Правообладатель иллюстрации NASA Image caption С октября прошлого года научные приборы телескопа проходят испытания в вакуумной камере Центра Годдарда
Работа по подготовке к запуску преемника орбитального телескопа "Хаббл" - космической обсерватории "Джеймс Уэбб" - вступила в решающий этап.
Инженеры НАСА заканчивают сборку основного зеркала нового телескопа. Запуск нового телескопа планируется теперь на октябрь 2018 года.
Завершаются также криогенные испытания и калибровка четырех основных блоков научной аппаратуры телескопа.
Проект НАСА по запуску новой орбитальной обсерватории вступил таким образом в финальную стадию, и в ближайшие месяцы можно ожидать быстрого завершения остающихся этапов подготовки к старту.
Телескоп планируется запустить с помощью европейской ракеты-носителя "Ариан-5", что определило многие особенности конструкции телескопа, в частности, тот факт, что главное его зеркало состоит из сегментов.
Орбитальный телескоп "Джеймс Уэбб", названный так по имени второго руководителя NASA, финансируется американским аэрокосмическим агентством, Европейским космическим агентством и Канадским космическим агентством.
Правообладатель иллюстрации NASA Image caption Каждый изготовленный из бериллия сегмент зеркала приклеивается на местоПервичными задачами нового телескопа являются обнаружение света первых звёзд и галактик, сформированных после Большого взрыва, изучение формирования и развития галактик, звёзд, планетных систем и происхождения жизни. Также "Уэбб" сможет рассказать о том, когда и где началась реионизация Вселенной и что её вызвало.
Телескоп позволит обнаруживать относительно холодные экзопланеты с температурой поверхности до 300 К (что практически равно температуре поверхности Земли), находящиеся дальше 12 астрономических единиц (а. е.) от своих звёзд и удалённые от Земли на расстояние до 15 световых лет.
В зону подробного наблюдения попадут более двух десятков ближайших к Солнцу звезд. Благодаря новому телескопу ожидается настоящий прорыв в экзопланетологии - возможностей телескопа будет достаточно не только для того, чтобы обнаруживать сами экзопланеты, но даже спутники и спектральные линии этих планет, что будет являться недостижимым показателем для любого наземного и орбитального телескопа вплоть до начала 2020-х годов, когда в строй будет введен Европейский чрезвычайно большой телескоп с диаметром зеркала в 39,3 м.
Правообладатель иллюстрации NASA Image caption Два последних сегмента главного зеркала ожидают установкиСрок работы телескопа составит не менее пяти лет.
В последние недели инженеры НАСА были заняты приклеиванием сегментов главного зеркала, изготовленных из бериллия, к несущей конструкции зеркала.
В ближайшие несколько дней последние два восьмиугольных сегмента будут установлены в нужное для закрепления положение.
Тем временем в соседнем помещении центра имени Годдарда в штате Мэриленд рядом с цехом сборки завершаются криогенно-вакуумные испытания научной аппаратуры будущего телескопа.
"Джеймс Уэбб" будет иметь следующие научные инструменты для проведения исследования космоса:
- Камера ближнего инфракрасного диапазона (Near-Infrared Camera);
- Прибор для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения (Mid-Infrared Instrument);
- Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (Near-Infrared Spectrograph);
- Датчик точного наведения c устройством формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевым спектрографом (Fine Guidance Sensor/Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph).
Начиная с октября прошлого года, эти приборы находились в вакуумной камере, температура в которой была снижена до минус 233 градусов Цельсия.
Правообладатель иллюстрации NASA Image caption В Центре Джонсона уже проводятся макетные испытанияУже получены данные калибровки приборов, которые будут иметь огромное значение для управления телескопом в глубоком космосе.
Эти испытания помогли выявить ряд дефектов и заменить ненадежное оборудование и детали. В телескопе имеется 250 тысяч крышек и затворов, часть которых имеют неприятный дефект "залипания" в вакууме под воздействием вибраций при запуске с Земли.
Вибрация ракеты-носителя была симулирована в ходе нынешних испытаний, и замененные детали доказали свою повышенную надежность.
Остается провести более общие оптические, вибрационные и акустические испытания всех систем телескопа.
Затем зеркало и научные приборы будут доставлены в Центр имени Джонсона для дальнейших криогенно-вакуумных испытаний в камере, которая была построена в 1960-е годы для испытаний ракетной техники проекта "Аполлон". Эти испытания начнутся примерно через год.
После их завершения к телескопу будет присоединен модуль систем управления, в котором будут установлены бортовые компьютеры и системы связи.
