История всего. 14 миллиардов лет космической эволюции. - Нил Деграсс Тайсон

Роберт Уильямс, занимавший тогда должность директора Института исследования космоса с помощью космического телескопа при Университете Джона Хопкинса[32], направил телескоп Хаббла в одном-единственном направлении — примерно в сторону Большой Медведицы — и оставил его записывать наблюдения в течение целых десяти дней. Это считается заслугой в первую очередь Уильямса потому, что Комитет по распределению рабочего времени телескопа, дающий к нему ограниченный доступ на основании одобренных им же заявок на различные космические исследования, изначально отказал Уильямсу в его запросе. Уильямс просил десять дней на изучение региона, специально выбранного за отсутствие в нем чего-либо откровенно интересного, — типичного «скучного» участка неба. Соответственно от его исследований другим текущим проектам не было бы особой пользы, а ведь конкуренция за драгоценные часы у телескопа и так была очень высокой. К счастью, Уильямс, как директор Института исследования космоса, имел право на бронирование времени у телескопа в «личных директорских целях» и не постеснялся воспользоваться этим преимуществом. По итогам проекта Hubble Deep Field[33] получил одну из самых знаменитых фотографий в мире астрономии.

Десятидневное наблюдение, случайно совпавшее с временным прекращением работы американского правительства в 1995 году, подарило миру самый изучаемый и исследуемый снимок в истории астрономии. Усыпанный галактиками и галактикообразными объектами, он предлагает нам своеобразный космический палимпсест, на котором объекты, находящиеся на самых разных расстояниях от Млечного Пути, оставляли свои автографы светом на протяжении многих лет. На фотографии мы видим объекты такими, какими они были, скажем, 1,3 миллиарда, 3,6 миллиарда, 5,7 миллиарда или 8,2 миллиарда лет назад; эпоха каждого объекта определяется его удаленностью от нас. Сотни астрофизиков уцепились за этот кладезь информации, уместившийся на одном-единственном снимке, чтобы получить новые данные о том, как эволюционировали галактики, и о том, как они выглядели в ближайшее время после своего формирования. В 1998 году телескоп добавил к этому снимку еще один — так называемый Hubble Deep Field South. На этот раз в течение десяти дней наблюдения непрерывно велись на другом участке неба — в противоположном направлении от первого, над Южным полушарием. Сравнение двух снимков позволило астрономам убедиться, что результаты первого из них не являются аномальными (например, если бы оба снимка получились совершенно идентичными или же категорически разными вплоть до мельчайших подробностей, мы могли бы заподозрить тут происки потусторонних сил), а также дополнительно скорректировать умозаключения о том, как рождаются и формируются разные типы галактик. После успешного ремонтного обслуживания, в рамках которого телескоп Хаббла был оснащен еще более чувствительными детекторами, Институт исследования космоса с помощью космического телескопа не смог устоять перед тем, чтобы в 2004 году не дать разрешения на проект Hubble Ultra Deep Field, в рамках которого предстояло проникнуть в еще более далекие регионы Вселенной.

К сожалению, самые ранние стадии формирования галактик, которые можно было бы оценить, наблюдая за еще более далекими звездными скоплениями, оказались недоступными даже для телескопа Хаббла — не в последнюю очередь потому, что космическое расширение сместило бо́льшую часть их излучения в инфракрасный диапазон спектра, который остается недоступным для оборудования телескопа. Для того чтобы увидеть эти еще более дальние галактики, астрофизики долго ждали появления преемника телескопа Хаббла — космического телескопа имени Джеймса Уэбба (James Webb Space Telescope, или JWST). Он получил свое название в честь главы NASA времен программы «Аполлон» и был запущен в Рождество 2021 года.

Телескоп JWST оснащен в два с половиной раза большим зеркалом, чем хаббловский, причем оно сделано не из цельного куска стекла, а собрано из 18 зеркал в форме шестиугольных сот, развертывающихся и раскрывающихся в космосе в виде замысловатого механического цветка. Это сделано для того, чтобы сформировать отражающую поверхность, превышающую по площади любую из тех, что вообще можно разместить на борту наших космических ракет. Новый космический телескоп также оснащен богатым инструментарием, превосходящим оснащение телескопа Хаббла, которое было изначально разработано в 1960-х годах, построено в 1970-х и запущено в работу в 1991 году. По этой причине, хотя в 1990-х годах оно и было усовершенствовано, оборудование «Хаббла» все-таки не обладает фундаментальными возможностями вроде умения обнаруживать инфракрасное излучение. Некоторые из подобных возможностей сегодня есть у космического телескопа «Спитцер»[34], запущенного в космос в 2003 году и выведенного из эксплуатации в 2020 году: он вращался вокруг Солнца и располагался гораздо дальше от Земли, чем телескоп Хаббла, что позволяло ему обходить помехи в виде бесчисленных потоков инфракрасного излучения, источником которого является наша планета. По этой же причине телескоп выведен на более удаленную орбиту, чем телескоп Хаббл и телескоп JWST. В точке L2, которая находится в космосе на расстоянии, в четыре раза превышающем расстояние до Луны, и в направлении, точно противоположном Солнцу, JWST сохраняет постоянное положение относительно Земли, вместе с ней вращаясь вокруг нашей звезды. Большое расстояние до точки L2 — 1,5 миллиона километров — и наши текущие возможности не позволяют отправить к телескопу команду техобслуживания, поэтому NASA пришлось приложить все силы, чтобы все получилось с первого раза. После нескольких месяцев испытаний в середине 2022 года JWST начал полноценную работу и готов предоставить человечеству все свои уникальные возможности для дальнейшего изучения Вселенной.

Получение новых знаний о Вселенной станет возможным в первую очередь благодаря способности JWST наблюдать Вселенную в инфракрасном спектре, которой очень не хватает в наборе возможностей Хаббла. Длина волны света, исходящего от объектов, которые удалены от нас на многие миллиарды световых лет, больше длины волны видимого света в 5, 10 или даже 20 и более раз. Значительная часть излучения, испускаемого в видимом и даже в ультрафиолетовом диапазоне, сместилась в инфракрасную область спектра, и для его регистрации требуются специализированные детекторы. Возможность воспринимать инфракрасное излучение позволит телескопу JWST наблюдать эпоху формирования галактик, которая началась менее чем через миллиард лет после Большого взрыва.

В дополнение к этим новшествам в арсенале традиционных методов астрономических наблюдений в последние несколько лет появились также новые средства исследования космоса. Например, в 2015 году благодаря первому обнаружению «гравитационного излучения» было прорублено новое окно во Вселенную, позволяющее наблюдать за ней.

В мире науки слово «излучение» имеет несколько значений. Обычно оно описывает электромагнитное излучение — потоки фотонов, не имеющих массы, разные типы которых несут разное количество энергии. Термин же «ядерное излучение», вносящий некоторую путаницу в определение, включает в себя как фотоны, так и частицы с массой, которые участвуют в ядерных реакциях. От этих видов излучений полностью отличается гравитационное излучение, также называемое гравитационными волнами. Это рябь самого пространства, которая заставляет все, что в нем находится, покачиваться ей в