Джеймс Вебб (телескоп)

Космічний телескоп ім. Джеймса Вебба (англ. James Webb Space Telescope, JWST) — американський орбітальний інфрачервоний космічний телескоп. Призначений для широкого спектру спостережень в астрономії і космології, зокрема, спостереження найбільш віддалених об'єктів і подій у Всесвіті, таких як утворення перших галактик.

Джеймс Вебб (телескоп)
Космічний телескоп ім. Джеймса Вебба
Загальна інформація
Організація НАСА / ЄКА / КАА / ІДКТ[1]
Виготовлено з участю Northrop Grumman
Ball Aerospace & Technologies
Дата запуску 25 грудня 2021[2]
Запущено з Куру
Засіб запуску Ariane 5 ECA
Тривалість місії 5-10 років
Маса 6 т
Тип орбіти гало-орбіта навколо точки Лагранжа L2
системи Сонце—Земля
Орбітальний період 6 місяців
Довжина хвилі Інфрачервоне, Видимий спектр(частково)
Діаметр ~6,5 м
Фокальна відстань 131,4 м
Інструменти
Mid-Infrared Instrument (MIRI) 5 — 27 мкм (до 29мкм)
Інфрачервоний Спектрограф (ближнього діапазону)(NIRSpec) 0,6 — 5 мкм
до 100 об'єктів рівночасно
Інфрачервона камера (ближнього діапазону) (NIRCam) 0,6 — 5 мкм
Fine Guidance Sensor (FGS) 1,6 — 4,9 мкм
Зовнішні посилання
Інтернет-сторінка jwst.nasa.gov
sci.esa.int/jwst
asc-csa.gc.ca
jwst.stsci.edu

Проєкт здійснюється шляхом міжнародної співпраці 17 країн, на чолі з NASA, зі значним внеском Європейського та Канадського космічних агенств. Розробкою керував Центр космічних польотів імені Ґоддарда, головний підрядник — Northrop Grumman[3]. Початкова назва — «Космічний телескоп нового покоління» (англ. Next-generation space telescope — NGST). У 2002 році названо на честь другого керівника NASA Джеймса Вебба (1902—1992), що керував агенцією в 1961—1968 рр.

На кінець 2021 року витрати на створення телескопа складали понад 9,7 млрд доларів США[4]. Телескоп успішно запущено о 12:20 UTC 25 грудня 2021 року ракетою-носієм Аріан-5.[5]

На момент запуску, телескоп Вебба був найбільшим, найдорожчим та найчутливішим оптичним та інфрачервоним космічним телескопом в історії людства, та одним з найважливіших проєктів в астрономії в XXI столітті.

Історія

Передісторія

Ранні роботи з розробки наступника Габбла між 1989 і 1994 роками привели до концепції телескопа Hi-Z[6], 4-метрового інфрачервоного телескопа, який працював би на орбіті в 3 астрономічні одиниці. Ця далека орбіта була б вигідна через менший світловий шум від зодіакального пилу[7]. Інші ранні плани передбачали місію телескопа-попередника ініціативи NASA NEXUS (Nexus for Exoplanet System Science)[8].

Історія зміни прогнозованої дати запуску та повного бюджету
Рік Планована дата
запуску		 Повний бюджет
(мільярдів доларів США)
19972007[9]0,5[9]
19982007[10]1[11]
19992007—2008[12]1[11]
20002009[13]1,8[11]
20022010[14]2,5[11]
20032011[15]2,5[11]
200520133[16]
200620144,5[17]
2008: Preliminary Design Review
200820145.1[18]
2010: Critical Design Review
20102015 to 20166,5[19]
201120188,7[20]
201320188,8[21]
20172019[22]8,8
20182020[23]≥8,8
2019Березень 2021[24]9,66
2021Грудень 2021[25]9,70

Виправлення невтішних характеристик космічного телескопа Габбл (HST) у перші роки його роботи зіграло значну роль у народженні JWST. У 1993 році NASA підготувало місію Space Shuttle, яка мала замінити камеру HST і модернізувати його спектрограф, щоб компенсувати сферичну аберацію в його основному дзеркалі. Хоча астрономічна спільнота з нетерпінням чекала цієї місії, NASA попереджало, що така унікальна місія є досить ризикована, і що її успішне завершення жодним чином не гарантується. Тож Асоціація університетів для досліджень в астрономії (AURA), яка керує інститутом досліджень за допомогою космічного телескопа (STSI), сформувала комітет із провідних американських астрономів для оцінки ефективності ремонтної місії та вивчення ідей для майбутніх космічних телескопів, які знадобляться, якщо ремонтна місія не буде виконана. Підбадьорений успіхом HST та визнаючи інноваційну роботу в Європі для майбутніх місій[26][27], цей комітет, що отримав назву «HST & Beyond», запропонував концепцію більшого та набагато холоднішого, чутливого до інфрачервоного випромінювання телескопу, який міг би досягти космологічного часу народження перших галактик. Ця високопріоритетна наукова мета була поза межами можливостей HST, оскільки, як теплий телескоп, він засліплений інфрачервоним випромінюванням від власної оптичної системи. На додаток до рекомендацій щодо продовження місії HST до 2005 року та розробки технологій для пошуку планет навколо інших зір, NASA прийняло головну рекомендацію «HST & Beyond»[28] щодо великого холодного космічного телескопа (охолодженого до сотень градусів нижче 0 °C) і розпочало процес планування майбутнього JWST.

Починаючи з 1960-х років і на початку кожного десятиліття після цього Національні академії організували спільноту астрономів США, щоб творчо мислити про астрономічні інструменти та дослідження на наступне десятиліття, а також досягти консенсусу щодо цілей і пріоритетів. Будучи вірним прихильником «Декадних (десятирічних) опитувань астрономії та астрофізики» (англ. Astronomy and Astrophysics Decadal Survey), які ще з 1960-х доносили думку астрономічної спільноти щодо перспектив розвитку астрономії до агенства, NASA також досягло надзвичайного успіху в розробці програм та інструментів для виконання рекомендацій опитування. Таким чином, навіть надаючи підтримку майбутньому телескопу ще з середини 1990-х років, астрономічне співтовариство зробило його високим пріоритетом уже в Декадному опитувані 2000 року. Підготовка опитування включала подальший розвиток наукової програми, яка стала відомою як «Космічний телескоп наступного покоління» (англ. Next Generation Space Telescope, NGST)[29], а також досягнення відповідних технологій НАСА. У міру розвитку концепції NGST було посилено важливість місії для вивчення народження галактик у молодому Всесвіті та пошуку планет навколо інших зір. Як і очікувалось, NGST отримав найвищий рейтинг у десятирічному огляді астрономії та астрофізики 2000 року[30], що дозволило продовжити проєкт із повним схваленням консенсусу спільноти.