В последнюю очередь на телескоп будет установлен гигантский солнечный щит размером с теннисный корт, который защитит оптические системы от воздействия солнечных лучей.
До октября 2018 года осталось ждать не так уж долго.
Практически сразу после запуска на орбиту телескопа «Хаббл» ученые стали готовить более продвинутое устройство, которое планировалось оснастить большим количеством функций и возможностей. Сейчас, почти двадцать лет спустя, этот проект уже реализован, а система прошла испытания и готова к работе. Речь идет об орбитальном телескопе «Джеймс Уэбб», который оснащен 6,5-метровым зеркалом. Это в два раза больше, чем у «Хаббла».
В конце прошлого года научный руководитель проекта Джон Мэтер (John Mather) заявил о том, что телескоп уже готов и вполне способен начать работу на орбите. По словам экспертов, принимающих участие в реализации проекта, новый телескоп поможет начать изучение галактик, которые удалены от Земли на миллиарды световых лет. Речь идет о возможности воспользоваться своеобразной машиной времени, наблюдая за галактиками, которые появились почти сразу после Большого Взрыва. Это поможет ученым прояснить происхождение Вселенной.
Недавние проблемы и их решение
Сборка основных зеркал телескопа была завершена еще в феврале прошлого года. Тогда агентство НАСА заявило о успешной установке последнего фрагмента. Каждый из фрагментов шестиугольной формы с массой 40 кг имеет диаметр около 1,3 м. Из фрагментов и составлено основное зеркало диаметром в 6,5 метра. Создано оно из бериллия, который покрыли золотой пленкой.
Установка зеркал производилась не людьми, а роботом - для этой цели был разработан специализированный манипулятор. На зеркале, кроме самих зеркал, ученые установили сервоприводы и распорки, которые корректируют кривизну поверхности. По словам специалистов, для того, чтобы фокусировка была точной, крепеж не может смещаться более, чем на 38 нанометров.
В ноябре прошлого года ученые начали проводить проверку зеркал - это крайне важный этап, позволявший судить о работоспособности устройства. При проведении тестов специалисты симулировали внешние факторы, которые могли бы повредить конструкцию. В первую очередь, речь идет о звуке и вибрации, генерируемые при запуске корабля - эти факторы без должного к ним внимания вполне могут вывести телескоп из строя. Вообще говоря, отправка «Джеймса Уэбба» на орбиту - сложный этап, во время которого может случиться много неприятностей, если тщательно не контролировать все составляющие процесса отправки.
«Проверка покажет, появились ли какие-либо повреждения оптической системы после проведения теста», - в свое время Ритва Кески-Куха (Ritva Keski-Kuha), глава испытаний телескопа в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА (Goddard Space Flight Center, GSFC).
Для проверки был использован интерферометр, устройство, позволяющее определять характеристики зеркала телескопа с чрезвычайно высокой точностью. Проблема в том, что для проверки нельзя непосредственно контактировать с зеркалом, все тесты нужно выполнять удаленно. В противном случае на зеркале могут появиться микроцарапиины, что приведет к падению эффективности работы всей системы.
«Вот для чего мы проводим проверку - чтобы знать, как обстоят дела на самом деле, вместо того, чтобы предполагать», - заявил заместитель руководителя проекта Пол Гейтнер (Paul Geithner).
Интерферометр решает эту проблему. Он позволяет регистрировать мельчайшие изменения в расположении элементов сложного зеркала телескопа и характеристиках поверхности отдельных фрагментах. Интерферометр генерирует световые волны разной длины, характеристики которых после отражения зеркалом изучаются экспертами.
«Предыдущие четыре года можно назвать подготовкой к текущему тесту», - в ноябре прошлого года Дэвид Чейни, главный специалист по метрологии зеркал в Центре космических полетов Годдарда. «Мы измеряем размер главного зеркала, радиус его кривизны, фоновый шум. Наш тест настолько чувствительный, что мы фиксируем изменения в характеристиках зеркала даже тогда, когда люди говорят в помещении».
В ноябре испытания прошли гладко, проблем не было выявлено. Но вот в начале декабря акселерометры, которые были подключены к телескопу, уловили некие аномалии во время прохождения устройством вибрационных тестов. Ученые провели низкоуровневые вибрационные тесты, сравнивая полученные данные с теми, что передавались датчиками до появления аномалии. После того, как была выявлена проблема, тест автоматически прекратился для защиты аппаратной части устройства. Ученые в очередной раз изучили телескоп, но не нашли никаких отклонений.
