Зображення з телескопа Вебба спростовує закони фізики

Космічний телескоп Джеймса Вебба був запущений 25 грудня 2021 після багаторічних відстрочок через технічні проблеми. Наприкінці січня цього року телескоп прибув у точку Лагранжа L2 системи Сонце-Земля на відстані близько 1,5 мільйона кілометрів, де гравітація врівноважує відцентрові сили.

Вчені розраховують, що новий прилад зможе відображати віддалені об’єкти, які телескоп Хаббл бачить у 100 разів гірше. Також вони очікують, що новий телескоп пропрацює від 10 до 20 років, доки не закінчиться паливо для двигунів, які утримують його на місці.

У березні команда Вебба опублікувала знімок зірки Чумацького Шляху , позначеної як 2MASS J17554042+6551277 і розташованої приблизно за 2000 світлових років від нас. Фото було знято з червоним фільтром, щоб максимізувати контраст між самою зіркою та пітьмою космосу.

Це зображення демонструє, що оптичні системи нового телескопа працюють навіть краще, ніж розраховували вчені та інженери. Вони дозволяють бачити не лише зірку та шипи від її дифракції, але й інші зірки у фокусі, а також інші структури на задньому плані. Знімок є результатом етапу “точного фазування” дзеркал, на якому вивіряється кожен оптичний параметр, щоб переконатися, що прилад здатний успішно збирати світло від віддалених об’єктів.

Проект вирівнювання 18 шестикутних берилієвих дзеркал космічного телескопа був необхідний, щоб вони функціонували як одне майже шестикутне дзеркало діаметром 6,5 метрів. Конструкція дозволяла складати систему дзеркал і поміщати її всередину обтічника ракети при запуску – на відміну від попередника Вебба, космічного телескопа Хаббл , який має лише одне головне дзеркало діаметром близько 2,4 метра.

Одна з перших фотографій з телескопа Вебба, випущена минулого місяця, показала 18 зображень одиночної зірки у вигляді шестикутника — по одному від кожного окремого дзеркала, які були приблизно вирівняні, щоб «дивитися» на те саме місце.

Нова фотографія показує, що розгорнуті дзеркала були відрегульовані з точністю до нанометрів, в результаті чого підсумкове зображення знаходиться в чіткому фокусі. Тобто досягнуто так зване «дифракційно-обмежене вирівнювання» телескопа — зображення сфокусовані настільки точно, як це дозволяють закони фізики.

Коли світло проходить через лінзу, воно формує центральне зображення, а потім коло з дифракційних кілець навколо нього. Дифракційна межа, заснована на довжині хвилі, оптичній силі лінзи та відстані від об’єкта, який ви вимірюєте, каже вам, наскільки близько один до одного можуть бути розташовані два об’єкти, перш ніж телескоп з ідеальною лінзою більше не зможе їх розрізнити.

Інженерні зображення, які ми бачимо сьогодні, такі ж чіткі, як знімки, які може зробити Хаббл, але вони мають світлову довжину хвилі, яка є недосяжною для Хаббла.

Наступним етапом проекту буде уточнення вирівнювання та підключення кількох інструментів космічного телескопа до мережі. Вони включають:

• спектрограф ближнього інфрачервоного діапазону, який досліджує спектри світла від віддалених об’єктів, щоб дізнатися більше про їхні фізичні властивості, такі як температура та хімічний склад;
• MIRI, або інструмент середнього інфрачервоного діапазону, який одночасно є камерою, і спектрографом, захоплюючим зображення в довжинах хвиль, невидимих ​​оку;
• FGS/NIRISS, що складається з двох приладів – тепловізора з датчиком точного наведення в ближньому інфрачервоному діапазоні та безщілинного спектрографа, які шукатимуть та досліджуватимуть екзопланети на орбіті.

Наступний етап займе близько шести тижнів, а за ним слідує заключний етап вирівнювання, на якому команда Вебба виправить залишкові помилки позиціонування в дзеркальних сегментах.

Інженери та вчені, які працюють з телескопом, кажуть, що вони знаходяться на шляху до завершення роботи над усією оптичною системою до початку травня, після чого пройдуть ще два місяці підготовки інструментів. Вже влітку космічний телескоп може почати робити свої перші знімки у високій якості.