Ровно год назад астрономы обнародовали первые научные изображения, сделанные с помощью телескопа Джеймса Уэбба, что вызвало эйфорию у многих людей.
Последующие месяцы также принесли революционные фотографии неба, и каждая из них раздвигала границы наших знаний по астрономии, обогащая наши представления о Вселенной.
Не складывается ли у вас впечатление, что постепенно о телескопе Хаббла мы вспоминаем все меньше и меньше, а по большей части получаем новые сообщения, связанные с наблюдениями Джеймса Уэбба? Это лишь впечатление. Но факт заключается в том, что космический телескоп Хаббла делал снимки не в лучшем разрешении, а иногда откровенно размытые, поэтому культовые снимки (туманность Киля, Столбы творения, область звездообразования в Малом Магеллановом Облаке) теперь будут значительно лучше. Ведь настало время для совершенно новых проектов, в том числе для наблюдений в глубоком космосе. Поэтому о работе телескопа Джеймса Уэбба можно писать бесконечно. Конечно, это не значит, что Хаббл ушел, он все еще работает отважно в космосе, но пришло время его преемника.
Все мы помним фото телескопа Джеймса Уэбба в наземном помещении с развернутым солнцезащитным козырьком, от эффективности которого зависит его положение на орбите вокруг точки L2. А сейчас он где-то в глубинах Вселенной изучает космос и фотографирует интересные объекты.
Читайте также: Космические пилотируемые миссии: почему возвращение на Землю до сих пор проблема?
Скоро появятся новые космические телескопы, но Уэбб останется лучшим
Webb (официально JWST или космический телескоп Джеймса Уэбба) через несколько месяцев получит еще одного компаньона на соседней орбите вокруг L2, за 1,5 миллиона километров от Земли – телескоп Евклид (Euclid) для масштабного обзора неба, который будет искать признаки существования темной энергии и темной материи. Через несколько лет к телескопу Евклид присоединится еще один телескоп – Nancy Grace Roman (Нэнси Грейс Роман – близнец Хаббла), который выйдет на околоземную орбиту. Однако, именно Джеймс Уэбб еще долго будет оставаться крупнейшим космическим телескопом, который обладает наилучшей способностью рассматривать детали как ближайшего космоса (Солнечная система), так и самых дальних уголков Вселенной.
В конце этого года будет еще один особый юбилей – 30 лет работы телескопа Хаббла после “операции на глазу”, то есть установки инструмента, который исправляет размытое изображение, созданное неправильно отполированным зеркалом. Это было сделано в декабре 1993 года, более чем через три года после запуска этого телескопа на орбиту.
У телескопа Джеймса Уэбба не было таких проблем, а продуктивность его инструментов превзошла самые смелые ожидания астрономов. Да, ученым и инженерам хватило года, чтобы пережить определенные начальные моменты стресса, ведь некоторые элементы, связанные с инструментом MIRI для наблюдений в среднем инфракрасном диапазоне, дважды выходили из строя (летом 2022 года и весной 2023 года). Как и инструмент NIRISS (зима 2023), проблемы с которым были вызваны космическими лучами.
Тем не менее, инвестиции в Джеймс Уэбб вполне окупились. Телескоп, по официальным данным, стоил 10 миллиардов долларов. Эту сумму можно сравнить, например, с 13 миллиардами долларов, которые стоит строительство самого современного авианосца флота США – USS Gerald R. Ford. Это не идеальное сравнение, но оно показывает, как отличается ценность денег в астрономии и военной технике.
Читайте также: Почему космическая миссия не может лететь в любой момент: Что такое стартовое окно?
Что дали 12 месяцев наблюдений телескопа?
О телескопе, как он построен, его секретах, спорах, связанных с названием, вы можете более подробно прочитать в наших предыдущих текстах. Но пришло время подвести итоги года наблюдений, выделить самые интересные открытия и показать их влияние на астрономию.
Преимущества, которые Уэбб дал астрономам, заключаются в возможности видеть уже известные объекты с еще более высоким разрешением и разглядеть то, что раньше ускользало от нашего внимания. Таким образом, астрономы получили много данных, которые позволят им усовершенствовать существующие теории или создать новые. Хотя это звучит очень тривиально, достижения Уэбба требовали сотрудничества инженеров и ученых всего мира.
Ниже мы приведем коллекцию самых интересных изображений с телескопа Джеймса Уэбба, полученных на данный момент за 12 месяцев наблюдений.
Также интересно: Космический телескоп Джеймса Уэбба: 10 целей для наблюдения
Что исследует Уэбб? От ближайших астероидов до самой дальней черной дыры
Первые сравнительные наблюдения показали важность возможности видеть космос одновременно в ближнем инфракрасном диапазоне и в среднем инфракрасном диапазоне, где можно увидеть значительно более холодные, едва различимые в видимом свете структуры. Речь идет не только о культовых Столпах творения, но и о наблюдениях за объектами Солнечной системы. Телескоп Джеймса Уэбба уже исследовал Юпитер и Сатурн, предоставил лучшие изображения пылевых колец Нептуна, а также Урана и его многих спутников. Как телескоп Уэбба увидел Уран и его кольца, можно рассмотреть на развернутом изображении с обозначенными крупнейшими спутниками:
Кроме планет, телескоп Джеймса Уэбба также нацелился на спутники Сатурна, включая поверхность и облака Титана и ледяного Энцелада, где выбросы льда, водяного пара и органических соединений, которые образуют тор вокруг планеты, были видны чрезвычайно хорошо.
