Содержание
Почему телескоп James Webb так важен для науки / Хабр
Космический телескоп имени Джеймса Вебба успешно стартовал 25 декабря 2021 года и сейчас движется к месту своей будущей работы на расстоянии 1,5 млн км от Земли. Все астрономы радуются успешному запуску и предвкушают выдающиеся результаты исследований, которые должны значительно расширить, а может быть и изменить наши знания о Вселенной. Почему же именно он так важен для науки, и каких достижений можно ожидать от этого результата многолетнего труда «Вебб-разработчиков»?
James Webb Space Telescope (JWST) обладает несколькими преимуществами, с которыми не сравнятся другие существующие или планируемые в ближайшее время наземные или космические телескопы. Сам JWST стал настоящим долгостроем и не раз оказывался под угрозой закрытия. Проект стартовал в 1996 году, и к моменту запуска обошёлся почти в $10 млрд. Такие сроки и стоимость определяются высочайшей сложностью аппарата, и требованиями к точности конструкции, качеству наблюдений и десятилетним сроком активной работы.
Отличительной чертой телескопа выступает его главное раскладное зеркало, составленное из 18 шестиугольных сегментов. У телескопа раскладывается не только зеркало, но и тепловой щит, и вместе с оптическими элементами JWST становится настоящим космическим трансформером.
Новый телескоп чаще всего сравнивают с космическим телескопом Hubble, который уже более тридцати лет служит мировой науке. Диаметр главного зеркала Hubble 2,4 м, а у JWST 6,5 метра. На Земле есть телескопы большего размера, например, Большой Канарский имеет диаметр 10,4 м, но из-за атмосферы он может сравниться только с Hubble, да и то не во всём.
Попробую перечислить преимущества JWST, которые и определяют его флагманское значение для всей мировой астрономии на ближайшее десятилетие.
▍ Расположение
Размещение телескопа в космосе даёт несколько преимуществ. Прежде всего так избавляются от искажающего влияния земной атмосферы. В то же время сейчас освоено несколько методов повышения качества наблюдений земных телескопов.
Некоторые 8-метровые земные телескопы по ряду возможностей уже превышают тот же Hubble, но отсутствие атмосферы — не единственное преимущество космоса. Космические телескопы обладают возможностью длительного накопления света во время наблюдений. В фотографическом деле это называется выдержка, т.е. время открытого затвора, за которое проецируется свет на светочувствительный элемент. А возможности цифровой обработки снимков позволяют суммировать несколько кадров одного и того же места. Вместе это позволяет вести длительное накопление фотонов. Например, рекордная съёмка Hubble eXtreme Deep Field позволила создать снимок с суммарной выдержкой 2 миллиона секунд или 23 дня.
Такой обзор позволил взглянуть в ранние времена Вселенной до 13,2 млрд лет назад, т.е. самая древняя из заснятых галактик имеет возраст около 600 млн лет от Большого взрыва.
Телескоп Hubble располагается на низкой околоземной орбите, и это не самое удобное место для такого аппарата. Земля и Солнце мешают наблюдениям, и часть времени «съедает» нижний радиационный пояс.
Зато такая орбита дала возможность проводить обслуживание телескопа, что значительно продлило время его работы.
Телескоп JWST располагается удобнее для наблюдений, но недоступно для шаттлов обслуживания — в точке Лагранжа L2 в системе Земля-Солнце. Это область космоса из которой и Земля, и Солнце всегда находятся примерно в одной области неба. Это значит, что наблюдения выбранных целей не придётся прерывать каждые 45 минут, как в случае с Hubble. JWST всегда будет сориентирован «спиной» к Солнцу, а значит, всё остальное небо будет доступно для наблюдений. Годовое движение вокруг Солнца позволяет наблюдать любую точку Вселенной.
Такие условия делают эту точку популярной для космических телескопов и там уже находятся телескопы Gaia и «Спектр-РГ», до этого работали Herschel и Plank. Но не стоит опасаться, что телескопы будут там биться бортами друг о друга. На самом деле собственно в точке L2 ни один из этих аппаратов находится не будет, т.к. она неустойчивая, а летают они по широкой гало-орбите вокруг неё.
При этом в поперечнике гало-орбита может достигать полутора миллионов километров, т.е. вероятность столкновения у таких телескопов намного меньше, чем опасность встречи космического мусора на низкой околоземной орбите.
▍ Размер
Диаметр JWST примерно в два с половиной раза больше Hubble, а это один из важных параметров, определяющих разрешающую способность телескопа, т.е. возможность различать наименьшие детали на снимках. Впрочем, разрешение телескопа также зависит от длины волны света, на которой ведётся наблюдение, и здесь инфракрасный телескоп проигрывает, тому, который наблюдает в более коротковолновом видимом диапазоне. Длина волны света, видимого нашими глазами диапазона, в среднем составляет 0,5 мкм, а основные приборы JWST регистрируют от 0,6 до 5 мкм, а это значит, что разрешение снимков JWST будет начинаться с двойного превосходства над Hubble (благодаря большему диаметру главного зеркала), и уходить в пять раз меньшее разрешение (из-за большей длины волны света).
