С 2022 года телескоп Уэбба показывает галактики, которые Хаббл не мог увидеть. Он обнаружил звёзды, сформировавшиеся через 200 миллионов лет после Большого взрыва. Многие думают, что это просто улучшенный Хаббл. Это не так. Вы поймёте, как инфракрасное зрение открывает невидимую Вселенную.

Что такое телескоп Джеймса Уэбба

Космический телескоп имени Джеймса Уэбба (JWST) — инфракрасная обсерватория размером с теннисный корт. Он работает в точке Лагранжа L2 в полутора миллионах километров от Земли. Это в четыре раза дальше Луны.

Телескоп запущен 25 декабря 2021 года. С середины 2022-го ведёт научные наблюдения.

Почему это важно

Хаббл видит то, что могли бы увидеть наши глаза. JWST улавливает тепловое излучение. Это излучение растянуто расширением Вселенной за миллиарды лет.

Инфракрасное зрение показывает эпоху первых звёзд. Оно анализирует атмосферы далёких планет. Возможно, найдёт признаки жизни за пределами Солнечной системы.

Как работает инфракрасное зрение

Красное смещение и ранняя Вселенная

Свет от далёких галактик растягивается по мере расширения Вселенной. Этот эффект называется красным смещением.

Представьте сирену скорой помощи. Когда машина приближается, звук высокий. Когда удаляется — низкий. Со светом происходит то же самое.

Ультрафиолетовое излучение, испущенное первыми звёздами 13 миллиардов лет назад, к нашему времени превратилось в инфракрасное. Хаббл его не видит. JWST видит.

Это как тепловизор показывает тепло тела. JWST видит тепло древних звёзд.

Точка Лагранжа и охлаждение

Инфракрасные детекторы должны быть холодными. Очень холодными. Рабочая температура приборов — минус 233 градуса Цельсия. Любое тепло от Солнца, Земли или Луны создаст помехи.

Точка Лагранжа L2 — область гравитационного равновесия между Землёй и Солнцем. Это как балансировать на качелях. Найти точку, где силы уравновешены.

Между телескопом и источниками тепла установлен солнцезащитный экран размером с теннисный корт. Пять слоёв каптоновой фольги. Каждый тоньше человеческого волоса. Разница температур между солнечной и теневой сторонами экрана — более 300 градусов.

Ремонт невозможен. JWST находится слишком далеко. Ни один пилотируемый корабль не может туда добраться.

Спектроскопия атмосфер

Когда планета проходит перед своей звездой, часть звёздного света проходит через атмосферу планеты. Молекулы в атмосфере поглощают определённые длины волн.

Это как смотреть на солнце через цветное стекло. Красное стекло пропускает красный свет. Блокирует остальные цвета.

Атмосфера планеты работает так же. Каждая молекула блокирует свой «цвет». Водяной пар поглощает одни инфракрасные волны. Метан — другие. Кислород — третьи.

Анализируя спектр прошедшего света, можно определить химический состав. JWST оснащён четырьмя научными инструментами. Они различают эти отпечатки пальцев молекул.

Задача телескопа — собрать данные. Задача учёных — интерпретировать их с учётом всех возможных сценариев.

Реальные открытия

Галактика GLASS-z13. В июле 2022 года телескоп сфотографировал одну из древнейших галактик. Ей 13,5 миллиарда лет. Свет от неё шёл к нам почти всю историю Вселенной. Это одна из первых галактик, сформировавшихся после Большого взрыва.

Атмосфера экзопланеты WASP-96b. В августе 2022 года JWST обнаружил водяной пар в атмосфере газового гиганта WASP-96b. Планета находится в 1150 световых годах от Земли. Это первое детальное спектроскопическое исследование атмосферы экзопланеты телескопом Уэбба.

Распространённые заблуждения

Миф: Уэбб заменит Хаббл.

Реальность: Они дополняют друг друга. Хаббл наблюдает в видимом и ультрафиолетовом диапазонах. JWST — в инфракрасном. Разные диапазоны показывают разные аспекты космоса.

Миф: Телескоп может сфотографировать экзопланеты в деталях.

Реальность: JWST анализирует свет, проходящий через атмосферы планет. Прямое изображение поверхности экзопланет пока невозможно. Расстояния слишком велики. Планеты слишком тусклые на фоне своих звёзд.

Миф: Телескоп может увидеть Большой взрыв.

Реальность: Первые 380 000 лет Вселенная была непрозрачной. Свет не мог распространяться. JWST видит эпоху первых звёзд и галактик через 200–300 миллионов лет после Большого взрыва. Это максимально близко к началу, насколько позволяет физика.

Главное

JWST изменил астрономию так же, как Хаббл изменил её в 1990-х. Мы видим Вселенную в эпоху, когда зажигались первые звёзды. Мы узнаём, из чего состоят атмосферы далёких миров.

Российская рентгеновская обсерватория «Спектр-РГ», работающая на орбите с 2019 года, дополняет эти наблюдения в рентгеновском диапазоне. Вместе они создают полную картину космоса — от инфракрасного до рентгеновского излучения.

Космос не отвечает на вопросы быстро. Он требует терпения, измеряемого световыми годами.