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 место

Первичными 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 установки

Срок 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 испытания

Уже 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.

November 12th, 2015

Первые телескопы диаметром чуть более 20 мм и скромным увеличением менее 10x, появившиеся в начале XVII столетия, совершили настоящую революцию в знаниях об окружающем нас космосе. Сегодня астрономы готовятся ввести в строй гигантские оптические инструменты диаметром в тысячи раз больше.

26 мая 2015 года стало настоящим праздником для астрономов всего мира. В этот день губернатор штата Гавайи Дэвид Игей разрешил начать нулевой цикл строительства вблизи вершины потухшего вулкана Мауна-Кеа гигантского приборного комплекса, который через несколько лет станет одним из крупнейших оптических телескопов в мире.

Вот как это будет выглядеть:

Гиганты на арене

Новый телескоп получил название Тридцатиметровый телескоп (Thirty Meter Telescope, TMT), поскольку его апертура (диаметр) составит 30 м. Если все пойдет по плану, TMT увидит первый свет в 2022 году, а спустя еще год начнутся регулярные наблюдения. Сооружение будет действительно исполинским - высотой 56 и шириной 66 м. Главное зеркало будет составлено из 492 шестиугольных сегментов общей площадью 664 м². По этому показателю TMT на 80% превзойдет Гигантский Магелланов телескоп (Giant Magellan Telescope, GMT) с апертурой 24,5 м, который в 2021 году вступит в строй в чилийской обсерватории Лас-Кампанас, принадлежащей Институту Карнеги.

Однако мировым чемпионом TMT пробудет недолго. На 2024 год запланировано открытие Чрезвычайно большого европейского телескопа (European Extremely Large Telescope, E-ELT) с рекордным диаметром 39,3 м, который станет флагманским инструментом Европейской южной обсерватории (ESO). Его сооружение уже началось на трехкилометровой высоте на горе Серро-Армазонес в чилийской пустыне Атакама. Главное зеркало этого исполина, составленное из 798 сегментов, будет собирать свет с площади 978 м².

Эта великолепная триада составит группу оптических супертелескопов нового поколения, у которых долго не будет конкурентов.

Тридцать метров науки Тридцатиметровый телескоп TMT построен по схеме Ричи-Кретьена, которая используется во многих ныне действующих крупных телескопах, в том числе и в крупнейшем на настоящий момент Gran Telescopio Canarias с главным зеркалом диаметром 10,4 м. На первом этапе TMT будет оснащен тремя ИК- и оптическими спектрометрами, а в будущем планируется добавить к ним еще несколько научных приборов.

Фото 2.

Анатомия супертелескопов

Оптическая схема TMT восходит к системе, которую сотню лет назад независимо предложили американский астроном Джордж Виллис Ричи и француз Анри Кретьен. В основе ее лежит комбинация из главного вогнутого зеркала и соосного с ним выпуклого зеркала меньшего диаметра, причем оба они имеют форму гиперболоида вращения. Лучи, отраженные от вторичного зеркала, направляются в отверстие в центре основного рефлектора и фокусируются позади него. Использование второго зеркала в этой позиции делает телескоп более компактным и увеличивает его фокусное расстояние. Эта конструкция реализована во многих действующих телескопах, в частности в крупнейшем на настоящий момент Gran Telescopio Canarias с главным зеркалом диаметром 10,4 м, в десятиметровых телескопах-близнецах гавайской Обсерватории Кека и в четверке 8,2-метровых телескопов обсерватории Серро-Параналь, принадлежащей ESO.

Оптическая система E-ELT также содержит вогнутое главное зеркало и выпуклое вторичное, но при этом имеет ряд уникальных особенностей. Она состоит из пяти зеркал, причем главное из них представляет собой не гиперболоид, как у TMT, а эллипсоид.

GMT сконструирован совершенно иначе. Его главное зеркало состоит из семи одинаковых монолитных зеркал диаметром 8,4 м (шесть составляют кольцо, седьмое находится в центре). Вторичное зеркало - не выпуклый гиперболоид, как в схеме Ричи-Кретьена, а вогнутый эллипсоид, расположенный перед фокусом основного зеркала. В середине XVII века такую конфигурацию предложил шотландский математик Джеймс Грегори, а на практике впервые воплотил Роберт Гук в 1673 году. По грегорианской схеме построены Большой бинокулярный телескоп (Large Binocular Telescope, LBT) в международной обсерватории на горе Грэм в штате Аризона (оба его «глаза» оснащены такими же главными зеркалами, как и зеркала GMT) и два одинаковых Магеллановых телескопа с апертурой 6,5 м, которые с начала 2000-х годов работают в обсерватории Лас-Кампанас.

Фото 3.