У 2002 році, після розробки дизайну, телескоп перейменували на честь другого адміністратора NASA (1961—1968) Джеймса Е. Вебба (1906—1992). Вебб очолював агентство під час програми Аполлон і заснував наукові дослідження як основну діяльність NASA[30]. JWST — це проєкт NASA у міжнародній співпраці Європейського космічного агентства (ESA) та Канадського космічного агентства (CSA).

Розробка
Зібраний телескоп проходить тестування в середовищі, наближеному до робочого

Розробка телескопа розпочалась у 1996 році з бюджетом 500 млн дол., а запуск спочатку планувався на 2007 рік. Проте проєкт кілька разів відкладали, а видатки зростали. 2005 року проєкт переробили. Початкові оцінки вартості межах $500 млн — $1 млрд були ненадійними і пізніше спонукали робити детальніші розрахунки перед Декадними оглядами.

Для NASA проєкт став однією з «великих стратегічних місій» відділу астрофізики (англ. Astrophysics Science Division), де «великими» зазвичай називають проєкти вартістю більше $1 млрд[31].

Станом на 2009 NASA почало прохати більше грошей. Незалежне оцінювання (Independent Comprehensive Review Panel, ICRP) у звіті за жовтень 2010 показало, що бюджет, прийнятий у 2008, був недосконалим і не враховував деякі передбачувані видатки. Звіт також стверджував, що збільшення кошторису й затримки були спричинені бюджетом і керівництвом, а не інженерними проблемами. Як наслідок, для керування бюджетом проєкту створили нову структуру, окрему від відділу астрофізики. Нові видатки привернули політичну й громадську увагу, мали вплив на усі астрофізичні проєкти та Директорат наукових місій NASA в цілому. NASA винесло з цього кілька уроків, зокрема усвідомлювати залежність від незавершених розробок, ефективніше оцінювати вимоги і мати бюджетні резерви[31].

Будівництво
На тлі макета «Джеймса Вебба» в повну величину стоять кількасот робітників Центру космічних польотів імені Ґоддарда, що його створюють (2005 рік)

У січні 2007 року дев'ять із десяти ключових технологій проєкту успішно пройшли технологічну експертизу без захисту (англ. Technology Non-Advocate Review, T-NAR)[32]. Ці технології були визнані достатньо зрілими, щоб зняти значні ризики в проєкті. У квітні 2007 року було розроблено технологію останнього елемента, що залишався — кріоохолоджувача MIRI. Ця технологічна експертиза стала початковим кроком у процесі, який зрештою перевів проєкт на етап детального проєктування (фаза C). До травня 2007 р. витрати все ще були на плановому рівні[33]. У березні 2008 року проєкт успішно завершив попередню експертизу конструкції (англ. Preliminary Design Review, PDR).
У квітні 2010 року телескоп пройшов критичну експертизу конструкції (англ. Mission Critical Design Review, MCDR). Проходження MCDR означало, що обсерваторія в цілому відповідатиме всім науковим та інженерним вимогам для здійснення своєї місії й дало «зелене світло» для її будівництва[34]. Після MCDR було скориговано розклад запуску, він передбачався в 2018 році[35].

До 2011 року проєкт JWST перебував на завершальній стадії проєктування та виготовлення (фаза C). Як і будь-яка складна конструкція, яку неможливо змінити після запуску, були детальні огляди кожної частини проєкту, будівництва та передбачуваної експлуатації. Проєкт запровадив нові технологічні кордони, він пройшов перевірку дизайну. Датою запуску було оголошено 2018 рік[36].

25 листопада 2015 року на телескоп встановили першу частину дзеркала та деяке інше обладнання[37]. У лютому 2016 року головне дзеркало було повністю готове. Його збирання відбувалося в Центрі космічних польотів імені Ґоддарда[38].

Підготовка до запуску
Офіційний постер телескопу ім. Джеймса Вебба

Збирання телескопа було завершено в 2016 році, того ж року розпочали тестування[39][40]. У вересні 2017 дату старту перенесли на весну 2019 року[41].

У березні 2018 через пошкодження сонцезахисного екрану телескопа, який розірвався під час тестового розгортання, НАСА відклало запуск на травень 2020 року[42][43].

У липні 2018 за рекомендаціями незалежної комісії запуск було перенесено на 31 березня 2021 року.[44][45][46]

У березні 2020 року роботи з телескопом були призупинені через пандемію коронавірусної хвороби, що вилилось в чергове перенесення запуску. У червні 2020 НАСА оголосила про запуск до кінця 2021 р.[47] Після відновлення робіт над телескопом у липні 2020, дата запуску була призначена на 31 жовтня 2021 року[48][49].

Наприкінці травня 2021 року виникли проблеми з доставкою вже готового телескопа на космодром, його монтажем на ракету та власне з ракетою-носієм Ariane 5 і дату старту знову відклали[50][51].

У вересні 2021 року запуск телескопа було призначено на 18 грудня 2021 року[52][53], а наприкінці листопада запуск перенесли на 22 грудня 2021 року[54][55].

14 грудня телескоп встановили на ракету-носій Аріан-5 і виявили проблеми обміну даними між телескопом та ракетою (частина даних під час передачі втрачалася). НАСА відклала старт до 25 грудня[2].

Місія та цілі
Приблизна схема прозорих діапазонів електромагнітного випромінювання атмосфери Землі, включаючи видиме світло.

