Джеймс Уэбб (телескоп)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Космический телескоп имени Джеймса Уэбба
англ. James Webb Space Telescope
Webb Space Telescope.jpg
Организация Соединённые Штаты Америки NASA
Европа ESA
Канада CSA
Главные подрядчики Соединённые Штаты Америки Northrop Grumman
Соединённые Штаты Америки Ball Aerospace
Волновой диапазон 0,6—28 мкм (части видимого и инфракрасного)
Местонахождение точка Лагранжа L2 системы Солнце — Земля (1,5 млн км от Земли в противоположную Солнцу сторону)
Тип орбиты гало-орбита
Дата запуска 18 декабря 2021; через 2 месяца (2021-12-18)[1]
Место запуска Гвиана (департамент Франции) Куру́
Средство вывода на орбиту Ариан-5[2]
Продолжительность 5—10 лет
Масса 6,2 тонны
Тип телескопа телескоп-рефлектор системы Корша[3]
Диаметр около 6,5 м
Площадь собирающей
поверхности
около 25 м²
Фокусное расстояние 131,4 м
Научные инструменты
  • MIRI
прибор среднего инфракрасного диапазона
  • NIRCam
камера ближнего инфракрасного диапазона
  • NIRSpec
спектрограф ближнего инфракрасного диапазона
  • FGS/NIRISS
датчик точного наведения с устройством формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевым спектрографом
Логотип миссии
Изображение логотипа
Сайт www.jwst.nasa.gov
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе
Схема пяти лагранжевых точек в системе Солнце — Земля. JWST будет размещён в точке Лагранжа L2

Космический телескоп имени Джеймса Уэбба (англ. James Webb Space Telescope, JWST) — орбитальная инфракрасная обсерватория, которая предположительно заменит космический телескоп «Хаббл».

Первоначально назывался «Космический телескоп нового поколения» (англ. Next-generation space telescope, NGST). В 2002 году переименован в честь второго руководителя НАСА Джеймса Уэбба (1906—1992), возглавлявшего агентство в 1961—1968 годах, во время реализации программы «Аполлон».

«Джеймс Уэбб» обладает составным зеркалом 6,5 метра в диаметре[прим. 1] с площадью собирающей поверхности 25 м², скрытым от инфракрасного излучения со стороны Солнца и Земли тепловым экраном[прим. 2]. Телескоп будет размещён на гало-орбите в точке Лагранжа L2 системы Солнце — Земля.

Проект представляет собой результат международного сотрудничества 17 стран, во главе которых стоит НАСА, со значительным вкладом Европейского и Канадского космических агентств.

Текущие планы предусматривают, что телескоп будет запущен с помощью ракеты «Ариан-5» 18 декабря 2021 года[1]. В этом случае первые научные исследования начнутся в начале 2022 года. Срок работы телескопа составит не менее пяти лет; запаса хладагента хватит примерно на 10 лет работы.

Задачи[править | править код]

15 июня 2017 года НАСА и ЕКА опубликовали список первых целей в работе телескопа, включающие свыше 2100 наблюдений. Ими стали планеты и малые тела Солнечной системы, экзопланеты и протопланетные диски, галактики и скопления галактик, а также квазары[4][5].

30 марта 2021 года НАСА объявило финальный список первичных целей для наблюдений, которые стартуют через 6 месяцев после запуска телескопа. В общей сложности было отобрано 286 из более чем одной тысячи заявок по семи основным направлениям астрономии, которые в сумме займут около шести тысяч часов наблюдательного времени телескопа, что составляет около двух третей всего времени, выделенного в рамках первого цикла наблюдений[6][7].

Астрофизика[править | править код]

Первичными задачами JWST являются: обнаружение света первых звёзд и галактик, сформированных после Большого взрыва, изучение формирования и развития галактик, звёзд, планетных систем и происхождения жизни. Также «Джеймс Уэбб» сможет рассказать о том, когда и где началась реионизация Вселенной и что её вызвало[8]. «Джеймсу Уэббу» предстоит выяснить, как выглядели галактики во временном периоде начиная с 400 тыс. лет после Большого взрыва до 400 млн лет после Большого взрыва.

Экзопланетология[править | править код]

Телескоп позволит обнаруживать относительно холодные экзопланеты с температурой поверхности до 300 К (что практически равно температуре поверхности Земли), находящиеся дальше 12 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 звёзд. Благодаря JWST ожидается настоящий прорыв в экзопланетологии — возможностей телескопа будет достаточно для того, чтобы обнаруживать не только сами экзопланеты, но даже спутники и спектральные линии этих планет. Это будет являться недостижимым показателем ни для одного наземного и космического телескопа до осени 2027 года, когда в строй будет введен Чрезвычайно большой телескоп с диаметром зеркала в 39,3 м[9]. Для поиска экзопланет будут также использованы данные, которые получил телескоп «Кеплер»[10] начиная с 2009 года. Однако возможностей телескопа будет недостаточно для получения изображений найденных экзопланет. Такая возможность появится не раньше середины 2030-х годов, когда будет запущен телескоп-наследник «Джеймса Уэбба» — ATLAST.

