Золотые соты «Джеймса Уэбба»

«Соты», которые вы видите на фотографии, — это сегменты главного зеркала нового инфракрасного космического телескопа имени Джеймса Уэбба (James Webb Space Telescope, JWST), а желтое покрытие на них — тонкий слой золота. Почему же зеркало не сплошное и зачем нужно покрывать его золотом?

Техник Скотт Мюррей (Scott Murray) проверяет сегмент главного зеркала JWST. Фото из галереи JWST на сайте flickr.com

Установленная на JWST научная аппаратура позволит изучать практически все важные этапы формирования и развития Вселенной. Первичные задачи JWST: обнаружение «первого света» — света первых звезд и галактик, сформированных после Большого взрыва, изучение формирования и развития галактик, звезд и планетных систем. Чтобы увидеть события, происходившие в самом начале жизни Вселенной, нужно наблюдать объекты, удаленные от нас более чем на 13 млрд световых лет. Чем больше зеркало телескопа, тем более слабые и далекие объекты он способен увидеть. Научным целям JWST отвечает зеркало общим диаметром около 6,5 м. Космические телескопы с такими большими зеркалами никогда раньше не выводились на орбиту!

В идеале главное зеркало телескопа должно быть сплошным — так можно избежать дополнительных ошибок в наблюдениях. Но вывести на орбиту монолитный прибор размером более 4 метров в диаметре сейчас технически невозможно из-за размеров ракет-носителей. В частности, JWST будет выведен в космос с помощью ракеты «Ариан 5» с диаметром носового обтекателя — именно той части ракеты, куда могут быть помещены грузы, — 4,57 м. Можно, однако, сделать складное зеркало из нескольких частей, которое в сложенном состоянии было бы достаточно компактным и разворачивалось бы в полный размер уже на орбите. Перед инженерами JWST встала задача создать такое составное зеркало оптимальной конструкции. В итоге было принято решение собрать главное зеркало из 18 шестиугольных сегментов, диаметром 1,32 м каждый. Симметрия шестиугольника позволит потом вплотную, без зазоров, состыковать между собой сегменты.

Упаковка JWST в носовом обтекателе ракеты «Ариан 5». Рисунок с сайта jwst.nasa.gov

Сегменты зеркала делают из прочного, но легкого бериллия и покрывают тончайшим слоем золота. Золото особенно хорошо отражает в инфракрасном диапазоне и, таким образом, повышает чувствительность телескопа. Тончайший — всего 100 нанометров — слой благородного металла особым образом напыляется на сегменты зеркала в специальной вакуумной камере. Масса золотого слоя при общей собирательной поверхности зеркала 25 м² сопоставима с массой мячика для гольфа! Каждый сегмент будет снабжен несколькими актуаторами — небольшими механическими моторчиками. Актуаторы необходимы для наиболее точной фокусировки телескопа, когда он уже будет выведен на орбиту.

Примерно так будет выглядеть телескоп имени Джеймса Уэбба в космосе во время своей работы. Рисунок с сайта space.com

Запуск JWST предварительно назначен на октябрь 2018 года. По замыслу создателей, этот аппарат станет своего рода научным «преемником» космического телескопа «Хаббл» (HST) и продолжит его дело. Иногда говорят, что JWST полностью заменит собой «Хаббл», однако по ряду причин это не совсем верно. Прежде всего, новый комический аппарат будет изучать Вселенную в инфракрасном диапазоне, в то время как его предшественник был преимущественно нацелен на видимую и ультрафиолетовую области спектра. Разные научные задачи подразумевают разные технические характеристики. Так, диаметр главного зеркала «Хаббла» — 2,4 м. Такое зеркало хорошо подходит для сбора информации в оптическом диапазоне, но маловато для поиска «первого света» в инфракрасной области спектра — зеркало JWST больше хаббловского почти в 3 раза. Даже орбиты у этих телескопов будут разные — в то время как HST находится на околоземной орбите, JWST планируется запустить на орбиту вокруг точки Лагранжа L2 системы «Солнце—Земля» (1,5 млн км от Земли в противоположную от Солнца сторону).

Схема расположения точек Лагранжа системы «Солнце—Земля». Телескоп имени Джеймса Уэбба будет летать вокруг точки L2 по орбите, радиус которой примерно равен радиусу орбиты Луны. Схема с сайта jwst.nasa.gov

Научные задачи JWST во многом вдохновлены результатами, полученными с помощью HST, а самая главная его цель — получить новую информацию и заполнить пробелы в наших знаниях о происхождении и эволюции Вселенной.

На фото — инженер NASA Эрни Райт (Ernie Wright) наблюдает за подготовкой сегментов главного зеркала JWST к низкотемпературному тестированию. Фото из галереи JWST на сайте flickr.com

Анастасия Стебалина