JWST орієнтований на астрономію ближньо-інфрачервону астрономію, але він також може спостерігати оранжеве та червоне видиме світло, а також середню інфрачервону область, залежно від інструменту. Він зроблений з акцентом на дослідженні близького (до видимого світла) і середнього інфрачервоного випромінювання з трьох основних причин:

  • видиме випромінювання далеких об'єктів із великим червоним зсувом зміщується в інфрачервоний діапазон
  • холодні об'єкти, такі як уламкові диски та планети, випромінюють найсильніше в інфрачервоному діапазоні
  • цю смугу важко вивчати з Землі чи за допомогою існуючих космічних телескопів, таких як Габбл

Наземні телескопи мають спостерігати крізь атмосферу Землі, яка є непрозорою в багатьох інфрачервоних діапазонах (див. малюнок атмосферного поглинання). Атмосфера містить багато хімічних сполук, таких як вода, вуглекислий газ і метан, що значно ускладнює аналіз навіть у тих діапазонах, де вона майже прозора, адже вони поглинають електромагнітне випромінювання в окремих лініях спектру. Існуючі космічні телескопи, такі як Габбл, не можуть вивчати ці смуги, оскільки їх дзеркала недостатньо охолоджені (дзеркало Габбла підтримується при температурі близько 15 °C (288 K)), тому сам телескоп сильно випромінює в інфрачервоному діапазоні[56].

Після старту NASA виділяла чотири основні напрямки досліджень[57]:

  • Дослідження раннього Всесвіту: світло перших галактик, одразу після епохи космологічних Темних віків
  • Вивчення еволюції галактик: Веббу будуть доступні тьмяніші й віддаленіші галактики для спостереження
  • Еволюція зір: телескоп здатен заглянути всередину масивних газопилових хмар, які непрозорі для видимого світла.
  • Спектроскопія екзопланет: Вебб може знайти такі маркери життя (або придатності до життя) як вода чи метан у спектрах екзопланет.

Спостереження телескопу за квазарами допоможе пролити світло на космологічну епоху реіонізації, адже при народженні галактик квазари, будучи надмасивними чорними дірами в їхніх центрах, мали найбільший вплив на їхню еволюцію і були найяскравішими [58].

Крім цього, є плани використати JWST для пошуку і дослідження малих тіл Сонячної системи, зокрема транснептунових об'єктів[59].

Особливості телескопу

На відміну від Габбла, який досліджує небо в ближньому ультрафіолетовому, видимому і ближньому інфрачервоному спектрах (0,1—1 мкм), телескоп Вебба здійснюватиме спостереження в нижчому частотному діапазоні: від довгохвильового видимого світла до середнього інфрачервоного (0,6—28,3 мкм), що дозволить йому спостерігати об'єкти з великим червоним зсувом, які занадто старі і дуже далекі для спостереження Габблом.[60][61]

Схема п'яти лагранжевих точок у системі Сонце — Земля. JWST буде розміщений поблизу точки Лагранжа L2.

JWST працює на орбіті навколо точка Лагранжа L2 системи Сонце—Земля, на відстані приблизно 1 500 000 км від Землі (вчетверо далі Місяця). Така відстань робить практично неможливим ремонт або оновлення обладнання JWST після запуску, принаймні з тими космічними кораблями, що були недоступні на етапі проєктування та виготовлення телескопа. Утім, конструктори все ж вирішили обладнати телескоп стикувальним кільцем із розрахунком на можливі відвідини перспективними космічними кораблями[62][63]. Об'єкти поблизу цієї точки Лагранжа обертаються навколо Сонця синхронно із Землею, що дозволяє телескопу залишатися на приблизно постійній відстані від нашої планети[64] та мати приблизно однакову орієнтацію сонячного щита й платформи телескопу відносно Сонця та Землі. Така конфігурація дозволить підтримувати температуру телескопу нижче 50 K, що необхідно для спостережень в інфрачервоному діапазоні[65][66].

«Джеймс Вебб» матиме вдвічі меншу масу, ніж Габбл, проте його головне дзеркало — 6,5-метровий вкритий золотом берилієвий рефлектор — має площу 25,4 кв.м., що більш як ушестеро перевищує площу дзеркала Габбла[67].

У цілому, телескоп складається з таких частин: платформа космічного апарату, оптична система, інтегрований науково-інструментальний модуль і сонцезахисний щит.

Платформа космічного апарату

Платформа космічного корабля є основним несучим компонентом космічного телескопа Джеймса Вебба, який об'єднує різні частини телескопа. Вона містить шість основних підсистем: електроживлення, орієнтації, зв'язку, керування та обробки даних, термоконтролю і рушійну установку[68]. Двома іншими основними елементами JWST є інтегрований модуль наукових інструментів (англ. Integrated Science Instrument Module, ISIM) та оптична система телескопа (англ. Optical Telescope Element, OTE)[69].

Сонцезахисний щит

Для проведення спостережень в інфрачервоному спектрі необхідно підтримувати дзеркала та наукові прилади при температурі нижче 50 К, інакше інфрачервоне випромінювання самого телескопа засліплює його прилади. Тому телескоп використовує великий сонцезахисний екран, щоб блокувати світло й тепло від Сонця, Землі та Місяця, а його розташування поблизу точки Земля-Сонце L2 залишатиме всі три тіла по один бік від космічного корабля весь час[70]. Його гало-орбіта навколо точки L2 уникає тіні Землі та Місяця, підтримуючи постійні умови для сонячного екрана та сонячних батарей[64].

Кожен шар п'ятишарового сонцезахисного екрану[71] виготовлено з Каптону E, комерційно доступної поліімідної плівки від DuPont, вкритої алюмінієм з обох боків. Обернена до Сонця поверхня двох найгарячіших шарів додатково вкрита легованим кремнієм і саме через це вона має рожевий відтінок. Перший шар плівки має товщину 0,05 мм, усі інші — 0,025 мм. Алюмінієве покриття має товщину близько 100 нм, кремнієве — близько 50 нм. Загалом кожен шар не товщий людської волосини[72].
Мікророзриви полотна щита під час тестів 2018 року привели до чергових затримок запуску Джеймса Вебба[73].

Сонцезахисний щит розрахований на дванадцятикратне складання, щоб поміститись в обтічник ракети Ariane 5, який має діаметр 4,57 м і довжину 16,19 м. Після розгортання щит матиме розмір 14 м × 21 м, що можна порівняти з розміром тенісного корту. Сонцезахисний щит зібрала вручну компанія ManTech (NeXolve) в Гантсвіллі, штат Алабама, потім його доставили для тестування до Northrop Grumman в Редондо-Біч, Каліфорнія[74].

