Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (James Webb Space Telescope, JWST), по оценке ученых, сможет обнаружить намного больше экзопланет, чем это сделал до него телескоп «Хаббл». Планируется, что JWST отправится на околоземную орбиту в октябре 2021 года, пишет издание Science Daily, и, как предполагают исследователи, передаст на Землю доказательства существования жизни за пределами Солнечной системы. У нового телескопа будет несколько задач:
- поиск и изучение самых древних галактик;
- поиск землеподобных экзопланет;
- обнаружение первого поколения звезд, вероятно, появившихся после Большого взрыва;
- исследование «звездных колыбелей» — мест, где зарождаются звезды.
Детали
James Webb Space Telescope это международная программа, возглавляемая NASA вместе с его партнерами — Европейским космическим агентством и Канадским космическим агентством.
- Идея строительства нового мощного космического телескопа возникла в 1996 году, когда американские астрономы выпустили доклад HST and Beyond. До 2002 года аппарат назывался Next Generation Space Telescope («Космический телескоп нового поколения», NGST), так как должен продолжить исследования, начатые «Хабблом».
- Изначально запуск аппарата был намечен на 2007 год. В дальнейшем он переносился 15 раз.
- Планируемая дата запуска 31 октября 2021 года.
Новый телескоп, подобно «Хабблу», представляет из себя орбитальную инфракрасную обсерваторию. Он также будет анализировать тепловое излучение, исходящее от небесных тел из дальнего космоса. Но если «Хаббл» находится на околоземной орбите на высоте примерно 570 км, то «Джеймс Уэбб» будет вращаться вокруг Солнца на удалении в 1,5 млн км от Земли. Для того чтобы поддерживать связь с управлением на таком расстоянии, аппарат должен двигаться синхронно с планетой.
Исследования команды ученых из Университета Огайо показали, что космический телескоп «Джеймс Уэбб» способен найти признаки жизни на других планетах в ближайшие 5 – 10 лет.
- Оборудование телескопа позволит выявлять холодные экзопланеты с температурой поверхности до 27 °C. «Джеймс Уэбб» сможет находить объекты, удаленные от Земли на расстояние до 15 световых лет.
- Согласно расчетам ученых, телескоп должен зафиксировать признаки жизни, такие как аммиак и проявление последствий жизнедеятельности (биосигнатуру), в атмосферах семи потенциально обитаемых газовых карликовых планет. При этом аппарат, как ожидают разработчики, будет тратить по 60 часов на анализ каждой экзопланеты. В целом же, по оценкам специалистов, новый телескоп сможет исследовать по меньшей мере 300 атмосфер разных потенциально обитаемых небесных тел.
- По словам аспирантки Университета штата Огайо Каприс Филлипс, участвующей в подготовке аппарата к миссии, она и ее коллеги уверены, что планеты и газовые карлики (состоящие преимущественно из гелия и водорода, подобно Нептуну, но гораздо меньших размеров) могут содержать полноценные органические формы или их следы.
- Ученые смоделировали, как инструменты JWST будут реагировать на облака и другие элементы в атмосферах экзопланет, и на основе этих данных составили список точек, где телескоп должен искать жизнь.
Что из себя представляет телескоп «Джеймс Уэбб»
JWST — это орбитальная обсерватория массой 6,2 тонны и диаметром около 6,5 метра. Длина JWST — 20 метров, высота — почти 10 метров.
Телескоп оснащен двумя зеркалами: основным и вторичным. Основное зеркало «Джеймса Уэбба» состоит из 18 сегментов, его площадь 25 квадратных метров, что в 5 раз больше площади главного зеркала «Хаббла». Вторичное зеркало покрыто жаропрочным сплавом бериллием, оно круглое и выпуклое, а качество его поверхности практически идеальное. Поскольку бериллий не отражает свет в ближнем ИК-диапазоне, зеркало покрыли тонким слоем золота (3 грамма на всю поверхность).
Одна из наиболее важных частей «Джеймса Уэбба» — экран для защиты зеркал и приборов JWST от солнечного тепла и излучения. Он состоит из пяти тонких слоев специальной полимерной пленки, каждый из которых покрыт алюминием для повышения отражательной способности, а первые два слоя также имеют покрытие из легированного кремния — для защиты от ультрафиолетового излучения Солнца.
Главные инструменты JWST:
- MIR — прибор среднего инфракрасного диапазона, который включает в себя камеру и спектрограф;
- NIRCam — камера ближнего инфракрасного диапазона;
- NIRSpec — спектрограф ближнего инфракрасного диапазона;
- FGS/NIRISS — пара, состоящая из датчика точного наведения и устройства создания изображения в ближнем инфракрасном диапазоне с бесщелевым спектрографом.