Уэбб также позволил ученым наблюдать за столкновением зонда DART с астероидом Диморфос прошлой осенью, а в этом году помог подтвердить существование особо редкой категории комет, происходящих из пояса астероидов между Марсом и Юпитером. Самые маленькие астероиды, которые Уэбб наблюдал в том регионе, имеют диаметр около 100 м.
Интересным для нас было наблюдение телескопа Уэбба за кометой Read. Она очень интересна для астрономов тем, что содержит в составе воду. Хотя этого не должно бы быть, учитывая орбиту кометы в поясе астероидов, которая гораздо ближе к Солнцу, чем орбиты комет за Нептуном. В средствах массовой информации есть визуализации и выводы и более впечатляющие, но астрономы довольны диаграммой, как на рисунке выше.
Астрономы также направили телескоп на внесолнечные планеты. В январе телескоп Уэбба обнаружил первую такую планету, которая внешне похожа на Землю, хотя вращается вокруг своего Солнца по очень узкой орбите с периодом в два дня. Благодаря инфракрасным наблюдениям Джеймс Уэбб смог измерить температуру на поверхности скалистой планеты Trappist-1 b и наблюдал пылевой диск вокруг молодой звезды AU Microscopii, которая претерпевает динамическую эволюцию после формирования планеты. Каждое из этих наблюдений может похвастаться наилучшим разрешением данных. Спектроскопы Уэбба также обнаружили необычные атмосферы планет, такие как силикатная атмосфера вокруг планеты VHS 1256b.
Впечатляюще на фото выглядит молекулярное облако Chamaeleon I:
Что касается звезд, то телескоп Уэбба может достигать областей, в которых в будущем сформируются молодые звезды, например молекулярного облака Chamaeleon I, где был обнаружен лед, а также многочисленные сложные органические соединения, свидетельствующие о формировании планет вокруг звезд, что в будущем может быть началом развитой жизни. В туманности Ориона, на расстоянии 1350 световых лет от нас, телескоп Джеймса Уэбба обнаружил сложнейшее соединение, метиловый катион, отправную точку для образования сложных форм углерода.
Вот как выглядит область туманности Ориона, где спектроскопы обнаружили самую сложную углеродную частицу, известную за пределами Солнечной системы. Изображения с камер NIRCam (ближний инфракрасный) и MIRI (средний инфракрасный):
Одновременно с наблюдением начальных стадий образования звезд, таких как L1527, телескоп Уэбба наблюдал также за последними стадиями жизни звезд, таких как массивная и горячая звезда Wolf-Rayet 124, которая в будущем станет сверхновой. В обоих случаях были зафиксированы ранее невидимые детали этих объектов.
Вы только посмотрите на эти замечательные фото, где слева становление, рождение звезды, а справа конечная стадия жизни старой звезды:
Благодаря инструменту среднего инфракрасного диапазона MIRI, среди многих замечательных изображений можно увидеть остатки сверхновой Cassiopeia A. Хотя они наблюдались много раз раньше, именно телескоп Уэбба показал значительно более четкие снимки. А это позволит понять больше процессов, приводящих к взрывам сверхновых, ведь они образуют материю, подобную той, из которой когда-то сформировалась Земля.
Посмотрите, как телескоп увидел Cassiopeia A. Кстати, эту туманность удалось увидеть именно с помощью камер среднего инфракрасного диапазона MIRI.
Солнечная система, объекты Млечного Пути являются ближайшей зоной наблюдений телескопа Уэбба. За последний год телескоп также наблюдал и другие, гораздо более далекие галактики, как Андромеда или Магеллановы Облака. И те, в которых можно четко наблюдать детали, например, полосы пыли в галактике NGC 1433, находящейся на расстоянии 46 миллионов световых лет, и на основе наблюдений анализировать эволюцию звездных скоплений. И те, что находятся на расстоянии миллиардов световых лет от нас, для которых можно наблюдать лишь их силуэты и общую композицию.
Действительно четкие фото дают нам возможность увидеть детали пылевой структуры галактики NGC1433 в среднем инфракрасном диапазоне. Изображение было сделано в рамках проекта PHANGS (High Angular Resolution Physics in Nearby Galaxies).
Однако даже в последнем случае диапазон Уэбба лучше, чем у любого инструмента, доступного нам сегодня. Именно такой сверхсовременный инструмент позволяет показать структуры, которых раньше мы не видели.
