Такими достижениями уже может похвастаться инновационный телескоп "Джеймс Уэбб", который покинул Землю ровно год назад - 25 декабря 2021. Над его созданием Национальное управление по воздухоплаванию и исследованию космического пространства (НАСА) трудилось четверть века, чтобы выяснить, существует ли жизнь за пределами планеты. Но что стояло за амбициозной попыткой раскрыть тайны необъятной Вселенной и как "Уэбб" стал мощнейшим телескопом в истории человечества? Об этом - в материале "РГ".
От безумной идеи до первого телескопа в космосе
Отправить телескоп в открытый космос - такое предложение в 1946 году озвучил американский астрофизик Лайман Спитцер в своем докладе для стратегического исследовательского центра RAND. В то время идеи такого масштаба больше походили на сюжетную основу научно-фантастической книги - в мире просто не существовало подходящих технологий для развертывания внеземной обсерватории.
Однако перспективность функционирования телескопа в космосе заставила научное сообщество задуматься о дальнейшем развитии этого замысла. Обсерватории на планете сталкивались со световым загрязнением - источников искусственной иллюминации на Земле непростительно много. Лишнее освещение не позволяло обнаружить дальние и не особенно яркие небесные тела. Другой проблемой выступало высокое искажение телескопических снимков и данных. Аберрации создавали неуловимые для человеческого глаза движения и мерцания атмосферы Земли, к которым крайне чувствительными оставались обсерватории. Третье преимущество космических телескопов заключалось в практически полном охвате небесной сферы, что нельзя было сказать о таких же приборах, размещенных на планете.
Свой вклад в реализацию задумки Спитцера внесла и технологическая гонка с СССР, который в 1957 году запустил на орбиту Земли первый в истории космический аппарат - "Спутник-1". В конце 1958 в США основали агентство НАСА, ставшее для страны впоследствии ключевым инструментом в освоении вселенских просторов.
Америка намеревалась первой реализовать идею Спитцера и вывести на орбиту планеты внеземной телескоп. Проект получил название Orbiting Astronomical Observatories ("Орбитальные астрономические обсерватории"), и первый блин вышел комом: "ОАО-1" стартовал в 1966 году, но так и не смог раскрыть солнечные панели, которые отводились под главную функцию аппарата - измерение ультрафиолетового излучения звезд.
Следующий шаг в области космических телескопов НАСА сделало спустя два года, запустив "ОАО-2" - официально первую в истории внеземную обсерваторию в ультрафиолетовом диапазоне. Два десятилетия понадобились для того, чтобы претворить в реальность показавшуюся когда-то безумной идею Спитцера, и еще больше времени на реализацию подобных проектов ушло впоследствии - тогда орбитальные "потомки" изобретения Галилея оставались низкоприоритетным направлением в изучении космоса, главные роли предписывались другим программам.
С 1972, когда "ОАО-2" завершила свою службу, заметно превысив изначальный расчетный срок эксплуатации в 1 год, НАСА в тесном сотрудничестве с Европейским космическим агентством (ЕКА) занялось разработкой масштабного проекта, названного в честь американского астронома Эдвина Хаббла. Запуск телескопа состоялся лишь в 1990 году, и этому достижению предшествовали многочисленные переносы и длительные этапы подготовки и инженерных работ.
Четверть века ради "Уэбба"
"Хаббл" за время своей эксплуатации сумел показать невероятные результаты, и мир впервые обзавелся картой поверхности Плутона и другой карликовой планеты Эриды, а также частично подтвердил теорию о сверхмассивных черных дырах в центре галактик.
Телескоп "Джеймс Уэбб" формально можно назвать правопреемником "Хаббла", и работы над его концепцией начались в далеком 1996 году - тогда отдельный комитет из 18 человек выступил с предложением сконструировать новую обсерваторию с зеркалом диаметром более четырех метров. НАСА тщательно обдумало выдвинутую инициативу и пришло к выводу, что строительство подобного аппарата реализуемо.
Как корабль назовешь, так он и поплывет - на первых этапах исследований проект носил название "Космический телескоп нового поколения". До 2002 года велись дополнительные сборы точных данных для анализа финансовых и технических аспектов готовящейся обсерватории. Параллельно формированию компетентной команды инженеров и группы ответственных астрономов было принято решение о переименовании аппарата в честь Джеймса Уэбба - руководителя НАСА в период с 1961 по 1968 годы, одной из знаковых фигур в управлении программой "Аполлон".