Телескоп планируют эксплуатировать 5 – 10 лет. Однако, как показывает предыдущий опыт с «Хабблом», этот срок может быть значительно продлен.
Успехи телескопа «Хаббл»
В настоящее время на околоземной орбите находится телескоп «Хаббл». Он был запущен в 1990 году, а покинуть ее должен будет в 2030-м.
«Хаббл» это автоматическая обсерватория. Аппарат за почти 30 лет на орбите передал на Землю информацию, изменившую представление ученых об образовании и эволюции галактик, позволил изучить невидимые области Вселенной. Вот некоторые из достижений «Хаббла»:
- С помощью этого космического телескопа в 1993 году был впервые уточнен возраст Вселенной: от 9 до 14 млрд лет.
- В 1993 году астрономы обнаружили в пределах Солнечной системы комету, получившую имя Шумейкеров-Леви 9 (по фамилиям своих первооткрывателей). Расколовшись на несколько фрагментов, она двигалась к Юпитеру. Ученые предположили, что произойдет столкновение, и не ошиблись. В июле 1994 года обломки кометы упали на поверхность планеты, и «Хаббл» фиксировал процесс. Это столкновение объектов Солнечной системы стало первым, за которым удалось проследить с начала до конца.
- В 1994 году «Хаббл» обнаружил первые признаки черной дыры в центре Млечного пути. Он зафиксировал скопление квазаров (сверхъярких тел с массой в 1 млрд больше массы Солнца) в сердце этой звездной системы, питающихся от энергии предполагаемой черной дыры. В 1997 году с помощью орбитальной обсерватории было доказано, что такие объекты есть в центре каждой галактики.
- В 2001 году в созвездии Пегаса, на расстоянии 150 световых лет от Земли «Хаббл» обнаружил первую экзопланету вне Солнечной системы и смог выяснить ее химический состав.
- В 2013 году, после изучения сделанных телескопом в 2004 – 2009 годах снимков, был открыт спутник Нептуна S/2004 N1.
Поиск внеземной жизни
В настоящее время ученые обнаружили более 4,3 тыс. экзопланет. По данным NASA, из них более 360 потенциально могут быть пригодны для жизни.
- Наблюдение за магнитным полем экзопланет помогает астрономам получить информацию об их строении, состоянии атмосферы и пригодности для жизни. Больше об экзопланетах помогут узнать наблюдения за их магнитным полем. Например, на Земле оно защищает все живое от проникновения губительных космических частиц и помогает животным ориентироваться в пространстве. То есть магнитное поле может косвенно свидетельствовать о наличии жизни.
- В 1956 году физик и радиоастроном Джон Краус зафиксировал сигналы с Венеры. Те были импульсными и напоминали земные грозы. Предполагалось, что они могли быть связаны с бурями на Венере. Лаборатория военно-морских исследований в Вашингтоне поймала подобный сигнал. Правда, эти же полученные данные позволили установить, что жизни в нашем понимании на Венере, скорее всего, нет.
- В 1959 году в США был основан проект по поиску внеземного разума Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI). В рамках проекта американские астрономы посылали сигналы в космос и улавливали сигналы, исходящие от небесных тел. С 2000 по 2020 год к SETI мог присоединиться любой желающий — благодаря новому проекту SETI@home. Для этого было достаточно иметь доступ в Интернет и установить на компьютер программу, которая позволяет очистить от шумов радиосигналы из космоса, поступающие с гигантского телескопа «Аресибо» в Южной Америке. В 2020-м проект SETI@home закрыли из-за низкой результативности и необходимости проанализировать уже полученные результаты.
- В 1977 году – во время работы на радиотелескопе Big Ear в Университете штата Огайо – доктор Джерри Эйман зарегистрировал продолжительный и сильный радиосигнал, который впоследствии получил название WOW! Сигнал пришел из района созвездия Стрельца, но с пустующего участка космоса. По силе сигнал в 30 раз превосходил фон, его длительность составляла 72 секунды. Ровно столько и должен был наблюдаться постоянный по амплитуде внеземной сигнал искусственного происхождения. Однако ученые полагают, что сигнал был послан из Солнечной системы с двух передатчиков, которыми стали кометы Кристенсена и Гиббса (Comets 266/P Christensen and P/2008 Y2 (Gibbs). Эти небесные тела, прогреваясь под воздействием ультрафиолетового излучения, распространили вокруг себя водородные облака. Они-то и сгенерировали WOW!, который уловил Big Ear на частоте водорода.