Сила - в приборах

TMT, который рассчитан на срок службы более чем в 50 лет, в первую очередь оснастят тремя измерительными инструментами, смонтированными на общей платформе - IRIS, IRMS и WFOS. IRIS (InfraRed Imaging Spectrometer) представляет собой комплекс из видеокамеры очень высокого разрешения, обеспечивающей обзор в поле 34 х 34 угловых секунды, и спектрометра инфракрасного излучения. IRMS - это многощелевой инфракрасный спектрометр, а WFOS - широкоугольный спектрометр, который может одновременно отслеживать до 200 объектов на площади не менее 25 квадратных угловых минут. В конструкции телескопа предусмотрено плоско-поворотное зеркало, направляющее свет на нужные в данный момент приборы, причем для переключения нужно меньше десяти минут. В дальнейшем телескоп оборудуют еще четырьмя спектрометрами и камерой для наблюдения экзопланет. Согласно нынешним планам, по одному дополнительному комплексу будет добавляться каждые два с половиной года. GMT и E-ELT также будут иметь чрезвычайно богатую приборную начинку.

Фото 4.

Европейский гигант

Супертелескопы следующего десятилетия обойдутся недешево. Точная сумма пока неизвестна, но уже ясно, что их общая стоимость превысит $3 млрд. Что же эти исполинские инструменты дадут науке о Вселенной?

«E-ELT будет использован для астрономических наблюдений самых разных масштабов - от Солнечной системы до сверхдальнего космоса. И на каждой масштабной шкале от него ожидают исключительно богатой информации, значительную часть которой не могут выдать другие супертелескопы, - рассказал «Популярной механике» член научной команды европейского гиганта Йохан Лиске, который занимается внегалактической астрономией и обсервационной космологией. - На это есть две причины: во-первых, E-ELT сможет собирать много больше света по сравнению со своими конкурентами, и во-вторых, его разрешающая способность будет гораздо выше. Возьмем, скажем, внесолнечные планеты. Их список быстро растет, к концу первой половины нынешнего года он содержал около 2000 названий. Сейчас главная задача состоит не в умножении числа открытых экзопланет, а в сборе конкретных данных об их природе. Именно этим и будет заниматься E-ELT. В частности, его спектроскопическая аппаратура позволит изучать атмосферы каменных землеподобных планет с полнотой и точностью, совершенно недоступной для ныне действующих телескопов. Эта исследовательская программа предусматривает поиск паров воды, кислорода и органических молекул, которые могут быть продуктами жизнедеятельности организмов земного типа. Нет сомнения, что E-ELT увеличит количество претендентов на роль обитаемых экзопланет».

Новый телескоп обещает и другие прорывы в астрономии, астрофизике и космологии. Как известно, существуют немалые основания для предположения, что Вселенная уже несколько миллиардов лет расширяется с ускорением, обусловленным темной энергией. Величину этого ускорения можно определить по изменениям в динамике красного смещения света далеких галактик. Согласно нынешним оценкам, этот сдвиг соответствует 10 см/с за десятилетие. Эта величина чрезвычайно мала для измерения с помощью ныне действующих телескопов, но для E-ELT такая задача вполне по силам. Его сверхчувствительные спектрографы позволят также получить более надежные данные для ответа на вопрос, постоянны ли фундаментальные физические константы или они меняются со временем.

E-ELT обещает подлинную революцию во внегалактической астрономии, которая занимается объектами, расположенными за пределами Млечного Пути. Нынешние телескопы позволяют наблюдать отдельные звезды в ближайших галактиках, но на больших дистанциях они пасуют. Европейский супертелескоп предоставит возможность увидеть самые яркие звезды в галактиках, отдаленных от Солнца на миллионы и десятки миллионов световых лет. С другой стороны, он будет способен принять свет и от самых ранних галактик, о которых еще практически ничего не известно. Он также сможет наблюдать за звездами вблизи сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики - не только измерять их скорости с точностью до 1 км/с, но и открывать неизвестные ныне звезды в непосредственной близости от дыры, где их орбитальные скорости приближаются к 10% скорости света. И это, как говорит Йохан Лиске, далеко не полный перечень уникальных возможностей телескопа.

Фото 5.

Магелланов телескоп

Сооружает гигантский Магелланов телескоп интернациональный консорциум, объединяющий более десятка различных университетов и исследовательских институтов США, Австралии и Южной Кореи. Как объяснил «ПМ» профессор астрономии Аризонского университета и заместитель директора Стюартовской обсерватории Деннис Заритски, грегорианская оптика была выбрана по той причине, что она повышает качество изображений в широком поле зрения. Такая оптическая схема в последние годы хорошо зарекомендовала себя на нескольких оптических телескопах 6−8-метрового диапазона, а еще раньше ее применяли на крупных радиотелескопах.

Несмотря на то что по диаметру и, соответственно, площади светособирающей поверхности GMT уступает TMT и E-ELT, у него есть немало серьезных преимуществ. Его аппаратура сможет одновременно измерять спектры большого числа объектов, что чрезвычайно важно для обзорных наблюдений. Кроме того, оптика GMT обеспечивает очень высокую контрастность и возможность забраться далеко в инфракрасный диапазон. Диаметр его поля зрения, как и у TMT, составит 20 угловых минут.