В конце декабря представители НАСА заявили о том, что в приборах и прочих компонентах системы не найдено проблем. Выполнялся как визуальный осмотр, так и анализ снимков устройства в ультрафиолетовом излучении. Кроме того, было проведено два дополнительных вибрационных низкоуровневых тестов, которые также не выявили проблем с телескопом «Джеймс Уэбб». Подробнее о тестировании можно узнать из документа , подготовленного специалистами НАСА.
В декабре же Джон Мэтер сообщил о том, что участники проекта ожидают успешного прохождения телескопом всех необходимых тестов. При этом агентство планирует задействовать любые доступные методы предосторожности для того, чтобы обеспечить удачный вывод телескопа на орбиту. Пока что, к сожалению, не совсем понятно, что это были за аномалии и как они могут повлиять на систему во время отправки ее в космос. Окончательные выводы будут сформированы агентством в конце этого месяца.
В середине этого года «Джеймс Уэбб» будет отправлен в один из филиалов компании Нортроп-Грумман для финальной сборки и соединения с солнечным экраном, а также системой маневрирования на орбите. Перед этим оптическая система телескопа и научные инструменты будут тестироваться в термальной вакуумной камере Космического Центра Джонсона.
Пока что участники программы выказывают оптимизм. «Мы не думаем, что столкнемся с чем-то, что будет сложно исправить», - говорит Пол Герц.
Астрономы могут готовить свои предложения по работе с телескопом
На 229 встрече Американского астрономического сообщества представители проекта сообщили о том, что ученые могут начать подавать заявки относительно предлагаемых методов эксплуатации телескопа. Непосредственная работа телескопа начнется в апреле 2019 года, спустя полгода после запланированного запуска этой системы. В течение полугода будут выполняться различные тестовые процедуры и проверки, если все пройдет, как запланировано, то ученые смогут реализовать свои идеи.«Меня это впечатляет», - говорит Эрик Смит, руководитель программы. Дело в том, что все прошедшие годы команда занималась исключительно технической стороной дела, а не наукой. А теперь можно переходить к финальному этапу и заниматься научной работой. «Этот год дает возможность научному сообществу вернуться к работе над программой».
На встрече, о которой шла речь выше, руководство программы заявило, что ученые, которые принимали участие в разработке инструментов, программного обеспечения или различных функций телескопа «Джеймс Уэбб», смогут получить гарантированное время работы с телескопом. Кроме того, ранний доступ к возможностям системы будет предоставлен тем ученым, которые подадут интересные заявки, обеспечивающие возможность демонстрации полной функциональности телескопа для научного сообщества. В результате другие ученые смогут понять, как лучше всего использовать функциональность «Джеймса Уэбба» для наблюдений за Вселенной, и отправят собственные предложения. Во всяком случае, такова задумка. «Обычные» предложения ученые смогут отправлять в конце 2017 года.
Сейчас же специалисты, которые принимают участие в разработке системы, продолжают проводить тестирование телескопа, включая оптическую часть и научные инструменты. Проверки производятся в Центре космических полетов имени Годдарда .
Компоненты телескопа и его возможности
«Джеймс Уэбб» очень сложная система, которая состоит из тысяч отдельных элементов. Они формируют зеркало телескопа и его научные инструменты. Что касается последних, то это такие устройства:- Камера ближнего инфракрасного диапазона (Near-Infrared Camera);
- Прибор для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения (Mid-Infrared Instrument);
- Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (Near-Infrared Spectrograph);
- Датчик точного наведения c устройством формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевым спектрографом (Fine Guidance Sensor/Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph).
- обнаружение света от самых ранних звёзд и галактик на стадии их формирования;
- изучение звёздных населений в ближайших галактиках;
- изучение молодых звёзд Млечного Пути и объектов пояса Койпера;
- определение морфологии и цвета галактик при сильном красном смещении;
- определение кривых блеска дальних сверхновых;
- создание карты тёмной материи с помощью гравитационного линзирования;
- обнаружение «первого света»;
- обнаружение экзопланет;
- получение их характеристик;
- транзитная спектроскопия.
Что дальше?
