Что увидит гигантский телескоп Джеймса Уэбба, чего не увидит Хаббл

Астрономы, такие как Кристен Чен, взволнованы предстоящим запуском космического телескопа Джеймса Уэбба.

Инструмент стоит 10 миллиардов долларов, Половина размера 737 Заполненный позолоченными зеркалами, он совершит круг за миллион миль от Земли и направится в места, которые человечество никогда раньше не видело. Это включает в себя некоторые из Первые звезды когда-либо, далекие галактики и инопланетные планеты во Вселенной.

«Это действительно круто», — воскликнул Чен, астроном из. Научный институт космического телескопа, организация, которая будет управлять космическим телескопом Джеймса Уэбба, или JWST.

Ожидаемый запуск инструмента назначен на 18 декабря 2021 года, хотя в последние месяцы телескоп часто упоминался в новостях по причинам, не связанным с его научными усилиями. НАСА назвало чудесную машину Джеймса Уэбба, командующий НАСА в 1960-х годах, который руководил агентством в то время, когда федеральное правительство Преследовали и изгоняли сотрудников ЛГБТК. От НАСА и других ведомств. Это был позорный период в американской истории, который назывался «тюльпан напугатьНа данный момент НАСА заявило, что Сохранит тег JWST Не найдя никаких доказательств в Интернете, он «призывает сменить имя».

Первоначально названный «Космическим телескопом нового поколения» в 1990-х годах, JWST присоединится к легендарному космическому телескопу Хаббла в захвате четких изображений Вселенной из космоса. Хаббл — это научное сокровище. За последние три десятилетия телескоп Хаббл совершил орбиту на высоте 340 миль над Землей. Беспрецедентно прекрасные виды на Вселенную и галактики, А также планеты. Однако JWST не заменяет старение телескопа Хаббла. JWST является преемником с другими расширенными возможностями.

Вот что такое JWST, и в итоге Ты, он увидит, что Хаббл не может.

Заглядывая в глубокое прошлое

Телескопы с большими зеркалами могут видеть слабые объекты. Это потому, что большие зеркала улавливают больше света. Представьте частицы света в виде шариков для пинг-понга, а зеркала телескопа — в виде ведра. Зеркало Хаббла имеет диаметр около восьми футов, в то время как зеркало JWST намного больше, более 21 фута в диаметре.

«Вы соберете больше мячей для пинг-понга», — объясняет Джин Крейтон, астроном и директор планетария Манфред Олсон из Университета Висконсин-Милуоки.

Захват большего количества света имеет решающее значение для наблюдения за самыми старыми звездами и галактиками, которые сформировались во Вселенной более 13 миллиардов лет назад. В Вселенная постоянно расширяется, что означает, что он постоянно рос или расширялся с момента своего жестокого воспитания ( «великий взрыв»), поэтому свет из этих древних частей Вселенной очень, очень, очень далеко (миллиарды световых лет). Самый дальний свет покинул звезды миллиарды лет назад, поэтому наблюдать за этим светом — все равно что заглядывать в глубокое прошлое.

«Мы оглядываемся назад во времени», — сказал Чен. (Даже когда мы смотрим на нашу звезду — с охраной — Мы тоже смотрим в прошлое; Он она Это занимает более восьми минут пока солнечный свет не достигнет земли.)

«Мы смотрим в прошлое».

Мы увидим беспрецедентные вещи.

«Мы увидим первые когда-либо сформировавшиеся звезды и галактики», — сказал Крейтон. «Мы не могли сделать этого с Хабблом».

Сравнение размеров зеркала JWST и зеркала Хаббла.
кредит: НАСА

Хаббл видит слабый свет, которому около миллиарда лет. Если все пойдет по плану, JWST увидит свет возрастом примерно 13,7 миллиарда лет, когда начали формироваться первые звезды и планеты.

поднимая завесу

Хаббл видит большую часть света, который видят люди (он же «видимый свет»). Но есть много типов света, которые наши глаза могут не могу видеть. JWST специализируется на мониторинге одного из них, называемого «Инфракрасный, что позволяет астрономам видеть гораздо большее количество звезд и планет.

Как так?