По словам профессора Заритски, GMT займет достойное место в триаде будущих супертелескопов. Например, с его помощью можно будет получать информацию о темной материи - главном компоненте многих галактик. О ее распределении в пространстве можно судить по движению звезд. Однако большинство галактик, где она доминирует, содержат сравнительно мало звезд, к тому же довольно тусклых. Аппаратура GMT будет в состоянии отслеживать движения много большего числа таких звезд, чем приборы любого из ныне действующих телескопов. Поэтому GMT позволит точнее составить карту темной материи, и это, в свою очередь, даст возможность выбрать наиболее правдоподобную модель ее частиц. Такая перспектива приобретает особую ценность, если учесть, что до сих пор темную материю не удавалось ни обнаружить путем пассивного детектирования, ни получить на ускорителе. На GMT также будут выполнять и другие исследовательские программы: поиск экзопланет, включая планеты земного типа, наблюдение самых древних галактик и исследование межзвездного вещества.

Супергигант E-ELT станет самым большим в мире телескопом с главным зеркалом диаметром 39,3 м. Он будет оснащен суперсовременной системой адаптивной оптики (АО) с тремя деформируемыми зеркалами, способными устранить искажения, возникающие на различных высотах, и сенсорами волнового фронта для анализа света от трех природных опорных звезд и четырех-шести искусственных (порожденных в атмосфере с помощью лазеров). Благодаря этой системе разрешающая способность телескопа в ближней инфракрасной зоне при оптимальном состоянии атмосферы достигнет шести угловых миллисекунд и вплотную приблизится к дифракционному пределу, обусловленному волновой природой света.

Гавайский проект

«TMT - единственный из трех будущих супертелескопов, место для которого выбрано в Северном полушарии, - говорит член совета директоров гавайского проекта, профессор астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Санта-Крус Майкл Болте. - Однако его смонтируют не очень далеко от экватора, на 19-м градусе северной широты. Поэтому он, как и прочие телескопы обсерватории Мауна-Кеа, сможет обозревать небосвод обоих полушарий, тем более что по части условий наблюдения эта обсерватория - одно из лучших мест на планете. Кроме того, TMT будет работать в связке с группой расположенных по соседству телескопов: двух 10-метровых близнецов Keck I и Keck II (которые можно считать прототипами TMT), а также 8-метровых Subaru и Gemini-North. Система Ричи-Кретьена вовсе не случайно задействована в конструкции многих крупных телескопов. Она обеспечивает хорошее поле зрения и весьма эффективно защищает и от сферической, и от коматической аберрации, искажающей изображения объектов, не лежащих на оптической оси телескопа. К тому же для TMT запланирована поистине великолепная адаптивная оптика. Понятно, что астрономы с полным основанием ожидают, что наблюдения на TMT принесут немало замечательных открытий».

По мнению профессора Болте, и TMT, и другие супертелескопы будут способствовать прогрессу астрономии и астрофизики прежде всего тем, что в очередной раз отодвинут границы известной науке Вселенной и в пространстве, и во времени. Еще 35−40 лет назад наблюдаемый космос в основном был ограничен объектами не старше 6 млрд лет. Сейчас удается надежно наблюдать галактики возрастом около 13 млрд лет, чей свет был испущен через 700 млн лет после Большого взрыва. Имеются кандидаты в галактики с возрастом 13,4 млрд лет, однако это пока не подтверждено. Можно ожидать, что приборы TMT смогут регистрировать источники света возрастом лишь чуть меньше (на 100 млн лет) самой Вселенной.

TMT предоставит астрономии и множество других возможностей. Результаты, которые будут на нем получены, позволят уточнить динамику химической эволюции Вселенной, лучше понять процессы формирования звезд и планет, углубить знания о структуре нашей Галактики и ее ближайших соседей и, в частности, о галактическом гало. Но главное в том, что TMT, так же как GMT и E-ELT, скорее всего, позволит исследователям ответить на вопросы фундаментальной важности, которые сейчас нельзя не только корректно сформулировать, но и даже вообразить. В этом, по мнению Майкла Болте, и состоит основная ценность проектов супертелескопов.

Оптика для супертелескопов

Три самых крупных телескопа первой половины XXI века будут использовать разные оптические схемы. TMT построен по схеме Ричи-Кретьена с вогнутым главным зеркалом и выпуклым вторичным (оба гиперболические). E-ELT имеет вогнутое главное зеркало (эллиптическое) и выпуклое вторичное (гиперболическое). GMT использует оптическую схему Грегори с вогнутыми зеркалами: главным (параболическим) и вторичным (эллиптическим).

Апертура (диаметр) нового телескопа составит 30 метров. Если все пойдет по плану, TMT впервые увидит свет звезд в 2022 году, а спустя еще год начнутся регулярные наблюдения.

Супертелескоп E-ELT обещает подлинную революцию во внегалактической астрономии, которая занимается объектами, расположенными за пределами Млечного Пути.

Любой телескоп сам по себе - просто очень большая зрительная труба. Для превращения в астрономическую обсерваторию его необходимо снабдить высокочувствительными спектрографами и видеокамерами.

Фото 6.

