Телескоп Уэбба

1.

Телескоп Уэбба
Родион Овечкин 1ИСИП-822

2.

Космический телескоп
Джеймса Уэбба (иногда
его называют JWST или
Webb) — это орбитальная
инфракрасная
обсерватория, которая
дополнит и расширит
открытия космического
телескопа Хаббла с более
длинным волновым
охватом и улучшенной
чувствительностью.
Устройство Уэббуа
позволяет ему
заглядывать в пылевые
облака, где сегодня
формируются звезды и
планетные системы.

3.

Параметры и устройство
«Джеймса Уэбба»
Миссия космического телескопа непроста — но и берется за нее «Джеймс Уэбб» далеко не с голыми руками. Сложная защита,
оборудование, маневровые двигатели, рассчитанные на ежегодные поправки курса — все это проектировалось годами
разработчиками со всего мира, и не раз усовершенствовалось в процессе разработки. Оцените только некоторые цифры из
параметров «Джеймса Уэбба»:
1.Вес аппарата при запуске: 6,5 тонны. Разумеется, часть веса занимает топливо — для корректировок орбиты «Джеймс Уэбб»
возьмет с собой горючего на суммарный разгон в 150 м/с. Однако даже с ним вес телескопа сравнительно небольшой: его старший
коллега «Хаббл» весит почти в два раза больше, 11 тонн.
2.Линейные измерения «Джемса Уэбба» впечатляют: в самом большом месте он имеет длину в 20 метров и ширину в 7 — прямо как
поле для тенниса или мини-футбола. Но и рабочая часть не отстает. Центральный телескоп «Уэбба» достигает 6,5 м в диаметре, а
общая площадь его зеркала в 25 м2 — пока что рекордная среди всех космических телескопов. Площадь зеркала «Хаббла» была
около 4,5 м2, а размерами он был немногим больше автобуса «Икарус».
3.Расстояние от телескопа до Земли будет колебаться. В самой ближней точке «Уэбб» будет подлетать к Земле на 374 тысячи
километров — на 10 тысяч километров ближе Луны. А в максимуме телескоп будет отдаляться на 1,5 миллиона километров!

4.

5.

Несмотря на громадное отдаление «Уэбба»,
связь с Землей будет высшего качества. Хотя
канал для контроля и регулировки телескопа
будет пропускать всего 16 Кбит/с с Земли и 40
Кбит/с на Землю, для научных данных была
создана выделенная линия. По ней телескоп
сможет передавать снимки со скоростью 28
Мбит/с. К примеру, полуторачасовой фильм
ввысоком качестве можно будет получить меньше
чем за 10 минут — а единичные снимки будут
загружаться за считанные минуты.
Интересный факт — низкая скорость передачи
данных никогда не останавливала
исследователей космоса. Показательна история
зонда «Галилео», который первым доставил
высококачественные снимки Юпитера и его
спутников общим весом на 30 гигабайт. Однако
его высокоскоростная антенна сломалась еще во
время полета — и передавать данные пришлось
со скоростью всего 160 бит/с.

6.

Основные
элементы
телескопа
Однако цифры не являются
единственным мерилом сил
телескопа. Главное — это
конкретные устройства,
благодаря которым
«Джеймс Уэбб» получает
свои невиданные
способности. Давайте
вкратце рассмотрим их и
разберемся, для чего они
нужны.

7.

Тепловой щит
Самая большая часть телескопа — это 20×7
метровый противосолнечный щит, напоминающий
кораблик из нескольких согнутых листов бумаги. Но
на самом деле он сделан из специальной
полимерной пленки, покрытой тонким слоем
алюминия на одной стороне, и металлическим
кремнием на другой. Композитный материал щита
«Уэбба» отличается поразительной
теплоизоляцией: когда на одной стороне покрытия
можно жарить блины, на другой моментально будет
замерзать вода. Как вы уже могли заметить, щит
телескопа многослойный — а пустоты между его
слоями заполнены вакуумом специально для
усложнения передачи тепла вглубь, к сердцу
телескопа.

8.

Зеркало
Больше всего внимания привлекает
отражатель телескопа — зеркальный круг
из 18 шестиугольных фрагментов, которые
из-за своего насыщенно-желтого цвета
напоминают пчелиные соты. Сами зеркала
изготовлены из бериллия, известного
своей стойкостью к сверхнизким
температурам, а яркий цвет обеспечивает
позолота — золото лучше отражает свет в
инфракрасном диапазоне, служа тем
самым цветовым фильтром для «Джеймса
Уэбба».

9.

Уэбб против Хаббла
Замена старого телескопа
или преемник?

10.

Уэбб часто называют заменой Хабблу, но в НАСА его предпочитают называть
преемником легендарного телескопа. В конце концов, научные цели Уэбба были
поставлены на основании полученных результатов от Хаббла.
Достижения Хаббла подтолкнула ученых к идее использовать волны большей длины,
чтобы «выйти за пределы» наблюдений. Более удаленные объекты имеют высокое
смещение в красный спектр. Таким образом, для наблюдения за этими отдаленными
объектами (например, первыми галактиками, образовавшимися во Вселенной)
требуется инфракрасный телескоп.
Это еще одна причина, по которой Уэбб не является заменой Хабблу; его
возможности не идентичны. Уэбб будет в первую очередь смотреть на Вселенную в
инфракрасном диапазоне, в то время как Хаббл изучает ее в первую очередь на
оптических и ультрафиолетовых длинах волн (хотя он имеет некоторые возможности
работы в инфракрасном свете).

11.

Почему Уэбб видит больше?
Свет распространяется в диапазоне частот вдоль электромагнитного спектра. Наши глаза эволюционировали, чтобы
обнаружить полосу спектра, которая известна как «видимый свет», что неудивительно, учитывая, что наша
атмосфера блокирует многие другие длины волн. Однако есть много других форм света, которые мы не можем
видеть как внутри, так и за пределами нашей атмосферы.
Инфракрасный свет имеет большую длину волны и может проходить сквозь объекты в пространстве, которые
блокирует видимый свет, такие как газ и пыль. Вот почему изображения, полученные с помощью телескопов,
которые обнаруживают инфракрасные частоты, могут выделять объекты за пределами этих облаков и казаться
более четкими, чем те, которые сделаны с помощью других телескопов.
У Уэбба также гораздо большее зеркало, чем у Хаббла. Эта большая площадь сбора света означает, что Уэбб может
заглянуть дальше во времени, чем Хаббл способен это сделать.
Кроме того, Хаббл находится на очень близкой орбите вокруг Земли, а Уэбб будет на расстоянии 1,5 млн км во второй
точке Лагранжа (L2).

12.

13.

Будет ли Уэбб делать
такие же красивые
снимки как Хаббл?
Да. Кроме того, что с помощью телескопа Уэбба ученые
смогут увидеть то, что никогда раньше не видели, у
исследователей появится возможность наблюдать уже
открытые объекты в новом свете. В буквальном
смысле.
Красота и качество астрономического изображения
зависит от двух вещей: резкости и количества пикселей
в камере. В обоих случаях Уэбб очень похож и во
многих отношениях лучше, чем Хаббл. Хотя
изображения Уэбба будут инфракрасными, их можно
преобразовать с помощью компьютера в видимое
изображение. Кроме того, он может видеть оранжевый
и красный видимый свет. Изображения Уэбба будут
другими, но такими же красивыми, как у Хаббла.

14.

15.

У Уэбба будет первичное зеркало
диаметром 6,5 м, это дает ему
значительно большую площадь
сбора, чем зеркала, доступные в
космическом телескопе нынешнего
поколения. Зеркало Хаббла
намного меньше — 2,4 м в
диаметре и его площадь сбора
информации составляет 4,5 м². У
Джеймса Уэбба эта площадь в 6,25
раза больше. Кроме того, у Уэбба
будет значительно большее поле
зрения, чем у камеры NICMOS на
Хаббле. Уэбб сможет охватить в 15
раз больше пространства.

16.

Сравниваем орбиту
Уэбба и Хаббла
Земля находится в 150 млн. км от Солнца, а Луна
вращается вокруг Земли на расстоянии примерно 384
500 км. Космический телескоп Хаббла вращается вокруг
Земли на высоте ~570 км над ней. На самом деле Уэбб
не будет вращаться вокруг Земли — он будет
находиться на расстоянии 1,5 млн км. Поскольку Хаббл
находится на околоземной орбите, космический челнок
смог запустить его в космос. Уэбб будет запущен на
ракете Ariane 5, и поскольку не будет находиться на
околоземной орбите, то не предназначен для
обслуживания космическим челноком. Солнечный щит
Уэбба будет блокировать свет от Солнца, Земли и Луны.
Это поможет Веббу оставаться в спокойном состоянии и
не «отвлекаться» на ближний свет, что очень важно для
инфракрасного телескопа. Когда Земля вращается
вокруг Солнца, Уэбб будет вращаться вокруг нее — но
останется неподвижным в том же месте относительно
Земли и Солнца

17.

Развертывание Уэбба.
Как это произойдет?
Команда Webb Telescope также
решила построить зеркало в сегментах
на структуре, которая складывается,
чтобы он мог поместиться в ракету.
Зеркало раскроется после запуска:
каждый из 18 зеркальных сегментов
гексагональной формы имеет диаметр
1,32 м. Вторичное зеркало Уэбба имеет
диаметр 0,74 м.

18.

