"Круче, чем могли желать" - первые снимки с телескопа Джеймс Уэбб. Выводы, которые можно сделать на основании первого снимка

Итан Сигель (Ethan Siegel)

 

11 и 12 июля 2022 года наше понимание Вселенной изменилось раз и навсегда. В эти дни весь мир увидел первые снимки, сделанные космическим телескопом "Джеймс Уэбб". В противовес прежним релизам снимков, сделанных этим телескопом, которые представляли собой лишь изображения, используемые для калибровки, проверки и запуска оборудования, новые снимки:

Самым первым опубликованным снимком стало изображение "глубокого поля" - массивного звездного скопления SMACS 0723. Используя целый ряд фильтров и инструментов, телескоп "Джеймс Уэбб" "наблюдал" за этим участком космического пространства на протяжении 12,5 часов. Хотя это может показаться очень длинным промежутком времени, это всего 2% от того времени, которое телескоп "Хаббл" потратил на свое изображение "глубокого поля": он создавал свое первое изображение "глубокого поля" из 342 снимков в течение 23 дней.

На основании первого изображения "Уэбба" мы можем сделать семь потрясающих выводов, которые окажут значительное влияние на будущее науки.

 

1. Телескоп "Джеймс Уэбб" превосходит "Хаббл" в большей степени, чем мы ожидали.

Если сравнить возможности "Уэбба" и "Хаббла", становится ясно, что наш новейший космический телескоп может сделать гораздо больше всего за меньшее время. В распоряжении "Хаббла" есть только основное зеркало диаметром 2,4 метра, а у "Уэбба" сегментированное зеркало имеет диаметр 6,5 метра. В результате разрешение "Уэбба" на 270% выше (для света с той же длиной волны), а его светосила на 730% больше, чем у "Хаббла". Если рассуждать с точки зрения исключительно законов оптики, именно насколько "Уэбб" должен быть лучше и быстрее "Хаббла" - без учета тех преимуществ, которыми "Уэбб" обладает в смысле охлаждения, диапазона длин волн и инструментов.

Другими словами, за то же время наблюдений "Уэбб" должен "собирать" на 730% больше света, чем "Хаббл". Однако "Уэбб" - как вы сами можете увидеть выше, сравнив сделанное им изображение скопления галактик SMACS 0723 с изображением "Хаббла", - работает еще лучше.

Время работы "Хаббла" разделено на "орбиты": так, из своего положения на низкой околоземной орбите он совершает полный оборот вокруг нашей планеты каждые 96 минут. Всего для создания составного изображения "Хабблу" потребовалось шесть "орбит": четыре - в оптическом диапазоне и две - в инфракрасном диапазоне. Если основываться на простой математике, можно посчитать, что шесть оборотов, умноженных на 96 минут на один оборот, будут равняться 9,6 часам (576 минутам).

Однако в итоговое изображение, сделанное "Хабблом", попали лишь данные, собранные им за 3,4 часа или 203 минуты, хотя телескоп посвятил наблюдению за своим объектом почти в три раза больше этого времени. Для сравнения, "Уэбб наблюдал за своей целью 12,5 часа и получил данные общим объемом на все эти 12,5 часа.

В чем же разница?

В месте, откуда ведется наблюдение. Поскольку „Хаббл" находится на орбите Земли, он проводит более 50% своего времени во взаимодействии с Землей (и земной атмосферой) и может получать полезные данные только тогда, когда ничто не препятствует ему вести наблюдение за своей основной целью.

Между тем, „Уэбб" находится примерно в 1,5 миллионах километров от Земли, в точке Лагранжа L2. Он всегда обращен в сторону от Солнца, от Земли и от Луны. Ему вообще не приходится сталкиваться с этими препятствиями в своих наблюдениях. В результате эффективность его наблюдений составляет почти 100%, тогда как у „Хаббла" она менее 50%. Такой высокий показатель эффективности будет распространяться на все наблюдения „Уэбба", поэтому новый телескоп будет снабжать ученых более высококачественными данным с более высокой скоростью, чем когда-либо мог „Хаббл".

 

В теории мы знали, что это так, но, получив первые изображения „глубокого поля", сделанные „Уэббом", мы обрели необходимые доказательства. Существуют обширные области космоса, в которых вообще нет ни звезд, ни галактик. С тех пор как эти „пустоты" были обнаружены, ученые задавались вопросом, могут ли там находиться объекты, слишком тусклые, маленькие, маломассивные или слишком далекие, чтобы мы могли увидеть их с помощью имевшихся у нас технологий, или же эти пустоты на самом деле были на 100% пусты.

Как показали первые изображения с телескопа „Уэбб", есть множество участков космоса, которые „Хабблу" казались пустыми, но в которых „Уэбб" сумел разглядеть массу различных объектов. Да, эти участки действительно остаются относительно „слабозаселенными" областями космоса, но они не пусты, как некоторые надеялись или опасались. „Уэбб" может не только найти эти объекты, но и во многих случаях хорошо разглядеть и изучить их свойства, в то время как „Хаббл" не сумел их даже увидеть. Это поможет нам достичь одной из главных научных целей проекта „Джеймс Уэбб", а именно рассказать нам в мельчайших деталях о том, как возникла наша Вселенная и как она стала такой, какая она есть сегодня.

 

Если посмотреть на самые тусклые, самые далекие объекты, которые смог обнаружить космический телескоп „Хаббл", они чаще всего выглядят как обычные „пятна" на небе. Но с улучшенным разрешением „Уэбба" мы можем видеть, что эти далекие объекты являются галактиками и что эти галактики зачастую имеют различимую структуру.