На земле и в небесах

В октябре 2018 года планируется вывести в космос телескоп James Webb (JWST). Он будет работать только в оранжевой и красной зонах видимого спектра, но зато сможет вести наблюдения почти во всем среднем инфракрасном диапазоне вплоть до волн длиной 28 мкм (инфракрасные лучи с длинами волн свыше 20 мкм практически полностью поглощаются в нижнем слое атмосферы молекулами углекислого газа и воды, так что наземные телескопы их не замечают). Поскольку он будет защищен от тепловых помех земной атмосферы, его спектрометрические приборы будут гораздо чувствительнее наземных спектрографов. Однако диаметр его главного зеркала - 6,5 м, и поэтому благодаря адаптивной оптике угловое разрешение наземных телескопов будет в несколько раз выше. Так что, по словам Майкла Болте, наблюдения на JWST и на наземных супертелескопах будут идеально дополнять друг друга. Что касается перспектив 100-метрового телескопа, то профессор Болте весьма осторожен в оценках: «По моему мнению, в ближайшие 20−25 лет просто не удастся создать системы адаптивной оптики, способные эффективно работать в паре со стометровым зеркалом. Возможно, это произойдет где-то лет через сорок, во второй половине столетия».

Фото 7.

Фото 9.

Фото 10.

Фото 11.

Фото 12.

Фото 13.

Фото 14.

И Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия -

С каждым дополнительным сантиметром апертуры, каждой дополнительной секундой времени наблюдения и каждым дополнительным атомом атмосферных помех, удаленным из поля обзора телескопа, лучше, глубже и понятнее можно будет увидеть Вселенную.

25 лет «Хабблу»

Когда телескоп «Хаббл» начал функционировать в 1990 году, он открыл новую эру в астрономии - космическую. Не нужно было больше бороться с атмосферой, беспокоиться об облаках или электромагнитных мерцаниях. Все, что требовалось, - это развернуть спутник на цель, стабилизировать его и собирать фотоны. За 25 лет космические телескопы начали охватывать весь электромагнитный спектр, что позволило впервые рассмотреть Вселенную на каждой длине волны света.

Но поскольку наше знание увеличилось, выросло и наше понимание неизвестного. Чем дальше мы заглядываем во Вселенную, тем более глубокое прошлое мы видим: конечное количество времени с момента Большого взрыва в сочетании с конечной скоростью света обеспечивает предел того, что мы можем наблюдать. Более того, расширение самого пространства работает против нас, растягивая звезд, пока он путешествует по Вселенной к нашим глазам. Даже космический телескоп «Хаббл», дающий нам самое глубокое, самое захватывающее изображение Вселенной, которое мы когда-либо открывали, в этом отношении ограничен.

Недостатки «Хаббла»

«Хаббл» - удивительный телескоп, но он имеет ряд принципиальных ограничений:

• Всего 2,4 м в диаметре, что ограничивает его
• Несмотря на покрытие светоотражающими материалами, он постоянно находится под прямыми солнечными лучами, которые его нагревают. Это значит, что из-за тепловых эффектов он не может наблюдать длину волны света более 1,6 мкм.
• Сочетание ограниченной светосилы и длин волн, к которым он чувствителен, означает, что телескоп может видеть галактики возрастом не старше 500 млн лет.

Эти галактики прекрасны, далеки и существовали тогда, когда Вселенной было всего около 4% от ее нынешнего возраста. Но известно, что звезды и галактики существовали еще раньше.

Чтобы увидеть должен обладать более высокой чувствительностью. Это означает переход на более длинные волны и более низкие температуры, чем у «Хаббла». Именно поэтому и создается космический телескоп Джеймса Вебба.

Перспективы для науки

James Webb Space Telescope (JWST) предназначен для преодоления именно этих ограничений: с диаметром 6,5 м телескоп позволяет собирать в 7 раз больше света, чем "Хаббл". Он открывает возможность ультра-спектроскопии высокого разрешения от 600 нм до 6 мкм (в 4 раза больше длины волны, которую способен увидеть "Хаббл"), проводить наблюдения в средней инфракрасной области спектра с более высокой чувствительностью, чем когда-либо прежде. JWST использует пассивное охлаждение до температуры поверхности Плутона и способен активно охлаждать приборы средней инфракрасной области вплоть до 7 K. Телескоп Джеймса Вебба даст возможность заниматься наукой так, как никто раньше этого не делал.

Он позволит:

• наблюдать самые ранние галактики, когда-либо сформировавшиеся;
• видеть сквозь нейтральный газ и зондировать первые звезды и реионизацию Вселенной;
• проводить спектроскопический анализ самых первых звезд (населения III), образовавшихся после Большого взрыва;
• получить удивительные сюрпризы, подобные открытию самых ранних и квазаров во Вселенной.

Уровень научных исследований JWST не похож ни на что в прошлом, и поэтому телескоп был избран в качестве флагманской миссии НАСА 2010-х годов.

Научный шедевр

С технической точки зрения, новый телескоп Джеймса Вебба представляет собой настоящее произведение искусства. Проект прошел долгий путь: были перерасходы бюджета, отставания от графика и опасность отмены проекта. После вмешательства нового руководства все изменилось. Проект вдруг заработал как часы, были выделены средства, учтены ошибки, неудачи и проблемы, и команда JWST стала укладываться во все сроки, графики и бюджетные рамки. Запуск аппарата запланирован на октябрь 2018 года на ракете «Ариан-5». Команда не только следует расписанию, у нее есть девять месяцев в запасе, чтобы учесть все непредвиденные ситуации, чтобы все было собрано и готово к этой дате.

Телескоп Джеймса Вебба состоит из 4 основных частей.

