение экзо-планет (внесолнечные планеты, находящиеся за пределами Солнечной системы, по условиям жизни похожие на нашу Землю), а также показать из чего


                - 3 -

они состоят и как движутся в космосе. Солнечная система только сформировалась - 4,6 млрд. лет назад. Эти данные уже помогают в изучении состава атмосферы планет, которые находятся в сотнях световых лет от Земли. Телескоп Джеймса Уэбба (JWST) обнаружил более тысячи галактик в раннем Вселенной, которые очень похожи на Млечный Путь. Эти галактики имеют форму, которая напоминает деформированный диск. Также телескоп обнаружила галактику, сформировавшуюся на начальном этапе развития Вселен-ной,  спустя всего 400 млн. лет после Большого взрыва и обнаружил  также  систему звёздных скоплений, появившуюся спустя всего 235 млн. лет с момента возникновения нашей Вселенной. Самые удаленные объекты Вселенной видны только в инфракрасном диапазоне. Необработанные изображения с телескопа, собранные по технологии JWT (позволяет анализировать атмосферы экзопланет, похожих на Землю) обрабатывается специальной командой лучше видны в инфракрасном диапазоне. Телескоп захватывает лишь самый длинноволновой край оптического диапазона, и видит в основном в ближнем и среднем инфракрасном диапазонах, где становятся видны очень далекие галактики, а также газовые облака и области звездообразования. Хотя, суммарное время экспозиции для данного снимка - 12,5 часов и используется 4 фильтра. У телескопа «Хаббл» затратил бы на  съемку глубокого поля недели. Значит детализация в инфракрасном диапазоне у «Джеймса Уэбба» лучше. Помимо самого снимка были опубликованы спектры, полученные для некоторых самых тусклых галактик, найденных на нем. Свет от них шел до Земли от 11,3 до 13,1 млрд. лет. Увидели Юпитер на двух разных длинах волн - 2,12 (фильтр F212N) и 3,23 микрометров (фильтр F323N). «Видит» космос в инфракрасном и ближнем инфракрасном диапазоне. Этот "свет" не виден человеческому глазу. (Л2)
         Инфракрасная фотография это техника фотосъемки, в которой используют чувствительные к инфракрасному спектру пленку или матрицу. ИК-изображения отличаются от обычных контрастностью и особой цветовой гаммой. Человеческий глаз устроен так, что способен воспринимать только узкий его диапазон.    
               
                Спектр света это часть спектра электромагнитного излучения.
         Человек не видит инфракрасный спектр, длины волн которого находятся в интервале от 700 нанометров до 1 миллиметра. Матрица цифровой камеры и пленка способны записать только ближнее ИК-излучение (700–900 нанометров), но при этом остаются чувствительные и к видимому свету. Поэтому фотографы дополнительно используют светофильтры.
               
                - 4 -

               
    Так выглядит нормальное изображение (слева) и в инфракрасном варианте (справа).
         Наша атмосфера в наименьшей степени рассеивает инфракрасное излучение, ИК-фотография нашла широкое распространение с выпуском ИК-фотопленки для астрономии. Также используют светофильтры, которые пропускают только определенные длины волн, отсекая остальную часть спектра. Цветное изображение, воспринимаемое человеческим глазом, имеет длину волны в пределах от 0,38 мкм (фиолетовый цвет) до 0,74 мкм (красный цвет). Пик чувствительности глаза приходится, как известно, на зеленый цвет, имеющий длину волны примерно 0,55 мкм. Диапазон волн с длиной менее 0,38 мкм называют ультрафиолетовым, а более 0,74 мкм (и до 2000 мкм)  инфракрасным. Напомним, что телескоп «Джеймс Уэбб» ведёт наблюдения в ближнем ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном  (0,1-1,0 мкм.) спектрах. Работает он также и в более низком диапазоне частот, от длинноволнового видимого света (красный) до среднего инфракрасного (0,6-28,3 мкм.). (Л3)
         Однако, некоторые учёные мира критикуют надобность и полезность  такого телескопа и относят его к типичному проекту "Big Science", т.е. дорогостоящим правительственным проектам, часто со связями с военными технологиями, где научная ценность наблюдений не соответствует астрономической цене проекта. Вместо этого на данные средства можно было бы реализовать много других научных проектов с более ценными результатами. Ожидаемые результаты открытия экзопланет и признаков жизни могут не состоятся, т.к. модели анализа данных не соответствуют его реальной точности измерений, поэтому результаты могут больше ограничиваться не более чем красивыми фото и  только.
         Расчетный срок службы «Джеймса Уэбба» меньше, чем сроки его создания. Телескоп должен проработать минимум пять с половиной лет, а через 10 лет после запуска у него подойдут к концу запасы топлива, а значит он потеряет способность поддерживать устойчивую гало-орбиту вокруг точки Лагранжа. Что будет с телескопом потом, еще не определено, но его могут, например, вывести на гелиоцентрическую орбиту, где он останется навсегда в отключенном состоянии, как это было с инфракрасным телескопом «Гершель». При этом астрономы надеются, что техническое состояние «Хаббла» позволит двум телескопам работать совместно хотя бы несколько лет.
                Литература.
         1.Космический телескоп «Джеймс Уэбб»  JWST. Орбитальная инфракрас-
          ная обсерватория. (https://ru.wikipedia.org/ wiki/Джеймс_Уэбб_
          телескоп).
         2.Любовь Соковикова «Революция в астрономии: космический телескоп
            Джеймс Уэбб отправил на Землю первые снимки». Hi-news.ru. 13.07.2022
          
                      3.Википедия. Инфракрасная фотография. (https://ru.wikipedia.org/
           wiki/Инфракрасная_фотография)
                Материал подготовил Львов Ю.М.     11.11.2014