Протопланетные диски[править | править код]

В перечень первостепенных объектов для изучения входят 17 ближайших протопланетных дисков из двадцати, изображения которых были получены в 2003 году с помощью космического телескопа "Спитцер" и в 2018 году комплексом радиотелескопов ALMA. "Вебб" будет измерять спектры протопланетных дисков, что позволит составить представление об их химическом составе, а также дополнить деталями внутреннего строения системы, наблюдаемые ранее комплексом ALMA в рамках проекта DSHARP (Disk Substructures at High Angular Resolution Project). Ученые ожидают, что средний инфракрасный диапазон, в котором будет работать телескоп (прибор MIRI), даст возможность выявить во внутренних частях протопланетных дисков активно формирующиеся каменистые планеты, похожие на Землю, по характерным химическим элементам, из которых они состоят. Будет измерено количество воды, окиси углерода, двуокиси углерода, метана и аммиака в каждом диске, а с помощью спектроскопии будет возможно оценить содержание и расположение внутри диска кислорода, углерода и азота (это важно для понимания, находится ли вода в потенциально обитаемой зоне, где прочие условия подходят для возникновения жизни)[11].

Водные миры Солнечной системы[править | править код]

Инфракрасные инструменты телескопа будут использованы для изучения водных миров Солнечной системы — спутника Юпитера Европы и спутника Сатурна Энцелада. Инструмент NIRSpec[en] будет использован для поиска биосигнатур (метан, метанол, этан) в гейзерах обоих спутников[12].

Инструмент NIRCam сможет получить изображения Европы в высоком разрешении, которые будут использованы для изучения её поверхности и поиска регионов с гейзерами и высокой геологической активностью. Состав зафиксированных гейзеров будет проанализирован с помощью инструментов NIRSpec и MIRI. Данные, полученные в ходе этих исследований, будут также использованы при исследовании Европы зондом Europa Clipper.

Для Энцелада, ввиду его удалённости и малых размеров, получить изображения в высоком разрешении не удастся, однако возможности телескопа позволят провести анализ молекулярного состава его гейзеров.

Малые тела Солнечной системы[править | править код]

Запланированы наблюдения Цереры, Паллады, астероида Рюгу, транснептуновых объектов, кентавров и нескольких комет.

История[править | править код]

Изменение планируемой даты запуска и бюджета
Год Планируемая
дата запуска
Планируемый
бюджет
(млрд долларов)
1997 2007[13] 0,5[13]
1998 2007[14] 1[15]
1999 2007-2008[16] 1[15]
2000 2009[17] 1,8[15]
2002 2010[18] 2,5[15]
2003 2011[19] 2,5[15]
2005 2013 3[20]
2006 2014 4,5[21]
2008 2014 5,1[22]
2010 не раньше сентября 2015 ≥6,5[23]
2011 2018 8,7[24]
2013 2018 8,8[25]
2017 весна 2019[26] 8,8
2018 не раньше марта 2020[27] ≥8,8
2018 30 марта 2021[28] 9,66[29]
2020 31 октября 2021[30][2] ≥10[29][30][31]
2021 18 декабря 2021 ≥10

Идея строительства нового мощного космического телескопа возникла в 1996 году, когда американские астрономы выпустили доклад HST and Beyond[32][33].

До 2002 года телескоп назывался Next Generation Space Telescope («Космический телескоп нового поколения», NGST), поскольку новый инструмент должен продолжить исследования, начатые «Хабблом».

Изначально запуск намечался на 2007 год, в дальнейшем переносился несколько раз (см. таблицу). Первый сегмент зеркала был установлен на телескоп лишь в конце 2015 года, а полностью главное составное зеркало было собрано только в феврале 2016 года.

Финансирование[править | править код]

Стоимость проекта тоже неоднократно увеличивалась. В июне 2011 года стало известно, что стоимость телескопа превысила изначальные расчёты по меньшей мере в четыре раза. В бюджете НАСА, предложенном в июле 2011 года конгрессом, предполагалось прекращение финансирования строительства телескопа[34] из-за плохого управления и превышения бюджета программы[35][36], но в сентябре того же года бюджет был пересмотрен, и проект сохранил финансирование[37]. Окончательное решение о продолжении финансирования было принято сенатом 1 ноября 2011 года.

В 2013 году на постройку телескопа было выделено 626,7 млн долларов.

К весне 2018 года стоимость проекта возросла до 9,66 млрд долларов[29].

Теплозащитный экран[править | править код]

Теплозащитный экран космического телескопа «Джеймс Уэбб» состоит из 5 слоев каптона, на каждый из которых нанесено покрытие из алюминия, и имеет размер 21,1 на 14,6 метров. Экран нужен для защиты основного зеркала и научных приборов обсерватории от потоков тепла и космического излучения. Первые два «горячих» слоя обладают покрытием из легированного кремния. Моделирование показывает, что максимальная температура первого слоя будет составлять 383 кельвин, а минимальная температура последнего слоя составит 36 кельвин. Механизм развертывания экрана имеет 90 натяжных тросов, а также установка 107 спусковых устройств, которые будут удерживать слои каптона в правильном положении до момента развертывания[38].