По словам Эрика Смита, проект остается в рамках бюджета. Пока что все идет по плану и нет никаких препятствий, которые могли бы помешать запуску телескопа в октябре 2018 года. Единственная обнаруженная проблема - вибрационные аномалии - уже близка к разрешению, специалисты активно работают над тем, чтобы провести финальную локализацию проблемы и избавиться от нее. Но, конечно, сложности еще могут возникнуть. «Сейчас мы на той стадии программы, когда мы сталкиваемся с новыми вызовами, отличными от тех проблем, которые возникали до настоящего момента», - говорит Смит. Но, в тоже время, он уверен в силах команды: «Когда возникают проблемы, я уверен в том, что команда может решить их».Главное зеркало телескопа «Джеймс Уэбб»
NASA и ESA опубликовали список первых целей космического телескопа «Джеймс Уэбб», запуск которого назначен на 2018 год. Прибор станет крупнейшим космическим телескопом, работающим в оптическом, ближнем и среднем инфракрасном диапазонах - диаметр его главного зеркала почти в три раза больше такового у «Хаббла» - 6,5 метра. Среди целей - планеты и малые тела Солнечной системы, экзопланеты и протопланетные диски, галактики и скопления галактик, далекие квазары. Об этом сообщает пресс-релиз NASA, список опубликован на сайте телескопа.
Телескоп имени Джеймса Уэбба разрабатывается с 1996 года - он должен в некотором смысле сменить «Хаббл» и обеспечить гораздо большее разрешение и чувствительность, чем земные и космические инфракрасные телескопы. С работой телескопа связывают надежды на исследование ранних галактик (527-980 миллионов лет после Большого Взрыва). В тот момент в пространстве было много нейтрального водорода, поглощавшего ультрафиолетовое излучение звезд.
Приборное время телескопа распределяется по заявкам от научных групп. Приоритет в заявках и около 10 процентов времени выделены для научных групп, помогавших в разработке телескопа. Запросы именно от этих научных групп и были недавно опубликованы. Они сгруппированы тематически на: объекты Солнечной системы, экзопланеты, коричневые карлики, протозвезды, осколочные диски, звездные скопления и области звездообразования, галактики, скопления галактик и квазары, а также обзоры дальнего космоса.
Среди малых тел запланированы наблюдения Цереры, Паллады, астероида Рюгу (его через год достигнет «Хаябуса-2»), транснептуновых объектов и нескольких комет. Из экзопланет можно выделить HD189733b (обладательница ), HAT-P-26b (на ней ), TRAPPIST-1e (находится в обитаемой зоне недавно системы из семи экзопланет), HD131399 (это система из трех звезд, в которой ). Всего запланированы исследования нескольких десятков экзопланет, в том числе и их атмосфер. Среди других объектов известная система беты Живописца с обломочным диском, туманность Конская голова, остаток сверхновой SN 1987A и несколько квазаров, которые мы видим такими, какими они были через миллиард лет после Большого взрыва или меньше. Всего запланировано уже свыше 2100 наблюдений.
Сейчас «Уэбб» находится на стадии тестирования основных систем. Его главное зеркало было полностью в феврале 2016 года, оно состоит из 18 шестиугольных сегментов. Общая площадь составляет 25 квадратных метров, масса - 705 килограммов. Каждый сегмент массой 20,1 килограмма изготовлен из бериллия и покрыт слоем золота толщиной 100 нанометров.
Владимир Королёв
Космический телескоп имени Джеймса Уэбба. Авторы и права: NASA.
Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) ещё не скоро начнет свою миссию, а его сверкающее золотом зеркало уже достигло культового статуса. Это сегментированное зеркало напоминает глаз насекомого, и в будущем, когда “глаз” начнёт свою работу в точке Лагранжа (L2), он предоставит человечеству подробнейшие данные о нашей Вселенной. Зеркало телескопа уже собрано, и оно находится в стерильном помещении в Центре космических полетов имени Годдарда, что даёт нам возможность узнать, как телескоп будет выглядеть, когда он начнёт свою миссию.
Даже если вы ничего не знаете о JWST, его возможностях, или возложенных на него задачах, вы будете впечатлены, просто посмотрев на него. Очевидно, что это высокотехнологический и единственный в своем роде инструмент. На самом деле, его даже можно принять за образец искусства. Я, к сожалению, видел менее привлекательные творения современного искусства, а вы?
Конечно, многим из вас известен тот факт, что JWST превзойдёт своего предшественника – космический телескоп “Хаббл”. И это вполне понятно, учитывая тот факт, что “Хаббл” был запущен в апреле далёкого 1990 года. Но как именно JWST сможет опередить “Хаббл”, и каковы его основные цели?
Главные задачи миссии JWST можно разделить на четыре направления:
- Инфракрасные наблюдения, которые можно сравнить с машиной времени. Они позволяют нам взглянуть на первые звёзды и галактики, которые сформировались во Вселенной, более 13 миллиардов лет назад;
- Сравнительное исследование ярких спиральных и эллиптических галактик, а также более тусклых ранних галактик;
- Зондирование космического пространства, позволяющее нам заглянуть сквозь облака газа и пыли, для изучения процессов формирования звёзд и планет;
- Исследование экзопланет и их атмосфер, а также обнаружение там биомаркеров.
