Возрадуйтесь, любители астрономии и астрофизики! После нескольких лет сомнений и задержек в НАСА наконец-таки закончили строительство своего супер-мощного космического телескопа, названного в честь Джеймса Вебба - директора НАСА, под чутким руководством которого проводились первые пилотируемые космические полеты США.

Космическая обсерватория

Гигантское основное зеркало телескопа было впервые представлено публике в начале ноября. Оно представляет собой составную площадь диаметром 6,5 метров, состоящую из 18 позолоченных шестиугольников. Предыдущий космический телескоп "Хаббл" уступает новому в сотню раз. Его зеркало имеет 2,5 метра в диаметре. Космический телескоп Джеймса Вебба будет запущен в 2018 году и позволит взглянуть на доселе неизведанные горизонты нашей Вселенной.

Практически сразу после демонстрации зеркала конструкторы, работающие над созданием и тестированием телескопа, сообщили о завершении работы над тепловым экраном, который будет защищать обсерваторию от солнечной радиации. Экран по размеру соответствует площади профессионального теннисного корта. После проведения отдельных тестов обе детали будут соединены.

На момент запуска новый телескоп будет представлять собой сложнейшую космическую обсерваторию, когда-либо созданную человеком. Ученые и любители астрономии уже с нетерпением ждут от него ответов на многие мучающие их вопросы.

Гравитационная стабильность

После запуска космическая обсерватория будет установлена за орбитой Луны во второй точке Лагранжа. Это место называют регионом гравитационной стабильности, то есть телескоп будет оставаться недвижимым по отношению к Луне и Земле. Из места установки телескопу открывается прекрасный вид на дальние галактики и звездные системы. Ученые надеются на виды не только неизвестных доселе галактик, но и экзопланет.

Новый взгляд на планету

Несмотря на то что телескоп Джеймса Вебба называют преемником "Хаббла", новая обсерватория будет значительно отличаться. Дело в том, что телескоп Вебба будет наблюдать Вселенную в инфракрасном свете, в то время как "Хаббл" наблюдает ее как в инфракрасном, так и в видимом диапазоне.

Уникальное научное оборудование позволит телескопу заглядывать сквозь космическую пыль и наблюдать за давними и дальними галактиками и звездными системами.

Новые горизонты

Изначально планировалось запустить новый телескоп к 2011 году, и первоначальная стоимость его составляла не больше миллиарда долларов. Из-за значительных задержек и переделок бюджет увеличился почти в девять раз, а запуск отложили на восемь лет.

Однако запуск телескопа будет крайне волнительным не только из-за огромного бюджета. Дело в том, что в отличие от "Хаббла" новый телескоп нельзя будет обслуживать в космосе. После запуска он фактически сам за себя.

Создание новой космической обсерватории заняло больше 20 лет, однако последние новости говорят о том, что этот удивительный аппарат уже готов к открытию неизведанных горизонтов.

Имени Джеймса Уебба, исследователям нужно будет работать максимально оперативно и учитывать небольшой срок существования многомиллиардной орбитальной обсерватории. На что направят его взгляд первым делом?

Созданный в сотрудничестве с европейским и канадским космическими агенствами, телескоп Webb станет самой большой, мощной и дорогой обсерваторией NASA в истории. Его создание обошлось в 9 млрд долларов, а запуск намечен на лето 2019 года.

В отличие от своего знаменитого предшественника космического телескопа Hubble, который был создан для сбора видимого и ультрафиолетового света, Webb оптимизирован для просмотра космических пространств в инфракрасном диапазоне.

Инфракрасные глаза Уэбба делают его одновременно рентгеновским сканером, масс-спектрометром и машиной времени. Он способен заглянуть сквозь скрипучие, пыльные космические эоны, чтобы изучить многое, куда астрономы, использующие Хаббл и другие телескопы, едва начали заглядывать.

Разница между Hubble и Webb состоит также в долговечности, благодаря нескольким ремонтным миссиям, первый приближается к четвертому десятилетию пребывания на низкой орбите. Но Уебб будет размещен вне зоны досягаемости легкого обслуживания и запрограммирован на 5 лет службы. Максимум, на что хватит топлива - 10 лет, оно необходимо для маневров. Телескоп должен всегда находиться в тени нашей планеты, чтобы не перегреться.

«Обучающая кривая» телескопа Webb

«Webb имеет ограниченную продолжительность жизни и представляет собой огромные интеллектуальные, финансовые и технологические инвестиции, поэтому нам необходимо быстро обучиться его возможностям», - говорит Кен Сембач, директор Научного института космического телескопа (STScI). «Это будет крутая обучающая кривая».

Сотни исследователей, которые потратили десятилетия на разработку аппаратуры, программного обеспечения и основных научных задач телескопа, будут первыми, масштабирующими эту кривую обучения. Каждому члену этой элитной команды гарантируется небольшая, но значительная часть общего времени Уебба, первого года наблюдений телескопа (так называемый «Цикл 1»). Эти первоначальные результаты могли бы затем помочь остальным астрономам мира.

Изучение юности Вселенной

Webb будет способен осматривать крупнейшие кластеры галактик, которые настолько массивны, что деформируют окружающее пространство, формируя огромные «Гравитационные линзы», которые усиливают слабый свет галактик, родившихся менее чем через миллиард лет после Большого Взрыва. Таким образом можно изучать первые периоды жизни Вселенной.

Обнаружение экзопланет и нанесение их на карту

Несмотря на то, что телескоп Уэбба создавался большей частью для исследования дальних галактик, но его взор можно направить и на соседние звездные системы для поиска экзопланет.

Астрономы будут иметь возможность обнаружения водяных паров, метана и прочих газов даже в момент прохождения планеты перед своей звездой.

Одна из команд планирует изучать спутники Юпитера и Сатурна, в том числе и знаменитые Энцелаада.

Ракета Delta II с орбитальным телескопом Kepler на стартовом столе. Фото с сайта NASA

В субботу, в 06:49 по московскому времени с космодрома на мысе Канаверал в штате Флорида был запущен орбитальный телескоп Kepler, предназначенный для поисков экзопланет. На орбиту аппарат вывела ракета-носитель Delta II. Сообщение о старте аппарата приведено на сайте NASA.

Миссия Kepler продлится три с половиной года. Все это время он будет наблюдать около 100 тысяч похожих на Солнце звезд, вокруг которых могут обращаться экзопланеты. Аппарат будет искать планеты, находящиеся вне Солнечной системы, при помощи транзитного метода. Когда планета проходит по диску своей звезды, она закрывает от наблюдателя часть ее излучения. Анализируя колебания яркости светил, астрономы могут не только находить планеты, но также приблизительно оценивать их размер.

Kepler будет обращаться вокруг Солнца по орбите высотой в одну астрономическую единицу (а.е.). А.е. равна 150 миллионам километров и равна расстоянию от Земли до Солнца. Фактически, Kepler будет повторять путь нашей планеты, обращающейся вокруг Солнца. Такое положение позволяет телескопу постоянно следить за одними и теми же звездами. Телескоп "Хаббл", например, лишен этого преимущества.

В настоящее время астрономы обнаружили более 300 экзопланет. Большинство из них являются газовыми гигантами наподобие Юпитера. На таких планетах не могут развиваться организмы земного типа, а именно обитаемость экопланет, в конечном счете, интересует ученых. Kepler сможет находить планеты меньшего размера, более пригодные для жизни.

Телескоп Kepler за работой. Изображение с сайта nasa.gov

Другие Земли

NASA запустило телескоп для поиска планет земного типа

Ранним утром седьмого марта 2009 года с космодрома на мысе Канаверал в штате Флорида был запущен орбитальный телескоп Kepler. Задолго до этой даты сообщения о будущем старте появлялись во множестве СМИ. Пристальное внимание прессы к телескопу вполне объяснимо: он будет искать в далеком космосе планеты, похожие на Землю.