Оптика
Дзеркало «Габбла» (ліворуч) і «Вебба» (праворуч) в одному масштабі

Оптична система JWST являє собою тридзеркальний анастигмат[75], який використовує опукле вторинне[76] та третинне дзеркала для передачі зображень без оптичних аберацій у широкому полі.

Головне дзеркало телескопа ім. Джеймса Вебба складається з 18 шестикутних дзеркальних елементів діаметром 1,32 м зроблених із берилію, вкритого тонким шаром золота. Складене з частин дзеркало має діаметр 6,5 м, а його площа — 25,4 кв.м. Під час запуску дзеркало перебувало під обтічником ракети в згорнутому вигляді[62].

Вторинне дзеркало має діаметр 0,74 м. Воно розміщене на довгих штангах, які під час запуску були складені[76].

Для взаємного позиціонування дзеркальних елементів та надання їм належної форми телескоп має 132 невеликих двигуни (так звані актуатори)[77]. Кожен із 18 сегментів головного дзеркала керується 7 актуаторами: 6 уздовж країв для регулювання положення та один у центрі для регулювання радіусу кривизни. Загалом головне дзеркало має 126 актуаторів, і ще 6 актуаторів для вторинного дзеркала, що дає в цілому 132[78]. Приводи можуть позиціонувати дзеркало з точністю до 10 нанометрів.

Сегмент головного дзеркала телескопу Вебба в 2010 році

Третинне дзеркало закріплено нерухомо[76]. Воно відбиває світло на рульове дзеркало (англ. steering mirror), яке може регулювати своє положення (для протидії вібрації) і спрямовує світло на наукові інструменти[79].

Головним субпідрядником у виконанні робіт з оптики стала Ball Aerospace & Technologies, яку направляв головний підрядник, Northrop Grumman Aerospace Systems, що уклав контракт із Центром космічних польотів імені Ґоддарда[80][81].

Наукові інструменти

Інтегрований науково-інструментальний модуль (англ. Integrated Science Instrument Module, ISIM) складається з таких дослідницьких інструментів:

  • Камера ближнього інфрачервоного діапазону (англ. Near-Infrared Camera, NIRCam);
  • Спектрограф ближнього інфрачервоного діапазону (англ. Near-Infrared Spectrograph, NIRSpec);
  • Прилад для роботи в середньому діапазоні інфрачервоного випромінювання (англ. Mid-Infrared Instrument, MIRI);
  • Датчик точного наведення з пристроєм формування зображення в ближньому інфрачервоному діапазоні й безщілинним спектрографом (англ. Fine Guidance Sensor/Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph, FGS/NIRISS).

NIRCam
Цифрова модель NIRCam

Камера ближнього інфрачервоного діапазону є основним блоком формування зображення «Вебба» і складається з масиву ртутно-кадмієво-телурових детекторів[82][83]. Робочий діапазон приладу становить від 0,6 до 5 мкм. Його розробив Аризонський університет спільно з Центром передових технологій компанії Lockheed Martin.

До завдань приладу входять:

Прилад оснащений коронографом, який дозволяє робити знімки слабких об'єктів поблизу яскравих джерел. За допомогою коронографа астрономи сподіваються визначити характеристики екзопланет, що обертаються навколо найближчих зір.

NIRSpec
Модель NIRSpec

Спектрограф ближнього інфрачервоного діапазону аналізуватиме спектр джерел, що дозволить отримувати інформацію як про фізичні властивості досліджуваних об'єктів (наприклад, температуру та масу), так і про їх хімічний склад. Інструмент здатний робити спектроскопію середньої роздільної здатності в діапазоні довжин хвиль 1—5 мкм і низької роздільної здатності з довжиною хвилі 0,6—5 мкм[84].

Багато об'єктів, які «Вебб» вивчатиме, випромінюють настільки мало світла, що телескопу для аналізу спектра необхідно збирати світло від них протягом сотень годин. Щоб вивчити тисячі галактик за 5 років роботи телескопа, спектрограф розроблено з можливістю одночасного спостереження 100 об'єктів на площі неба 3×3 мінути[84]. Для цього вчені та інженери центру Годдарда розробили технологію мікрозатворів для керування світлом, що потрапляє в спектрограф.

Мікроелектромеханічна система називається «масив мікрозатворів» (англ. microshutter array). У комірках мікрозатворів спектрографа NIRSpec є кришки, які відкриваються і закриваються під дією магнітного поля. Кожен осередок розміром 100 на 200 мкм[85] індивідуально керується і може бути відкритим або закритим, надаючи або, навпаки, блокуючи відповідну ділянку неба для спектрографа. Всього в пристрої 250 000 мікрозатворів.

MIRI
Модель MIRI в масштабі 1:3

Прилад для роботи в середньому діапазоні інфрачервоного випромінювання (5—28 мкм[86]) складається з камери з датчиком, що має роздільну здатність 1024×1024 пікселя[86], та спектрографа.

MIRI складається з трьох масивів арсен-кремнієвих детекторів. Чутливі детектори цього приладу дозволять побачити червоний зсув далеких галактик, формування молодих зір і слабко видимих комет, а також об'єкти в поясі Койпера. Модуль камери надає можливість зйомки об'єктів у широкому діапазоні частот з великим полем зору, а модуль спектрографа забезпечує спектроскопію середньої роздільної здатності з меншим полем зору, що дозволяє отримувати докладні фізичні дані про віддалені об'єкти[87].

Номінальна робоча температура для MIRI — 7 К. Така температура не може бути досягнута використанням лише пасивної системи охолодження — сонцезахисного щита, який забезпечує температуру близько 40 К. Натомість, охолодження здійснюється в два етапи: установка попереднього охолодження на основі пульсаційної трубки (англ. Pulse Tube precooler) охолоджує прилад до 18 К, потім теплообмінник з адіабатичним дроселюванням за рахунок ефекту Джоуля — Томсона знижує температуру до 7 К[87].

Прилад розробила група під назвою MIRI Consortium, що складається з вчених та інженерів із країн Європи, команди співробітників Лабораторії реактивного руху у Каліфорнії та вчених із кількох інститутів США[87].