То есть это довольно внушительный список, даже в эпоху, когда люди принимают технологический и научный прогресс как само собой разумеющееся. Но наряду с этими запланированными целями, будут, без сомнения, и некоторые сюрпризы. Гадать, что это может быть глупое занятие, но давайте всё же попробуем.
Мы считаем, что процесс абиогенеза на Земле произошёл довольно быстро, но, к сожалению, нам не с чем сравнивать. Найдём ли мы аналогии при изучении далёких экзопланет и их атмосфер, прольём ли свет на условия, необходимые для появления жизни? Это кажется невероятным, но кто знает.
Мы уверены, что Вселенная расширяется, и для этого есть довольно убедительные доказательства. Узнаем ли мы что-то новое об этом процессе? Или мы найдём то, что прольёт свет на тёмную материю или тёмную энергию, и их роль в жизни ранней Вселенной?
JWST. Авторы и права: NASA.Конечно, не всё должно быть удивительным, чтобы быть захватывающим. Обнаружение доказательств, которые подтвердят современные теории также интригует. И “Джеймс Уэбб” должен предоставить нам эти доказательства.
Нет сомнений, что JWST сможет переплюнуть телескоп “Хаббла”. Но для одного или двух поколений людей, “Хаббл” всегда будет занимать особое место. Он удивлял и заинтересовывал многих из нас своими захватывающими изображениями туманностей, галактик и других объектов, в ходе его знаменитой миссии Deep Field, и, конечно же, своими научными исследованиями. Вероятно, “Хаббл” – это первый телескоп, который получил статус знаменитости.
“Джеймс Уэбб”, наверно, никогда не получит особый статус, который приобрёл “Хаббл”. Это что-то вроде: “Битлз может быть только один” или “единственный в своём роде”. Но JWST будет гораздо более мощным инструментом, и откроет нам многое из того, что было недоступно “Хабблу”.
Если все пойдёт по плану, то JWST станет грандиозным технологическим достижением всего человечества. Его способность смотреть сквозь облака газа и пыли, или оглянуться назад во времени, показав нам первые дни жизни Вселенной, сделает его мощным научным инструментом.
Агентство NASA сегодня подтвердило планы по проекту телескопа Джеймс Уэбб. Руководство заявило, что и текущий бюджет, и планы по запуску космического телескопа на 2018 год актуальны. Стоит отметить, что в самом агентстве рассматривают этот телескоп, скорее, как следующую модель Хаббла, чем его замену.
Возможности телескопа значительно превышают возможности Хаббла. «Джеймс Уэбб» будет обладать составным зеркалом 6,5 метров в диаметре (диаметр зеркала «Хаббла» - 2,4 метра) с площадью собирающей поверхности 25 м² и солнечным щитом размером с теннисный корт. Телескоп будет размещён в точке Лагранжа L2 системы Солнце - Земля.
Джеймс Уэбб сможет совершить путешествие в далекое прошлое Вселенной - на время от 100 до 250 млн лет после Большого Взрыва. Другими словами, новый телескоп сможет заглянуть значительно дальше в глубины космического пространства, чем Хаббл, который может «путешествовать» не далее, чем на 800 млн - 1 млрд лет после Большого Взрыва. Кроме того, Уэбб не «заточен» под видимый свет, его специализация - инфракрасный спектр. Тем не менее, Джеймс Уэбб может фиксировать и излучение, видимое глазу человека.
Моделирование того, что «увидит» телескоп Джеймс Уэбб и что видит Хаббл в одной и той же точке пространства
Сложности реализации проекта
Основная проблема таких крупных проектов, как Джеймс Уэбб и Хаббл - бюджет. Что первый, что второй проект вышли за бюджетные рамки. Но, поскольку значительная часть бюджета уже освоена, ничего не остается, кроме как продолжать реализацию планов.
В случае с Хабблом ситуация была усложнена еще и тем фактом, что зеркало было изначально неправильно установлено. Это повлияло на возможности телескопа, и прошло много времени, чем ошибка была подкорректирована при помощи внешней экспедиции, во время которой были установлены коррекционные линзы.
Что касается Джеймса Уэбба - здесь ошибка непростительна. Как уже говорилось выше, новый телескоп планируется установить в точке Лагранжа L2. Если что-то пойдет не так, о проекте придется забыть. Тем не менее, шансы на успешную реализацию проекта довольно значительны.
