NASA планує опублікувати перші зображення, зроблені космічним телескопом Джеймса Вебба (JWST), 12 липня 2022 року. Вони ознаменують початок наступної ери в астрономії, оскільки Вебб – найбільший з колись побудованих космічних телескопів – почне збирати наукові дані, які допоможуть відповісти на питання про найдавніші моменти існування Всесвіту і дозволити астрономам вивчати екзопланети детальніше, ніж будь-коли раніше. Але знадобилося майже вісім місяців подорожі, налаштування, тестування та калібрування, щоб переконатися, що цей найцінніший телескоп готовий до роботи в прайм-тайм.
Найпотужніший космічний телескоп, колись виведений на орбіту, дозволить зазирнути далі в космос — а отже й далі в часі — ніж будь-яка попередня технологія, що дозволить астрономам побачити умови, які існували невдовзі після Великого вибуху.
У нашій галактиці Чумацький Шлях телескоп досліджуватиме світи за межами Сонячної системи – позасонячні планети чи екзопланети – вивчаючи їх атмосфери у пошуках контрольних ознак життя, таких як органічні молекули та вода.
Після успішного запуску телескопа Джеймса Вебба 25 грудня 2021 року команда розпочала довгий процес його переміщення в остаточне орбітальне положення, розкладання телескопа і, коли все охололо, калібрування камер та сенсорів на борту. Запуск пройшов гладко. Однією з перших речей, яку помітили вчені з NASA, було те, що на борту телескопа залишилося більше палива, ніж передбачалося для майбутніх коригувань його орбіти. Це дозволить Веббу працювати набагато довше, ніж початкова 10-річна мета місії.
Першим завданням під час місячної подорожі Вебба до кінцевого місця розташування на орбіті було розгорнути телескоп. Це пройшло без будь-яких заминок, починаючи з розгортання сонцезахисного козирка, який допомагає охолоджувати телескоп. Потім було вирівнювання дзеркал і включення сенсорів. Камери на Веббі охолоджувалися, як і пророкували інженери, і першим інструментом, який увімкнула команда, була камера ближнього інфрачервоного діапазону, або NIRCam. NIRCam призначена для вивчення слабкого інфрачервоного світла, що випромінюється найстарішими зірками або галактиками у Всесвіті. Але що далі?
Також цікаво:
Оскільки світло потребує кінцевого часу для переміщення в просторі, коли астрономи розглядають об’єкти, вони фактично дивляться в минуле. Світлу від Сонця потрібно близько семи хвилин, щоб досягти Землі, тому, коли ми дивимося на Сонце, ми бачимо його таким, яким воно було сім хвилин тому.
Ми бачимо далекі об’єкти такими, якими вони були сторіччя або тисячоліття тому, а найдальші об’єкти і галактики ми спостерігаємо ще до утворення Землі, і на той час, коли ми їх побачимо, вони можуть бути докорінно змінені або навіть знищені.
JWST настільки потужний, що зможе спостерігати Всесвіт у тому вигляді, в якому він існував близько 13,6 млрд років тому, тобто через 200 млн років після періоду початкової швидкої інфляції, який ми називаємо Великим вибухом. Це найдавніше минуле, в яке колись заглядало людство. Що робить JWST таким ефективним інструментом для візуалізації раннього Всесвіту, це те, що він проводить свої спостереження в інфрачервоній області електромагнітного спектру.
Коли світло йде до нас від цих далеких джерел, розширення Всесвіту, що прискорюється, розтягує це світло. Це означає, що хоча світло, що виходить із цих ранніх зірок і галактик, схоже на світло від ближчих зірок і галактик, розташованих ближче, його довжина хвилі «зсунута» в інфрачервону область електромагнітного спектру.
Один із способів, яким обсерваторія визначить ранні галактики, – це спостереження за шістьма найдальшими та яскравими квазарами. Квазари знаходяться в центрі активних галактичних ядер (АЯГ) і харчуються надмасивними чорними дірами. Вони часто яскравіші, ніж випромінювання всіх зірок в галактиці, в якій вони знаходяться, разом узятих.