FGS/NIRISS

Датчики точного наведення (Fine Guidance Sensor/FGS) і пристрій формування зображення в ближньому інфрачервоному діапазоні та безщілинний спектрограф (Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph/NIRISS) будуть упаковані разом, але по суті це два різні пристрої[88]. Обидва пристрої розроблені Канадським космічним агентством.

FGS застосовується для стабілізації променя зору телескопу під час спостережень. Вимірювання FGS застосовуються для як контролю загальної орієнтації космічного апарату, так і для керування тонким рульовим дзеркалом стабілізації зображення.

Порівняння з іншими телескопами

Очікувалося, що за чутливістю телескоп Вебба перевершить свого попередника — телескоп Габбла — в 100 разів[89]. У таблиці наведено порівняння основних технічних параметрів найважливіших оптичних та інфрачервоних космічних телескопів останніх 40 років.

Телескоп у згорнутому вигляді під обтічником ракети Ariane 5
Вибрані космічні телескопи та інструменти[90]
Назва РікДовжина хвилі
(μm)		Апертура
(m)		 Охолодженння
InfraRed Astronomical Satellite (IRAS) 198312—1000,57 Рідкий гелій
Spacelab Infrared Telescope (IRT) 19851.7–1180,15 Рідкий гелій
Інфрачервона космічна обсерваторія (ISO)[91] 19952.5–2400,60 Рідкий гелій
Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) телескопу Габбла 19970.115–1.032,4 Пасивне
Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS) телескопу Габбла 19970.8–2.42,4 Нітроген, згодом кріокамера
Спітцер 20033–1800,85 Рідкий гелій
Wide Field Camera 3 (WFC3) телескопу Габбла 20090.2–1.72,4 Пасивне та термоелектричне[92]
Гершель 200955–6723,5 Рідкий гелій
JWST 20210.6–28.56,5 Пасивне і кріокамера (MIRI)

Запуск

Виведення на орбіту було здійснено 25 грудня 2021 року ракетою-носієм «Ariane 5» з космодрому Куру. Ракету-носій надала Європейська космічна агенція. Після успішного запуску адміністратор NASA Білл Нельсон назвав це «великим днем для планети Земля»[93]. Телескоп відділився від верхнього ступеня через 27 хвилин 7 секунд після запуску й розпочав 30-денну подорож до точки Лагранжа L2. Спеціальна сторінка на сайті NASA дозволяла спостерігати в реальному часі стан телескопу на його шляху до точки призначення: час польоту, відстань від Землі, відстань до точки Лагранжа, швидкість руху, температуру й фазу розгортання[94].

Після запуску телескоп вдало провів два коригування траєкторії (25 і 27 грудня), аби дістатися точки Лагранжа. У цих маневрах обсерваторія витратила менше палива, ніж планувалося. Економія палива означає, що телескоп може працювати довше ніж 10 років, на які був розрахований спочатку[95][96].

4 січня 2022 року «Джеймс Вебб» завершив розгортання однієї з основних своїх конструкцій — сонцезахисного щита[97][98].

5 січня було розгорнуто вторинне дзеркало. 7 січня обсерваторія розгорнула одну з бічних панелей головного дзеркал, а 8 січня 2020 року — другу. Таким чином через 14 днів після запуску телескоп завершив усі етапи розгортання[99][100].

24 січня 2022, після фінального маневру, який тривав 297 секунд і змінив швидкість апарату всього на 1,6 м/с, телескоп Вебба вийшов на заплановану гало-орбіту навколо точки Лагранжа L2[101].

28 січня фахівці НАСА увімкнули вузькоспрямовану антену телескопа та визначили перший об'єкт спостережень: це зоря HD 84406, яка розташована у сузір'ї Великої ведмедиці. Її спостереження мають розпочати, коли камера ближнього інфрачервоного діапазону (NIRcam) охолоне до робочої температури -153 °C. Ці спостереження призначені для вирівнювання сегментів дзеркала телескопу, яке триватиме до кінця квітня[102][103].

Майбутні події

Приблизно через чотири місяці після розгортання сонцезахисного щита головне дзеркало охолоне настільки, що його сегменти набудуть належної форми. Після цього інженери зможуть почати юстування сегментів, на яке відведено ще два місяці[104].

Розподіл спостережного часу

Час спостережень на JWST розподіляється за трьома програми[105]:

  • Спостереження гарантованого часу (англ. Guaranteed Time Observations, GTO). Призначені для розробників телескопа.
  • Дослідження для негайної публікації, на розсуд директора (англ. Director's Discretionary Early Release Science, DD-ERS). Їх результати будуть одразу доступними для аналізу науковим співтовариством.
    • Для першого циклу таких спостережень, що здійснюватимуться протягом п’яти місяців, директор обрав 13 пропозицій і виділив на нього 500 годин часу. Спостереження мають показати можливості телескопа, щоб астрономи могли планувати подальші наукові програми. Учасниками програми стали 253 дослідники, які представляють 18 країн світу і 22 штати США[106];
  • Загальних спостерігачів (англ. General Observers, GO). Програма надає можливість усім астрономам подати заявку на спостереження і займатиме основну частину часу. Пропозиції відбиратиме комітет із розподілу часу (англ. Time Allocation Committee, TAC) шляхом експертної оцінки, подібно до процесу розгляду пропозицій щодо використання космічного телескопа Габбла. Очікувалося, що попит на такі спостереження буде значно перевищувати доступний час.

Галерея
  • Вид згори на три чверті
  • Вид знизу (сонячна сторона)
  • Схема-проєкт телескопу

Міжнародна реакція
  • Президент Франції Емманюель Макрон заявив, що запуск орбітального телескопа «Джеймс Вебб» має стати однією з ключових подій в історії освоєння космосу[107].