Оптический блок

Включает все зеркала, из которых наиболее эффективны восемнадцать первичных сегментированных позолоченных зеркала. Они будут использоваться для сбора далекого звездного света и фокусирования его на инструментах для анализа. Все эти зеркала в настоящее время готовы и безупречны, сделаны точно по расписанию. По окончании сборки они будут сложены в компактную конструкцию, чтобы быть запущенными на расстояние более 1 млн км от Земли до точки Лагранжа L2, а затем автоматически развернуться с образованием сотовой структуры, которая долгие годы будет собирать сверхдальний свет. Это действительно красивая вещь и успешный результат титанических усилий многих специалистов.

Камера ближнего инфракрасного диапазона

«Вебб» оборудован четырьмя научными инструментами, которые уже готовы на 100%. Основной камерой телескопа является камера ближнего ИК-диапазона: от видимого оранжевого света до глубокой инфракрасной области. Она позволит получить беспрецедентные изображения самых ранних звезд, самых молодых галактик, находящихся еще в процессе формирования, молодых звезд Млечного Пути и близлежащих галактик, сотен новых объектов в поясе Койпера. Она оптимизирована для непосредственного получения изображений планет вокруг других звезд. Это будет основная камера, используемая большинством наблюдателей.

Ближний инфракрасный спектрограф

Данный инструмент не только разделяет свет на отдельные длины волн, но способен это делать для более 100 отдельных объектов одновременно! Этот прибор будет универсальным спектрографом «Вебба», который способен работать в 3-х различных режимах спектроскопии. Он был построен но многие компоненты, включая детекторы и батарея мульти-затвора, предоставлены Центром космических полетов им. Годдарда (НАСА). Этот прибор был протестирован и готов к установке.

Средне-инфракрасный инструмент

Прибор будет использоваться для широкополосной визуализации, то есть с его помощью будут получены наиболее впечатляющие изображения со всех инструментов «Вебба». С научной точки зрения, он будет наиболее полезным при измерении протопланетных дисков вокруг молодых звезд, измерении и визуализации с беспрецедентной точностью объектов пояса Койпера и пыли, разогретой светом звезд. Он будет единственным инструментом с криогенным охлаждением до 7 К. По сравнению с космическим телескопом Spitzer, это позволит улучшить результаты в 100 раз.

Бесщелевой спектрограф ближнего ИК-диапазона (NIRISS)

Прибор позволит производить:

• широкоугольную спектроскопию в ближней инфракрасной области длин волн (1,0 - 2,5 мкм);
• гризм-спектроскопию одного объекта в видимом и инфракрасном диапазоне (0,6 - 3,0 мкм);
• апертурно-маскирующую интерферометрию на длинах волн 3,8 - 4,8 мкм (где ожидаются первые звезды и галактики);
• широкодиапазонную съемку всего поля зрения.

Этот инструмент создан Канадским космическим агентством. После прохождения криогенного тестирования он также будет готов к интеграции в приборный отсек телескопа.

Солнцезащитное устройство

Космические телескопы ими еще не оборудовались. Одной из самых пугающих сторон каждого запуска является применение совершенно нового материала. Вместо того, чтобы охлаждать весь космический аппарат активно с помощью одноразового расходуемого хладагента, телескоп Джеймса Вебба использует совершенно новую технологию - 5-слойный солнцезащитный экран, который будет развернут для отражения солнечного излучения от телескопа. Пять 25-метровых листов будут соединены титановыми стержнями и установлены после развертывания телескопа. Защита тестировалась в 2008 и 2009 годах. Полномасштабные модели, участвовавшие в лабораторных испытаниях, выполнили все, что они должны были сделать, здесь на Земле. Это красивая инновация.

К тому же это еще и невероятная концепция: не просто блокировать свет от Солнца и поместить телескоп в тени, а сделать это таким образом, чтобы все тепло излучалось в направлении, противоположном ориентации телескопа. Каждый из пяти слоев в вакууме космоса будет становится холодным по мере удаления от наружного, который будет немного теплее, чем температура поверхности Земли - около 350-360 K. Температура последнего слоя должна опуститься до 37-40 К, что холоднее, чем ночью на поверхности Плутона.

Кроме того, предприняты значительные меры предосторожности для защиты от неблагоприятной среды глубокого космоса. Одной из вещей, о которых здесь следует беспокоиться, являются крошечные камешки, размером с гальку, песчинки, пылинки и еще меньше, пролетающие через межпланетное пространство со скоростью десятков или даже сотен тысяч км/ч. Эти микрометеориты способны проделывать крошечные, микроскопические отверстия во всем, с чем они сталкиваются: космических аппаратах, костюмах космонавтов, зеркалах телескопов и многом другом. Если зеркала получат только вмятины или отверстия, что слегка уменьшит количество доступного «хорошего света», то солнечный щит может порваться от края до края, что сделает весь слой бесполезным. Для борьбы с этим явлением была использована блестящая идея.

Весь солнечный щит был разделен на участки таким образом, что, если возникнет небольшой разрыв в одном, двух или даже трех из них, слой не порвется дальше, как трещина в лобовом стекле автомобиля. Секционирование сохранит всю структуру целой, что важно для предотвращения деградации.