2004 год послужил отправной точкой инновационного телескопа - началось строительство "Уэбба", стартовой площадкой назначили космодром ЕКА во Французской Гвиане, роль ракеты-носителя отводилась европейской ракете "Ариан-5".
Наиболее продолжительный срок потребовала сборка зеркала телескопа - оно представляет собой 18 отдельных бериллиевых секций, выполненных в виде шестиугольников. Согласно плану, после запуска "Уэбба" они самостоятельно раскрывались, а затем синхронизировались, чтобы выполнять свои функции как один огромный рефлектор. Необходимые технические испытания все 18 секций прошли окончательно лишь к 2011 году, а их установка на заднюю панель телескопа завершилась только спустя пять лет. Диаметр зеркала составил в финальном варианте 6,6 метра - почти в три раза больше "хаббловских" размеров (2,4 метра). Благодаря этому появилась возможность увеличить площадь сбора информации.
Одновременно с этим - с 2013 по 2016 годы - научное оборудование "Уэбба" также подвергалось различным температурным и вибрационным тестам. Инструментарий и секции зеркала в объединенном виде прошли диагностику в 2017, спустя два года строительство телескопа подошло к концу. Пандемия коронавирусной инфекции внесла свои коррективы в предварительные планы запуска обсерватории, и старт проекта был отложен на декабрь 2021 года.
К слову, в истории "Уэбба" - как и "Хаббла" - переносы изначальных дат и расширение требуемого бюджета стали частым гостем. Телескоп, согласно первым прогнозам, должен был оказаться на орбите в конце 2007 года, а финансирование проекта оценивалось в полмиллиарда долларов. Расчеты в итоге видоизменились, и аппарат с учетом инновационной конструкции и сложносоставных механизмов стал самой дорогой внеземной обсерваторией стоимостью 10 миллиардов долларов.
Путешествуя во времени Вселенной
Несмотря на то, что "Уэбб" часто называют продвинутой версией "Хаббла" и его заменой, реальное положение дел куда интереснее. Инновационный телескоп нынешнего столетия работает в инфракрасном диапазоне с гораздо большей длиной световых волн - от 600 до 28 000 нанометров.
Иными словами, "Уэбб" делает очередной "гигантский скачок для всего человечества": его телескопическому взору доступны самые отдаленные галактики нашей Вселенной, которые аппарат может запечатлеть в их первозданном виде - такими, какими они были при своем рождении. Более того, инфракрасное оборудование открывает для обсерватории пространство, лежащее за пределами облаков пыли и газа. Помимо изучения древнейших уголков космоса перед "Уэббом" стоит поистине масштабная задача - найти жизнь на экзопланетах, вращающихся вокруг так называемых "красных карликов", невообразимо далеких холодных звезд.
Особенно точно грандиозность замысла описал руководитель НАСА Билл Нельсон: "Это машина времени, которая вернет нас к самым истокам Вселенной. Мы находимся на пороге невероятных открытий, о которых раньше и не догадывались".
По этой причине на ракету-носитель "Ариан-5" была возложена ответственная миссия по отправке телескопа ко второй точке Лангранжа (L2) - месту в космосе, где гравитационные силы Земли и Солнца уравнивают друг друга, что дает аппарату возможность оставаться неподвижным без траты топлива. L2 находится от нашей планеты на расстоянии 1,5 миллиона километров - такая удаленность необходима аппарату не только для наиболее эффективного распределения заложенных ресурсов, но и для применения своей способности смотреть вглубь Вселенной.
Полная настройка "Уэбба" потребовала полгода, и уже 12 июля 2021 года НАСА опубликовало первые снимки, полученные обсерваторией. На них телескоп запечатлел скопление галактик SMACS 0723, больше известное как Первое глубокое поле Уэбба. Качество изображений стало беспрецедентно высоким и четким за всю историю наблюдений за космосом. Одно из последних достижений инновационного телескопа - открытие самых ранних галактик на окраине Вселенной, формирование которых произошло менее чем через 400 миллионов лет после Большого взрыва.
"Джеймс Уэбб" только начал свои исследования безграничных пространств и уже совершил революционные открытия. С момента рождения телескопа прошел всего год, но за это время он успел пробраться через газовые и пылевые тернии к космической и звездной заре самой Вселенной. И кто знает - возможно, он в конечном счете кардинально изменит прежние представления о внеземных просторах.