10 января в 17:58

«Джеймс Уэбб» почти готов: НАСА предлагает ученым присылать предложения для работы с телескопом



Практически сразу после запуска на орбиту телескопа «Хаббл» ученые стали готовить более продвинутое устройство, которое планировалось оснастить большим количеством функций и возможностей. Сейчас, почти двадцать лет спустя, этот проект уже реализован, а система прошла испытания и готова к работе. Речь идет об орбитальном телескопе «Джеймс Уэбб», который оснащен 6,5-метровым зеркалом. Это в два раза больше, чем у «Хаббла».

В конце прошлого года научный руководитель проекта Джон Мэтер (John Mather) заявил о том, что телескоп уже готов и вполне способен начать работу на орбите. По словам экспертов, принимающих участие в реализации проекта, новый телескоп поможет начать изучение галактик, которые удалены от Земли на миллиарды световых лет. Речь идет о возможности воспользоваться своеобразной машиной времени, наблюдая за галактиками, которые появились почти сразу после Большого Взрыва. Это поможет ученым прояснить происхождение Вселенной.

Недавние проблемы и их решение


Сборка основных зеркал телескопа была завершена еще в феврале прошлого года. Тогда агентство НАСА заявило о успешной установке последнего фрагмента. Каждый из фрагментов шестиугольной формы с массой 40 кг имеет диаметр около 1,3 м. Из фрагментов и составлено основное зеркало диаметром в 6,5 метра. Создано оно из бериллия, который покрыли золотой пленкой.



Установка зеркал производилась не людьми, а роботом — для этой цели был разработан специализированный манипулятор. На зеркале, кроме самих зеркал, ученые установили сервоприводы и распорки, которые корректируют кривизну поверхности. По словам специалистов, для того, чтобы фокусировка была точной, крепеж не может смещаться более, чем на 38 нанометров.

В ноябре прошлого года ученые начали проводить проверку зеркал — это крайне важный этап, позволявший судить о работоспособности устройства. При проведении тестов специалисты симулировали внешние факторы, которые могли бы повредить конструкцию. В первую очередь, речь идет о звуке и вибрации, генерируемые при запуске корабля — эти факторы без должного к ним внимания вполне могут вывести телескоп из строя. Вообще говоря, отправка «Джеймса Уэбба» на орбиту — сложный этап, во время которого может случиться много неприятностей, если тщательно не контролировать все составляющие процесса отправки.



«Проверка покажет, появились ли какие-либо повреждения оптической системы после проведения теста», — заявил в свое время Ритва Кески-Куха (Ritva Keski-Kuha), глава испытаний телескопа в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА (Goddard Space Flight Center, GSFC).

Для проверки был использован интерферометр, устройство, позволяющее определять характеристики зеркала телескопа с чрезвычайно высокой точностью. Проблема в том, что для проверки нельзя непосредственно контактировать с зеркалом, все тесты нужно выполнять удаленно. В противном случае на зеркале могут появиться микроцарапиины, что приведет к падению эффективности работы всей системы.

«Вот для чего мы проводим проверку — чтобы знать, как обстоят дела на самом деле, вместо того, чтобы предполагать», — заявил заместитель руководителя проекта Пол Гейтнер (Paul Geithner).

Интерферометр решает эту проблему. Он позволяет регистрировать мельчайшие изменения в расположении элементов сложного зеркала телескопа и характеристиках поверхности отдельных фрагментах. Интерферометр генерирует световые волны разной длины, характеристики которых после отражения зеркалом изучаются экспертами.

«Предыдущие четыре года можно назвать подготовкой к текущему тесту», — заявил в ноябре прошлого года Дэвид Чейни, главный специалист по метрологии зеркал в Центре космических полетов Годдарда. «Мы измеряем размер главного зеркала, радиус его кривизны, фоновый шум. Наш тест настолько чувствительный, что мы фиксируем изменения в характеристиках зеркала даже тогда, когда люди говорят в помещении».