Зато большой диаметр телескопа означает ещё и большую площадь главного зеркала, собирающей свет. Здесь JWST в пять раз превосходит Hubble, что также повышает качество наблюдений.
▍ Температура
Обеспечение теплового режима в космосе — сложная инженерная задача, которая зависит от условий работы космического аппарата. Например, теплоизоляция телескопа Hubble заботится прежде всего о сохранении стабильной температуры телескопа, независимо от его расположения на солнечной или теневой стороне околоземной орбиты. Однако, температура самого Hubble и его светочувствительных детекторов близка к комнатной. В отличие от него, у JWST рабочая температура на 223 градуса ниже нуля Цельсия. Это позволяет наблюдать гораздо большее число объектов космоса, которые излучают или отражают свет в инфракрасном диапазоне.
Пятислойный теплоизолирующий щит JWST погружает оптические системы телескопа в искусственную тень, в результате чего они охлаждаются до сверхнизких температур путём естественного излучения.
В дополнение к ним, один из приборов телескопа имеет активную систему охлаждения, которая снижает температуру детектора ещё на 44 градуса до -267 Цельсия или 6 кельвинов. Всё это необходимо, чтобы видеть не только «дальше» и «глубже», но и «холоднее» или «темнее».
▍ Диапазон наблюдаемого света
Астрономические наблюдения сейчас ведутся практически во всех диапазонах электромагнитного излучения, но есть две основные причины, которые сделали приоритетным именно инфракрасный для JWST. Это межзвёздное поглощение и космологическое красное смещение. Первый эффект вызван пылью в межзвёздном пространстве, а второй — расширением Вселенной после Большого взрыва.
Космос — довольно пыльное место. Хотя нашими глазами этого не видно, но одна из причин, почему наше небо не сияет миллиардами звёзд — именно межзвёздная пыль. У астрономов есть даже термин «зона избегания» — это часть неба, где облака межзвёздной пыли в плоскости нашей галактики настолько плотные, что не позволяют вести наблюдения отдалённых объектов.
Именно межзвёздная пыль долгое время не позволяла подтвердить присутствие сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей галактики и именно с помощью инфракрасного наблюдения это удалось подтвердить. Причина такого преимущества инфракрасного света проста — пыль поглощает свет на длине волны, которая короче размера пылинки. Размер межзвёздных пылинок от 0,1 мкм до 100 мкм, а количество их растёт пропорционально уменьшению их размера. То есть на длине волны видимого диапазона света около 0,5 мкм свет в межзвёздном пространстве будет поглощаться намного эффективнее, чем в более длинноволновом инфракрасном диапазоне. Это хорошо видно при наблюдении наиболее запылённых участков космоса.
Можно, конечно, уйти в ещё более длинноволновой диапазон — субмиллиметровый и миллиметровый, тогда пыль станет ещё меньшим препятствием. Этим путём идут российские учёные, создающие телескоп «Миллиметрон», но тогда нарастает проблема снижения разрешающей способности телескопа, о чём говорилось выше. Таким образом, инфракрасный диапазон для JWST это компромисс между возможностью хоть немного заглянуть в межзвёздные облака, и при этом сохранить высокую резкость снимков.
Космологическое красное смещение — ещё одна проблема обычных телескопов, которая не позволяет тому же Hubble увидеть самые древние галактики. Наша Вселенная разлетается в разные стороны, что приводит к «растягиванию» длины волны света от удаляющихся источников. Это значит, чем древнее будет космологический объект, тем краснее он будет выглядеть. В какой-то момент его свет окончательно уйдёт из видимого диапазона света в инфракрасную часть спектра, и даже могущественный Hubble его не увидит. То есть в задачи JWST входит наблюдение за процессом формирования самых древних галактик. Например сегодня, учёные не понимают, как сформировались сверхмассивные чёрные дыры в центрах галактик. Как появляются обычные чёрные дыры — мы уже разобрались, а вот со сверхмассивными пока загадка. Вроде бы можно этого добиться путём слияния множества обычных чёрных дыр, но откуда их взять в необходимом количестве на раннем этапе жизни Вселенной? Пока непонятно.
Кроме, собственно, оптических особенностей, James Webb Space Telescope обладает и довольно серьёзным набором спектрометрических приборов, поэтому какие-то его открытия не всегда будут сопровождаться красивыми фотографиями.
Тут могут быть найдены и органические вещества в водяных фонтанах Энцелада и Европы, и определён состав атмосфер относительно близких экзопланет. Возможно, именно благодаря JWST у какой-нибудь из соседних звёзд будет найдена землеподобная планета, пригодная к переселению, на случай если Земля окажется под угрозой уничтожения какой-нибудь кометой из облака Оорта…
Космический телескоп James Webb
25 декабря 2021 года после нескольких задержек в космос был запущен телескоп James Webb. Широкой общественности он преимущественно известен как самый дорогой инструмент, который человечество когда-либо запускало в космос. Но на самом деле его цена — лишь отражение невероятных возможностей, подаренных современными технологиями.