Изготовление оптической системы[править | править код]

Проблемы[править | править код]

Чувствительность телескопа и его разрешающая способность напрямую связаны с размером площади зеркала, которое собирает свет от объектов. Учёные и инженеры определили, что минимальный диаметр главного зеркала должен быть 6,5 метра, чтобы измерить свет от самых далёких галактик. Простое изготовление зеркала, подобного зеркалу телескопа «Хаббл», но большего размера, было неприемлемо, так как его масса была бы слишком большой, чтобы можно было запустить телескоп в космос. Команде учёных и инженеров необходимо было найти решение, чтобы новое зеркало имело 1/10 массы зеркала телескопа «Хаббл» на единицу площади[39].

Разработка и испытания[править | править код]

Зеркало «Хаббла» (слева) и «Уэбба» (справа) в одном масштабе

НАСА приступили к исследованию новых способов создания зеркала для телескопа. Для этого была создана программа Advanced Mirror System Demonstrator (AMSD), по сути являющаяся 4-летним сотрудничеством между НАСА, Национальным управлением военно-космической разведки США и Военно-воздушными силами США. На основе исследований AMSD были построены и испытаны два тестовых зеркала. Одно из них было сделано из бериллия компанией Ball Aerospace & Technologies, другое — построено фирмой Kodak (ныне — ITT) из специального стекла.

Группа экспертов протестировала оба зеркала, чтобы определить, насколько хорошо они выполняют свою задачу, сколько стоят и насколько легко (или трудно) было бы построить полноразмерное, 6,5-метровое зеркало. Эксперты рекомендовали зеркало из бериллия для телескопа Джеймса Уэбба по нескольким причинам, одна из которых — бериллий сохраняет свою форму при криогенных температурах. На основе рекомендаций экспертов, компания Northrop Grumman выбрала зеркало из бериллия, и Центр космических полётов Годдарда утвердил это решение.

Также было решено сделать зеркало не цельным, а из сегментов, которые будут раздвинуты на орбите, так как габариты цельного зеркала не позволили бы его разместить в ракете-носителе «Ариан-5». Размер каждого из 18 шестиугольных сегментов зеркала составляет 1,32 метра от ребра до ребра, масса непосредственно самого́ зеркала в каждом сегменте — 20 кг, а масса всего сегмента в сборе (вместе с приводами точного позиционирования и т. д.) — 40 кг.

Настроенные одинаковым образом зеркала выделены одним цветом.

Шестиугольная форма сегментов была выбрана неслучайно. Она обладает высоким коэффициентом заполнения и имеет симметрию шестого порядка. Высокий коэффициент заполнения означает, что сегменты подходят друг к другу без зазоров. Благодаря симметрии 18 сегментов зеркала можно разделить на три группы, в каждой из которых настройки сегментов идентичны. Наконец, желательно, чтобы зеркало имело форму, близкую к круговой — для максимально компактного фокусирования света на детекторах. Овальное зеркало, например, дало бы вытянутое изображение, а квадратное послало бы много света из центральной области[39].

Производство[править | править код]

Для зеркала «Уэбба» используется особый тип бериллия. Он представляет собой мелкий порошок. Порошок помещается в контейнер из нержавеющей стали и прессуется в плоскую форму. После того как стальной контейнер удалён, кусок бериллия разрезается пополам, чтобы сделать две заготовки зеркала около 1,3 метра в поперечнике. Каждая заготовка зеркала используется для создания одного сегмента.

Процесс формирования зеркала начинается с вырезания излишков материала на оборотной стороне бериллиевой заготовки таким образом, что остаётся тонкая рёберная структура. Передняя же сторона каждой заготовки сглаживается с учётом положения сегмента в большом зеркале.

Затем поверхность каждого зеркала стачивается для придания формы, близкой к расчётной. После этого зеркало тщательно сглаживают и полируют. Этот процесс повторяется до тех пор, пока форма сегмента зеркала не станет близка к идеальной. Далее сегмент охлаждается до температуры −240 °C, и с помощью лазерного интерферометра производятся измерения размеров сегмента. Затем зеркало с учётом полученной информации проходит окончательную полировку.

По завершении обработки сегмента передняя часть зеркала покрывается тонким слоем золота для лучшего отражения инфракрасного излучения в диапазоне 0,6—29 мкм[40], и готовый сегмент проходит повторные испытания при криогенных температурах[39].

Развертыванием зеркала управляет система из 132 отдельных приводов и моторов, которая вначале формирует его из трех крупных фрагментов, а затем правильно позиционирует каждый из 18 сегментов.

28 августа 2019 года сборка телескопа «Джеймс Уэбб» была завершена — специалисты впервые соединили основное зеркало с платформой, включающей в себя солнцезащитный экран. Сейчас инженеры занимаются соединением электрических цепей двух частей телескопа, после чего последует финальное тестирование всех систем[41][42].

