Привиди далекого космосу
Одного разу хтось сказав: творцям «Хаббла» потрібно поставити пам'ятник в кожному великому місті Землі. Заслуг у нього дуже і дуже багато. Так, наприклад, 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 є технологією минулого тисячоліття: його запустили в 1990 році. Само собою, 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. Це означає, що його основним завданням буде вивчення теплового випромінювання. Ооб'єкти, нагріті до певної температури, випромінюють енергію 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 видалення телескопа від Землі складе 1,5 млн км в протилежну від Сонця бік. Для порівняння - відстань від Землі до Місяця складає 384 403 км. Тобто, якщо апаратура «Джеймса Вебба» вийде з ладу, починають 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 з цим частково пов'язані постійні переноси дати запуску.
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. Якщо бути точніше, мова йде про визначення їх щільності, що дозволить зрозуміти, який тип об'єкта перед нами і чи може така планета бути потенційно населеної. За допомогою «Джеймса Вебб» вчені також сподіваються зібрати дані про масу і діаметрах далеких планет, а це відкриє нові дані і про рідну галактиці.
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 такі об'єкти, що знаходяться на відстані понад 12 астрономічних одиниць (тобто відстаней від Землі до Сонця) від їх світил і віддалені від Землі на відстань до 15 світлових років. Серйозні плани стосуються атмосфери планет. Телескопи «Спітцер» і «Хаббл» змогли зібрати інформацію приблизно про ста газових оболонках. Згідно з оцінками фахівців, новий телескоп зможе дослідити, щонайменше, три сотні атмосфер різних екзопланет.
Окремим пунктом варто виділити пошук гіпотетичних зіркових населений III типу, які повинні складати перше покоління зірок, що з'явилися після Великого вибуху. За оцінками вчених, 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 населений 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. Але якщо старий телескоп за габаритами можна порівняти з вантажним автомобілем, то новий порівняємо з кортом для тенісу. 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. Це потрібно, 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 вчинені сенсори, вони могли не побачити об'єкти через інших «гарячих» деталей «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
Огляд перспективного телескопа був би неповним, якби ми не загострили увагу на його головних інструментах:
MIRI - середній інфрачервоний діапазон. Він включає в себе камеру і спектрограф. До складу MIRI входять кілька масивів 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 видаленням 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, наприклад, 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, що 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 пристрої створення зображення в ближньому інфрачервоному діапазоні з бесщелевой 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 намір експлуатувати п'ять-десять років. Однак, як показує практика, 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 немислимих $ 9,66 млрд. Для порівняння, річний бюджет NASA складає приблизно $ 20 млрд, а «Хаббл» на момент спорудження коштував $ 2,5 млрд. Іншими словами, «Джеймс Уебб» 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 ще зрости ще більше. І хоча в його будівництві брали участь експерти з 17 країн, левова частка фінансування все ще лежить на плечах США. Швидше за все, так буде і далі.