Квазари, обрані командою JWST, є одними з найяскравіших, а це означає, що чорні діри, які їх живлять, є одночасно й найпотужнішими, і споживають – чи, точніше, накопичують – газ та пил із максимальною швидкістю. Вони генерують величезну кількість енергії, яка нагріває навколишній газ і виштовхує його назовні, створюючи потужні потоки, що прориваються через галактики у міжзоряний простір.
Крім використання квазарів, які мають помітний вплив на навколишні галактики, щоб зрозуміти їх еволюцію, дослідники JWST також використовуватимуть квазари для дослідження періоду історії Всесвіту, званого Ерою реіонізації. Це був момент, коли Всесвіт став найпрозорішим і дозволив світлу вільно подорожувати. Це сталося тому, що нейтральний газ у міжгалактичному середовищі став зарядженим чи іонізованим.
JWST досліджуватиме це, використовуючи яскраві квазари, як джерела фонового світла, для вивчення газу між нами та квазаром. Спостерігаючи, яке світло поглинається міжзоряним газом, дослідники зможуть визначити, чи є проміжний газ нейтральним чи іонізованим.
Одним із інструментів, які JWST використовуватиме для спостереження за Всесвітом, є спектрограф ближнього інфрачервоного діапазону (NIRSpec). Цей інструмент не робитиме візуально приголомшливі зображення галактик, які він спостерігає, як ширококутне зображення тисяч галактик, зроблене космічним телескопом Габбла (нижче на фото). Натомість він надасть важливу спектрографічну інформацію про ці галактики, дозволяючи побачити багато з них одночасно.
Спектри цих галактик містять масу інформації, зокрема про хімічний склад. Вивчаючи ці склади, дослідники побачать, як швидко галактики можуть перетворювати свій газовий склад на зірки, і, таким чином, краще зрозуміти еволюцію Всесвіту.
Щоб зробити це з потрібною точністю, необхідно блокувати велику кількість світла, і це зазвичай означає вивчення одного об’єкта за раз. Деякі з об’єктів, які JWST має намір вивчити, настільки віддалені, що їхнє світло неймовірно тьмяне, а це означає, що їх необхідно спостерігати протягом сотень годин, щоб зібрати достатньо даних для побудови спектральної картини.
На щастя, NIRSpec оснащений чвертю мільйона окремих вікон з мікрозатворами розміром з людське волосся, розташованими у вигляді вафельної решітки. Це означає, що, регулюючи малюнок цих жалюзі, JWST зможе спостерігати велику кількість об’єктів за один перегляд для одночасного спостереження, і це програмується для будь-якого поля об’єктів на небі. За оцінками NASA, це дозволить NIRSpec одночасно збирати спектри від 100 об’єктів спостереження, чого раніше не міг зробити жоден інший спектроскоп.
Читайте також:
З середини 1990 років і відкриття планети, що обертається навколо зірки, подібної до Сонця, наш каталог екзопланет розширився і тепер містить понад 4 тис. підтверджених світів. Більшість із цих світів, включаючи екзопланету 51 Pegasi b, відкриту швейцарською командою Мішеля Майора та Дідьє Кело у 1995 році, є гарячими юпітерами. Ці екзопланети обертаються навколо своїх зірок у безпосередній близькості, зазвичай завершуючи оберт за кілька годин, що дозволяє легко виявити їх за допомогою методів спостереження за екзопланетами.
Ці світи часто припливно прив’язані до своєї зірки, а це означає, що одна сторона, вічна денна, дуже гаряча. Вражаючим прикладом такого світу є WASP-121b, яку нещодавно спостерігала спектроскопічна камера на борту Габбла. Вона трохи більша за Юпітер у нашій Сонячній системі, залізо та алюміній випаровуються на денному боці цієї планети, і ця пара виноситься на нічний бік надзвуковими вітрами. Коли ці елементи остигають, вони випадають у вигляді металевого дощу з можливістю того, що частина алюмінію може з’єднатися з іншими елементами та випасти у вигляді рідких рубінових та сапфірових дощів.
Близькість цих планет-гігантів до батьківської зірки може призвести до того, що приливні сили нададуть їм форму м’яча для регбі. Що й вийшло з екзопланетою WASP-103b. Частина ролі JWST з його позиції в мільйоні км від Землі полягатиме у вивченні навколишнього середовища та атмосфер цих агресивних планет.