Тестирование[править | править код]

10 июля 2017 года — начало финального криогенного теста телескопа при температуре 37 К в космическом центре имени Джонсона в Хьюстоне, который продлился 100 дней[43].

Помимо испытаний в Хьюстоне аппарат прошёл серию механических проверок в центре космических полётов Годдарда, которые показали, что он сможет выдержать запуск с помощью тяжёлой ракеты-носителя.

В начале февраля 2018 года гигантские зеркала и различные приборы доставлены на предприятие компании Northrop Grumman в Редондо-Бич для последнего этапа сборки телескопа. Там уже идёт сооружение двигательного модуля телескопа и его солнцезащитного экрана. Когда вся конструкция будет собрана, её отправят на морском судне из Калифорнии во французскую Гвиану[44].

  • 30 мая 2019 года в испытательном центре корпорации Northrop Grumman завершена проверка работы агрегатного отсека телескопа в различных температурных режимах: элементы конструкции телескопа в специальной вакуумной камере подвергались воздействию температуры от −148°С до +102°С. Во время испытаний для охлаждения использовался жидкий азот, а для нагрева — термобатареи[45][46].
  • 28 августа 2019 года инженеры успешно состыковали защитный экран с основным зеркалом будущего телескопа. Далее специалисты соединят электрические цепи двух частей телескопа, после чего последует тестирование этих цепей[47]. После того, как обе половины телескопа будут собраны, «Джеймс Уэбб» будет упакован в специальную капсулу для запуска и отправлен на космодром Куру во Французской Гвиане.
  • 7 января 2020 года СМИ со ссылкой на представителя НАСА Эрика Смита сообщили, что основные работы по созданию телескопа им. Джейма Уэбба завершены, но на протяжении 15 месяцев будет проведена ещё серия наземных испытаний. В 2020 году аппаратура телескопа будет испытана на устойчивость к вибрации и к шуму при запуске ракетой-носителем «Ариан-5», будет заменена часть электронной аппаратуры, нештатно сработавшей во время предыдущих испытаний, а затем будет ещё одна проверка всех систем, чтобы оценить, как комплексные испытания повлияли на аппаратуру обсерватории[48].
  • 31 марта 2020 сообщено об успешном испытании полного развёртывания всего зеркала со специальным прикрепленным устройством для компенсации гравитации, чтобы имитировать невесомость[49].
  • 13 июля 2020 года специалисты объявили о завершении первого из заключительных комплексных (акустические, вибрационные и электрические) испытаний телескопа, которое длилось 15 дней[50][51].
  • 25 августа 2020 года Центр космических полётов им. Годдарда сообщил, что специалисты завершили первый полный цикл наземных испытаний научных инструментов. В ближайшее время должна начаться новая серия вибрационных и акустических тестов. Они покажут, сможет ли «Джеймс Уэбб» пережить нагрузки во время старта ракеты и его вывода на орбиту[52].
  • 1 марта 2021 года телескоп прошел финальные функциональные испытания, в ходе которых специалисты проверили электрические цепи телескопа и работу системы связи. Электрические испытания продлились 17 дней, за это время специалисты проверили функциональность всех электронных компонентов телескопа и его научных инструментов. В ходе проверки систем связи моделировалась ситуация обмена данными обсерватории с Землей, для этого инженеры передали на борт телескопа, находящегося в чистой комнате компании Northrop Grumman Space Systems в Калифорнии, команды через эмулятор Сети дальней космической связи НАСА. Кроме того, инженеры отработали ситуацию передачи управления телескопом от одного командного центра другому, а также успешно отправили несколько корректировок на борт обсерватории, пока она выполняла нужные команды. В реальных условиях связь с обсерваторией будут обеспечивать три комплекса Cети дальней космической связи NASA в Калифорнии, Испании и Австралии, а также антенны в Нью-Мексико и европейские станции в Кении и Германии[53][54].
  • 7 апреля 2021 года специалисты уложили пятислойный теплозащитный экран телескопа в последний раз. В следующий раз он должен будет развернуться самостоятельно после запуска. Укладка продлилась месяц и включала в себя ряд трудоемких операций, таких как зигзагообразное складывание каждого слоя и их выравнивание, укладка 90 натяжных тросов, а также установка 107 спусковых устройств, которые будут удерживать слои каптона в правильном положении до момента развертывания. В течение следующих трех месяцев специалисты завершат перевод экрана в полетную конфигурацию, в частности установят и закрепят все кабели, крышки для экранов, а также узлы системы разворачивания экрана, таких как направляющие стрелы и основания экранов[38][55].
  • 11 мая 2021 года в ходе испытаний было в последний раз перед отправкой в космос было развернуто главное зеркало телескопа[56][57].
  • 1 июля 2021 года ЕКА сообщило, что телескоп прошел финальную проверку на совместимость с ракетой-носителем Ariane 5, которая будет выводить его в космос. Работы включали в себя оценку уровней внешних воздействий на телескоп во время нахождения под головным обтекателем ракеты и разработку плана полета ракеты и отделения телескопа от разгонного блока[58][59].
  • 26 августа 2021 года НАСА сообщило, что все испытания по телескопу завершены, он готов к отправке на космодром Куру для запуска в ноябре текущего года[60][61].

Подготовка и запуск[править | править код]

Между запуском и получением первой информации пройдёт около 6 месяцев. В течение этого времени телескоп будет разворачиваться, и учёные смогут убедиться, что он раскрылся и работает нормально. Затем приборам нужно будет охладиться, это займёт достаточно много времени.

Чрезмерная сложность задачи и высокие затраты и связанные с ними отставания от графика несколько раз вынуждали НАСА переносить дату запуска.

  • Изначально телескоп планировалось запустить в 2014 году.
  • Затем дата запуска сместилась на сентябрь 2015 года.
  • Потом дата запуска сместилась на октябрь 2018 года.
  • В конце сентября 2017 года НАСА перенесло запуск телескопа на март−июнь 2019 года.
  • 27 марта 2018 года НАСА перенесло запуск телескопа на май 2020 года вследствие нехватки времени на тестирование его систем[62].
  • 27 июня 2018 года НАСА перенесло запуск телескопа на 30 марта 2021 года. Это произошло после того, как Независимая контрольная комиссия в составе НАСА единогласно рекомендовала продолжить разработку и тестирование телескопа для исправления технических недостатков проекта. Кроме увеличения сроков разработки выросли и расходы на миссию: стоимость разработки теперь оценивается в 8,8 миллиардов долларов, а общие затраты на всю миссию, включая работу после запуска, оцениваются в 9,66 миллиарда долларов[63][64].
  • 16 июля 2020 года НАСА перенесло запуск телескопа на 31 октября 2021 года. Основной причиной задержек в работе послужила ситуация с пандемией COVID-19[65].
  • 1 июня 2021 европейские и американские представители объявили о том, что запуск космического телескопа будет подвинут с конца октября на середину ноября или даже дальше. Это связано с необходимостью проверить систему разделения головного обтекателя ракеты-носителя «Ариана-5», которая во время прошлогодних пусков отработала не так, как было нужно[66].
  • 8 сентября 2021 года ЕКА объявило, что запуск состоится 18 декабря. После запуска ракетой-носителем "Ариан-5" телескоп на протяжении четырех недель будет двигаться к пункту назначения во вторую точку Лагранжа[67]. По данным американского интернет-портала Space News, НАСА вложило в проект $8,8 млрд, ЕКА — $815 млн, включая стоимость ракеты и запуска, Канадское космическое агентство — $165 млн[68].

Оборудование[править | править код]

JWST будет иметь следующие научные инструменты для проведения исследования космоса:

  • Камера ближнего инфракрасного диапазона (англ. Near-Infrared Camera);
  • Прибор для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения (англ. Mid-Infrared Instrument, MIRI);
  • Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (англ. Near-Infrared Spectrograph, NIRSpec);
  • Датчик точного наведения (англ. Fine Guidance Sensor, FGS) и устройство формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф (англ. Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph, NIRISS).

Камера ближнего инфракрасного диапазона[править | править код]

Камера ближнего инфракрасного диапазона является основным блоком формирования изображения «Уэбба» и будет состоять из массива ртутно-кадмиево-теллуровых[en] детекторов[69][70]. Рабочий диапазон прибора составляет от 0,6 до 5 мкм. Его разработка поручена Аризонскому университету и Центру продвинутых технологий компании Lockheed Martin.

В задачи прибора входят:

Прибор оснащён коронографом, который позволяет делать снимки слабых объектов близ ярких источников. С помощью коронографа астрономы надеются определить характеристики экзопланет, обращающихся вокруг ближайших звёзд.

Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона[править | править код]

Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона будет анализировать спектр источников, что позволит получать информацию как о физических свойствах исследуемых объектов (например, температуре и массе), так и об их химическом составе. Инструмент способен делать спектроскопию среднего разрешения в диапазоне длин волн 1мкм и низкого разрешения с длиной волны 0,6мкм[71].

Многие объекты, которые «Уэбб» будет изучать, излучают настолько мало света, что телескопу для анализа спектра необходимо собирать свет от них в течение сотен часов. Чтобы изучить тысячи галактик за 5 лет работы телескопа, спектрограф был разработан с возможностью наблюдения за 100 объектами на площади неба 3×3 угловых минуты[71] одновременно. Для этого учёные и инженеры Годдарда разработали новую технологию микрозатворов для управления светом, входящим в спектрограф.

Суть технологии, позволяющей получать 100 одновременных спектров, заключается в микроэлектромеханической системе, именуемой «массив микрозатворов» (англ. microshutter array). У ячеек микрозатворов спектрографа NIRSpec есть крышки, которые открываются и закрываются под действием магнитного поля. Каждая ячейка размером 100 на 200 мкм[72] индивидуально управляется и может быть открытой или закрытой, предоставляя или, наоборот, блокируя часть неба для спектрографа, соответственно.

Именно эта регулируемость позволяет прибору делать спектроскопию такого количества объектов одновременно. Поскольку объекты, которые будет исследовать NIRSpec, находятся далеко и тусклы, инструмент нуждается в подавлении излучения от более близких ярких источников. Микрозатворы работают подобно тому, как люди смотрят искоса, чтобы сосредоточиться на объекте, блокируя нежелательный источник света.

Прибор уже разработан и в данный момент проходит испытания в Европе[73].

Прибор для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения[править | править код]

Прибор для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения (5—28 мкм[74]) состоит из камеры с датчиком, имеющим разрешение 1024×1024 пикселя[75], и спектрографа.

MIRI состоит из трёх массивов мышьяко-кремниевых детекторов. Чувствительные детекторы этого прибора позволят увидеть красное смещение далёких галактик, формирование новых звёзд и слабо видимые кометы, а также объекты в поясе Койпера. Модуль камеры предоставляет возможность съёмки объектов в широком диапазоне частот с большим полем зрения, а модуль спектрографа обеспечивает спектроскопию среднего разрешения с меньшим полем зрения, что позволит получать подробные физические данные об удалённых объектах.

Номинальная рабочая температура для MIRI — К. Такая температура не может быть достигнута использованием только пассивной системы охлаждения. Вместо этого, охлаждение производится в два этапа: установка предварительного охлаждения на основе пульсационной трубы охлаждает прибор до 18 К, затем теплообменник с адиабатическим дросселированием (эффект Джоуля — Томсона) понижает температуру до 7 К.

MIRI разрабатывает группа под названием MIRI Consortium, состоящая из учёных и инженеров из стран Европы, команды сотрудников Лаборатории реактивного движения в Калифорнии и учёных из ряда институтов США[76].

FGS/NIRISS[править | править код]

Датчик точного наведения (FGS) и устройство формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф (NIRISS) будут упакованы вместе в «Уэббе», но по сути это два разных устройства[77][78]. Оба устройства разрабатываются Канадским космическим агентством, и они уже получили прозвище «канадские глаза» по аналогии с «канадской рукой». Этот инструмент уже прошёл интегрирование со структурой ISIM в феврале 2013 года.

Датчик точного наведения[править | править код]

Датчик точного наведения (FGS) позволит «Уэббу» производить точное наведение, чтобы он мог получать изображения высокого качества.

Камера FGS может формировать изображение из двух смежных участков неба размером 2,4×2,4 угловых минуты каждый, а также считывать информацию 16 раз в секунду с небольших групп пикселей размером 8×8, чего достаточно для нахождения соответствующей опорной звезды с 95-процентной вероятностью в любой точке неба, включая высокие широты.

Основные функции FGS включают в себя:

  • получение изображения для определения положения телескопа в пространстве;
  • получение предварительно выбранных опорных звёзд;
  • обеспечение системы управления положением англ. Attitude Control System измерениями центроида опорных звёзд со скоростью 16 раз в секунду.

Во время вывода на орбиту телескопа FGS также будет сообщать об отклонениях при развёртывании главного зеркала.

Устройство формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф[править | править код]

Устройство формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф (NIRISS) работают в диапазоне 0,85,0 мкм и является специализированным инструментом с тремя основными режимами, каждый из которых работает с отдельным диапазоном.

NIRISS будет использоваться для выполнения следующих научных задач:

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

Примечания
  1. Для сравнения, диаметр зеркала «Хаббла» — 2,4 метра.
  2. Защитный экран позволяет поддерживать температуру зеркала и приборов ниже 50 K (−220 °C). Низкая температура необходима для работы телескопа в инфракрасном диапазоне излучения.
Сноски
  1. 1 2 Targeted launch date for Webb: 18 December 2021 (англ.). ESA.int (8 September 2021).
  2. 1 2 NASA Announces New James Webb Space Telescope Target Launch Date (англ.). NASA (16 July 2020).
  3. ÜV3 - NIRSpec – an IR spectrometer for the James Webb Space Telescope · AMA Science
  4. Felicia Chou, Natasha Pinol, Christine Pulliam, Ray Villard. Lynn Jenner: Icy Moons, Galaxy Clusters, and Distant Worlds Among Selected Targets for James Webb Space Telescope (англ.) (15 June 2017). Дата обращения: 22 ноября 2019.
  5. Королёв, Владимир. Объявлены первые цели телескопа «Джеймс Уэбб». N+1 (16 июня 2017). Дата обращения: 22 ноября 2019.
  6. NASA утвердило список первых целей для космического телескопа «Джеймс Уэбб». N+1 (03.04.2021).
  7. NASA’s James Webb Space Telescope General Observer Scientific Programs Selected. NASA (30.03.2021).
  8. Webb Science: The End of the Dark Ages: First Light and Reionization. Webb will be a powerful time machine with infrared vision that will peer back over 13.5 billion years to see the first stars and galaxies forming out of the darkness of the early universe. (англ.). НАСА. Дата обращения: 22 ноября 2019. Архивировано 21 марта 2013 года.
  9. Антон Бирюков. Щепотка бесконечности. Пузыри Ферми, астероиды и внеземная жизнь в астрообзоре «Ленты.ру» (25 марта 2013). Дата обращения: 22 ноября 2019. Архивировано 4 апреля 2013 года.
  10. «Кеплер» нашел десять новых возможных двойников Земли. РИА Наука (19 июня 2017). Дата обращения: 22 ноября 2019.
  11. В НАСА сообщили, какие планетные системы изучит телескоп "Джеймс Уэбб". РИА Новости (23.09.2021).
  12. Villard, Eric Lynn Jenner: NASA’s Webb Telescope Will Study Our Solar System’s “Ocean Worlds” (англ.). NASA (24 August 2017). Дата обращения: 22 ноября 2019.
  13. 1 2 Berardelli, Phil. Next Generation Space Telescope will peer back to the beginning of time and space, CBS (27 октября 1997).
  14. Simon Lilly. The Next Generation Space Telescope (NGST). University of Toronto (27 ноября 1998).
  15. 1 2 3 4 5 Reichhardt, Tony. US astronomy: Is the next big thing too big? (англ.) // Nature. — 2006. — March (vol. 440, no. 7081). — P. 140—143. — doi:10.1038/440140a. — Bibcode2006Natur.440..140R.
  16. Cosmic Ray Rejection with NGST.
  17. MIRI spectrometer for NGST (недоступная ссылка). Архивировано 27 сентября 2011 года.
  18. NGST Weekly Missive (25 апреля 2002).
  19. NASA Modifies James Webb Space Telescope Contract (12 ноября 2003).
  20. Problems for JWST (21 мая 2005).
  21. Refocusing NASA's vision (англ.) // Nature. — 2006. — 9 March (vol. 440, no. 7081). — P. 127. — doi:10.1038/440127a. — Bibcode2006Natur.440..127..
  22. Cowen, Ron Webb Telescope Delayed, Costs Rise to $8 Billion (недоступная ссылка). ScienceInsider (25 августа 2011). Архивировано 14 января 2012 года.
  23. Котляр, Павел Орбитальный телескоп не уложился ни в бюджет, ни в сроки. Infox.ru (11 ноября 2010). Дата обращения: 24 декабря 2010. Архивировано 8 февраля 2012 года.
  24. Amos, Jonathan. JWST price tag now put at over $8bn, BBC (22 августа 2011).
  25. Moskowitz, Clara. NASA Assures Skeptical Congress That the James Webb Telescope Is on Track. Scientific American (30 марта 2015). Дата обращения: 29 января 2017.
  26. NASA’s James Webb Space Telescope to be Launched Spring 2019. NASA (28 сентября 2017).
  27. NASA Delays Launch of James Webb Space Telescope to 2020 (англ.), Space.com[en] (27 March 2018). Дата обращения 27 марта 2018.
  28. NASA Completes Webb Telescope Review, Commits to Launch in Early 2021. Felicia Chou / Natasha Pinol. NASA (27 июня 2018). Дата обращения: 28 июня 2018.
  29. 1 2 3 NASA Completes Webb Telescope Review, Commits to Launch in Early 2021 (англ.). NASA (27 June 2018). Дата обращения: 22 ноября 2019.
  30. 1 2 Запуск «Джеймса Уэбба» перенесли на конец октября 2021 года. N+1 (17 июля 2020). Дата обращения: 16 ноября 2020.
  31. Laura Mallonee «Golden Eye» Wired magazine. November 2019, p. 24
  32. Кристина Уласович. Что увидит сменщик «Хаббла»?. Новый космический телескоп «Джеймс Уэбб» запустят в 2019 году. N+1 (19 марта 2018). Дата обращения: 22 ноября 2019.
  33. ALAN DRESSLER: Exploration and the Search for Origins: A Vision for UltravioletOptical-Infrared Space Astronomy (англ.) (pdf). “HST & BEYOND” COMMITTEE (15 May 1996). Дата обращения: 22 ноября 2019.
  34. Правительство США пожалело денег на преемника «Хаббла». Lenta.ru (7 июля 2011).
  35. Appropriations Committee Releases the Fiscal Year 2012 Commerce, Justice, Science Appropriations. The US House of Representatives. Архивировано 20 февраля 2012 года.
  36. Проект телескопа им. Джеймса Уэбба оказался под угрозой отмены
  37. «Джеймсу Уэббу» дали шанс на спасение
  38. 1 2 Теплозащитный экран «Джеймса Уэбба» сложили в последний раз. N+1 (08.04.2021).
  39. 1 2 3 The Primary Mirror (англ.). НАСА. Дата обращения: 15 марта 2013. Архивировано 16 марта 2013 года.
  40. Mirrors (англ.) (недоступная ссылка). James Webb Space Telescope. Институт исследований космоса с помощью космического телескопа. Дата обращения: 18 апреля 2014. Архивировано 21 марта 2013 года.
  41. NASA завершило сборку космического телескопа «Джеймс Уэбб». N+1 (30.08.2021).
  42. NASA’s James Webb Space Telescope Has Been Assembled for the First Time. NASA (28.08.2021).
  43. Началось финальное криогенное тестирование Космического телескопа Джеймса Уэбба. N+1 (18 июля 2017).
  44. Зеркала и другие элементы телескопа James Webb доставлены в Калифорнию для сборки (8 февраля 2018).
  45. На телескопе James Webb завершена проверка аппаратуры на термоустойчивость. ТАСС (30 мая 2019).
  46. NASA’s James Webb Space Telescope Emerges Successfully from Final Thermal Vacuum Test. NASA (30 мая 2019).
  47. NASA’s James Webb Space Telescope Has Been Assembled for the First Time. NASA (28 августа 2019).
  48. В США закончили основные работы по созданию телескопа James Webb. ТАСС (7 января 2020).
  49. NASA’s James Webb Space Telescope Full Mirror Deployment a Success. http://www.nasa.gov/ (31 марта 2020).
  50. Запуск «Джеймса Уэбба» перенесли на конец октября 2021 года. N+1 (17.07.2021).
  51. NASA’s James Webb Space Telescope Completes Comprehensive Systems Test. NASA (13.07.2021).
  52. Научные инструменты телескопа «Джеймс Уэбб» прошли полную проверку. ТАСС (25 августа 2020).
  53. «Джеймс Уэбб» прошел финальные функциональные испытания. N+1 (02.03.2021).
  54. NASA’s James Webb Space Telescope Completes Final Functional Tests to Prepare for Launch. NASA (01.03.2021).
  55. Шаблон:Cit web
  56. «Джеймс Уэбб» провел финальный тест развертывания главного зеркала. N+1 (13.05.2021).
  57. {cite web|url=https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/webb-s-golden-mirror-wings-open-one-last-time-on-earth%7Ctitle=Webb’s Golden Mirror Wings Open One Last Time on Earth|work=NASA|date=11.05.2021}}
  58. «Джеймс Уэбб» признали готовым к запуску в космос. N+1 (03.07.2021).
  59. Webb passes key launch clearance review. ЕКА (01.07.2021).
  60. «Джеймс Уэбб» завершил испытания и готов к отправке на космодром. N+1 (27.08.2021).
  61. NASA’s James Webb Space Telescope Has Completed Testing. NASA (26.08.2021).
  62. NASA’s Webb Observatory Requires More Time for Testing and Evaluation; New Launch Window Under Review. NASA (27 марта 2018).
  63. NASA Completes Webb Telescope Review, Commits to Launch in Early 2021 (англ.). NASA (27 June 2018).
  64. Запуск космического телескопа «Джеймс Уэбб» отложили еще на год. N+1 (28 июня 2018).
  65. Sean Potter. NASA Announces New James Webb Space Telescope Target Launch Date. NASA (16 июля 2020). Дата обращения: 5 февраля 2021. Архивировано 18 июля 2020 года.
  66. Запуск «Джеймса Уэбба» перенесли на середину ноября. N+1 (04.06.2021).
  67. Targeted launch date for Webb: 18 December 2021. ESA.
  68. Телескоп James Webb запустят на орбиту 18 декабря. ТАСС (08.09.2021).
  69. Near Infrared Camera (NIRCam) (англ.). НАСА. Дата обращения: 16 марта 2013. Архивировано 21 марта 2013 года.
  70. Near Infrared Camera (англ.) (недоступная ссылка). James Webb Space Telescope. Институт исследований космоса с помощью космического телескопа (21 October 2013). Дата обращения: 18 апреля 2014. Архивировано 21 марта 2013 года.
  71. 1 2 Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) (англ.) (недоступная ссылка — история ). James Webb Space Telescope. Институт исследований космоса с помощью космического телескопа (January 2014). Дата обращения: 18 апреля 2014.
  72. Microshutters (англ.). НАСА. Дата обращения: 17 марта 2013. Архивировано 21 марта 2013 года.
  73. Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) (англ.). НАСА. Дата обращения: 16 марта 2013. Архивировано 21 марта 2013 года.
  74. MIRI (недоступная ссылка)
  75. Mid Infrared Instrument (недоступная ссылка — история ).
  76. Mid-Infrared Instrument (MIRI) (англ.). НАСА. Дата обращения: 16 марта 2013. Архивировано 21 марта 2013 года.
  77. Fine Guidance Sensor/Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph (FGS/NIRISS) (англ.). НАСА. Дата обращения: 16 марта 2013. Архивировано 21 марта 2013 года.
  78. FGS - Fine Guidance Sensor (англ.) (недоступная ссылка). James Webb Space Telescope. Институт исследований космоса с помощью космического телескопа (1 March 2013). Дата обращения: 18 апреля 2014. Архивировано 21 марта 2013 года.

Ссылки[править | править код]