После десятилетий изменений и решения проблем многомиллиардный наследник телескопа Хаббла планируется запустить уже этой осенью
Последние испытания солнечного щита телескопа Джеймса Уэбба в ангарах Northrop Grumman в городе Редондо-Бич, Калифорния. Декабрь 2020.
Для создания нового космического телескопа требуется много времени, денег и вдохновения. Астрономы приставали к НАСА с проектом следующего после Хаббла космического телескопа ещё до того, как тот вывели на орбиту в 1990-м. Тогда им казалось, что проект обойдётся не дороже миллиарда долларов и будет запущен уже в первом десятилетии XXI века.
Спустя тридцать лет, $8,8 млрд, множество неудач, кризисов финансирования и угроз отмены проекта со стороны Конгресса США, космический телескоп Джеймса Уэбба, наконец, готов к запуску. НАСА планирует вывести его на орбиту уже 31 октября на ракете Европейского космического агентства Ариан-5 с космодрома во Французской Гвиане.
Во время недавней встречи Американского астрономического общества технологи и инженеры показали телескоп в разложенном виде, понадеявшись, что это последний раз, когда телескоп будет развёрнут на земле.
«В следующий раз, когда эта обсерватория будет так выглядеть, — сказал Эрик Смит, учёный, участвующий в программе создания телескопа, — она будет находиться за орбитой Луны, и будет видна нам в виде точечного источника света 17-й величины.
Телескоп, полностью собранный в „чистой комнате“ в ангаре Northrop Grumman в Лос-Анджелесе, на камерах виртуальной конференции выглядит как гигантский подсолнух, стоящий на доске для сёрфинга. Лепестками цветка служат 18 покрытых золотом бериллиевых шестиугольников, формирующих тарелку диаметром 6 метров. Доска для сёрфинга, на которой он будет вечно скользить на дальней стороне Луны, служит сендвич из пяти слоёв каптонового пластика, который будет защищать телескоп от тепла и света Солнца.
Телескоп, названый в честь руководителя НАСА, стоявшего у истоков программы „Аполлон“, почти в три раза больше разрекламированного Хаббла и в семь раз более чувствительнее в распознавании тусклых звёзд и галактик, расположенных у границы времён.
Акустические тесты части космического корабля телескопа, одновременно выполняющей задачи солнечного щита и магистральной шины
Инженер Эрин Уилсон добавила алюминиевую плёнку к электрическим кабелям для защиты от переохлаждения во время тестов оптического оборудования телескопа
Спуск телескопа в аппарат для испытаний. Телескоп настолько большой, что для запуска на ракете Ариан-5 его нужно сложить.
Чтобы щит и зеркало телескопа можно было отправить в космос на ракете Ариан-5, предоставленной ЕКА, их нужно сложить – а потом они должны развернуться на расстоянии в полтора миллиона километров в открытом космосе за первый месяц после запуска, что потребует провести порядка 180 операций. За последние несколько лет различные этапы этой процедуры развёртывания инженеры практиковали снова и снова.
На одном из ранних прогонов порвался солнечный щит, что снова задержало проект.
Пока что инженеры считают, что всё сделали, однако с ужасом ожидают грядущий шестимесячный период разворачивания и испытания телескопа в космосе. Кроме того, Смит говорит, что в каптоне до сих пор есть парочка прорех размером порядка сантиметра, которые нужно заделать.
Миссия телескопа – исследование той части космической истории, которая была недоступна для Хаббла. В период с 150 млн лет до миллиарда лет после начала времён зародились первые звёзды и галактики. Они начали сжигать мрачный водородный туман, преобладавший в пространстве после Большого взрыва. Как это точно происходило, пока неизвестно.
Для выполнения миссии телескоп должен быть настроен на свет, отличающийся от того, что видят наши глаза или Хаббл. Поскольку расширение космоса быстро уносит от нас самые ранние звёзды и галактики, их свет испытывает красное смещение, и длина его волны увеличивается – примерно как у звука сирены проезжающей мимо скорой помощи, который становится ниже.
