Изображение с телескопа Уэбба раздвигает границы законов физики

Космический телескоп Джеймса Уэбба был запущен 25 декабря 2021 года после многолетних отсрочек из-за технических проблем. В конце января этого года телескоп прибыл в точку Лагранжа L2 системы Солнце-Земля на расстоянии около 1,5 миллиона километров, где гравитация уравновешивает центробежные силы.

Ученые рассчитывают, что новый прибор сможет отображать удаленные объекты, которые телескоп Хаббл видит в 100 раз хуже. Также они ожидают, что новый телескоп проработает от 10 до 20 лет, пока не закончится топливо для двигателей, которые удерживают его на месте.

В марте команда Уэбба опубликовала снимок звезды Млечного Пути, обозначенной как 2MASS J17554042+6551277 и расположенной примерно в 2000 световых лет от нас. Фото было снято с красным фильтром, чтобы максимизировать контраст между самой звездой и тьмой космоса.

Это изображение демонстрирует, что оптические системы нового телескопа работают даже лучше, чем рассчитывали ученые и инженеры. Они позволяют видеть не только звезду и шипы от ее дифракции, но и другие звезды в фокусе, а также прочие структуры на заднем плане. Снимок является результатом этапа «точной фазировки» зеркал, на котором выверяется каждый оптический параметр, чтобы удостовериться, что прибор способен успешно собирать свет от удаленных объектов.

Проект по выравниванию 18 шестиугольных бериллиевых зеркал космического телескопа был необходим, чтобы они функционировали как одно почти шестиугольное зеркало диаметром 6,5 метров. Конструкция позволяла складывать систему зеркал и помещать ее внутрь обтекателя ракеты при запуске — в отличие от предшественника Уэбба, космического телескопа Хаббл, у которого имеется только одно главное зеркало диаметром около 2,4 метра.

Одна из первых фотографий с телескопа Уэбба, выпущенная в прошлом месяце, показала 18 изображений одиночной звезды в виде шестиугольника — по одному от каждого отдельного зеркала, которые к тому времени были примерно выровнены, чтобы «смотреть» на одно и то же место.

Новая же фотография показывает, что развернутые зеркала были отрегулированы с точностью до нанометров, в результате чего итоговое изображение находится в четком фокусе. То есть достигнуто так называемое «дифракционно-ограниченное выравнивание» телескопа — изображения сфокусированы настолько точно, насколько это позволяют законы физики.

Когда свет проходит через линзу, он формирует центральное изображение, а затем круг из «дифракционных колец» вокруг него. Дифракционный предел, основанный на длине волны, оптической силе линзы и расстоянии от объекта, который вы измеряете, говорит вам, насколько близко друг к другу могут быть расположены два объекта, прежде чем телескоп с идеальной линзой больше не сможет их различить.

Инженерные изображения, которые мы видим сегодня, такие же четкие, как снимки, которые может сделать Хаббл, но они имеют световую длину волны, которая недостижима для Хаббла.

Следующим этапом проекта будет уточнение выравнивания и подключение нескольких инструментов космического телескопа к сети. Они включают в себя:

• спектрограф ближнего инфракрасного диапазона, который исследует спектры света от удаленных объектов, чтобы узнать больше об их физических свойствах, таких как температура и химический состав;
• MIRI, или инструмент среднего инфракрасного диапазона, который одновременно является и камерой, и спектрографом, захватывающим изображения в длинах волн, невидимых глазу;
• FGS/NIRISS, состоящий из двух приборов – тепловизора с датчиком точного наведения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевого спектрографа, которые будут искать и исследовать экзопланеты на орбите.

Следующий этап займет около шести недель, а за ним последует заключительный этап выравнивания, на котором команда Уэбба исправит остаточные ошибки позиционирования в зеркальных сегментах.

Инженеры и ученые, работающие с телескопом, говорят, что они находятся на пути к завершению работы над всей оптической системой к началу мая, после чего последуют еще два месяца подготовки инструментов. Уже летом космический телескоп может начать делать свои первые снимки в высоком разрешении.