Привиди далекого космосу
Як хтось сказав, творцям «Хаббла» треба поставити пам'ятник в кожному великому місті Землі. Заслуг у нього дуже багато. За допомогою цього телескопа астрономи отримали знімок дуже далекої галактики UDFj-39546284. У січні 2011 року вчені з'ясували, що вона розташована далі попереднього рекордсмена - UDFy-38135539 - приблизно на 150 млн світлових років. Галактика UDFj-39546284 віддалена від нас на 13,4 млрд світлових років. Тобто «Хаббл» побачив зірки, які існували понад 13 млрд років тому, через 380 млн років після Великого вибуху. Цих об'єктів, ймовірно, вже давно немає «в живих»: ми бачимо лише світло давно загиблих зірок і галактик.
Але при всіх своїх перевагах, Hubble Space Telescope - технологія минулого тисячоліття: його запустили в 1990 році. Але, за минулі роки технології зробили крок далеко вперед. На зміну «Хабблу» з'явився «Джеймс Уебб».


Чим корисний «Джеймс Вебб»
Новий телескоп, є орбітальною інфрачервоною обсерваторією. Його основним завданням буде вивчення теплового випромінювання в інфрачервоному спектрі. Довжина хвиль залежить від температури нагрівання: чим вона вища, тим коротша довжина хвилі і тим інтенсивніше випромінювання.
Втім, є одна концептуальна відмінність між телескопами. «Хаббл» знаходиться на низькій навколоземній орбіті, тобто обертається навколо Землі на висоті приблизно 570 км. «Джеймс Уебб» буде виведений на гало-орбіту в точці Лагранжа L2 системи Сонце - Земля. Він буде обертатися навколо Сонця, і, на відміну від ситуації з «Хабблом», Земля не буде йому заважати. Відразу виникає проблема: чим далі знаходиться об'єкт від Землі, тим складніше з ним зв'язатися, отже - вище ризик його втратити. Тому «Джеймс Вебб» буде переміщатися навколо світила синхронно з нашою планетою. При цьому відстань телескопа від Землі складе 1,5 млн км в протилежну від Сонця боці. Для порівняння - відстань від Землі до Місяця складає 384 403 км. Тобто, якщо апаратура «Джеймса Вебба» вийде з ладу, починити її, швидше за все, не вийде (хіба що у віддаленому режимі, що накладає серйозні технічні обмеження). Тому перспективний телескоп роблять не просто надійним, а наднадійним. Саме тому дата запуску постійно переноситься.
Є у «Джеймса Вебба» ще одна важлива відмінність. Апаратура дозволить йому сконцентруватися на дуже давніх і холодних об'єктах, які «Хаббл» не зміг би розглянути. Так ми дізнаємося, коли і де з'явилися перші зірки, квазари, галактики, скупчення і надскупчення галактик.
Найцікавішими знахідками, які здатний зробити новий телескоп, можна назвати екзопланети. Мова йде про визначення їх щільності, що дозволить зрозуміти, який тип об'єкта перед нами і чи може така планета бути потенційно населеною. За допомогою «Джеймса Вебба» вчені сподіваються зібрати дані про масу і діаметр далеких планет, а це відкриє нові дані і про галактику.
Устаткування телескопа дозволить виявляти холодні екзопланети з температурою поверхні до 27°C (середня температура на поверхні нашої планети дорівнює 15°C). «Джеймс Уебб» зможе знаходити об'єкти, що знаходяться на відстані понад 12 астрономічних одиниць (відстаней від Землі до Сонця) від їх світил і віддалені від нас на відстань до 15 світлових років. Серйозні плани стосуються атмосфери планет. Телескопи «Спітцер» і «Хаббл» змогли зібрати інформацію приблизно про сто газових оболонках. Згідно з оцінками фахівців, новий телескоп зможе дослідити, щонайменше, три сотні атмосфер різних екзопланет.
Окремим пунктом варто виділити пошук гіпотетичних зіркових населень III типу, які повинні складати перше покоління зірок, що з'явилися після Великого вибуху. Це дуже важкі світила з малим часом життя, яких, звичайно, вже не існує. Ці об'єкти мали велику масу через відсутність вуглецю, потрібного для класичної термоядерної реакції, в якій важкий водень перетворюється в легкий гелій, а надлишок маси перетворюється в енергію. Крім усього цього, новий телескоп зможе детально вивчити раніше недосліджені місця, де народжуються зірки, що також дуже важливо для астрономії.