Инженеры испытывали „снежную очистку“ на тестовом зеркале центра космических полётов Годдарда. Они поливают зеркало потоком снега из замороженной двуокиси углерода, которая позволяет очищать большие зеркала, не царапая их
Подготовка телескопа к октябрьским испытаниям
Пять слоёв полномасштабной инженерной модели солнечного щита телескопа, выложенной для испытаний на прочность в ангаре Northrop Grumman в 2013
Поэтому голубой свет, испущенный в далёком прошлом только зародившейся галактикой, полной новых ярких звёзд, растянулся и перешёл в невидимый инфракрасный диапазон – стал тепловым излучением – к тому моменту, как 13 млрд лет спустя дошёл до нас.
В результате телескоп Уэбба будет выдавать космические открытки в таких цветах, которые не воспримет ни один глаз. Но чтобы распознать это слабое тепловое излучение, телескоп должен быть очень холодным – не выше 45°К – чтобы его тепловое излучение не заглушало излучение далёкого космоса. Поэтому ему и нужен солнечный щит, который будет удерживать телескоп в постоянно холодном состоянии.
Также инфракрасное излучение идеально подходит для изучения экзопланет – планет, вращающихся вокруг других звёзд. Этот подход продвигал нашумевший отчёт 1996 года „Телескоп Хаббла и будущее, изучение и поиски истоков: идеи касательно ультрафиолетовой-оптическо-инфракрасной космической астрономии“, написанный комитетом обсерваторий Карнеги под руководством Алана Дресслера.
Их идеи были пророческими. В то время было известно ровно три экзопланеты. В последовавшие десятилетия, пока телескоп Уэбба проходил все стадии мучительной разработки, исследование экзопланет расцвело. Миссия Кеплер нашла тысячи экзопланет, из чего следовало, что в нашей Галактике должны быть сотни миллионов экзопланет, которые смогут изучать астрономы при помощи телескопа Уэбба.
И одним из самых ожидаемых первых результатов работы телескопа Джеймса Уэбба будут данные о планетах системы TRAPPIST-1, одинокой звезды, расположенной всего в 40 световых годах от нас. Вокруг неё вращается несколько планет, три из которых каменистые, и находятся в т.н. „зоне обитаемости“, благодаря чему на их поверхности может быть жидкая вода. Телескоп Джеймса Уэбба, кроме всего прочего, сможет изучить и атмосферы подобных планет, на основе их взаимодействия со светом их звёзд. А это первый шаг к изучению вопроса о том, населены ли потенциально обитаемые планеты – или хотя бы к оценке вероятности этого.
Уменьшить количество седых астрономов
Сара Сигер, планетолог и профессор физики Массачусетского технологического института
Поиски жизни на экзопланетах являются центральной темой нового документального фильма, посвящённого телескопу Джеймса Уэбба, „Охота за планетой В“, снятого Натаниэлем Каном. Премьера фильма состоится на фестивале South by Southwest в марте. К удивлению Кана фильм также демонстрирует социологическую революцию в астрономии – многие лидеры в области изучения экзопланет оказались женщинами.
В фильме освещаются такие исследователи, как Джил Тартер из института SETI, пионер поиска внеземных цивилизаций; Натали Баталья из Калифорнийского университета в Санта-Круз, лидер миссии Кеплер, составляющая сегодня план наблюдений для телескопа Джеймса Уэбба; Маргарет Тёрнбул, эксперт по обитаемым планетам из Висконсинского университета, бывший кандидат в губернаторы этого штата (Кан брал у неё интервью в то время, как она занималась ульями во дворе своего дома); Эми Ло, инженер компании Northrop, в свободное от сборки частей телескопа Джеймса Уэбба в единое целое, занимающаяся тюнингом гоночных автомобилей.
»Неважно, что я думаю по этому поводу, — говорит Тартер, когда Кан спрашивает её о существовании жизни во Вселенной. К богословам и священникам никто не обращался: «Мы тут занимаемся не религией, а наукой».