Цікаві факти
  • Телескоп Вебб настільки чутливий, що міг би помітити теплову сигнатуру джмеля на Місяці, спостерігаючи за ним із Землі[108].
  • За допомогою телескопу Вебба вчені сподіваються побачити об'єкти, що засвітились всього лиш через 200 млн років після Великого вибуху[108]

Див. також

Примітки
  1. NASA JWST FAQ "Who are the partners in the Webb project?". NASA. Процитовано 18 листопада 2011.
  2. За матеріалами spaceflightnow.com (15.12.2021). Запуск JWST перенесений на 24 грудня. The Universe. Space.Tech. Процитовано 17 грудня 2021.
  3. James Webb Space Telescope. Northrop Grumman. 2017. Процитовано 31 січня 2017.
  4. Casey Dreier (Oct 25, 202). How much does the James Webb Space Telescope cost?. planetary.org.1
  5. NASA запустило в космос найдорожчий в історії телескоп. Суспільне. 25.12.2021. Процитовано 25 грудня 2021.
  6. Advanced Concepts Studies – The 4 m Aperture "Hi-Z" Telescope. NASA Space Optics Manufacturing Technology Center. Архів оригіналу за 15 жовтня 2011. Ця стаття містить текст із джерела, яке перебуває в суспільному надбанні.
  7. STSCI JWST History 1994. Архів оригіналу за 3 лютого 2014. Процитовано 29 грудня 2018.
  8. de Weck, Olivier L.; Miller, David W.; Mosier, Gary E. (2002). Multidisciplinary analysis of the NEXUS precursor space telescope. У MacEwen, Howard A. Highly Innovative Space Telescope Concepts. Highly Innovative Space Telescope Concepts 4849. с. 294. Bibcode:2002SPIE.4849..294D. doi:10.1117/12.460079.
  9. Berardelli, Phil (27 жовтня 1997). Next Generation Space Telescope will peer back to the beginning of time and space. CBS.
  10. Lilly, Simon (27 листопада 1998). The Next Generation Space Telescope (NGST). University of Toronto.
  11. Reichhardt, Tony (March 2006). US astronomy: Is the next big thing too big?. Nature 440 (7081): 140–143. Bibcode:2006Natur.440..140R. PMID 16525437. doi:10.1038/440140a.
  12. Offenberg, Joel D; Sengupta, Ratnabali; Fixsen, Dale J.; Stockman, Peter; Nieto-Santisteban, Maria; Stallcup, Scott; Hanisch, Robert; Mather, John C. (1999). Cosmic Ray Rejection with NGST. Astronomical Data Analysis Software and Systems Viii 172: 141. Bibcode:1999ASPC..172..141O.
  13. MIRI spectrometer for NGST. Архів оригіналу за 27 вересня 2011.
  14. NGST Weekly Missive. 25 квітня 2002.
  15. NASA Modifies James Webb Space Telescope Contract. 12 листопада 2003. Ця стаття містить текст із джерела, яке перебуває в суспільному надбанні.
  16. Problems for JWST. 21 травня 2005.
  17. Refocusing NASA's vision. Nature 440 (7081): 127. 9 березня 2006. Bibcode:2006Natur.440..127.. PMID 16525425. doi:10.1038/440127a.
  18. Cowen, Ron (25 серпня 2011). Webb Telescope Delayed, Costs Rise to $8 Billion. ScienceInsider. Архів оригіналу за 14 січня 2012.
  19. Independent Comprehensive Review Panel, Final Report. 29 жовтня 2010.
  20. Amos, Jonathan (22 серпня 2011). JWST price tag now put at over $8 bn. BBC.
  21. Moskowitz, Clara (30 березня 2015). NASA Assures Skeptical Congress That the James Webb Telescope Is on Track. Scientific American. Процитовано 29 січня 2017.
  22. NASA's James Webb Space Telescope to be Launched Spring 2019. NASA. 28 вересня 2017. Ця стаття містить текст із джерела, яке перебуває в суспільному надбанні.
  23. NASA Delays Launch of James Webb Space Telescope to 2020. Space.com. Процитовано 27 березня 2018.
  24. NASA Completes Webb Telescope Review, Commits to Launch in Early 2021. nasa.gov. NASA. 27 червня 2018. Процитовано 28 червня 2018. Ця стаття містить текст із джерела, яке перебуває в суспільному надбанні.
  25. NASA delays launch of Webb telescope to no earlier than Dec. 24. 14 грудня 2021. Процитовано 14 грудня 2021. Ця стаття містить текст із джерела, яке перебуває в суспільному надбанні.
  26. Thronson, H.A.; Hawarden, T.; Davies, J.K.; Lee, T.J.; Mountain, C.M.; Longair, M. (January 1991). The Edison infrared space observatory and the universe at high redshifts. Advances in Space Research 11 (2): 341–344. Bibcode:1991AdSpR..11b.341T. ISSN 0273-1177. doi:10.1016/0273-1177(91)90514-k.
  27. Thronson, Jr., Harley A.; Hawarden, Timothy G.; Bradshaw, Tom W.; Orlowska, Anna H.; Penny, Alan J.; Turner, R. F.; Rapp, Donald (1 листопада 1993). Edison radiatively cooled infrared space observatory. У Bely, Pierre Y; Breckinridge, James B. SPIE Proceedings. Space Astronomical Telescopes and Instruments II (SPIE) 1945: 92–99. doi:10.1117/12.158751.
  28. A. Dressler et al. (1996). Exploration and the Search for Origins: A Vision for Ultraviolet-Optical-Infrared Space Astronomy (REPORT OF THE "HST & BEYOND" COMMITTEE). AURA.
  29. The Next Generation Space Telescope. Visiting a time when galaxies were young / Edited by H. S. Stockman. — Space Telescope Science Institute, The Association of Universities for Research in Astronomy. — P. XIX + 163. — Bibcode: 1997ngst.book.....S.
  30. Astronomy and Astrophysics Survey Committee; Board on Physics and Astronomy; Space Studies Board; Commission on Physical Sciences, Mathematics, and Applications; National Research Council (16 січня 2001). Astronomy and Astrophysics in the New Millennium. Washington, D.C.: National Academies Press. ISBN 978-0-309-07031-7. doi:10.17226/9839.
  31. National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. Committee on Large Strategic NASA Science Missions: Science Value and Role in a Balanced Portfolio. Powering science : NASA's large strategic science missions. Washington, DC. ISBN 978-0-309-46383-6.