В ноябре испытания прошли гладко, проблем не было выявлено. Но вот в начале декабря акселерометры, которые были подключены к телескопу, уловили некие аномалии во время прохождения устройством вибрационных тестов. Ученые провели низкоуровневые вибрационные тесты, сравнивая полученные данные с теми, что передавались датчиками до появления аномалии. После того, как была выявлена проблема, тест автоматически прекратился для защиты аппаратной части устройства. Ученые в очередной раз изучили телескоп, но не нашли никаких отклонений.



В конце декабря представители НАСА заявили о том, что в приборах и прочих компонентах системы не найдено проблем. Выполнялся как визуальный осмотр, так и анализ снимков устройства в ультрафиолетовом излучении. Кроме того, было проведено два дополнительных вибрационных низкоуровневых тестов, которые также не выявили проблем с телескопом «Джеймс Уэбб». Подробнее о тестировании можно узнать из документа, подготовленного специалистами НАСА.

В декабре же Джон Мэтер сообщил о том, что участники проекта ожидают успешного прохождения телескопом всех необходимых тестов. При этом агентство планирует задействовать любые доступные методы предосторожности для того, чтобы обеспечить удачный вывод телескопа на орбиту. Пока что, к сожалению, не совсем понятно, что это были за аномалии и как они могут повлиять на систему во время отправки ее в космос. Окончательные выводы будут сформированы агентством в конце этого месяца.

В середине этого года «Джеймс Уэбб» будет отправлен в один из филиалов компании Нортроп-Грумман для финальной сборки и соединения с солнечным экраном, а также системой маневрирования на орбите. Перед этим оптическая система телескопа и научные инструменты будут тестироваться в термальной вакуумной камере Космического Центра Джонсона.

Пока что участники программы выказывают оптимизм. «Мы не думаем, что столкнемся с чем-то, что будет сложно исправить», — говорит Пол Герц.

Астрономы могут готовить свои предложения по работе с телескопом


На 229 встрече Американского астрономического сообщества представители проекта сообщили о том, что ученые могут начать подавать заявки относительно предлагаемых методов эксплуатации телескопа. Непосредственная работа телескопа начнется в апреле 2019 года, спустя полгода после запланированного запуска этой системы. В течение полугода будут выполняться различные тестовые процедуры и проверки, если все пройдет, как запланировано, то ученые смогут реализовать свои идеи.

«Меня это впечатляет», — говорит Эрик Смит, руководитель программы. Дело в том, что все прошедшие годы команда занималась исключительно технической стороной дела, а не наукой. А теперь можно переходить к финальному этапу и заниматься научной работой. «Этот год дает возможность научному сообществу вернуться к работе над программой».

На встрече, о которой шла речь выше, руководство программы заявило, что ученые, которые принимали участие в разработке инструментов, программного обеспечения или различных функций телескопа «Джеймс Уэбб», смогут получить гарантированное время работы с телескопом. Кроме того, ранний доступ к возможностям системы будет предоставлен тем ученым, которые подадут интересные заявки, обеспечивающие возможность демонстрации полной функциональности телескопа для научного сообщества. В результате другие ученые смогут понять, как лучше всего использовать функциональность «Джеймса Уэбба» для наблюдений за Вселенной, и отправят собственные предложения. Во всяком случае, такова задумка. «Обычные» предложения ученые смогут отправлять в конце 2017 года.

Сейчас же специалисты, которые принимают участие в разработке системы, продолжают проводить тестирование телескопа, включая оптическую часть и научные инструменты. Проверки производятся в Центре космических полетов имени Годдарда.