James Webb Space Telescope. Источник: ESA
Воплощение мечты о совершенном телескопе
Телескоп — это устройство, которое собирает свет с большой площади таким образом, что мы видим дальние объекты так, будто они находятся гораздо ближе. Существует большое количество конструкций этих астрономических инструментов, но у всех способность приблизить объект определяется диаметром зеркала или линзы, которая собирает свет.
Поэтому XIX и XX столетия были веками погони за размером.
Но в 1992 году после запуска Hubble оказалось, что из этого правила есть исключение. Ибо телескоп с диаметром зеркала всего 2,4 м давал лучшие изображения удаленных объектов, чем самый большой на то время наземный инструмент, у которого этот параметр составлял 6 м. Причина была в отсутствии атмосферы и силы тяжести, искажавших как свет, так и конструкцию самого прибора.
При всей своей революционности Hubble был совсем неидеальным телескопом. Маленький и с рабочим диапазоном преимущественно в видимом спектре он не мог в полной мере использовать все преимущества, которые предоставляет орбитальное расположение. В космос один за другим отправлялись все более совершенные инструменты, но разработка действительно идеальной космической обсерватории началась только в конце 1990-х.
Один из ранних концептов космического телескопа. Источник: Webbtelescope.org
Длилась она более 20 лет. Ведь идеальный астрономический инструмент, о котором мечтали ученые, не только имел размеры как теннисный корт, но и нуждался в воплощении в металле технологий, которые до этого в космосе не использовались.
Собственно, так долго запуск телескопа откладывали именно потому, что инженеры налаживали работу то одного удивительного устройства, то другого. И их на космическом аппарате много. Следовательно, стоит рассказать о том, как каждый из них устроен и что может.
Сегментированное зеркало James Webb
Важнейшая и сложная часть конструкции телескопа имени Джеймса Веба — его зеркало. Именно оно заставило инженеров больше всего нервничать. Обычно устройство для сбора света на подобных инструментах имеет форму круглой тарелки, в центре которой находится отверстие, куда в конце концов должно попасть излучение.
Однако зеркало нового телескопа должно было быть 6,5 м в диаметре. И если бы его изготовили цельным, оно не только не уместилось бы ни на одну ракету-носитель, но и весило бы очень много.
Поэтому инженеры составили «тарелку» из 18 отдельных зеркал, каждое из которых имеет шестигранную форму и смонтировано на общей раме. Такое решение позволило не только снизить вес этого элемента конструкции, но и сделать три секции с одной стороны и три секции с другой откидными, чтобы при старте можно было уменьшить размер телескопа.
Главное зеркало James Webb по сравнению с зеркалом телескопа Hubble. Источник: Webbtelescope.org
Каждый из шестиугольников изготовлен из очень легкого и прочного металла бериллия и отшлифован до уровня, с которым не могут спорить даже самые лучшие бытовые зеркала. Благодаря этому весит один элемент всего 20 кг при том, что размер его от ребра до ребра составляет целых 132 см.
Адаптивная оптика и вспомогательное зеркало
Каждое из 18 зеркал оснащено семью приводами. Они действуют как одно целое и способны сдвигать зеркало в сторону на несколько миллиметров, передвигать его вперед, назад или обеспечивать его наклон. При этом зеркало можно позиционировать с точностью 140 нанометров. Это примерно в 350 раз меньше толщины человеческого волоса.
Все это для того, чтобы плоские зеркала работали вместе лучше, чем зеркало идеальной параболической формы. Такая система называется адаптивной оптикой и позволяет тонко подстраиваться под каждый объект наблюдения. Благодаря ей у James Webb не бывает неудобных положений для съемки.
Как работают зеркала телескопа. Источник: Webbtelescope.org
Однако отбить лучи от основной отражающей поверхности в одну точку мало. Надо еще направить их внутрь отверстия, где их ждут основные инструменты. И эту работу выполняет вторичное зеркало. Оно расположено на штангах перед первичным и имеет диаметр 74 см, то есть примерно как небольшой столик в кафе.
При этом вторичное зеркало имеет собственную систему приводов, способных менять угол его наклона. Вся механика первичного и вторичного зеркал работает вместе и способна изменять их положение много раз в секунду для получения более четкого изображения.
Но и это еще не все. После того как сфокусированные лучи попадают в отверстие основного зеркала они отражаются еще дважды от поверхностей устройства, которое должно избавить изображение от искажений. И только после этого свет попадает на основные приборы наблюдения.
Камера ближнего инфракрасного диапазона
Телескоп James Webb не работает в видимом диапазоне.
Точнее, он лишь чуть-чуть затрагивает красную область спектра, но преимущественно работает в ближнем и среднем инфракрасном диапазонах. Все из-за того, что длинные волны этой области спектра значительно меньше задерживаются межзвездной пылью и очень яркие, но отдаленные объекты хорошо видны именно на этой длине волн. Остальные излучения аппаратуру не интересуют.
Спектр, в котором работает Джеймс Уэбб. Источник: Webbtelescope.org
Основной инструмент новой космической обсерватории, работающий в ближнем диапазоне, называется Near-Infrared Camera (NIC). Она представляет собой набор из двух ПЗС-матриц, каждая для своей длины волн, набор фильтров, комбинация которых с матрицами расширяет их возможности, призму и набор коронографов.