Головні завдання нового телескопа:
— Пошук і вивчення найдавніших галактик;
— Пошук землеподобних екзопланет;

— Виявлення зіркових населень третього типу;
— Дослідження «зіркових колисок»
Конструктивні особливості
Розробили апарат дві американські компанії - Northrop Grumman і Bell Aerospace. James Webb Space Telescope - справжній витвір інженерного мистецтва. Новий телескоп важить 6,2 т - для порівняння, «Хаббл» має масу 11 т. Його довжина сягає 20 м, а висота - як у триповерхового будинку. Найбільша частина James Webb Space Telescope - величезний протисонячний щит. Це основа всієї конструкції, створена з полімерної плівки. З одного боку її покриває тонкий шар алюмінію, а з іншого - металевий кремній.
Протисонячний щит має кілька шарів. Порожнечі між ними заповнює вакуум, щоб уберегти апаратуру від «теплового удару». Такий підхід дозволяє охолоджувати надчутливі матриці до -220°C, що дуже важливо, якщо говорити про спостереження за далекими об'єктами. Справа в тому, що, незважаючи на точні сенсори, вони можуть не побачити об'єкти через «гарячі» деталі «Джеймса Вебба».
У центрі конструкції - величезне дзеркало. Це «надбудова», яка потрібна, щоб фокусувати пучки світла - дзеркало їх випрямляє, створюючи чітку картину. Діаметр основного дзеркала телескопа «Джеймс Вебб» дорівнює 6,5 м. Воно включає в себе 18 блоків: під час старту ракети-носія ці сегменти будуть знаходитися в компактному вигляді і розкриються лише після виходу апарату на орбіту. Кожен сегмент має шість кутів - це зроблено, щоб оптимально використовувати наявний простір. А округла форма дзеркала дозволяє найкраще фокусувати світло на детекторах.
Для виготовлення дзеркала вибрали берилій - твердий метал світло-сірого кольору, який, крім іншого, характеризується високою вартістю. Серед переваг такого вибору - те, що берилій зберігає форму навіть при дуже низьких температурах, що дуже важливо для коректного збору інформації.

Наукові інструменти
Головні інструменти телескопа:
MIRI - середній інфрачервоний діапазон. Він включає в себе камеру і спектрограф. До складу MIRI входять кілька миш'як-кремнієвих детекторів. За рахунок сенсорів цього приладу астрономи сподіваються розглянути червоне зміщення далеких об'єктів: зірок, галактик і навіть невеликих комет. Космологічним червоним зміщенням називають зниження частот випромінювання, яке пояснюється динамічним віддаленням джерел один від одного через розширення Всесвіту. Що найцікавіше, мова йде не просто про фіксування того чи іншого віддаленого об'єкта, а про отримання великого обсягу даних про його властивості.
NIRCam, або камера ближнього інфрачервоного діапазону, - основний блок формування зображення телескопа. NIRCam є комплексом ртутно-кадмієво-телурових сенсорів. Робочий діапазон пристрою NIRCam - 0,6-5 мкм. Складно навіть уявити, які таємниці допоможе розгадати NIRCam. Вчені, наприклад, хочуть з її допомогою створити карту темної матерії, використовуючи так званий метод гравітаційного лінзування, тобто знаходження згустків темної матерії за їх гравітаційним полем, помітним по викривленню траєкторії електромагнітного випромінювання.
NIRSpec. Без спектрографа ближнього інфрачервоного діапазону неможливо було б визначити фізичні властивості астрономічних об'єктів, таких, як маса або хімічний склад. NIRSpec може надати спектроскопію середнього дозволу в діапазоні довжини хвиль від 1 до 5 мкм і низького дозволу з довжиною хвилі 0,6-5 мкм. Прилад складається з безлічі осередків, які мають індивідуальне управління, що дозволяє концентрувати увагу на конкретних об'єктах, «відсіваючи» непотрібне випромінювання.
FGS/NIRISS. Це пара, що складається з датчика точного наведення і пристрою створення зображення в ближньому інфрачервоному діапазоні з безщілинним спектрографом. За рахунок датчика точного наведення (FGS) телескоп зможе максимально точно фокусуватися, а за рахунок NIRISS вчені мають намір провести перші орбітальні випробування телескопа, які дадуть загальне уявлення про його стан. Також передбачається, що пристрій формування зображення зіграє важливу роль у спостереженні за далекими планетами.

Формально телескоп експлуатуватиметься до десяти років. Однак практично, цей термін можуть продовжити на невизначений час. І «Джеймс Вебб» може надати нам набагато більше корисної та просто цікавої інформації, ніж можна собі уявити. Тим більше, що зараз неможливо навіть уявити, який «монстр» змінить самого «Джеймса Вебба», і в яку астрономічну суму обійдеться його будівництво.
Ще навесні 2018 року ціна проекту зросла до $ 9,66 млрд. Для порівняння, річний бюджет NASA складає приблизно $ 20 млрд, а «Хаббл» на момент спорудження коштував $ 2,5 млрд. Тобто, «Джеймс Вебб» вже увійшов в історію як найдорожчий телескоп і один з найдорожчих проектів в історії освоєння космосу. Більше коштували тільки місячна програма, Міжнародна космічна станція, шатли і система глобального позиціонування GPS. Втім, у «Джеймса Вебба» все попереду: його ціна може зрости ще більше. І хоча в будівництві брали участь експерти з 17 країн, левова частка фінансування лежить на плечах США. Швидше за все, так буде і далі.