Компоненты телескопа и его возможности


«Джеймс Уэбб» очень сложная система, которая состоит из тысяч отдельных элементов. Они формируют зеркало телескопа и его научные инструменты. Что касается последних, то это такие устройства:

  • Камера ближнего инфракрасного диапазона (Near-Infrared Camera);
  • Прибор для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения (Mid-Infrared Instrument);
  • Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (Near-Infrared Spectrograph);
  • Датчик точного наведения c устройством формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевым спектрографом (Fine Guidance Sensor/Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph).

Эти инструменты будут выполнять такие научные задачи, как:

  • обнаружение света от самых ранних звёзд и галактик на стадии их формирования;
  • изучение звёздных населений в ближайших галактиках;
  • изучение молодых звёзд Млечного Пути и объектов пояса Койпера;
  • определение морфологии и цвета галактик при сильном красном смещении;
  • определение кривых блеска дальних сверхновых;
  • создание карты тёмной материи с помощью гравитационного линзирования;
  • обнаружение «первого света»;
  • обнаружение экзопланет;
  • получение их характеристик;
  • транзитная спектроскопия.

Что дальше?


По словам Эрика Смита, проект остается в рамках бюджета. Пока что все идет по плану и нет никаких препятствий, которые могли бы помешать запуску телескопа в октябре 2018 года. Единственная обнаруженная проблема — вибрационные аномалии — уже близка к разрешению, специалисты активно работают над тем, чтобы провести финальную локализацию проблемы и избавиться от нее. Но, конечно, сложности еще могут возникнуть. «Сейчас мы на той стадии программы, когда мы сталкиваемся с новыми вызовами, отличными от тех проблем, которые возникали до настоящего момента», — говорит Смит. Но, в тоже время, он уверен в силах команды: «Когда возникают проблемы, я уверен в том, что команда может решить их».
Максим Агаджанов @marks
карма
170,7
рейтинг 574,4
Редактор
Самое читаемое

Комментарии (28)

  • 0
    А я думал, первым делом будут разглядывать Стрелец А*.
    • 0
      А смысл. В видимом диапазоне и ближнем инфракрасном в которых будет работать этот телескоп там почти ничего не видно.

      Стрелец А интересный объект только в радио диапазоне и дальнем ИК.
  • +1
    А выводить на чём будут?
    Очень надежная ракета нужна.
    Ведь столько сил потрачено.
    • –8
      Даже странно, что вокруг него Маск не кружит на своём Фалкон Хэви.
      • +7
        Наверно потому, что Маск — не идиот, он нигде не кружит, а занят реальным делом. Потому прекрасно понимает, что Фалкон пока еще далеко не самая надежная ракета так как постоянно модифицируется и дорабатывается, в следствие чего имеет повышенный риск взорваться. Это цена за инновации. Никому и в голову не придет на такой ракете запускать ~8-10 млрд долларов и 20 лет работы.
    • +3
      На Ariane 5 ECA.
  • +12
    Кому интересно:
    — Берилий используется из-за высокой прочности, легкости, и маленького коэф. расширения при низких температурах
    — Количества золота там 48г. Сверху покрыто SiO2 для защиты золотого покрытия. Золотое покрытие там для оптимизации отражаемости света из ИК спектра (вселенная расширяется спектр света смещается в ИК)
    — Зеркало у телескопа «Джеймса вебба» 22 м., что в 3.38 раза больше, чем у «Хаббла».
    С увеличением зеркала в 3.38 раза, количество собираемого света увеличивается в n^2 раза, т.е. он будет собирать в 11.4 больше света, чем «Хаббл».
    • +1
      Вы то ли площадь зеркала JWST вместо апертуры взяли, то ли футы вместо метров, то ли лишний раз в квадрат возвели, ведь количество собираемого света зависит от площади поверхности прямо, а не квадратично. Там где-то 5.5 раз разница.
      • 0
        Насколько мне известно, это значение пропорционально квадрату диаметра зеркала, т.е. 3.38^2 = 11.4
        • +1
          Эмм, что есть 3.38?

          Площадь круга — πr2.