Призма позволяет камере работать как простой спектрограф, то есть изучать линии поглощения и излучения объектов и определять их химический состав. А коронограф — это такая маска на камеру, которой можно закрыть, например, звезду и рассмотреть планеты вокруг нее.
Камера ближнего инфракрасного спектра. Источник: Webbtelescope.org
Что может инфракрасная камера телескопа James Webb?
Именно на NIC возложена одна из основных задач James Webb. Эта камера должна увидеть первые звезды и галактики, засиявшие во Вселенной всего через несколько десятков миллионов лет после того, как она образовалась. Мы еще очень мало знаем об этой эпохе, и по результатам наблюдений можно рассчитывать на новые научные статьи, которые будут начинаться с «ученые раскрыли тайну».
Вторая задача, которая стоит перед NIC, — это исследование галактик вокруг нас. Для ближайших из них телескоп должен определить, из звезд какого типа и какого возраста они состоят. Для тех, что немного дальше, он должен исследовать красное смещение — смещение спектральных линий в красную область вследствие движения этих объектов от нас.
В нашей Галактике инфракрасная камера должна изучать молодые звезды. Возможно, благодаря этому мы больше узнаем о том, как образуются планетные системы, похожие на нашу.
Ее James Webb, кстати, тоже будет исследовать. Здесь его будут интересовать объекты пояса Койпера. Хотя мы за последние 30 лет уже открыли в окрестностях сотни объектов, диаметр которых превышает 100 км, неизвестных карликовых планет там может быть гораздо больше. И именно NIC с ее невероятной чувствительностью может найти их даже на расстояниях, измеряемых сотнями астрономических единиц.
Эффект гравитационного линзирования на дальних галактиках. Источник: Live Science
Наконец, именно основная камера James Webb должна отслеживать гравитационное линзирование в межгалактическом пространстве. Этот эффект проявляется в том, что свет от какого-то источника, например, галактики, может отклоняться гравитацией какого-то массивного, но невидимого объекта. В пределах нашей Галактики ученые таким образом находят странствующие черные дыры. А здесь они надеются найти что-то гораздо интереснее — темную материю. Еще одной задачей камеры ближнего инфракрасного диапазона станет создание карты этой экзотической составляющей Вселенной.
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t. me/ustmagazine
Новости James Webb Space Telescope
Cohen
4
Телескоп Джеймса Уэбба сделал потрясающий кадр колец Нептуна
В этом месяце команда космического телескопа имени Джеймса Уэбба обратила внимание не только вглубь космоса, сделав фотографии планет Солнечной системы. Недавно уже был кадр Марса, теперь же опубликовали первое изображение Нептуна — и это один…
Cohen
3
Космический телескоп Уэбба сделал первые фотографии Марса
Космический телескоп Джеймса Уэбба загружен работой по съемке далеких галактик и туманностей, но команда все еще находит время, чтобы делать изображения планет нашей Солнечной системы.
Новая порция кадров представляет интерес для потенциальных колонизаторов соседних планет….
Cohen
8
Сравнение фотографий туманности Ориона с телескопа Уэбба и Хаббла
Недавно космический телескоп имени Джеймса Уэбба сделал фотографию региона, в котором находится туманность Ориона, в очередной раз продемонстрировав, насколько новый аппарат превосходит прошлые телескопы. Снимок был сделан инфракрасным сенсором NIRCam, благодаря чему можно заглянуть за…
Cohen
3
Телескоп Уэбба заглянул в глубину Туманности Тарантул, где рождаются звезды
Новая потрясающая фотография космоса, сделанная космическим телескопом имени Джеймса Уэбба представляет Туманность Тарантул — бушующую массу из молодых и еще не рожденных звезд.
Туманность получила такое название из-за газов и звезд, окружающих «чистый» центр, откуда…
Cohen
19
Как выглядит гигантская экзопланета на фотографиях телескопа Джеймса Уэбба
За последние пару десятилетий ученые обнаружили множество экзопланет — планет, вращающихся вокруг далеких звезд. С каждым новым инструментом ученые расширяют понимание этих далеких миров, в надежде найти те самые, что похожи на нашу Землю. А…
Cohen
0
Хакеры скрывают зловредный код в фотографии с телескопа Джеймса Уэбба
Компания Securonix, занимающаяся безопасностью, сообщила, что хакеры начали прятать зловредный код в фотографии космоса, сделанной телескопом имени Джеймса Уэбба.
Телескоп Уэбба представляет беспрецедентный взгляд на космос — его снимки гораздо более четкие и позволяют заглянуть…
Cohen
5
Телескоп Джеймса Уэбба зафиксировал углекислый газ в атмосфере экзопланеты
Согласно заявлению европейского космического агентства, телескоп имени Джеймса Уэбба обнаружил на далекой экзопланете четкие признаки углекислого газа. Сообщается, что это первые, недвусмысленные доказательства наличия газа в атмосфере планеты за пределами солнечной системы. Планета представляет собой…
Cohen
10
Телескоп Джеймса Уэбба снял гигантские полярные сияния на Юпитере
Команда космического телескопа Джеймса Уэбба представила новые фотографии — но на этот раз не далеких звезд, а нашего «местного» Юпитера.
