Машина времени в космосе: как телескоп Уэбба видит прошлое

Когда телескоп Уэбба фотографирует далёкую галактику, он снимает не то, что там сейчас, а то, что было миллиарды лет назад.

Свет летит не мгновенно. Поэтому смотреть на далёкие объекты — значит смотреть в их прошлое: чем дальше галактика, тем более раннюю Вселенную мы видим.

Телескоп Джеймса Уэбба — самый мощный космический телескоп в истории, запущенный в конце 2021 года. О нём говорят странную вещь: будто он «видит прошлое» и почти что «начало времён». Это не метафора и не преувеличение. Это прямое следствие одного простого факта о свете.

Свет ленив (по космическим меркам)

Свет — самое быстрое, что есть во Вселенной: почти 300 000 километров в секунду. На Земле это кажется мгновенным. Но космос огромен, и расстояния там измеряют в световых годах — это путь, который свет проходит за год. Так вот, когда вы смотрите на Солнце, вы видите его таким, каким оно было 8 минут назад: ровно столько шёл его свет. Если бы Солнце вдруг погасло, мы бы ещё 8 минут об этом не знали.

Теперь масштабируем. Ближайшая крупная галактика, Андромеда, — в 2,5 миллиона световых лет. Значит, её свет, который ловит телескоп сегодня, покинул её 2,5 миллиона лет назад. Мы видим Андромеду такой, какой она была, когда на Земле ещё не было современного человека. Смотреть вдаль — буквально означает смотреть в прошлое.

Чем дальше — тем раньше

И здесь кроется суперспособность мощного телескопа. Чем дальше объект, тем дольше шёл его свет, тем более древнюю картину мы застаём. Телескоп Уэбба способен поймать свет галактик, удалённых на 13 с лишним миллиардов световых лет. То есть он видит их такими, какими они были вскоре после рождения Вселенной, которой около 13,8 миллиарда лет. По сути, это машина времени, заглядывающая почти к самому началу.

Почему обычного зеркала мало: инфракрасное зрение

Но тут возникает хитрость. Вселенная расширяется, и далёкие галактики удаляются от нас. Из-за этого их свет «растягивается» по пути — длина волны увеличивается, и видимый свет смещается в сторону невидимого инфракрасного, теплового диапазона. Это явление называют красным смещением. Чем дальше галактика, тем сильнее растянут её свет.

Значит, чтобы увидеть самые далёкие и древние объекты, телескопу нужно зрение не в обычном видимом свете, а в инфракрасном — то есть он должен «видеть тепло». Именно поэтому Уэбб — инфракрасный телескоп, и в этом его принципиальное отличие от знаменитого «Хаббла», работавшего в основном в видимом диапазоне.

Отсюда — необычная конструкция

Чтобы ловить слабое тепло древних галактик, сам телескоп должен быть ледяным — иначе его собственное тепло засветит всё, как фонарь в темноте мешает разглядеть звёзды. Поэтому у Уэбба есть гигантский, размером с теннисный корт, многослойный солнечный щит. Он закрывает телескоп от Солнца, Земли и Луны, охлаждая приборы до почти абсолютного нуля — около минус 230 градусов.

Зеркало телескопа — золотое: тонкий слой золота отлично отражает именно инфракрасный свет. А само зеркало диаметром 6,5 метра оказалось слишком большим, чтобы влезть под обтекатель ракеты целиком. Поэтому его сделали складным, из 18 шестиугольных сегментов: телескоп улетал сложенным, как оригами, и раскрывался уже в космосе — рискованная операция из сотен движений, любое из которых могло всё погубить.

Куда его отправили и зачем

Уэбб не вращается вокруг Земли. Он работает в особой точке космоса в полутора миллионах километров от нас — вчетверо дальше Луны. В этой точке притяжение Солнца и Земли уравновешено так, что телескоп летит вместе с Землёй вокруг Солнца, держась с ночной стороны. Это позволяет ему всегда прятаться в тени своего щита и оставаться холодным. Платой стала недосягаемость: в отличие от «Хаббла», к Уэббу нельзя прилететь и починить его — слишком далеко.

Так что телескоп Джеймса Уэбба — это не просто очень хорошая камера. Это инструмент для путешествия во времени, построенный на простом и неотменимом свойстве света: он всегда чуть-чуть опаздывает. И чем глубже мы вглядываемся в космос, тем дальше в прошлое заглядываем — вплоть до первых галактик, зажёгшихся в юной Вселенной.