Ще одна категорія екзопланет, для спостереження за якими використовуватиметься космічний телескоп — це так звані суперземлі. Це світи, які можуть бути в 10 разів масивніші за Землю, але при цьому легші за крижаних гігантів, таких як Нептун або Уран.
Суперземлі не обов’язково повинні бути кам’янистими, як наша планета, але можуть складатися з газу або навіть суміші газу і каменю. NASA каже, що в діапазоні від 3 до 10 мас Землі може бути велика різноманітність планетарних композицій, включаючи водні світи, планети-сніжки або планети, які, як Нептун, складаються переважно із щільного газу.
Першими двома суперземлями, які потраплять під приціл NASA JWST, будуть покрита лавою 55 Cancri e, що здається кам’янистою планетою, розташованою на відстані 41 світлового року від нас, і LHS 3844b, яка вдвічі більша за Землю і здається має кам’янисту поверхню, схожу на місячну, але позбавлену істотної атмосфери.
Обидва ці світи здаються досить непридатними для життя, яким ми його знаємо, але інші екзопланети в різних місцях Чумацького Шляху, які вивчатимуться за допомогою JWST, можуть бути перспективнішими.
Також цікаво:
Під час першого робочого циклу телескоп уважно вивчатиме систему TRAPPIST-1, розташовану в 41 світловому році від Землі. Що робить цю планетну систему, відкриту в 2017 році, незвичайною, так це той факт, що її сім кам’янистих світів існують у зоні активності своєї зірки, що робить її найбільшим з коли-небудь виявлених потенційно придатних для життя земних світів.
Астрономи визначають заселену зону навколо зірки як область, де температура дозволяє існувати рідкій воді. Оскільки ця область не є ні надто гарячою, ні надто холодною для існування води в рідкому стані, її часто називають зоною Золотовласки.
Однак розташування в цій зоні не означає, що планета є придатною для проживання. І Венера, і Марс знаходяться всередині зони навколо Сонця, і жодна з цих планет не може комфортно підтримувати життя, як ми його розуміємо, через інші умови. Планетарне суспільство передбачає, що інші фактори, такі як сила сонячного вітру, щільність планети, переважання великих місяців, орієнтація орбіти планети і обертання планети (або явна його відсутність) можуть бути ключовими факторами для проживання.
Однією з переваг інфрачервоного огляду Всесвіту за допомогою NASA JWST є можливість заглянути в щільні та масивні хмари міжзоряного газу та пилу. Хоча це може здатися не дуже захоплюючим, перспектива стає набагато привабливішою, якщо врахувати, що це місця, в яких народжуються зірки та планети та які називаються зірковими розплідниками.
Ці області космосу не можна спостерігати у видимому спектрі світла, оскільки вміст пилу робить їх непрозорими. Однак цей пил дозволяє поширюватися електромагнітному випромінюванню в інфрачервоному діапазоні довжин хвиль. Це означає, що JWST зможе вивчати щільні області цих газових та пилових хмар у міру їхнього колапсу та формування зірок.
На додачу до цього космічний телескоп також зможе дослідити диски з пилу та газу, які оточують молоді зірки та дають початок планетам. Це може не тільки показати, як формуються планети, подібні до тих, що знаходяться в Сонячній системі, включаючи Землю, але також може показати, як органічні молекули, життєво важливі для життя, розподіляються всередині цих протопланетних дисків.
І є один зірковий розплідник, над яким, зокрема, працюватимуть дослідники, які мають час спостереження за JWST.
Читайте також:
Стовпи Творіння (Pillars of Creation) є одним з найяскравіших і найкрасивіших космічних видовищ, коли-небудь зображених людством. Космічний телескоп Габбла, який зробив прекрасні зображення Pillars of Creation (на фото нижче), зміг зазирнути вглиб цих веж з газу та пилу заввишки кілька світлових років.
Розташовані в туманності Орла та в 6500 світлових роках від Землі в сузір’ї Змії, непрозорі колони – Стовпи Творіння – є місцями інтенсивного зореутворення. Щоб зібрати деталі процесів народження зірок усередині стовпів, Габбл спостерігав за ними в оптичному та інфрачервоному світлі.