И как видно на инфракрасных снимках, на газовом гиганте бушуют невероятно огромные полярные сияния. Кроме…
Cohen
29
Почему астрономы «раскрашивают» черно-белые фотографии с телескопа Джеймса Уэбба
В середине июля команда космического телескопа имени Джеймса Уэбба представила первые полноценные фотографии, показав туманности и галактики в ранее невиданном качестве. Однако у тех, кто внимательно читал про телескоп и знает, что он «видит» космос…
Cohen
13
Ученый извинился за шутку с колбасой, выданной за фотографию звезды
Люди, которые не особенно глубоко интересуются темой космоса, могут быть легко введены в заблуждение фотографиями случайных объектов.
Например, снимком сковороды. Или фотографией колбасы. Особенно, если его опубликует известный ученый. Французский физик Этьен Кляйн недавно потроллил…
Cohen
49
Телескоп Уэбба снял галактику Колесо Телеги и самую далекую звезду во Вселенной
Команда космического телескопа Джеймса Уэбба поделилась новыми изображениями, сделанными аппаратом. На этот раз телескоп нового поколения снял галактику Колесо Телеги, которую ранее уже снимали при помощи Хаббла и других телескопов. По словам NASA, новое изображение…
Miltroen
44
Одно из зеркал телескопа Уэбба получило значительные повреждения от столкновения с микрометеоритом
NASA опубликовало доклад о состоянии телескопа Уэбба.
Выяснилось, что ученые недооценили опасность, исходящую от микрометеоритов — в конце мая аппарат уже успел получить значительные повреждения: Удар одиночного микрометеорита, произошедший между 22-24 мая 2022 года, превысил…
Cohen
26
Вот почему астрономы в восторге от спектров, полученных телескопом Уэбба
Когда на этой неделе были опубликованы первые полноценные изображения космоса, полученные телескопом имени Джеймса Уэбба, большинство из нас были поражены и очарованы тем, насколько фантастически выглядят эти кадры. Для нас, людей без степени в астрономии,…
Cohen
16
Сравнение качества фотографий с телескопов Хаббла и Уэбба
У дедушки «Хаббла» всегда было хорошее зрение.
Он стал первым космическим телескопом, который смог заглянуть в ранее необозримые глубины, он первый показал нам красоту Вселенной, словно это иллюстрации к научной фантастике. Он увидел свет далеких…
Cohen
28
Новые поразительные фотографии космоса сделанные телескопом Уэбба
NASA представило несколько новых кадров, сделанных телескопом имени Джеймса Уэбба, в дополнении к кластеру SMACS 0723, о котором писали ране. В число первых целей для телескопа, способного видеть дальше и четче, также вошли: Туманность КаринаТуманность…
Cohen
19
NASA показало первую полноценную фотографию, сделанную космическим телескопом Уэбба
Спустя многие годы планирования, разработки, проверки и подготовки к использованию, космический телескоп имени Джеймса Уэбба заработал в полную силу.
Сегодня ночью был представлен первый полноцветный кадр, демонстрирующий то, какой была наша Вселенная в своей «молодости»….
Cohen
61
Ночью президент США представит первую фотографию с телескопа Джеймса Уэбба
Вместо того чтобы ждать раннее анонсированного времени для демонстрации первого полноценного кадра, сделанного космическим телескопом имени Джеймса Уэбба, NASA решило показать его сегодня вечером по местному времени (после полуночи по Москве 12 июля). Демонстрация пройдет…
Астрономия: Орбита телескопа Джеймса Уэбба и проблема трех тел | Science & Tech
Select:
- — — —
- España
- México
- Colombia
- Chile
- Argentina
- USA
com/s/setAmerica.html?ed=es_despl»> AméricaScience & Tech
Science & Tech
ASTRONOMY
Разрешение и чувствительность изображений, отправляемых космическим зондом, требуют, чтобы он был защищен от радиации и всегда был ориентирован на Солнце, Землю и Луну
Спиральная галактика IC 5332, запечатленная телескопом «Джеймс Уэбб» в инфракрасном диапазоне во вторник, 27 сентября 2022 г.
ESA/Webb, NASA & CSA
Космический телескоп Джеймса Уэбба, крупнейший и самый мощный в своем роде в истории , предлагает изображения беспрецедентного разрешения и чувствительности с момента его запуска в конце 2021 года. Его инструменты наблюдения работают в инфракрасном спектре, и для правильной работы им требуется температура -364 градуса по Фаренгейту или ниже. Это означает, что они должны быть защищены как от прямого солнечного излучения, так и от отраженного Землей и Луной, для чего телескоп оснащен большим солнцезащитным козырьком.
Чтобы быть эффективным, «Джеймс Уэбб» должен следовать по орбите, на которой в любой заданной точке Солнце, Земля и Луна находятся в одном и том же направлении, куда будет направлен солнцезащитный козырек. Эта орбита не может быть вокруг Земли, как у телескопа Хаббл. Вместо этого пришлось разработать более сложную альтернативу с помощью теории динамических систем.