Все сразу

Для обнаружения экзопланет (планет, находящихся вне Солнечной системы), Kepler будет использовать так называемый транзитный метод. Когда планета проходит по диску своей звезды, она закрывает часть ее излучения. Новый телескоп как раз и будет отыскивать такие "подмигивающие" светила. Анализируя параметры "подмигивания", астрономы смогут узнать некоторые характеристики найденных экзопланет.

По частоте колебаний яркости можно определить период обращения планеты и высоту ее орбиты. Эти сведения, а также данные о температуре звезды позволят ученым вычислить, насколько горяча экзопланета. Кроме того, зная длину орбиты, астрономы по третьему закону Кеплера, в честь которого был назван телескоп, могут узнать массу планеты. Количество звездного излучения, которое она закрывает, даст исследователям информацию о ее размерах.

Ученых интересуют прежде всего небольшие планеты, обращающиеся в зоне обитаемости своих звезд. Зона обитаемости – это узкий отрезок пространства вокруг звезды, попав в который планета может быть теоретически пригодной для выживания организмов земного типа. В случае звезд, похожих на Солнце (а именно их в первую очередь будут рассматривать ученые), зона обитаемости будет находиться на расстоянии около одной астрономической единицы от светила. То есть, дистанция от экзопланеты до звезды будет приблизительно соответствовать дистанции от Земли до Солнца.

Сплошные проблемы

Создается впечатление, что транзитный метод идеально приспособлен для поиска новых миров, и непонятно, почему с его помощью было найдено всего около 15 процентов экзопланет (к настоящему моменту астрономам известно около 350 планет, обращающихся вокруг далеких звезд). На словах метод кажется очень простым, однако он имеет ряд ограничений, а для его эффективного применения нужна очень чувствительная техника.

Даже крупные планеты (на рисунке точка в правой части светила) вызывают незначительные изменения яркости звезды. Изображение с сайта nasa.gov

Поиск экзопланет (особенно небольших) при помощи транзитного метода является нетривиальной задачей уже потому, что изменение яркости свечения звезды при проходе мимо нее планеты минимально. Земля закрывала бы от наблюдателя из далекого космоса всего 0,008 процента света Солнца. Такие незначительные возмущения могут возникать по множеству причин. Например, их может вызывать появление пятен на изучаемой звезде.

"Правильные" колебания, то есть колебания, вызванные прохождением по диску звезды планеты, должны быть периодическими. Поэтому прежде чем приписывать "подмигиванию" экзопланетную природу, астрономам необходимо засечь изменение яркости со сходными характеристиками несколько раз. Для планет земного типа и для похожих на Солнце звезд период обращения составляет около года. То есть, следить за "подмигивающими" звездами придется несколько лет. При этом вероятность пропустить сам момент транзита планеты весьма высока: продолжительность этого события составляет несколько часов.

В дополнение ко всем этим трудностям транзитный метод подходит только для очень ограниченной выборки звезд. Для того чтобы телескоп смог заметить изменение яркости звезды, орбита обращающейся вокруг нее планеты должна быть ориентирована строго определенным образом. Согласно подсчетам, это требование выполняется в среднем для одной звезды из сотни.

Все сразу и без проблем

Разработчики миссии Kepler попытались учесть все эти сложности. Чувствительность его телескопа достаточна для регистрации минимальных изменений яркости. По словам инженеров, Kepler может увидеть пролет мухи мимо фар автомобиля, находящегося на расстоянии нескольких километров. Чтобы не пропустить транзит планеты, Kepler будет наблюдать звездное небо практически непрерывно. Телескоп будет снимать показания каждые полчаса. Так как он находится за пределами земной атмосферы, погодные условия и смены дня и ночи не будут мешать проведению измерений.

Орбита Kepler выбрана таким образом, чтобы в его поле зрения периодически не вторгались Луна и Солнце. Говоря научным языком, поле зрения нового телескопа лежит вне плоскости эклиптики.

