Уэбб vs Хаббл

Весной 2019 года НАСА планирует запустить в космос телескоп имени Джеймса Уэбба, который станет самым дорогим подобным проектом в истории. Многие называют его заменой телескопу Хаббла, хотя, возможно, правильнее всё же называть его наследником. По крайней мере, если говорить о научных задачах миссии.

В этой заметке я попытаюсь сравнить JWST (James Webb Space Telecsope) и HST (Hubble Space Telescope), чтобы лучше разобраться в чём же они схожи, в чём различаются лишь размерами, а в чём различаются принципиально.

Если коротко: у Уэбба больше зеркало, но он работает преимущественно в инфракрасном диапазоне, в то время как Хаббл — в оптическом и ультрафиолетовом, лишь немного заходя в инфракрасную область. Кроме того, Уэбб будет располагаться на расстоянии 1,5 млн км от Земли в точке Лагранжа L₂, а Хаббл летает совсем рядом с нами.

А теперь подробнее.

Длина волны

Джеймс Уэбб будет оснащён четырьмя основными оптическими инструментами, которые настроены на длины волн от 0,6 до 28 микрон (1 микрон — это одна миллионная метра или 10¯⁶ м). Видимый диапазон заканчивается на длине волны около 0,8 микрон, которая соответствует красному цвету. Так что JWST — это в общем-то инфракрасный телескоп.

Хаббл тоже обладает инструментом, работающим в инфракрасном диапазоне — от 0,8 до 2,5 микрон, но всё же основные наблюдения ведутся в ультрафиолетовой и видимой области в диапазоне от 0,1 до 0,8 микрон.

Как мы видим, диапазоны работы JWST и Hubble перекрываются лишь частично.

Рабочий диапазон нескольких известных обсерваторий

Почему для Уэбба был выбран ИК-диапазон? На то есть две причины. Во-первых, видимый свет сильно поглощается в пыли, окружающей формирующиеся звёзды, поэтому они недоступны для наблюдения Хабблу. А во-вторых, свет далёких галактик, который был испущен миллиарды лет назад, из-за расширения Вселенной испытывает заметное смещение в сторону более длинных волн. Поэтому они хорошо светят в ИК-диапазоне.

Размер

Длина Хаббла составляет 13,2 м, а диаметр в самом широком месте — 4,2 м. По своим размерам он сравним с длинным трейлером.

Самой большой частью Уэбба будет солнечный щит, размеры которого составляют 22×12 метров. Это чуть больше, чем размер теннисного корта.

С точки зрения наблюдательных возможностей, однако, важно сравнить размеры зеркал у телескопов. Здесь Уэбб тоже заметно впереди. Его основное зеркало имеет диаметр 6,5 м, в то время как у Хаббла всего 2,4 м. Общая площадь, с которой будет собираться свет у JWST, в 7 раз больше, чем у Hubble. Если же сравнивать только инфракрасные инструменты, то Хаббловская камера NICMOS имеет в 15 раз меньшую площадь обзора, чем инструменты Уэбба.

Орбита

Расстояние от Солнца до Земли — 150 млн км. От Земли до Луны — около 384 500 км.

Hubble располагается на орбите на высоте всего ~570 км.

JWST, строго говоря, не будет обращаться вокруг Земли. Его направят в лагранжеву точку L₂ системы Земля — Солнце, которая находится на расстоянии около 1,5 млн км от нас!

Поскольку Хаббл находится недалеко, на орбиту его доставил шаттл. Уэбб отправится в космос на тяжёлой ракете Ariane 5.

В точке L₂ солнечный щит Уэбба надёжно заблокирует инфракрасное излучение от Солнца, Земли и Луны, что позволит инструментам телескопа оставаться охлаждёнными до -200°C — а это чрезвычайно важно для ИК-телескопа.

Особенностью точки L₂ является то, что Уэбб будет обращаться вокруг Солнца с той же угловой скоростью, что и Земля, а это означает, что он будет постоянно находиться на более-менее одной линии с Землёй и Солнцем, так что щит будет работать всегда.

Как далеко будет смотреть Уэбб?

На картинке ниже приведено сравнения приблизительной глубины взгляда Хаббла и Уэбба. Грубо говоря, если Хаббл видит галактики–подростки, то Уэбб разглядит галактики–детей. Главная причина, по которой Уэбб сможет заглянуть так далеко, — его возможности по наблюдению в среднем инфракрасном диапазоне. Из-за расширения Вселенной, чем дальше находится галактика от нас, тем сильнее её излучение смещено в область более длинных волн — это называется красным смещением. Поэтому начиная с некоторого расстояния пик излучения галактик оказывает в среднем инфракрасном диапазоне и не доступен для Хаббла.

А как же Гершель?

Если вы интересуетесь космическими телескопами и астрофизическими исследованиями, то наверняка знаете о телескопе имени Гершеля (Herschel Space Observatory), который был создан и запущен Европейским космическим агентством и как и Уэбб является инфракрасным телескопом, располагающимся в точке L₂.

Главное отличие Уэбба от Гершеля — рабочий диапазон длин волн. У Гершеля он значительно дальше в области ИК — от 60 до 500 микрон. А кроме того, зеркало Уэбба имеет диаметр 6,5 м, в то время как у Гершеля — 3,5 м.

Из-за разности в рабочих длинах волн, отличаются и научные задачи этих телескопов. Гершель в основном наблюдает за галактиками, в которых наиболее активно идёт процесс звездообразования. Уэбб ориентирован на изучение первых галактик во Вселенной.