Космический аппарат: системы сборки и управления

Это самый обычный компонент, так как есть у всех космических телескопов и научных миссий. У JWST он уникален, но также полностью готов. Все, что осталось сделать генеральному подрядчику проекта компании Northrop Grumman, - закончить щит, собрать телескоп и проверить его. Аппарат будет готов к запуску через 2 года.

10 лет открытий

Если все пойдет правильно, человечество окажется на пороге больших научных открытий. Завеса нейтрального газа, которая до сих пор заслоняла обзор самых ранних звезд и галактик, будет устранена инфракрасными возможностями «Вебба» и его огромной светосилой. Это будет самый большой, самый чувствительный телескоп с огромным диапазоном длин волн от 0,6 до 28 микрон (человеческий глаз видит от 0,4 до 0,7 мкм) из когда-либо построенных. Ожидается, что он обеспечит десятилетие наблюдений.

Согласно НАСА, срок миссии «Вебба» составит от 5,5 до 10 лет. Он ограничен количеством топлива, которое необходимо для поддержания орбиты, и сроком службы электроники и оборудования в суровых условиях космоса. Орбитальный телескоп Джеймса Вебба будет нести запас топлива на весь 10-летний срок, а через 6 месяцев после запуска будет произведено тестирование обеспечения полета, которое гарантирует 5 лет научных работ.

Что может пойти не так?

Основным ограничивающим фактором является количество топлива на борту. Когда оно закончится, спутник будет дрейфовать в сторону от L2, выйдя на хаотическую орбиту в непосредственной близости от Земли.

Коме этого, могут произойти и другие неприятности:

• деградация зеркал, которая повлияет на количество собираемого света и создаст артефакты изображения, но не повредит дальнейшей эксплуатации телескопа;
• выход из строя части или всего солнечного экрана, что приведет к повышению температуры космического аппарата и сузит используемый диапазон длин волн до очень близкой инфракрасной области (2-3 мкм);
• поломка системы охлаждения инструмента среднего ИК-диапазона, что сделает его непригодным для использования, но не повлияет на другие инструменты (от 0,6 до 6 мкм).

Наиболее тяжелое испытание, которое ожидает телескоп Джеймса Вебба, - запуск и выведение на заданную орбиту. Именно эти ситуации тестировались и были успешно пройдены.

Революция в науке

Если телескоп Вебба заработает в штатном режиме, топлива хватит, чтобы обеспечить его работу с 2018 по 2028 год. Кроме того, существует потенциальная возможность дозаправки, которая могла бы увеличить срок службы телескопа еще на одно десятилетие. Подобно тому, как «Хаббл» эксплуатировался в течение 25 лет, JWST мог бы обеспечить поколение революционной науки. В октябре 2018 года ракета-носитель «Ариан-5» выведет на орбиту будущее астрономии, которое после более 10 лет напряженной работы уже готово начать приносить плоды. Будущее космических телескопов почти наступило.

Развитие астрономии не прекращается и много новых телескопов строятся по всему миру для различных целей. Краткое описание самых примечательных проектов в этом обзоре:

Поиск планет

Современные телескопы способны найти планету у другой звезды только если она очень близко к звезде или очень велика (глядя на аналог солнечной системы «Кеплер» нашел бы только Сатурн и Юпитер). Чтобы находить аналоги земли у других звезд и узнать, что с ними стало, создается новое поколение космических и наземных телескопов.

Телескоп TESS будет запущен в 2017. Его задача – искать экзопланеты при благоприятном исходе он найдет 10000 новых экзопланет в 2 раза больше чем обнаружено на сегодняшний день.
подробнее

CHEOPS

Запускаемый в 2017 космический телескоп CHEOPS будет искать экзопланеты у ближайших к солнечной системе звезд и изучать их.
подробнее

Телескоп Джеймса Вебба

Телескоп Джеймса Вебба это преемник Хаббла и будущее астрономии. Он первым сможет находить планеты размером с Землю и меньше, а также делать фотографии ещё более далеких туманностей. Постройка телескопа обошлась в $8 млрд. Он будет отправлен в космос осенью 2018 года.
подробнее

Тридцатиметровый телескоп

Тридцатиметровый телескоп мог бы быть первым из серии «экстремально больших телескопов» способных видеть значительно дальше существующих телескопов, но для жителей гавайских островов, гора, на которой его строят - священна, и они добились его отмены. Так что теперь он будет отложен и в лучшем случае построен в другом месте.
подробнее

Гигантский Магелланов телескоп

Наземный Гигантский Магелланов телескоп будет иметь разрешающую способность в 10 раз выше чем у Хаббла. Полностью функциональным он станет в 2024.
подробнее

European Extremely Large Telescope (E-ELT)

Но самый большим в мире телескопом будет European Extremely Large Telescope (E-ELT). В лучшем случае, он даже будет способен визуально наблюдать экзопланеты, так что мы сможем впервые увидеть планеты у других звезд. Начало работы также - 2024.
подробнее

Телескоп PLATO будет наследником уже Джеймса Вебба и запущен в 2020е. Основной его задачей, как и остальных будет нахождение и изучение экзопланет и он сможет определять их строение (твердые они или газовые гиганты)
подробнее

Также планируемый на 2020е телескоп Wfirst будет специализироваться на поисках далеких галактик, но также сможет находить экзопланеты и передавать изображение самых больших из них.
подробнее

STEP (Search for Terrestrial Exo-Planets)

Китайский телескоп STEP (Search for Terrestrial Exo Planets) будет способен обнаруживать похожие на землю планеты на расстоянии до 20 парсеков от солнца. Его запуск ожидается в период 2021-2024.