В этом участке Млечного Пути телескоп Kepler будет искать экзопланеты земного типа. Изображение Jon Lomberg с сайта nasa.gov. Кликните на картинке, чтобы увеличить изображение.

В своем движении вокруг Солнца Kepler будет следовать за Землей, постепенно удаляясь от нее. Телескоп будет совершать один оборот приблизительно за 372,5 дня. Дополнительным преимуществом такого положения является отсутствие вращающего момента, вызванного гравитационным воздействием Земли (так как форма нашей планеты неидеальна, спутники немного по-разному притягиваются к Земле над различными ее участками). Еще один плюс "независимой" от Земли орбиты – стабильный уровень солнечного излучения. Постоянные изменения из-за тени Земли количества попадающих на аппарат солнечных лучей могли бы привести к помехам в работе приборов.

По сравнению с другими телескопами у Kepler очень широкое поле зрения. Он будет обозревать участок неба, приблизительно соответствующий площади ладони вытянутой руки – его размер составит 105 квадратных градусов. Другие орбитальные телескопы, в том числе знаменитый "Хаббл", лишены такой широты обзора. Они предназначены для изучения как можно более далеких областей космоса, а размер исследуемого участка для них не так уж важен.

Район космоса, в который Kepler будет вглядываться 3,5 года, тоже был выбран не случайно. Телескоп аппарата будет направлен на участок неба, расположенный между созвездиями Лебедя и Лиры. По оценкам астрономов, в этой части неба находится около 4,5 миллиона звезд. Большая часть из них похожи на наше Солнце – это относительно холодные звезды среднего возраста. Зоны обитаемости располагаются на небольшом расстоянии от них, так что Kepler сможет увидеть транзит "подходящих" планет. Потенциально обитаемые планеты молодых звезд-гигантов находятся на таком удалении, что даже очень чувствительные детекторы Kepler не заметят изменения яркости звезды при их проходе по ее диску.

По словам Натали Баталья (Natalie Batalha) из Университета Сан Хосе, которая принимает участие в работе над телескопом, чтобы преодолеть все трудности, возникающие при поиске экзопланет транзитным методом, разработчики миссии воспользовались "грубой научной силой". "Все дело в числах", - добавила она.

Широкое поле обзора, непрерывные наблюдения и огромное количество звезд-кандидатов позволяют обойти такой фактор, как малый процент подходящих светил. Совершенные детекторы Kepler должны зафиксировать самое незначительное "подмигивание", а трехгодичная продолжительность миссии позволит астрономам подтвердить, что его виновницей является именно планета.

Kepler получит первые результаты уже через несколько месяцев. Список новых экзопланет сначала пополнят "горячие Юпитеры", обращающиеся на небольшом расстоянии вокруг своих звезд. Год на таких планетах может длиться всего несколько дней, а значит, ученые смогут быстро удостовериться в том, что звезда периодически меркнет именно из-за них. На достоверное обнаружение планет земного типа потребуется несколько лет.

В зависимости от того, насколько типичны землеподобные планеты (то есть планеты, радиус которых колеблется от половины до двух радиусов Земли) для нашей Вселенной, ученые рассчитывают отыскать их от 50 до нескольких сотен.

О скорости прогресса

Астрономы обнаружили первую планету за пределами Солнечной системы совсем недавно – в 1995 году. Сейчас таких планет известно больше трехсот, а еще через три года мы узнаем, как часто среди экзопланет встречаются планеты земного типа. Наконец-то у ученых и просто любителей порассуждать о том, "есть ли жизнь на Марсе", появятся фактические данные, которые можно использовать при составлении прогнозов. И хотя окончательного ответа на вопрос о нашем одиночестве во Вселенной Kepler не даст, он сможет заметно усилить вес доводов за или против.

Если размер большей части планет во Вселенной приблизительно соответствует размеру Земли, ученые рассчитывают обнаружить около 50 планет земного типа. Если планеты в основном крупнее Земли (радиус примерно в 1,3 раза больше), астрономы надеются увидеть около 185 планет. В том случае, если радиус типичной планеты в 2,2 раза больше радиуса Земли, на звездных картах появятся 640 новых планет земного типа. Все расчеты составлены с условием, что вокруг звезды обращается только одна похожая на Землю планета.

Астрономы со всего мира с нетерпением ждут запуска в следующем году космического телескопа «Джеймс Уэбб». Он сможет увидеть первые галактики во Вселенной, заглянуть внутрь рождающихся звездных систем и напрямую наблюдать экзопланеты, а возможно, и их спутники. Но нужно понимать, что реализация проектов подобного масштаба занимает годы и даже десятилетия. Поэтому хоть «Джеймс Уэбб» еще и не покинул Земли, но в NASA уже задумались о его преемнике — большом телескопе, который будет запущен в 2030-е годы.
Агентство остановило внимание на четырех перспективных проектах. Каждый представляет флагманскую миссию, которая потребует внушительных финансовых вливаний. Поэтому, вероятнее всего NASA сможет реализовать лишь один из них.

Речь идет о следующих проектах:

• LUVOIR (Large Ultraviolet/Optical/Infrared Surveyor)


• HabEx (Habitable Exoplanet Imaging Mission)


• Origins Space Telescope

LUVOIR можно назвать «Хабблом» на стероидах. Именно этот проект представляет собой полноценного преемника легендарного телескопа. Как и «Хаббл», LUVOIR будет вести наблюдения в видимом, ультрафиолетовом и ближней части инфракрасного спектра. Телескоп предполагается оснастить складным зеркалом диаметром от 8 до 16 метров. Точный размер будет зависть от ракет-носителей, которые будут использоваться в 2030-е. Авторы проекта рассматривают возможность запуска телескопа при помощи проектируемых сейчас SLS или New Glenn.

Задачи LUVOIR будут соответствовать задачам «Хаббла». Он займется изучением галактик, звездообразования, распределения темной материи во Вселенной и экзопланет. Также телескоп пригодится и для наблюдений внутри Солнечной системы.

В отличие от широкопрофильного LUVOIR, специализацией HabEx станут экзопланеты. Космическая обсерватория будет состоять из двух компонентов: телескопа с зеркалом диаметром от 4 до 8 метров и «звездного зонта». Зонт представляет собой большой диск с лепестками по кругу. Он будет выведен на орбиту в сложенном состоянии и развернут на расстоянии нескольких тысяч километров от телескопа вдоль луча обзора.

Предназначение зонта — блокировать свет от соседних звезд, что позволит напрямую наблюдать и картографировать экзопланетные системы в радиусе трех десятков световых лет от Солнца. Предположительно, телескоп сможет увидеть несколько тысяч экзопланет. Далее HabEx займется поисками маркеров, указывающих на следы потенциальной жизни. Существует также и более скромный вариант миссии, где вместо отдельного звездного зонта телескоп будет оснащен коронографом.

Origins Space Telescope представляет собой наследника обсерваторий Spitzer и Herschel. Он будет работать в дальней части инфракрасного диапазона. Основные цели телескопа: изучение процессов формирования галактик, звезд и планет, а также поиск воды и парниковых газов в атмосферах экзопланет и исследования межзвездной пыли. Для этого Origins Space Telescope предлагается оснастить 9-метровым зеркалом. Благодаря размеру и специальной системе охлаждения, чувствительность телескопа должна в 30 раз превосходить чувствительность «Джеймса Уэбба».

Рентгеновский телескоп Lynx задумывается как замена космических обсерваторий Chandra и XMM-Newton. Он должен стать своеобразной машиной времени, которая позволит астрономам заглянуть в самые ранние уголки Вселенной (эпоху реионизации) и собрать данные о том, как формировались самые первые звезды, галактики и черные дыры.

Промежуточные отчеты по оценке перспективности и реализуемости четырех проектов будут опубликованы к концу этого года. Окончательный отчет будет опубликован в 2019 году в преддверии декадного научного обзора, который определит основные приоритеты NASA на очередное десятилетие.