Точка L2 системы Земля-Солнце соответствует этим критериям. Эта точка находится на расстоянии 1,5 миллиона километров от Земли — примерно в четыре раза больше расстояния между Землей и Луной — в направлении, противоположном Солнцу.
Его расположение связано с работой математиков 18-го века Леонарда Эйлера и Жозефа-Луи Лагранжа над проблемой трех тел. Они изучали систему двух масс, движущихся по круговым орбитам вокруг своего центра масс, и третьей, очень малой массы (астероида или искусственного спутника), движущейся под действием гравитационного притяжения первых двух.
Эйлер и Лагранж доказали, что существует пять положений равновесия третьей массы: три из них (L1, L2 и L3) остаются на линии, соединяющей массы, а два других (L4 и L5) образуют равносторонний треугольник с ними. Кроме того, поскольку пять позиций перемещаются вместе с двумя массами, конфигурация не меняется. Следовательно, если массы Земли и Солнца и спутник находится в точке L2, он будет двигаться вокруг Солнца, сопровождая Землю, оставаясь на линии, соединяющей Солнце и Землю, как показано на рисунке.
Задача трех тел математика Жозефи-Луи Лагранжа (1772 г.). NASA
Орбита L2 имеет важную характеристику: она неустойчива. Это означает, что со временем любой объект в нем изменит свой курс и исчезнет.
Рядом с L2 есть другие, менее нестабильные орбиты, которые также отвечают требованиям миссии и, кроме того, позволяют телескопу избегать тени Земли и Луны. Это дополнительное преимущество, поскольку James Webb работает на электроэнергии, получаемой от солнечных батарей. Они известны как гало-орбиты и вращаются вокруг L2, сопровождая его в его путешествии вокруг Солнца. Один из них был выбран для телескопа. Поскольку он нестабилен, необходимы маневры по коррекции траектории, чтобы удержать Джеймса Уэбба на орбите.
Преимущество этой нестабильности заключается в том, что мы знаем, что существует (уменьшенное) количество путей передачи, которые приближаются к ней. Разместив «Джеймс Уэбб» на одной из этих траекторий, он с течением времени станет ближе к орбите Гало. Комбинация всех этих путей передачи образует то, что известно в математике как дифференцируемое многообразие.
Расчет, выполненный с помощью компьютерных алгоритмов, показывает, что часть его находится близко к Земле; идеально подходит для отправки Джеймса Уэбба в пункт назначения.
Таким образом, ракета Ariane 5, использовавшаяся при запуске из Куру во Французской Гвиане, не оставила телескоп на орбите вокруг Земли, как это обычно бывает, а направила его на этот ближайший переходный путь. До достижения конечной орбиты Гало путешествие сначала было очень быстрым, около трех дней, чтобы пройти по орбите Луны, и медленнее по мере приближения к месту назначения, которое было достигнуто примерно через 30 дней после запуска.
Анхель Хорба — профессор прикладной математики Барселонского университета.
Дополнительная информация
Нептун глазами супертелескопа «Джеймс Уэбб»: самое четкое изображение его колец за последние 30 лет Clemente
Соответствует
Дополнительная информация
информационный бюллетень
Подпишитесь на EL PAÍS на английском языке Выпуск бюллетеня
Most viewed
Inglés online
cursosingles
Mejore su inglés con EL PAÍS con 15 minutos al día
cursosingles
Disfrute de nuestras lecciones personalizadas, breves y divertidas
cursosingles
Evalúe su nivel y obtenga un certificado
cursosingles
Pruebe 21 días gratis y sin compromiso
Cursos
cursos
Descubre los cursos más demandados del сектор Salud
cursos
Descubre los cursos más demandados en Cultura y Humanidades
cursos
Descubre los cursos más demandados en Administración de Empresas
cursos
Descubre los cursos más demandados en Creatividad y Diseño
Iconic James Webb Space Telescope images получить рентгеновское зрение
Четыре из первых изображений научного качества из новейшей обсерватории НАСА получили усиление благодаря рентгеновскому зрению.
Космический телескоп Джеймса Уэбба 9Изображения 0114 (JWST), полученные этим летом, мгновенно стали культовыми, но новая команда с рентгеновской обсерваторией НАСА Chandra X- показывает, что, несмотря на то, что это самый мощный из когда-либо созданных космических телескопов, JWST не собирается исследовать Вселенную в одиночку. . Фактически, он может быть наиболее эффективным в сочетании с другими инструментами.
JWST предназначен для наблюдения космоса в инфракрасном диапазоне, поэтому его работа особенно улучшается в сочетании с инструментами, которые наблюдают пространство в различных длинах волн света, такими как Chandra с его рентгеновским зрением. По данным NASA, первые изображения, обновленные с помощью рентгеновских данных Chandra, показывают новые особенности, которые не были видны только JWST.0113 выписка .
Галерея : Первые фотографии космического телескопа Джеймса Уэбба
Квинтет галактик Стефана глазами космического телескопа Джеймса Уэбба и рентгеновской обсерватории Чандра.
