Битва космических титанов: "Джеймс Уэбб" против "Хаббла"

"Джеймс Уэбб": телескоп-брат "Хаббла" начал свою работу в Космосе

В начале июля 2022 года приступил к работе космический телескоп "Джеймс Уэбб" — крупнейший и мощнейший в истории. Чем новое детище астрономов отличается от всемирно известного телескопа "Хаббл" и каково соотношение сил этих двух механических покорителей Космоса?

Телескоп Джеймс Уэбб
Телескоп Джеймс Уэбб

Приглашаем читателя на состязание двух астрономических гигантов, но сразу предупреждаем: в этом соревновании победит исключительно дружба. Ведь "Джеймс Уэбб" официально считается не соперником, а преемником "Хаббла"

Увлекательная миссия "Джеймса Уэбба" едва успела начаться, а в тот же день, 12 июля, были опубликованы первые снимки, сделанные этой космической обсерваторией. Едва приступив к работе, телескоп подарил миру самое глубокое и чёткое в истории изображение Вселенной, открыв астрономам миры, о которых они ранее могли лишь мечтать.

На удивительно чётких и ярких снимках "Джеймс Уэбб" показывает

  • облака космической пыли в туманности Киля, где зарождаются новые звёзды,
  • группу галактик под названием Квинтет Стефана,
  • тусклую и до этого скрывавшуюся от взора учёных звезду в центре туманности Южное Кольцо…
 

И это только начало! А если точнее — продолжение. Ведь до этого в потрясающие воображение миры Космоса нам более 30 лет помогал заглядывать космический телескоп "Хаббл", чьи снимки превосходили по качеству всё, что можно получить в земных обсерваториях. И "Хаббл" продолжает помогать людям параллельно с уже приступившим к миссии "Джеймсом Уэббом". Именно поэтому к обоим космическим аппаратам, и к новобранцу "Уэббу", и к старожилу "Хабблу", учёные относятся с одинаковым трепетом.

"Сравнивать между собой "Уэбба" и "Хаббла" — это всё равно, что спрашивать у родителей, кого из своих детей они больше любят, первого или второго", — мудро замечает Сьюзан Маллалли, заместитель руководителя проекта "Космический телескоп "Джеймс Уэбб" ("James Webb Space Telescope") из Института исследований Космоса с помощью космического телескопа в Балтиморе, США.

Чем же отличается космический телескоп "Джеймс Уэбб" от своего "старшего товарища" и что позволяет назвать начало его космической миссии настоящим прорывом в земной астрономии? Рискнём, несмотря на завет американских учёных, и сравним между собой телескопы "Хаббл" и "Джеймс Уэбб". Разумеется, с максимальным почтением по отношению к обоим аппаратам, открывающим для нас удивительные миры далёкого Космоса, до которых пока мы не можем добраться "вживую" на космических кораблях.

Свет мой, зеркальце, скажи…

Главная характеристика любого телескопа, от гигантского научного до любительского детского, — размер объектива. Космические телескопы — не исключение. И "Хаббл", и "Джеймс Уэбб" — это телескопы-рефлекторы: они собирают излучение звёзд, планет и прочих космических объектов при помощи особого зеркала. Чем больше зеркало в диаметре, тем более мелкие детали может заснять телескоп; чем больше площадь зеркала, тем более тусклые и удалённые объекты можно с помощью телескопа увидеть.

 

Самое большое зеркало позволяет "Джеймсу Уэббу" охватить в наблюдениях в 15 раз больше пространства, чем доступно "Хабблу"

Диаметр главного зеркала "Хаббла" — 2,4 метра. "Джеймс Уэбб" же может похвастаться самым большим зеркалом в истории: его диаметр составляет аж 6,6 метра!

 

Зеркало "Хаббла" — монолитное из кремниевого стекла…

Зеркало "Хаббла" монолитное: оно изготовлено из цельного куска кремниевого стекла с алюминиевым покрытием — и имеет площадь 4,5 квадратных метра. Весит оно при этом около тонны — целых 828 килограммов!

 

А у "Джеймса Уэбба" — сегментированное из бериллия и покрытое золотом!

У "Джеймса Уэбба" зеркало сегментированное: оно составлено из 18 шестиугольных сегментов. Благодаря такой конструкции часть зеркала находилась в сложенном состоянии при запуске. Зачем превращать зеркало телескопа в замысловатый конструктор? Очень просто: чтобы в полёте телескоп можно было уместить в ракете, запускающей его в Космос! До изобретения складных деталей исследовательских аппаратов габариты зеркал космических телескопов ограничивались размерами отсека для полезной нагрузки в ракете или космическом челноке, предназначенных для отправки "космического фотографа" на свидание со звёздами. Напоминающая оригами структура позволила расширить площадь зеркала "Джеймса Уэбба" до 25 квадратных метров. Звучит как фантастика, но благодаря огромному полю зрения новый телескоп сможет охватить в 15 раз больше пространства, чем "Хаббл"!

Чтобы все сегменты зеркала "Уэбба" успешно "собирались" в единую отражающую поверхность, их положение с огромной точностью регулируют 126 небольших моторов, управляемых компьютером. Шестиугольная форма сегментов позволяет соединить их без зазоров в круглое зеркало, что важно, так как круглая форма позволяет наиболее правильно фокусировать собираемое излучение.

Парадоксально, но при всех своих габаритах, сложностях и тонкостях регулировки зеркало "Джеймса Уэбба" весит всего 705 килограммов! Причина тому — бериллий, редкий металл, заменивший стекло в зеркале нового телескопа. Этот металл жёстче многих видов стали, но при этом в четыре раза легче. Кроме того, бериллий почти не расширяется при воздействии тепла, что очень важно для работы в суровых космических условиях.

Заготовки для сегментов зеркала "Джеймса Уэбба" получали прессованием бериллиевого порошка в специальных формах из нержавеющей стали. Затем им придавали окончательную форму, шлифовали их и полировали. Заготовки зеркал прошли испытания на устойчивость к бомбардировкам микрометеороидами.

Если зеркало "Хаббла" покрыто алюминием, то в "Джеймсе Уэббе" роль отражающего покрытия играет… золото! Именно поэтому новому телескопу подарили звонкое прозвище "Золотой Глаз". Толщина золотого слоя на зеркале "Уэбба" составляет всего 100 нанометров (в 1000 раз тоньше человеческого волоса!). Драгоценный металл нанесли на зеркала методом парофазного осаждения в вакууме*. При этом на всю обсерваторию ушло 48,25 грамма золота — это сравнимо с массой мячика для гольфа!

Почему для зеркал "Уэбба" был выбран такой редкий металл? Дело далеко не в красивом блеске, золото очень хорошо отражает виды излучения, исследуемые "Джеймсом Уэббом", в частности инфракрасное и длинноволновую часть видимого излучения (об этом чуть позже). Чтобы защитить мягкий металл от царапин, поверх золотого покрытия нанесли тонкий слой аморфного диоксида кремния.

Титаны астрономии

 

Титаны астрономии: сопоставление габаритов космических телескопов "Хаббл" и "Джеймс Уэбб"

"Хаббл" — аппарат далеко не маленький: он занимает 13,2 метра в длину, а в диаметре достигает 4,2 метра. Весит знаменитый телескоп тоже немало — 10 886 килограммов.

 

Сложная конструкция: строение космического телескопа "Хаббл"

Однако "Джеймс Уэбб", как истинный подросток-акселерат нового поколения, значительно "перерос" своего старшего товарища: его солнечный щит площадью 21,1x14,6 метра сопоставим по размеру с теннисным кортом, а максимальная высота нового телескопа достигает восьми метров! А вот весит "Уэбб" меньше, чем "Хаббл" — примерно 6500 килограммов.

 

Мощь технологий: космический телескоп "Джеймс Уэбб" в деталях

Высоко лечу, далеко гляжу

Обещанное "чуть позже" настало. Теперь поговорим о том, куда способны заглянуть "Джеймс Уэбб" и "Хаббл" и почему, собственно, их нельзя считать соперниками.

Космос наполнен разными видами электромагнитного излучения, но атмосфера нашей планеты задерживает большую его часть. Поэтому мы можем жить спокойно, не боясь вредоносного воздействия различных космических излучений: например, рентгеновского и ультрафиолетового. Однако по этой же причине при астрономических наблюдениях с Земли от нашего взора ускользают многие интересные объекты, испускающие излучение в диапазонах, которые не пропускает ревностно стоящая на страже нашего здоровья земная атмосфера.

Поэтому-то и запускаются к звёздам аппараты для астрономических наблюдений — чтобы у учёных была возможность охватить весь спектр электромагнитного излучения, которым переполнена наша Вселенная.

"Хаббл" работает в основном в диапазонах, которые доступны и наземным научным телескопам: видимом, ближнем инфракрасном и ближнем ультрафиолетовом. Общая длина волны, которую в своих наблюдениях "покрывает" "Хаббл", составляет от 0,1 до 2,5 мкм. С помощью этого телескопа мы можем "заглянуть" во Вселенную на расстояние до 13,4 млрд световых лет (именно на таком расстоянии от нас расположена самая далёкая галактика, снятая "Хабблом").

При этом "Хабблу" недоступны самые отдалённые галактики и звёзды нашей Вселенной, свет от которых доходит до нас исключительно в инфракрасном диапазоне, так как его волна "растягивается" (становится длиннее) по дороге до Земли из-за эффекта расширения Вселенной. Вне доступа для "Хаббла" оказываются и космические объекты, которые спрятаны от наших глаз космическими облаками газа и пыли, блокирующими видимый свет.

Миссия проникнуть в эти потаённые уголки Вселенной и была возложена на телескоп "Джеймс Уэбб", чьи приборы работают в среднем и дальнем инфракрасном диапазоне.

Благодаря возможности улавливать такое излучение "Уэббу" доступны далёкие, ранее не исследовавшиеся объекты, в сотни раз более тусклые, чем те, которые может увидеть "Хаббл". Ещё "Уэбб" может снимать небольшую часть видимого света — волны оранжевого и красного цвета. Общий же рабочий диапазон "Джеймса Уэбба" покрывает длины волн от 0,6 до 28,5 мкм.

* Парофазное осаждение — способ нанесения на предмет какого-либо покрытия, при котором покрывающее вещество доводится до состояния пара и оседает на предмет, образуя тонкий слой. Вакуумным считается парофазное осаждение при очень низком давлении (ниже 10-6 Па).

Автор Анастасия Жукова
Анастасия Жукова— журналист, автор Правды.Ру
Редактор Елена Тимошкина
Елена Тимошкина — шеф-редактор Правды.Ру *