Ідея будівництва нового потужного космічного телескопа виникла майже 20 років тому, в 1996 році коли американські астрономи випустили доповідь HST and Beyond, в якій обговорювалося питання - куди ж повинна рухатися астрономія далі. Незадовго до цього, 1995 року була відкрита перша екзопланета поруч із зіркою, схожою на наше Сонце. Це розбурхало наукове співтовариство - адже з'явився шанс, що десь може існувати світ, що нагадує Землю - тому дослідники попросили NASA побудувати телескоп, який буде придатний в тому числі для пошуку і вивчення екзопланет. Саме тут бере початок історія «Джеймса Вебба». Запуск цього телескопа постійно відкладали (спочатку планували відправити його в космос ще 2011 року), але тепер він, здається, виходить на фінішну пряму. Редакція спробувала розібратися, що астрономи розраховують дізнатися за допомогою «Вебба», і поговорила з тими, хто створює цей інструмент.
Назва «Джеймс Вебб» телескопу була присвоєна 2002 року, до цього він називався Next Generation Space Telescope («Космічний телескоп нового покоління») або скорочено NGST, оскільки новий інструмент повинен продовжити дослідження, розпочаті «Хабблом». Якщо «Хаббл» досліджує Всесвіт переважно в оптичному діапазоні, захоплюючи лише ближній інфрачервоний і ультрафіолетовий діапазон, які межують з видимим випромінюванням, то «Джеймс Вебб» сконцентрується на інфрачервоній частині спектру, де видно більш стародавні і більш холодні об'єкти. Крім того, вираз «нове покоління» вказує на просунуті технології та інженерні рішення, які будуть використовуватися в телескопі.
Мабуть, найбільш нестандартне і складне з них - це головне дзеркало «Джеймса Вебба» діаметром 6,5 метра. Вчені не стали створювати збільшену версію дзеркала «Хаббла», тому що воно важило б занадто багато, і придумали витончений вихід із ситуації: вони вирішили зібрати дзеркало з 18 окремих сегментів. Для них використовувався легкий і міцний метал берилій, на який був нанесений тонкий шар золота. У результаті дзеркало важить 705 кілограмів, тоді як його площа становить 25 квадратних метрів. Дзеркало «Хаббла» важить 828 кілограмів при площі 4,5 квадратних метра.
Інший важливий компонент телескопа, який останнім часом завдає чимало клопоту інженерам - розгортається теплозахисний екран, необхідний для захисту приладів «Джеймса Вебба» від перегріву. На навколоземній орбіті під прямими променями Сонця предмети можуть розігріватися до 121 градуса Цельсія. Прилади «Джеймса Вебба» призначені для роботи в умовах досить низьких температур, тому і знадобився теплозахисний екран, що закриває їх від Сонця.
За розміром він порівняємо з тенісним кортом, 21 x 14 метрів, тому відправити його в точку Лагранжа L2 (саме там буде працювати телескоп) в розгорнутому вигляді неможливо. Тут і починаються основні труднощі - як доставити щит до пункту призначення так, щоб він не пошкодився? Найлогічнішим рішенням виявилося скласти його на час польоту, а потім розгорнути, коли «Джеймс Вебб» буде в робочій точці.
Зовнішній бік щита, де знаходиться антена, бортовий комп'ютер, гіроскопи і сонячна панель, розігріється, як очікують вчені, до 85 градусів Цельсія. Натомість на «нічному» боці, де знаходяться основні наукові прилади, буде морозно: близько 233 градусів нижче нуля. Забезпечувати теплоізоляцію будуть п'ять шарів щита - кожен холодніше попереднього.
Які ж наукові прилади потрібно так ретельно ховати від Сонця? Всього їх чотири: камера ближнього інфрачервоного діапазону NIRCam, прилад для роботи в середньому ІК-діапазоні MIRI, спектрограф ближнього ІК-діапазону NIRSpec і система FGS/NIRISS. На картинці нижче можна наочно побачити, в якому «світлі» вони будуть бачити Всесвіт:
За допомогою наукових приладів вчені сподіваються відповісти на багато фундаментальних питань. В першу чергу, вони стосуються екзопланет.
Незважаючи на те, що на сьогоднішній день телескоп «Кеплер» відкрив більше 2,5 тисячі екзопланет, оцінки щільності існують лише для декількох сотень. Між тим, ці оцінки дозволяють нам зрозуміти, до якого типу належить планета. Якщо у неї низька щільність - очевидно, перед нами газовий гігант. Якщо небесне тіло має високу щільність, то, швидше за все, це кам'яниста планета, що нагадує Землю або Марс. Астрономи сподіваються, що «Джеймс Вебб» допоможе зібрати більше даних про маси і діаметри планет, що допоможе вирахувати їх щільність і визначити їх тип.
NASA/Goddard Space Flight Center and the Advanced Visualization Laboratory at the National Center for Supercomputing Applications