(Изображение предоставлено: Рентген: НАСА/CXC/SAO; ИК (Спитцер): НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех; ИК (Уэбб): НАСА/ЕКА/CSA/STScI)
Рассмотрим изображение Квинтета Стефана, на котором четыре галактики вовлечены в сложный гравитационный танец, в то время как пятая галактика является отдаленным наблюдателем этой космической хореографии.
Изображение этих галактик, сделанное JWST, показало особенности, которые астрономы никогда раньше не видели, особенно результаты их взаимодействий, такие как газовые хвосты и вспышки интенсивного звездообразования. В сочетании с данными от Chandra и бывшего космического телескопа Spitzer НАСА наблюдения Квинтета Стефана выявили невиданную до сих пор ударную волну, нагревающую газ до десятков миллионов градусов в любом масштабе. Эта ударная волна создается одной из галактик, пересекающих другие галактики со скоростью около 2 миллионов миль в час (3 миллиона километров в час).
Галактика Колесо Телеги глазами космического телескопа Джеймса Уэбба и рентгеновской обсерватории Чандра.
(Изображение предоставлено: Рентген: НАСА/CXC/SAO; ИК (Спитцер): НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех; ИК (Уэбб): НАСА/ЕКА/CSA/STScI)
Космические столкновения также являются ключом к другому объекту, изображенному JWST, далекая Галактика Колесо Телеги . Эта галактика приобрела свою уникальную форму, когда столкнулась с меньшей галактикой 100 миллионов лет назад. Когда меньшая галактика пронзила сердце галактики Колесо Телеги, она также положила начало интенсивному звездообразованию. Данные Чандра показывают рентгеновские лучи в галактике Колесо Телеги, испускаемые перегретым газом и отдельными взорвавшимися звездами, а также нейтронные звезды и черные дыры , которые жадно питаются материалом, вырванным из звезд-компаньонов.
Скопление галактик SMACS J0723 глазами космического телескопа Джеймса Уэбба и рентгеновской обсерватории Чандра. (Изображение предоставлено: Рентген: НАСА/CXC/SAO; ИК (Спитцер): НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех; ИК (Уэбб): НАСА/ЕКА/CSA/STScI).
скопление галактик под названием SMACS J0723 , которое находится на расстоянии 4,2 миллиарда световых лет от Земли. Дополнение Чандры к этим наблюдениям показывает, что газ нагревается до десятков миллионов градусов в любом масштабе.
В скоплениях, подобных SMACS J0723, находятся тысячи галактик, а также обширные резервуары перегретого газа. Ученые подсчитали, что газ, обнаруженный партнерством JWST и Chandra, обладает общей массой примерно в 100 триллионов раз больше, чем у солнца . Это в несколько раз больше, чем масса каждой звезды в каждой галактике скопления.
(Тем не менее, еще многое предстоит увидеть. Темная материя имеет большую массу в этом скоплении, чем газ, но этот загадочный компонент не взаимодействует со светом, поэтому не виден даже объединенной мощности JWST. и Чандра.)
Космические скалы туманности Киля, видимые космическим телескопом Джеймса Уэбба и рентгеновской обсерваторией Чандра. (Изображение предоставлено: Рентген: НАСА/CXC/SAO; ИК (Спитцер): НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт; ИК (Уэбб): НАСА/ЕКА/CSA/STScI)
Квартет новых изображений завершается Космическим Скалы туманности Киля на краю области звездообразования NGC 3324, , пожалуй, самое потрясающее изображение в первом наборе изображений JWST.
Похожие истории:
Снимок этих утесов, расположенных на расстоянии около 7600 световых лет от Земли, сделанный «Чандрой», показывает более дюжины источников рентгеновского излучения, большинство из которых — звезды, расположенные во внешней области звездного скопления в туманности Киля. Этим звездам от 1 до 2 миллионов лет, что делает их очень молодыми по космическим меркам. Такие молодые звезды имеют более яркое рентгеновское излучение, чем их более старые коллеги. Данные Чандры особенно полезны здесь, чтобы идентифицировать молодые звезды в туманности Киля и отличить их от более старых 9 звезд.0113 Млечный Путь звезд, которые могут скрываться в поле зрения JWST.
Также в верхней половине усиленного Чандра изображения туманности Киля видно диффузное рентгеновское излучение, которое, вероятно, исходит от горячего газа самых массивных и горячих звезд в регионе, которые находятся сразу за пределами поля изображения. зрения.
В течение срока службы, который планировалось продлить до пяти лет, но может увеличиться до 20 лет, JWST будет сотрудничать с другими космическими инструментами, такими как Chandra, а также с телескопами, базирующимися здесь, на Земле.
Новые изображения показывают, насколько важным будет это сотрудничество для астрономии в ближайшие годы.
Следуйте за нами в Twitter @ Spacedotcom и на Facebook .
Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].
Роберт Ли – научный журналист из Великобритании, чьи статьи были опубликованы в журналах Physics World, New Scientist, Astronomy Magazine, All About Space, Newsweek и ZME Science. Он также пишет о научной коммуникации для Elsevier и European Journal of Physics. Роб имеет степень бакалавра наук в области физики и астрономии Открытого университета Великобритании. Подпишитесь на него в Твиттере @sciencef1rst.