Планируемый на второю половину 2020х космический телескоп NASA - ATLAST будет искать в галактике биомаркеры свидетельствующие о наличии жизни (кислорода, озона, воды)
подробнее

Lockheed Martin разрабатывает новый телескоп - SPIDER. Он должен собирать свет иным способом и это позволит сделать эффективный телескоп меньшего размера, потому что, если посмотреть на предыдущие проекты, они становятся всё более гигантскими.
подробнее

А пока новые телескопы для поиска экзопланет ещё не запущены и не построены, всё что у нас есть на сегодня это 3 наблюдательных проекта. Подробнее о них в таблице поиска планет:

Таблица поиска планет

Kepler K2	В 2013 телескоп «Кеплер» - самый эффективный в поиске экзопланет телескоп вышел из строя, и многие издания написали для него что-то вроде некролога. Но после запуска миссии K2 в 2014 оказалось, что телескоп ещё вполне способен находить планеты. С апреля 2016 он начнет новые наблюдения, и исследователи рассчитывают найти от 80 до 120 новых экзопланет. 1 2
Menerva	Очень дешевый по сравнению с аналогами, телескоп Гарвардского университета - Менерва в декабре 2015 приступил к своей миссии по поиску экзопланет у красных карликов, по соседству с солнечной системой. Астрономы рассчитывают найти не менее 10-20 планет. 3 4
Pale red dot	Никак не понятно вращается вокруг звезды Альфа-центавра (ближайшего соседа солнечной системы) планета или нет. Эта загадка не отпускает астрономов и часть из них организовала проект Pale red dot для тщательного наблюдения и выяснения этого вопроса (если планета есть, то на ней все равно температура 1000 градусов). Наблюдения уже завершены, результаты в виде научной статьи будут в конце 2016го. 5 6

Планета 9

Планета 9 (или планета X) внезапно была обнаружена косвенными методами в начале 2016го. Первая новая планета солнечной системы за более чем 150 лет, но, чтобы наблюдать её в телескоп и тем самым подтвердить её существование может понадобиться до 5 лет поисков.
подробнее

Поиск звезд

В галактике млечный путь от 200 до 400 млрд. звезд и астрономы пытаются создать карту или каталог хотя бы ближайших к нам звезд.

Космический телескоп GAIA составит карту 1 млрд. ближайших к нам звезд. Публикация первого каталога запланирована на лето 2016.
подробнее

Японский проект JASMINE - это третий в истории астрометрический проект (GAIA – второй) и включает в себя запуск 3 телескопов в 2017, 2020 и после 2020 для уточнения расстояния до астрономических объектов и также нанесения расположения звезд на карту.

Наземный телескоп LSST будет использоваться для картографирования Млечного Пути и составления новейшей интерактивной карты звёздного неба. Он начнет работу примерно в 2022 году.
подробнее

На сегодняшний день у нас есть только вот такая звездная карта от Google.

Поиск пришельцев

Если внеземная цивилизация в нашей галактике изобрела радио, то мы её когда-нибудь найдем.

Extraterrastrial search

Российский миллиардер и создатель mail.ru Юрий Мильнер вложил в 2015 году $100 млн в новый проект по поиску внеземных цивилизаций. Поиск будет осуществляться на текущем оборудовании.
подробнее

Китай строит самый большой в мире радиотелескоп FAST площадью в 30 футбольных полей и даже выселил жителей этой местности, чтобы его возвести. Радиотелескопы решают научные задачи, но, наиболее интересный способ их применения, это попытки засечь радиосигналы разумной жизни. Телескоп был достроен в 2016 и первые исследования будут проведены уже в сентябре.
подробнее

Square Kilometre Array

Строящийся в Австралии, Южной Африке и Новой Зеландии радиоинтерферометр Square Kilometre Array будет в 50 раз чувствительнее любого радиотелескопа и настолько чувствителен, что сможет засечь радар аэропорта за десятки световых лет от земли. Выход на полную мощность ожидается в 2024 году. Он также сможет разрешить научную загадку о том, откуда берутся короткие радиовсплески и найдет множество новых галактик
подробнее

KIC 8462852

KIC8462852 самая загадочная звезда на сегодняшний день. Что-то огромное заслоняет её свет. Больше чем юпитер в 22 раза и это не другая звезда. Более того она показывает аномальные колебания яркости. Астрономы очень сильно заинтригованы. (1)
подробнее

Не прекращаются споры о том стоит ли отправлять сообщения к звездам или только слушать. С одной стороны, никто нас не найдет если только слушать, с другой получатели сообщений могут быть враждебны. Несколько сообщений уже было отправлено в 20 веке, но сейчас их отправлять перестали.