К ним относятся скопления галактик, возникающие в ранней Вселенной, молодые галактики, которые только набирают вещество от своих первых сверхновых, а также самая отдаленная и одна из первых галактик во Вселенной (300-500 миллионов лет после Большого взрыва). Это структуры, в которых интенсивно образуются звезды и которые уже существовали, когда межгалактические пространства были заполнены еще не полностью ионизированным веществом. Этот этап, когда Вселенная медленно стала прозрачной для света, мы наблюдаем на снимках, сделанных телескопом Джеймса Уэбба.
В наблюдении за этими самыми отдаленными объектами Уэббу также помогает природа, а точнее, явление линзирования. Самым лучшим примером этого является изображение сверхскопления Pandora (или Abell 2744), которое содержит многочисленные линзованные галактики, когда Вселенной было несколько сотен миллионов лет. По сравнению с телескопом Хаббла, изображение глубокого космоса из более чем 50 000 источников света можно получить с помощью экспозиции, которая длится несколько часов, а не много дней. Это огромное ускорение наблюдения.
Телескоп Джеймса Уэбба зафиксировал на фотографиях сверхскопление галактик Pandora. В случае гравитационного линзирования даже малейшее увеличение разрешения имеет неоценимое значение для моделирования явления и оценки фактического расстояния линзованных галактик.
Благодаря способности наблюдать за группами таких ранних объектов, Уэбб оказался способным обнаружить зерна космической структуры. Она состоит из скоплений галактик, которые расположены в пространстве, разделенные пустотами (однако на практике это не являются областями без материи). Эти исследования проводятся в рамках проекта Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), который позволил наблюдать самую старую черную дыру, которая уже существует 570 миллионов лет после формирования нашей Вселенной.
Наблюдения за далекими черными дырами в центрах галактик проводятся с помощью технологии микродиафрагмы, толщина которой в несколько раз превышает человеческий волос, которую можно открывать и закрывать. Благодаря этому Уэбб может наблюдать спектры до 100 галактик одновременно, что значительно ускоряет работу и дает астрономам огромные массивы данных, большинство из которых еще не проанализировано.
Спектры нескольких галактик одновременно получены с помощью технологии микроапертуры. Это может показаться не очень интересным для любителя, но астрономы могли бы написать целую книгу на основе только одной этой картины.
Ниже приведено трехмерное путешествие к галактике Maisie (Мейзи), которая существовала, когда Вселенной было всего 290 миллионов лет. Она показывает разницу в расстояниях до 5000 галактик в небольшой части неба, которую наблюдает CEERS. Перемещаясь от ближайшей галактики к Maisie, мы возвращаемся во времени на 200 миллионов лет.
Также интересно: Терраформирование Марса: может ли Красная планета превратиться в новую Землю?
Юбилейная фотография – регион звездообразования Ро Змееносца (Rho Ophiuchi)
“В свою первую годовщину космический телескоп Джеймса Уэбба выполнил свое обещание открыть Вселенную, подарив человечеству захватывающую сокровищницу изображений и исследований, которая будет храниться десятилетиями”, – сказала Никола Фокс, главный научный сотрудник NASA, подытоживая первую годовщину наблюдений. И с этими словами трудно не согласиться.
К своему юбилею телескоп Уэбба сфотографировал область звездообразования Ро Змееносца, одну из самых ярких областей Млечного Пути. Многие звезды там только формируются и прячутся в облаках пыли, которые доминируют в оранжево-желтой области изображения. За исключением одной, которой удалось просвечивать сквозь пыль, остальные около 50 звезд похожи на Солнце или меньше его.
Те звезды, которые каким-то образом рождаются, открываются нашим глазам в тот момент, когда, сияя впервые, начинают рассеивать окружающую материю.
Это видно на изображении в виде красных и фиолетовых струй (полос) молекулярного водорода, излучаемых в двух направлениях от расположения звезд. Благодаря телескопу Джеймса Уэбба впервые в этом регионе было замечено такое большое количество перекрывающихся струй.
Туманность Ро Змееносца находится на расстоянии 390 световых лет от нас в созвездии Змееносца. Наблюдения за ней с помощью любительского оборудования требуют фотографирования с длинной выдержкой, но вы можете попробовать найти соседнюю звезду с таким же названием, как и туманность, без камеры. Ее яркость составляет 4,6 звездной величины. Это означает, что вдали от городских огней при хорошей видимости ее можно увидеть даже невооруженным глазом. А если не невооруженным глазом, то точно в бинокль.
В более сложных условиях приходится довольствоваться наблюдениями звезды Антарес в созвездии Скорпиона, которая также расположена неподалеку в туманности. Лето – лучшее время для наблюдения за этими объектами в Украине, ведь тогда они видны низко над южным горизонтом.
А телескоп Джеймса Уэбба продолжает свое путешествие в просторах Вселенной, изучая новые звезды, скопления, туманности. Он сможет заглянуть в прошлое Вселенной, выяснить, как рождаются звезды и планеты, что позволит нам лучше понимать происхождение своей планеты Земля.
Читайте также: