Что космический телескоп Уэбба покажет нам дальше

Когда космический телескоп Хаббл был запущен, мы вскоре узнали, что его изображения размыты. Инженерам пришлось создать для него эквивалент очков. Были ли такие проблемы с JWST на раннем этапе, учитывая его очень сложное развертывание?

Из-за того, как это работало, когда Хаббл отправился в космос, оптика должна была быть идеальной. Для JWST мы запустили зеркала, способные восстанавливать себя. Есть восемнадцать сегментов главного зеркала — этих красивых золотых шестиугольников — и идея состоит в том, что вы проектируете их так, чтобы их можно было корректировать в пространстве. Вы просто перемещаете их, пока они не окажутся в нужных местах. Когда JWST впервые развернули, через этот долгий итеративный процесс наблюдения за яркими звездами мы заставили все эти зеркала работать вместе, как хор — где вначале каждый играет в своем ключе, в своей песне, в своем жанре, занимаются своими делами. И, в конце концов, они скоординированы, поют в тесной, многочастной гармонии.

Настоящая проблема с JWST заключалась в том, что нам нужен был телескоп больше, чем ракеты. Ракета, на которой мы запустили, чуть больше пяти метров в диаметре. Но только часть телескопа JWST имеет диаметр 6,6 метра (и еще под ней весь этот солнцезащитный козырек размером с теннисный корт). Один из способов преодолеть ограничение по размеру, которое является фундаментальной проблемой для космических телескопов, — это сложить их. Шесть сегментов главного зеркала были спрятаны за остальными зеркалами для запуска. Затем они раскладывались на петлях. Так что это привело к дизайну, в котором нам не нужно было идеально выравнивать их на земле.

Если размер — это всего лишь одна проблема для космических телескопов, что бы вы назвали самой большой?

О, Боже мой. Я думаю, что сейчас самая большая проблема — это просто время. Телескоп примерно в сто раз мощнее, чем все, что у нас было раньше. За одно и то же время наблюдения он может видеть вещи, которые в сто раз слабее, чем мы могли бы видеть с помощью Хаббла или космического телескопа Спитцер. Так что это могучий зверь, и в первый год научной работы у нас около пятисот различных программ наблюдений — всего тысячи людей со всего мира — которые используют этот телескоп.

В определенный день мы будем наблюдать квазар, который представляет собой аккрецирующую черную дыру, которая находится настолько далеко, насколько мы можем видеть, а затем, через пару часов, мы отправимся наблюдать за астероидом в нашей собственной солнечной системе. Тогда мы могли бы пойти понаблюдать за ближайшей галактикой. У нас есть расписание, и мы проводим наблюдения, которые были выбраны научным сообществом на конкурсной основе как наиболее убедительные. И мы проводим наблюдение за наблюдением, а затем передаем эти данные миру. Ингредиентом для открытия является только время.

На какие основные вопросы должны ответить JWST, чтобы эта миссия была признана успешной?

Что ж, стоит воспользоваться моментом, чтобы вернуться немного назад. Хаббл был запущен в 1990 году, и он должен был ответить на три ключевых вопроса. Один из них: сколько лет Вселенной? Что на самом деле является показателем того, насколько быстро расширяется Вселенная. Теперь мы знаем, что это был не самый волнующий вопрос. В ходе измерения этого расширения Вселенной астрономы пришли к пониманию того, что расширение Вселенной ускоряется. Это было неожиданное открытие.

Второй: что такое квазары и каково их отношение к галактикам? Что ж, из работы со многими телескопами, включая Хаббл, мы теперь знаем, что квазары — это сверхмассивные черные дыры массой от миллиона до миллиарда солнечных в сердцах галактик, которые подпитываются, то есть питаются газом, и даже уничтожают звезды. — и при этом сияют так же ярко или ярче, чем их родительские галактики. Мы знаем, что в сердце каждой галактики есть такая черная дыра, но большинство из них спят. Однако небольшая часть из них включена и заправляется топливом. Мы на самом деле не понимаем, как черные дыры и их родительские галактики эволюционируют вместе. У нас есть доказательства того, что один контролирует другого, но мы не знаем, как это сделать.

В-третьих, Хаббл также был построен для изучения газа между галактиками. И теперь мы понимаем, что галактики постоянно подпитываются этой паутиной газа, которая связывает галактики вместе — эта структура, охватывающая пустоту красивой нитевидной геометрией. И мы знаем, что то, как галактики связаны с этой сетью, определяет, как они могут питаться и расти. Забавно оглянуться на тридцать лет назад и понять, как мало мы понимали тридцать лет назад и как далеко мы продвинулись.

А как насчет JWST?

Для JWST мы знали, что собираемся задать следующие вопросы: как выглядел первый миллиард лет? Как появились галактики? Судя по имеющимся у нас данным, мы проделаем большую работу по этому вопросу. Мы находим галактики, расположенные дальше, чем мы думали. Мы переносимся назад во времени примерно на триста миллионов лет после Большого Взрыва. Презентация, которую мы использовали, когда JWST была продана, заключалась в том, что мы увидим детские картины Вселенной. И мы обязательно это сделаем.

JWST также был построен для изучения атмосфер планет, вращающихся вокруг других звезд. Это еще одно действительно громкое научное дело. И мы делаем это, но за первый год научных наблюдений мы еще не продвинулись достаточно далеко.

Какие пробелы в науке заполняют уникальные возможности JWST?

JWST работает в инфракрасном диапазоне. Он был разработан, чтобы видеть свет от Вселенной, совершенно невидимый для Хаббла, который видит в основном в оптическом и ультрафиолетовом диапазонах. Самый «голубой» свет, который может видеть JWST, — это оттенок красного вина, а затем он становится еще краснее.

Из-за Большого взрыва расширяется пространство — не только вещество в космосе, но и сама ткань пространства. И свет, который мы видим от далеких объектов, на самом деле тоже растянулся из-за расширения Вселенной. Это приводит к тому, что свет от этих удаленных объектов растягивается до более длинных волн. Он смещается в красный цвет, к более низким энергиям.

Просто здорово, что мы можем видеть почти до конца вселенной, правда? Мы можем это сделать, потому что свет распространяется очень быстро: со скоростью света. Мы изучаем галактики, свет которых путешествует уже более тринадцати миллиардов лет. Вселенной всего около 13,8 миллиардов лет! Это детские фотографии буквально всего, и, в частности, детских галактик, которые превратились бы в зрелые галактики, такие как наш Млечный Путь.