  32. JWST Passes TNAR. STScI. Архів оригіналу за 5 серпня 2012. Процитовано 5 липня 2008.
  33. Berger, Brian (23 травня 2007). NASA Adds Docking Capability For Next Space Observatory. SPACE.com. Процитовано 5 липня 2008.
  34. NASA's Webb Telescope Passes Key Mission Design Review Milestone. NASA. Процитовано 2 травня 2010. Ця стаття містить текст із джерела, яке перебуває в суспільному надбанні.
  35. Clara Moskowitz (February 5, 2014). NASA's Troubled $8-Billion Hubble Successor Is Back on Track. Scientific American. Процитовано 14 лютого 2022.
  36. The James Webb Space Telescope: Fast Facts. Архів оригіналу за 4 березня 2012. Процитовано 22 лютого 2012.(англ.)
  37. Ramsey, Sarah. NASA’s Webb Space Telescope Receives First Mirror Installation. NASA. Процитовано 27 листопада 2015.
  38. NASA's James Webb Space Telescope Primary Mirror Fully Assembled. NASA. 4 лютого 2016. Процитовано 8 лютого 2016.
  39. James Webb Space Telescope observatory is assembled. Space Daily. 29 грудня 2016. Процитовано 3 лютого 2017.
  40. Foust, Jeff (23 грудня 2016). No damage to JWST after vibration test anomaly. Space News. Процитовано 3 лютого 2017.
  41. NASA’s James Webb Space Telescope to be Launched Spring 2019. NASA. Sept. 28, 2017. Процитовано 10.02.2018. (англ.)
  42. NASA’s Webb Observatory Requires More Time for Testing and Evaluation (RELEASE 18-019). NASA. 27 березня 2018. Процитовано 28 березня 2018.(англ.)
  43. Overbye, Dennis (27 березня 2018). NASA's Webb Telescope Faces More Setbacks. The New York Times. Процитовано 5 квітня 2018.
  44. JimBridenstine (27 червня 2018). The James Webb Space Telescope will produce first of its kind, world-class science. Based on recommendations by an Independent Review Board, the new launch date for Webb is 30 March 2021. I'm looking forward to the launch of this historic mission (Твіт). Процитовано 27 червня 2018 — через Твіттер. Ця стаття містить текст із джерела, яке перебуває в суспільному надбанні.
  45. NASA Completes Webb Telescope Review, Commits to Launch in Early 2021. NASA. 27 червня 2018. Процитовано 27 червня 2018. Ця стаття містить текст із джерела, яке перебуває в суспільному надбанні.
  46. Kaplan, Sarah; Achenbach, Joel (24 липня 2018). NASA's next great space telescope is stuck on Earth after screwy errors. The Washington Post. Процитовано 25 липня 2018.
  47. Запуск космічного телескопа James Webb Space Telescope (JWST) вкотре відкладено. 12.06.2020.
  48. James Webb Space Telescope to launch in October 2021. ESA. 16/07/2020. Процитовано 9 грудня 2021. «The launch of the NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope (Webb) on an Ariane 5 rocket from Europe’s Spaceport in French Guiana is now planned for 31 October 2021»
  49. Overbye, Dennis (16 липня 2020). NASA Delays James Webb Telescope Launch Date, Again – The universe will have to wait a little longer. The New York Times. Процитовано 17 липня 2020.
  50. Berger, Eric (1 червня 2021). Webb telescope launch date slips again. Ars Technica. Процитовано 1 червня 2021.
  51. Foust, Jeff (12 травня 2021). Ariane 5 issue could delay JWST. SpaceNews. Процитовано 13 травня 2021.
  52. Targeted launch date for Webb: 18 December 2021. ESA. 8 вересня 2021. Процитовано 8 вересня 2021.
  53. Майбутня заміна Hubble: відома дата запуску телескопа James Webb у космос. РБК-Украина (рос.). Процитовано 23 листопада 2021.
  54. NASA Provides Update on Webb Telescope Launch – James Webb Space Telescope. blogs.nasa.gov (амер.). Процитовано 23 листопада 2021.
  55. Запуск телескопа James Webb вкотре відклали: в чому причина. РБК-Украина (рос.). Процитовано 23 листопада 2021.
  56. Infrared astronomy from earth orbit. Infrared Processing and Analysis Center, NASA Spitzer Science Center, California Institute of Technology. 2017. Архів оригіналу за 21 грудня 2016. Ця стаття містить текст із джерела, яке перебуває в суспільному надбанні.
  57. NASA. Webb's Science Themes (англ.). NASA. Процитовано 31 січня 2022.
  58. NASA’s Webb Will Use Quasars to Unlock the Secrets of the Early Universe
  59. Using James Webb Space Telescope For Solar System Research - spaceref.com
  60. James Webb Space Telescope. JWST History: 1989-1994. Space Telescope Science Institute, Baltimore, MD. 2017. Архів оригіналу за 3 лютого 2014. Процитовано 29 грудня 2018.
  61. Instrumentation of JWST. Space Telescope Science Institute. 29 січня 2020. Процитовано 29 січня 2020.
  62. Десять цікавих фактів про телескоп James Webb, 2021.
  63. Brian Berger (23 травня 2007). NASA Adds Docking Capability For Next Space Observatory. Space. Процитовано 11 лютого 2022. «The decision to add a docking ring to the Webb telescope was news to Griffin»
  64. L2 Orbit. Space Telescope Science Institute. Архів оригіналу за 3 лютого 2014. Процитовано 28 серпня 2016.
  65. The Sunshield. nasa.gov. NASA. Процитовано 28 серпня 2016. Ця стаття містить текст із джерела, яке перебуває в суспільному надбанні.
  66. Drake, Nadia (24 квітня 2015). Hubble Still Wows At 25, But Wait Till You See What's Next. National Geographic.
  67. Lallo, Matthew D. (2012). Experience with the Hubble Space Telescope: 20 years of an archetype. Optical Engineering 51 (1): 011011–011011–19. Bibcode:2012OptEn..51a1011L. arXiv:1203.0002. doi:10.1117/1.OE.51.1.011011.
  68. The Spacecraft Bus. NASA James Webb Space Telescope. 2017. Ця стаття містить текст із джерела, яке перебуває в суспільному надбанні.