Новое изображение показывает, что удар астероида «сильнее, чем ожидалось»
Обновлено / 5 октября 2022 г.
08:53
Обломки астероида, сбитого космическим кораблем НАСА, можно увидеть на тысячи километров. Фото: CTIO/NOIRLab/SOAR/NSF/AURA/T. Карета (Обсерватория Лоуэлла), М. Найт (Военно-морская академия США)
Телескопы Джеймса Уэбба и Хаббла показали свои первые изображения космического корабля, преднамеренно врезавшегося в астероид, поскольку астрономы указали, что удар был намного сильнее, чем ожидалось.
В начале этой недели телескопы всего мира обратили свои взоры на космическую скалу Диморфос для исторического испытания способности Земли защитить себя от потенциально опасного для жизни астероида в будущем.
Астрономы обрадовались, когда в понедельник вечером в 11 миллионов километров от Земли импактор НАСА врезался в цель размером с пирамиду в форме мяча для регби.
На изображениях, сделанных наземными телескопами, видно огромное облако пыли, расширяющееся из Диморфоса и его старшего брата Дидимоса, вокруг которого он вращается, после столкновения космического корабля.
В то время как эти изображения показали, что материя разлетается на тысячи километров, изображения Джеймса Уэбба и Хаббла «намного ближе», сказал Алан Фитцсиммонс, астроном из Королевского университета Белфаста, участвовавший в наблюдениях в рамках проекта ATLAS.
Джеймс Уэбб и Хаббл могут предложить вид «всего в нескольких километрах от астероидов, и вы действительно можете ясно видеть, как материал вылетает из этого взрывного удара DART», — сказал г-н Фитцсиммонс AFP.
«Это действительно очень зрелищно», — сказал он.
Изображение, сделанное камерой Джеймса Уэбба для ближнего инфракрасного излучения (NIRCam) через четыре часа после удара, показывает «шлейфы материала, выглядящие как клочья, расходящиеся от центра места удара», согласно совместному заявлению Европейского космического агентства. Джеймс Уэбб и Хаббл.
изображения Хаббла, сделанные через 22 минуты, пять часов и восемь часов после удара, показывают расширяющийся спрей материи из места удара DART.
«Боялся, что ничего не осталось»
Ян Карнелли из Европейского космического агентства (ЕКА) сказал, что «действительно впечатляющие» изображения Уэбба и Хаббла очень похожи на снимки, сделанные спутником LICIACube размером с тостер, который находился всего в 50 км от астероида после отделения от космического корабля DART. несколько недель назад.
На изображениях видно столкновение, которое выглядит «намного сильнее, чем мы ожидали», — сказал г-н Карнелли, руководитель миссии ESA Hera, которая намерена изучить ущерб через четыре года.
«Сначала я очень волновался, что от Диморфоса ничего не осталось», — сказал он.
Миссия «Гера», которую планируется запустить в октябре 2024 года и прибыть к астероиду в 2026 году, должна была исследовать кратер диаметром около 10 метров.
НАСА делает окончательные снимки из теста двойного астероидного перенаправления (DART) незадолго до того, как он врежется в астероид Диморфос 26 сентября
года.
Теперь похоже, что он будет намного больше, сказал г-н Карнелли: «Если кратер вообще есть, может быть, кусок Диморфоса был только что отрезан».
Истинным мерилом успеха DART будет то, насколько сильно он отклонил траекторию астероида, чтобы мир мог начать готовиться к защите от более крупных астероидов, которые могут столкнуться с нами в будущем.
По словам Карнелли, наземным телескопам и радарам, вероятно, потребуется как минимум неделя для первой оценки того, насколько изменилась орбита астероида, и три или четыре недели, прежде чем будут проведены точные измерения.
«Огромные последствия»
«Я ожидаю гораздо большего отклонения, чем мы планировали», — сказал он.
Это будет иметь «огромные последствия для планетарной защиты, потому что это означает, что этот метод может быть использован для гораздо более крупных астероидов», добавил г-н Карнелли.
«До сегодняшнего дня мы думали, что единственным методом отклонения будет отправка ядерного устройства.
»
Г-н Фитцсиммонс сказал, что даже если бы с Диморфоса не было «сброшено» никакого материала, DART все равно слегка повлиял бы на его орбиту.
Цель миссии DART, которая была запущена в ноябре 2021 года
, состоит в том, чтобы поразить астероид космическим кораблем, чтобы немного изменить его траекторию
. «Но чем больше материала и чем быстрее он движется, тем больше будет отклонение». он сказал.
Наблюдения Джеймса Уэбба и Хаббла помогут выяснить, сколько и как быстро материя вылетела из астероида, а также характер его поверхности.
Столкновение с астероидом стало первым случаем, когда два космических телескопа наблюдали одно и то же небесное тело.
С момента запуска в декабре и публикации первых изображений в июле Джеймс Уэбб получил от Хаббла титул самого мощного космического телескопа.
Г-н Фитцсиммонс сказал, что изображения были «прекрасной демонстрацией дополнительных научных знаний, которые вы можете получить, используя более одного телескопа одновременно».