Вселенная заполнена густыми, похожими на дым облаками пыли и газа. «Это затемняет вещи», — объяснил Джейсон Стивен, доцент кафедры физики Университета Невады в Лас-Вегасе, который ищет планеты за пределами нашей солнечной системы (также известные как экзопланеты).

Поднимите завесу.

Но инфракрасный свет может проникать сквозь густые облака пыли. Инфракрасный дольше длины волн видимого света, поэтому световые волны не сильно рассеиваются (и затемняются) частицами во Вселенной. Более длинные волны, чьи пики и впадины разнесены, с меньшей вероятностью столкнутся с частицами в космосе.

Приведенное ниже сравнение изображений, сделанных Хабблом, показывает, как инфракрасный свет скользит через космическую пыль. Это туманность Киля, ослепительное облако пыли и газа. На инфракрасном изображении телескопа Хаббл видно множество звезд, прячущихся за пылью.

«Она приподнимает завесу», — сказал Крейтон.

Туманность Киля видна в видимом (слева) и инфракрасном (справа) свете.
Предоставлено: ASA / ESA / M. Livio / Группа по 20-летию Хаббла (STScI)

Световые волны различной длины, включая видимые и инфракрасные световые волны.
кредит: НАСА

Более того, наблюдение галактик и далеких звезд становится намного проще (а иногда даже возможно), если увидеть их в инфракрасном свете. Как описано ранее, Вселенная постоянно расширяется, и свет, который проходит через вселенную, также распространяется. «Если вы смотрите на далекую галактику, этот свет был растянут», — объяснил Стивен. Световые волны становятся длиннее.

Это проблема. «Это может сделать далекие объекты очень слабыми (или невидимыми) в видимых длинах волн света, потому что этот свет достигает нас как инфракрасный свет», НАСА пишет. Но инфракрасные прицелы JWST делают невидимое видимым.

супер земля

Во Вселенной есть несколько вещей, более захватывающих, чем внешние планеты. Некоторые из этих планет известны, например, «супер земля«Наша планета в 2-10 раз больше нашей планеты, она может содержать обитаемые каменистые среды или даже воду. JWST будет проводить значительное количество времени, наблюдая за экзопланетами в других звездных системах. (Для JWST эти планеты будут отображаться в виде точек. , А не большие цветные планеты.)

НАСА уже подтвердило Найдено более 4500 экзопланет во вселенной. Но с JWST, способным смотреть сквозь облака пыли, астроном Чен надеется найти больше.

Рисунок, показывающий Землю в контрасте с концепцией «суперземли» 55 Cancri e.
Источник: NASA / JPL-Caltech / R. Hurt (SSC)

Важно отметить, что JWST просто не обнаружит присутствие экзопланет. Он проанализирует их атмосферу. телескоп Он держит прибор под названием спектрометр. Он может выявить частицы, основываясь на том, как с ними взаимодействует свет. (Свет, проходя, например, через водяной пар или кислород, ведет себя определенным, хорошо известным образом.)

даже Относительно неинтересное спектроскопическое изображение Для астрономов это может быть более полезно, чем большая картинка. «Информации очень много, — пояснил Крейтон. — Она дает гораздо больше информации, чем красивая картинка».

Особый интерес для ученых Семь известных скалистых планет вращаются вокруг звезды TRAPPIST-1, 40 световых лет (235 триллионов миль) от Земли. Джеймс Уэбб может обнаружить каменистую планету с намеками на возможную жизнь в ее атмосфере, такую ​​как кислород, водоросли и растения, дышащие нашим воздухом.

Однако до того, как начнется эта космология, JWST предстоит большой, если не трудный путь вперед.

После запуска грызун (необычайно ценный роботизированный заряд) JWST должен совершить путешествие в космос на миллион миль. Его плотно упакованные шестиугольные зеркала должны правильно разворачиваться, что Солнцезащитный козырек размером с теннисный корт Он должен развернуться по плану. И в отличие от Хаббла, астронавты не могут запускать космос и устранять любые потенциальные проблемы с помощью очень далекого телескопа.

В астрономическом мире большой запуск представляет собой запуск. «Все скрещивают пальцы», — сказал Стивен.