Что будет
изучать
телескоп
Уэбб?
Первые звезды и галактики
Благодаря беспрецедентной чувствительности к инфракрасному излучению он будет
смотреть во времени более чем на 13,5 млрд лет, чтобы увидеть первые галактики,
рожденные после Большого взрыва.
Как собираются галактики
Уэбб поможет астрономам сравнивать самые слабые и самые ранние галактики с
современными великими спиралями и эллиптиками, помогая нам понять, как
галактики собираются за миллиарды лет.
Рождение звезд и планетных систем
Уэбб сможет видеть сквозь массивные облака пыли, непрозрачные для
обсерваторий видимого света, таких как Хаббл, где рождаются звезды и планетные
системы.
Экзопланеты
Уэбб расскажет нам больше об атмосферах внесолнечных планет и, возможно, даже
найдет строительные блоки жизни в других местах вселенной. В дополнение к
другим планетным системам Уэбб будет также изучать объекты в нашей собственной
Солнечной системе.

19.

Первое задание
Уэбба: он изучит
Юпитер, его кольца и
две интригующие
луны
Разнообразная команда из более чем 40 исследователей, возглавляемая
астрономом Инке де Патером из Калифорнийского университета, Беркли и Тьерри
Фуше из Обсерватории Парижа, разработала амбициозную программу наблюдений,
которая проведет некоторые из первых научных наблюдений Уэбба в Солнечной
системе. Они будут изучать Юпитер, его кольцевую систему и две его луны: Ганимед
и Ио.
Это будет действительно сложный эксперимент, подчеркивают ученые. Юпитер
настолько яркий, а инструменты Уэбба настолько чувствительны, что наблюдение за
яркой планетой, ее более слабыми кольцами и лунами станет отличным испытанием
инновационных технологий Уэбба.

20.

Юпитер и его
штормы
В дополнение к калибровке инструментов Уэбба
для яркости Юпитера астрономы также должны
учитывать вращение планеты, потому что
Юпитер завершает один день всего за 10 часов.
Несколько изображений должны быть сшиты
вместе в мозаику, чтобы полностью захватить
определенную область — например, знаменитый
шторм, известный как Большое Красное Пятно,
— задача, которая усложняется, когда сам
объект движется. В то время как многие
телескопы изучали Юпитер и его штормы,
большое зеркало Уэбба и мощные инструменты
дадут новые идеи. Уэбб также изучит атмосферу
полярного региона, где космический корабль
НАСА Юнона обнаружил скопления циклонов.
Спектроскопические данные Уэбба предоставят
гораздо больше деталей, чем это было возможно
в предыдущих наблюдениях, измерениях ветра,
частиц облаков, состава газа и температуры.

21.

Кольца Юпитера
У всех четырех газовых гигантов планет Солнечной
системы есть кольца, причем Сатурн является
самым выдающимся. Кольцевая система Юпитера
состоит из трех частей: плоского основного кольца;
гало внутри основного кольца в форме двойной
выпуклой линзы; и тонкое кольцо, внешнее по
отношению к основному кольцу. Кольцевая система
Юпитера исключительно слабая, потому что
частицы, из которых состоят кольца, настолько
малы и редки, что не отражают много света. Рядом
с яркостью планеты они практически исчезают,
бросая вызов астрономам.

22.

Луна Юпитера —
Ганимед
Несколько особенностей ледяного Ганимеда делают
его захватывающим для астрономов. Помимо того, что
она является самой большой луной в Солнечной
системе и даже больше, чем планета Меркурий, это
единственная известная луна, обладающая
собственным магнитным полем. Команда исследует
самые внешние части атмосферы Ганимеда, его
экзосферы, чтобы лучше понять взаимодействие Луны
с частицами в магнитном поле Юпитера.
Есть
также доказательства того, что у Ганимеда может быть
жидкий соленый морской океан под его толстым
поверхностным льдом, который Уэбб будет
исследовать с подробным спектроскопическим
исследованием поверхностных солей и других
соединений. Опыт группы, изучающий поверхность
Ганимеда, может быть полезен при дальнейшем
изучении других спутников ледяной Солнечной
системы, предположительно, имеющих
подповерхностные океаны, включая спутник Сатурна
Энцелад и спутник Юпитера Европа.

23.

Луна Юпитера —
Ио
В отличие от Ганимеда, другого спутника, команда изучит
Ио, самый вулканически активный мир в Солнечной
системе. Динамическая поверхность покрыта сотнями
огромных вулканов, которые затмят те, что на Земле, а
также озерами расплавленной лавы и гладкими поймами
затвердевшей лавы. Астрономы планируют использовать
Уэбба, чтобы узнать больше о влиянии вулканов Ио на его
атмосферу.
Еще одна загадка, которую Уэбб
рассмотрит на Ио, — это существование «скрытых
вулканов», которые испускают газовые струи без
светоотражающей пыли, которую можно обнаружить с
помощью космического корабля, такого как миссии НАСА
«Вояджер» и «Галилео», и поэтому до сих пор остаются
незамеченными. Высокое пространственное разрешение
Уэбба позволит выделить отдельные вулканы, которые
раньше были бы похожи на одну большую точку доступа,
позволяя астрономам собирать подробные данные о
геологии Ио.

24.

Спасибо за
внимание !