  69. The JWST Observatory. NASA. 2017. «The Observatory is the space-based portion of the James Webb Space Telescope system and is comprisedof three elements: the Integrated Science Instrument Module (ISIM), the Optical Telescope Element (OTE), which includes the mirrors and backplane, and the Spacecraft Element, which includes the spacecraft bus and the sunshield» Ця стаття містить текст із джерела, яке перебуває в суспільному надбанні.
  70. The James Webb Space Telescope. nasa.gov. Процитовано 28 серпня 2016.
  71. Sunshield Coatings Webb. NASA. Процитовано 3 травня 2020.
  72. The Sunshield. NASA Goddard Space Flight Center. NASA. Процитовано 5 червня 2018. Ця стаття містить текст із джерела, яке перебуває в суспільному надбанні.
  73. NASA announces more delays for giant space telescope. sciencemag.org. 27 березня 2018. Процитовано 5 червня 2018.
  74. Frank Morring, Jr. (16 December, 2013). JWST Sunshade Folding, Deployment In Test. Aviation Week Network.
  75. JWST Mirrors. Space Telescope Science Institute. Архів оригіналу за 5 серпня 2012. Процитовано 9 червня 2011.
  76. Mirrors Webb. NASA. Процитовано 31 січня 2022. Ця стаття містить текст із джерела, яке перебуває в суспільному надбанні.
  77. Mallonee, Laura. NASA's Biggest Telescope Ever Prepares for a 2021 Launch. 9. Процитовано 4 червня 2021.
  78. Webb Telescope Actuators Move with Microscopic Accuracy. Tech Briefs. SEPTEMBER 27, 2017. Процитовано 20222-02-01.
  79. William Harwood (January 5, 2022). Webb’s secondary mirror successfully deployed. Spaceflight Now. Процитовано 14 лютого 2022.
  80. JWST. NASA. Процитовано 29 червня 2015. Ця стаття містить текст із джерела, яке перебуває в суспільному надбанні.
  81. Science Instruments of NASA's James Webb Space Telescope Successfully Installed. NASA. 24 травня 2016. Процитовано 2 лютого 2017. Ця стаття містить текст із джерела, яке перебуває в суспільному надбанні.
  82. Near Infrared Camera (NIRCam) (англ.). НАСА. Архів оригіналу за 3 лютого 2022. Процитовано 11 лютого 2022.
  83. Near Infrared Camera. James Webb Space Telescope (англ.). Space Telescope Science Institute. 21 жовтня 2013. Архів оригіналу за 21 березня 2013. Процитовано 18 квітня 2014.
  84. Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec). James Webb Space Telescope (англ.). Space Telescope Science Institute. 2014-01. Процитовано 18 квітня 2014.
  85. Microshutters (англ.). НАСА. Архів оригіналу за 3 лютого 2022. Процитовано 17 березня 2013.
  86. THE MID-INFRARED INSTRUMENT ON JWST - ESA
  87. Mid-Infrared Instrument (MIRI) (англ.). НАСА. Архів оригіналу за 24 січня 2022. Процитовано 16 березня 2013.
  88. Fine Guidance Sensor/Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph (FGS/NIRISS) (англ.). НАСА. Архів оригіналу за 26 грудня 2021.
  89. Building James Webb: the biggest, boldest, riskiest space telescope — science.org
  90. JPL: Herschel Space Observatory: Related Missions. NASA, Jet Propulsion Laboratory, Goddard Flight Center, California Institute of Technology. Процитовано 4 червня 2012.
  91. What is ISO?. ESA. 2016. Процитовано 4 червня 2021.
  92. Hubble Space Telescope – Wide Field Camera 3. NASA. 22 серпня 2016. Ця стаття містить текст із джерела, яке перебуває в суспільному надбанні.
  93. Overbye, Dennis; Roulette, Joey (25 грудня 2021). James Webb Space Telescope Launches on Journey to See the Dawn of Starlight. The New York Times. ISSN 0362-4331. Процитовано 25 грудня 2021.
  94. Where is Webb. NASA. Процитовано 30 грудня 2021.
  95. Телескоп «Джеймс Вебб» зекономив паливо і працюватиме довше, ніж розраховували. 24 Канал (укр.). 30 грудня 2021. Процитовано 6 січня 2022.
  96. Karen Fox (29 грудня 2021). NASA Says Webb’s Excess Fuel Likely to Extend its Lifetime Expectations – James Webb Space Telescope. blogs.nasa.gov (амер.). Процитовано 6 січня 2022.
  97. Potter, Sean (4 січня 2022). Sunshield Successfully Deploys on NASA’s Next Flagship Telescope. NASA. Процитовано 6 січня 2022.
  98. Телескоп Джеймс Вебб успішно розкрив тепловий щит. 24 Канал (укр.). Процитовано 6 січня 2022.
  99. Ілля Нежигай (9 січня 2022, 09:02). Телескоп "Джеймс Вебб" успішно розгорнув головне дзеркало. УНН. Процитовано 9 лютого 2022.
  100. NASA. WEBB IS ORBITING L2 (англ.). NASA. Процитовано 31 січня 2022.
  101. James Webb досяг точки Лагранжа (англ.). The Universe. Space. Tech. Процитовано 31 січня 2022.
  102. James Webb визначився з першим об'єктом досліджень. Він розташований у Великій Ведмедиці. РБК-Украина (рос.). Процитовано 5 лютого 2022.
  103. Doris Elin Urrutia (29 січня 2022). The James Webb Space Telescope's 1st target star is in the Big Dipper. Here's where to see it.. Space.com (англ.). Процитовано 5 лютого 2022.
  104. Телескоп Вебба відправився в космос, 2022.
  105. Calls for Proposals & Policy. Space Telescope Science Institute. Процитовано 13 листопада 2017. Ця стаття містить текст із джерела, яке перебуває в суспільному надбанні.
  106. Встановлено перші наукові цілі для космічного телескоп Джеймса Вебба, 2017.
  107. Макрон назвав запуск космічного телескопа однією з ключових подій в історії освоєння космосу. Інтерфакс. 25.12.2021. Процитовано 6 лютого 2022.
  108. John Mather. Tweet Chat #2 WITH JOHN MATHER (англ.). NASA via Twitter. Процитовано 31 січня 2022.

Посилання і джерела

Відео

Текстові
Ця стаття є кандидатом у добрі статті. Обговорення номінації відбувається на сторінці пропозицій.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.