Поиск астероидов

Никто всерьёз не занимался защитой планеты от астероидов до недавнего времени

NEO detection

С нарастанием беспокойства по поводу астероидов после челябинского метеорита, бюджет НАСА на обнаружение астероидов вырос в 10 раз до $50 млн. в 2016 году.
подробнее

LSST (again)

LSST будет не только составлять карту звездного неба, но и искать «малые объекты солнечной системы». Его возможности по нахождению астероидов, должны будут быть в разы выше чем у современных наземных и космических телескопов.
подробнее

Космический инфракрасный телескоп Neocam – один из 5 претендентов на новую миссию программы Discovery от NASA. Если именно эта миссия будет отобрана для реализации в сентябре 2016 (а она имеет наибольшую поддержку) телескоп будет запущен в 2021 году. Вместе с LSST он позволит Наса осуществить поставленную задачу по нахождению 90% астероидов больше 140 м.
подробнее

АЗТ-33 ВМ

Первый в России телескоп для обнаружения опасных астероидов - АЗТ-33 ВМ был достроен в 2016. Для него ещё нужно закупить оборудование за 500 млн. рублей, и тогда он будет способен обнаружить астероид размером с тунгусский метеорит за месяц до столкновения с землей.
подробнее

Бесполезно наблюдать за опасными астероидами если не удастся изменить их курс. Поэтому NASA и ESA собираются запустить миссию AIDA по столкновению специального зонда и астероида «65803 Didymos» и тестированию таким образом возможности изменения курса астероида. Запуск ожидается в 2020, а столкновение в 2022.
подробнее

Astronomy dream projects

Астрономы очень хотели бы осуществить эти проекты, но пока не могут из-за недостатка финансирования, технологий или внутреннего единства

Overwhelmingly large telescope

Из-за разногласий между астрономами строиться 3 больших телескопа вместо одного гигантского 100 метрового телескопа. Тем не менее астрономы сходятся в мнении что в ближайшие 30 лет стометровый телескоп нужно будет построить.
подробнее

New Worlds

Миссия New Worlds заключается в том, чтобы заслонить свет звезды чтобы увидеть экзопланеты рядом с ней. Для этого придется запустить в космос коронограф в сочетании с телескопом. Детали миссии всё ещё обсуждаются, но она обойдется не менее чем в $1 млрд.
подробнее

Moon observatory

Космические телескопы недостаточно большие, а наземным обсерваториям мешает атмосфера. Поэтому астрономы очень хотели бы построить обсерваторию на луне где нет атмосферы и шума (искажений из-за земных источников). Это было бы идеальное место для наблюдений, но на осуществление такого проекта уйдут десятилетия. Тем не менее небольшие телескопы уже отправляются на луну вместе с луноходами.
подробнее

Итог:

Для такой далекой от практических результатов науки как астрономия, количество вложений и число осуществляемых проектов очень велико. Большинство проектов существует лишь для удовлетворения нашего любопытства. Вероятнее всего мы не найдем инопланетную цивилизацию, внеземную жизнь или реально угрожающий земле астероид. Но мы пытаемся и следить за этим довольно интересно.

Телескоп «Джеймс Уэбб»

Космические телескопы всегда будут на острие познания космоса - им не мешает ни с ее искажениями и облачностью, ни вибрации и шумы на поверхности планеты. Именно внеземные устройства позволили получить детальные и красивые фотографии отдаленных туманностей и галактик, которые даже не видны человеческому глазу на ночном небе. Однако в 2018 году начнется новая эпоха в изучении космоса, которая отодвинет дальше видимые границы Вселенной - будет запущен космический телескоп «Джеймс Уэбб», рекордсмен индустрии. Причем рекорды от бьет не только по характеристикам: стоимость проекта на сегодняшний день достигает 8,8 миллиарда долларов.

Прежде чем говорить об устройстве и функционале «Джеймса Уэбба», стоить разобраться, для чего он нужен. Казалось бы, изучению Вселенной мешает всего-то одна атмосфера Земли, и можно попросту доставить телескоп с прикрученной к нему камерой на орбиту и радоваться жизни. Но при этом «Джеймса Уэбба» разрабатывают уже больше десятка лет, а итоговый бюджет еще на стадии раннего проецирования превысил стоимость его предшественника, ! Следовательно, орбитальный телескоп - это нечто более сложное, чем любительская подзорная труба на треноге, и его открытия будут в сотни раз ценнее. Но что такого особенного можно исследовать телескопом, тем более космическим?

Подняв голову к небу, каждый может увидеть звезды. Но изучение отдаленных на миллиарды километров объектов - достаточно сложная задача. Свет звезд и галактик, который движется миллионами, а то и миллиардами лет, претерпевает значительные изменения - а то и вовсе не доходит до нас. Так, пылевые облака, которые часто распространены в галактиках, способны полностью поглотить все видимое излучение звезды. Еще непрестанное расширение Вселенной приводит к света - его волны стают длиннее, изменяя диапазон в сторону красного, или же невидимого инфракрасного. А сияние даже самых больших объектов, пролетев расстояние в миллиарды световых лет, становится подобно свету карманного фонарика среди сотен прожекторов - для обнаружения сверхотдаленных галактик требуются приборы невиданной чувствительности.

Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства