Космический телескоп Джеймс Уэбб: приготовьтесь к новому способу увидеть Вселенную

Космический телескоп Джеймс Уэбб наконец-то готов заниматься наукой — и он видит Вселенную более четко, чем предполагали его создатели.

НАСА планирует опубликовать первые изображения, сделанные космическим телескопом Джеймс Уэбб, 12 июля 2022 года. Они ознаменуют начало следующей эры в астрономии, поскольку Уэбб — крупнейший из когда-либо построенных космических телескопов — начнет собирать научные данные, которые помогут ответить на вопросы о самых ранних моментах существования Вселенной и позволить астрономам изучать экзопланеты более подробно, чем когда-либо прежде.

Но потребовалось почти восемь месяцев путешествия, настройки, тестирования и калибровки, чтобы убедиться, что этот самый ценный из телескопов готов к работе. Марсия Рике, астроном из Аризонского университета и ученый, отвечающий за одну из четырех камер Уэбба, объясняет, что она и ее коллеги делали, чтобы запустить этот телескоп.

Что произошло с момента запуска телескопа?

После успешного запуска космического телескопа 25 декабря 2021 года команда начала долгий процесс перемещения телескопа в его окончательное орбитальное положение, раскладывания телескопа и — по мере остывания — калибровки камер и датчиков на борту.

Запуск прошел настолько гладко, насколько вообще возможно. Одной из первых вещей, которую заметили мои коллеги из НАСА, было то, что на борту телескопа осталось больше топлива, чем предполагалось, для будущих корректировок его орбиты. Это позволит Уэббу работать намного дольше 10 лет, как планировалось изначально.

Первой задачей во время полета Уэбба к конечному месту на орбите было развернуть телескоп. Это прошло без каких-либо заминок, начиная с развертывания солнцезащитного экрана, который помогает охлаждать телескоп, за которым последовало выравнивание зеркал и включение датчиков.

Как только солнцезащитный экран был открыт, наша команда начала отслеживать температуру четырех камер и спектрометров на борту, ожидая, пока они достигнут достаточно низких температур, чтобы мы могли начать тестирование каждого из 17 различных режимов, в которых могут работать приборы.

Что тестировали в первую очередь?

Камеры на Уэббе охлаждались, как и предсказывали инженеры, и первым инструментом, который включила команда, была камера ближнего инфракрасного диапазона, или NIRCam. NIRCam предназначена для изучения слабого инфракрасного света, излучаемого старейшими звездами или галактиками во Вселенной. Но прежде чем это удалось сделать, NIRCam пришлось помочь выровнять 18 отдельных сегментов зеркала Уэбба.

Как только NIRCam остыл до минус 173 C, стало достаточно холодно, чтобы начать обнаруживать свет, отражающийся от сегментов зеркала Уэбба, и создавать первые изображения телескопа. Команда NIRCam была в восторге, когда появилось первое световое изображение.

Эти изображения показали, что все сегменты зеркала указывали на относительно небольшую область неба, и выравнивание было намного лучше, чем в худших сценариях, которые мы планировали.

В это же время начал работу датчик точного наведения Уэбба. Этот датчик помогает удерживать телескоп в постоянном наведении на цель — так же, как стабилизация изображения в бытовых цифровых камерах.

Используя звезду HD84800 в качестве точки отсчета, мои коллеги из команды NIRCam помогли настроить выравнивание сегментов зеркала до тех пор, пока оно не стало практически идеальным, намного лучше минимума, необходимого для успешной миссии.

Какие датчики включились далее?

Когда 11 марта юстировка зеркала завершилась, спектрограф ближнего инфракрасного диапазона — NIRSpec — и формирователь изображения и безщелевого спектрографа ближнего инфракрасного диапазона — NIRISS — закончили охлаждение и присоединились к работе.

NIRSpec предназначен для измерения силы различных длин волн света, исходящего от цели. Эта информация может раскрыть состав и температуру далеких звезд и галактик. NIRSpec делает это, глядя на свой целевой объект через щель, которая не пропускает другой свет.

NIRSpec имеет несколько щелей, позволяющих одновременно просматривать 100 объектов. Члены группы начали с тестирования режима множественных целей, отдав команды открыванию и закрытию щелей, и они подтвердили, что щели правильно реагируют на команды. Будущие шаги будут измерять точно, куда направлены щели, и проверять возможность одновременного наблюдения за несколькими целями.

NIRISS — это безщелевой спектрограф, который также разделяет свет на разные длины волн, но он лучше подходит для наблюдения за всеми объектами в поле, а не только за теми, что находятся на щелях. Он имеет несколько режимов, в том числе два, предназначенных специально для изучения экзопланет, особенно близких к их родительским звездам.

До сих пор проверки и калибровка приборов проходили гладко, и результаты показывают, что и NIRSpec, и NIRISS предоставят даже более точные данные, чем предсказывали инженеры перед запуском.

Какой прибор включился последним?

Последним инструментом, который загружался на Уэббе, был Mid-Infrared Instrument, или MIRI.

MIRI предназначен для съемки далеких или недавно образовавшихся галактик, а также слабых мелких объектов, таких как астероиды. Этот датчик обнаруживает самые длинные волны среди инструментов Уэбба и должен работать при температуре минус 267 градусов по Цельсию — на несколько градусов выше абсолютного нуля.

Если бы было немного теплее, детекторы улавливали бы только тепло самого прибора, а не интересные объекты в космосе. MIRI имеет собственную систему охлаждения, которой требовалось дополнительное время, чтобы полностью войти в рабочий режим, прежде чем прибор можно было включить.

Радиоастрономы нашли намеки на то, что существуют галактики, полностью скрытые пылью и не обнаруживаемые телескопами, такими как Хаббл, которые улавливают длины волн света, подобные тем, которые видны человеческому глазу.

Чрезвычайно низкие температуры позволяют MIRI быть невероятно чувствительным к свету в среднем инфракрасном диапазоне, который легче проходит сквозь пыль. Когда эта чувствительность сочетается с большим зеркалом Уэбба, это позволит MIRI проникать сквозь эти пылевые облака и впервые обнаружить звезды и структуры в таких галактиках.

Что дальше?

По состоянию на 15 июня 2022 года все инструменты Уэбба включены и сделаны первые снимки. Кроме того, четыре режима визуализации, три режима временных рядов и три режима спектроскопии были протестированы и сертифицированы, осталось только три режима.

12 июля НАСА планирует выпустить набор тизерных изображений, иллюстрирующих возможности Уэбба. Они покажут красоту изображений Уэбба, а также дадут астрономам реальное представление о качестве данных, которые они получат.

После 12 июля космический телескоп Джеймс Уэбб начнет полноценную работу над своей научной миссией.

Подробное расписание на предстоящий год еще не опубликовано, но астрономы всего мира с нетерпением ждут первых данных с самого мощного из когда-либо построенных космических телескопов.