          У Хаббла диаметр главного зеркала 2.4м, соответственно радиус 1.2м а площадь (1.2^2)*3,14=4.52м^2

          У JWSTдиаметр главного зеркала 6.5м, соответственно радиус 3.25м а площадь (3.25^2)*3,14=33.17м^2 что в 7.37 раз превышает площадь зеркала Хаббла. Однако главное зеркало JWST не круглое, и Википедия дает его площадь в 25м^2, что в 5.53 раза больше площади ГЗ Хаббла.
          • 0
            Ошибочка вышла, у него зеркало в 2.7 раза больше, а не в 3.38. Поэтому да — площадь у JWST в 7.3 раза больше.
      • 0
        количество света прямо пропорцианально площади зеркала(что вполне логично). А она пропорцианальна квадрату диаметра.
    • +1
      Зеркало у телескопа «Джеймса вебба» 22 м

      Здесь на самом деле напутано.
      Диаметр зеркала у JWST — 6.5 метров. Рабочая площадь зеркала в шесть с четвертью раз больше, чем у HST. Вот тут написано. Это размер всей конструкции у «Вебба» 22 метра.
      • 0
        Вы правы, ошибочка вышла
  • +4
    Разве сейчас не интереснее всего осмотреть ту звезду со странной светимостью «из-за инопланетян»?
    • +3
      Вот пусть рен-тв, ново-зюкинский клуб свидетелей НЛО и общество любителей фантастики скидываются деньгами, строят телескоп и пусть хоть на женскую баню смотрят. А учёные хотят что-то полезное узнать.
      • +1
        Я наверно пропустил, но чем кончились то «строительство сферы Дайсона»?
        • –1
          По новой версии там лазером разгоняют корабль на солнечном парусе.
        • +2
          Судя по последним наблюдениям, не уложились в смету, меняют подрядчика, объявлен новый тендер.
    • 0
      А что там хочется увидеть? Чтобы рассмотреть напрямую (непосредственно) какие-то даже очень крупные объекты вокруг этой звезды разрешения даже этого новейшего телескопа будет слишком мало — очень она далеко (больше 1000 световых лет).

      А чтобы просто измерять изменения яркости ее свечения во времени и на основе этого искать какие-то зависимости и строить гипотезы — и текущих действующих телескопов вполне хватает.
  • 0
    На мой взгляд, интереснее всего получить спектр атмосфер ближайших экзопланет, особенно суперземель в зоне обитаемости, чтобы попытаться понять что представляют собой их атмосферы, каковы условия на поверхности, и, возможно, обнаружить признаки жизни.
    А что такое «первый свет», который собираются обнаружить?
    • 0
      Когда Вселенная расширилась и охладилось, не было ничего светящегося. И так 300.000(если не перепутал) лет до появления первых звезд. Свет первых звезд и есть «первый свет»
      • +1
        Первый свет всё же реликтовое излучение. Но его другими средствами наблюдают.
  • 0
    Это самый ранний свет который появился во вселенной.
    «Это и был момент появления первого света во Вселенной, между 240 000 и 300 000 годами после Большого взрыва, известный, как эпоха рекомбинации. Впервые фотоны могли немного передохнуть, будучи привязанными к атомам посредством электронов. В этот момент Вселенная превратилась из непрозрачной в прозрачную.»
    Подробнее
    • 0
      Этот свет действительно принято называть «первым светом». Но из-за расширения Вселенной он превратился в микроволновое излучение, которое этот телескоп наблюдать не может. Скорее всего речь действительно о свете первых звёзд.
  • 0
    обнаруженная проблема — вибрационные аномалии — уже близка к разрешению, специалисты активно работают над тем, чтобы провести финальную локализацию проблемы и избавиться от нее

    Проблема неизвестна и даже не локализована, но близка к разрешению
    • +1
      Ей сейчас занимаются, и уверены что смогут вскоре решить, проверяя не доставит это еще проблем.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.