Інфрачервоне світло необхідне для спостереження за процесами, що відбуваються всередині Стовпів Творіння, тому що, як і у випадку з іншими яслами, видиме світло не може проникнути крізь щільний пил цієї емісійної туманності.
Габбл оптимізований для роботи у видимому світлі, але йому все ж таки вдалося зробити приголомшливі інфрачервоні зображення стовпів, на яких видно деякі з молодих зірок, що живуть всередині них. Це те, що схвилювало команду JWST, – їх потужний інфрачервоний космічний телескоп розповість про цю захоплюючу область космосу.
Однією із цілей космічного телескопа в Сонячній системі буде найбільша планета, газовий гігант Юпітер. За даними NASA, група з більш ніж 40 дослідників розробила програму спостережень, яка вивчатиме Юпітер, його систему кілець і два його місяці: Ганімед та Іо. Це буде одне з перших досліджень телескопа в Сонячній системі, яке вимагатиме його калібрування за яскравістю газового гіганта і в той же час можливості спостереження за його набагато тьмянішою системою кілець.
Команда JWST, яка спостерігатиме за Юпітером, також має враховувати 10-годинний день на планеті. Це вимагатиме «зшивання» окремих зображень для вивчення однієї конкретної області п’ятої планети, що швидко обертається від Сонця, такої як Велика Червона Пляма – найбільший шторм у Сонячній системі, досить глибокий і широкий, щоб поглинути всю Землю.
Астрономи спробують краще зрозуміти причину коливань температури атмосфери над Великою Червоною Плямою, характеристики надзвичайних тьмяних кілець Юпітера, а також наявність під поверхнею супутника Юпітера Ганімеда рідкого океану з солоною водою.
Одна з інших важливих ролей, яку JWST гратиме в Сонячній системі, — вивчення астероїдів та інших менших тіл Системи в інфрачервоному діапазоні. Вивчення буде включати те, що NASA класифікує як об’єкти, що зближуються з Землею (NEO), які є кометами і астероїдами, які були підштовхнуті гравітаційним тяжінням прилеглих планет до орбіт, які дозволяють їм увійти в околиці Землі.
JWST проводитиме спостереження астероїдів та NEO в інфрачервоному діапазоні, що неможливо з атмосфери Землі за допомогою наземних телескопів або менш потужних космічних телескопів. Мета цих оцінок астероїдів полягатиме у вивченні поглинання та випромінювання світла з поверхні цих тіл, що має допомогти краще зрозуміти їхній склад. JWST також дозволить астрономам краще класифікувати форми астероїдів, вміст у них пилу та те, як вони виділяють газ.
Вивчення астероїдів життєво важливе для вчених, які прагнуть зрозуміти зародження Сонячної системи та її планет 4,5 млрд років тому. Це тому, що вони складаються з «незіпсованих» матеріалів, які існували, коли формувалися планети, що уникнули тяжіння планет, що формують тіла меншого розміру.
Поряд з вивченням народження планет, зірок і ранніх моментів самих галактик, ця місія ще раз демонструє, як JWST вирішуватиме деякі з найфундаментальніших загадок науки.
Станом на 15 червня 2022 року всі інструменти NASA Вебба включені та зроблені перші знімки. Крім того, чотири режими формування зображень, три режими тимчасових серій і три спектроскопічні режими були протестовані та сертифіковані, залишилося лише три. Як вже було сказано, 12 липня NASA планує випустити набір тізерних спостережень, що ілюструють можливості Вебба. Вони покажуть красу зображень космосу, а також дадуть астрономам уявлення про якість даних, які вони отримають.
Після 12 липня космічний телескоп Джеймс Вебб почне повноцінно працювати над своєю науковою місією. Детальний розклад на наступний рік ще не опубліковано, але астрономи всього світу з нетерпінням чекають на перші дані від найпотужнішого космічного телескопа з будь-коли створених.
Ви можете допомогти Україні боротися з російськими окупантами. Найкращий спосіб зробити це – пожертвувати кошти Збройним Силам України через Savelife або через офіційну сторінку НБУ.
Підписуйтесь на наші сторінки в Twitter та Facebook.
Читайте також:
Leave a Reply