Кан получил номинацию на премию Оскар за фильмы «Мой архитектор», посвящённый его отцу, архитектору Луису Кану, и «В две руки: история Леона Флейшера», про пианиста, потерявшего контроль над одной рукой из-за неврологического заболевания. В качестве хобби он всю жизнь занимается астрономией. Он намеревался снять фильм о создании телескопа, но как он сказал в интервью, одна из прелестей съёмок фильмов состоит в том, что «начинаешь снимать об одном, о телескопе Джеймса Уэбба, и всё естественным образом развивается в более глубокую историю. И эта история – появление женщин на переднем крае астрономии».
Сара Сигер, планетолог из Массачусетского технологического института, помогает выстраивать сюжет фильма, сказала, что это появление совершенно осмысленно. «Когда экзопланеты были совершенно новой областью науки, в ней по определению не могли доминировать старые белые мужчины», — рассказала она в интервью The New York Times. «Старые учёные не хотели окунаться в новую и, казалось, рискованную область деятельности, благодаря чему их предубеждения некому было распространять на сообщество».
Маргарет Тёрнбул, кадр из фильма «Охота за планетой В»
Джил Тартер, астроном из SETI Institute
Натали Баталья из Калифорнийского университета
Эми Ло, инженер из компании Northrop
Сигер вспоминает, как её удивило, что на конференциях по космологии почти все выступавшие были мужчинами с седыми или седеющими волосами. «В космологии не было ниш, куда могли бы проникнуть новые люди, — сказала она. – На конференции по экзопланетам не было никого старше 40, а большинство было моложе 30».
Баталья сказала, что в области изучения экзопланет сначала лидировали такие мужчины, как Мишель Мэйор и Дидье Келоц из Женевской обсерватории, разделившие нобелевскую премию 2019 года за открытие первой экзопланеты, и Уильям Боручки из исследовательского центра Эймса, придумавший и руководивший миссией Кеплер. Но женщины успешно развивались и продвигали эту область дальше.
«Если вы поговорите со старшими женщинами, изучающими экзопланеты, то обнаружите, что все наши истории разные, — сказала Баталья. – Мы выжили по разным причинам. И остались по разным причинам. И теперь, когда мы здесь, возможно и другим девушкам будет легче представить себя на таком же пути».
Вперёд в прошлое
Запуск ракеты Ариан-5 с космодрома Куру во Французской Гвиане с полезной нагрузкой из спутников, 2006.
На сегодня 4332 астронома из 44 стран отправили свои предложения для первого раунда наблюдений телескопа Джеймса Уэбба. Такие цифры озвучила Кристин Чен из научного института космического телескопа во время конференции, посвящённой телескопу Джеймса Уэбба. 31,5% исследователей – женщины, что примерно совпадает с текущей статистикой, по которой около трети докторских степеней в астрономии получили женщины.
«У нас есть естественное разнообразие», — сказал менеджер проекта Смит во время конференции. И добавил: «Как учёные, мы понимаем, что Вселенная редко проявляет себя через данные, подтверждающие наши модели и теории, и чаще даёт нам данные, выходящие за рамки ожиданий, и приближающие нас к универсальной истине. И как мы должны стремиться к пониманию данных, отличающихся от наших сформированных ранее идей, так мы должны смотреть на различные точки зрения во время планирования и разработки миссий».
Осенний запуск телескопа Джеймса Уэбба станнит одним из величайших событий этого года для космической науки – вместе с посадкой на Марс очередного робота.
Не таким уж смелым будет предположение, что если мы продолжим наши исследования с прежней скоростью, то в ближайшие полвека сможем узнать, что жизнь в каком-либо её виде существует в ближайшей к нам части космоса. Возможно, она будет прятаться подо льдом гигантского спутника планеты, под камнем Марса или в каком-нибудь жарком болоте экзопланеты. Любой намёк на её существование станет гигантским шагом к пониманию нашего собственного происхождения.
Как писали Дресслер с соавторами в отчёте 1996 года, «замечательным триумфом астрономии XX века стала демонстрация истинности идеи о том, что наши истоки, и, возможно, наша судьба, лежат где-то среди звёзд». Намекая на популярность научной фантастики в фильмах, телешоу и книгах, они писали, что «великие темы человеческого существования всё чаще проецируются в космос».
«Возможно, наши физические путешествия в космос не состоятся ещё несколько поколений подряд, — заключили они, — но наши разумы уже живут в Космическую эру».
