Телескоп Уэбба впечатляет. Но вселенная тем более.

Этот новый инструмент не может делать все, но он улавливает часть первого света, излученного после Большого взрыва, и это уже открывает чудеса.

WR для Вашингтон Пост
WR для Вашингтон Пост

Комментарий

После показа впечатляющих первых изображений с космического телескопа имени Джеймса Уэбба НАСА мой коллега-журналист прислал мне по электронной почте вопрос: «Позволяет ли Уэбб увидеть всю Вселенную?»

«Конечно, нет», — уверенно ответила я, — и тут же промахнулась. Хм. Если этот удивительный новый телескоп может заглянуть в самые глубокие уголки Вселенной — почти до самой зари времен! — почему он не может видеть все, что есть или когда-либо было?

Я сделал то, что всегда делаю, когда сбит с толку астрофизикой: написал Гарту по электронной почте.

Гарт Иллингворт — астроном из Калифорнийского университета в Санта-Круз. Он сыграл ключевую роль в создании Webb еще в конце 1980-х годов, знает все, что нужно знать о телескопе, и отвечает даже на мои самые глупые вопросы быстро и с сочувствием.

«Мы можем видеть только ту часть Вселенной, которая находится в пределах времени прохождения света от нас для возраста Вселенной — поэтому то, что мы можем видеть, находится внутри огромного шара (чудовищного шара!), но это не вся Вселенная. — ответил Иллингворт. «Вселенная может быть бесконечной, но, несмотря ни на что, она больше, чем мы можем когда-либо увидеть!»

Он добавил милосердный постскриптум: «Действительно трудно понять это, я согласен».

Давайте на один момент отложим в сторону ошеломляющие размеры и возможную бесконечность Вселенной. Успешный запуск, развертывание и ранние научные результаты от Webb имеют большое значение для астрономии. Но не заблуждайтесь: Вселенная не собирается раскрывать все свои секреты.

Мы, земляне, таскаем за собой очень длинный и пугающий список вещей, которых мы не знаем. Новый телескоп может с ними справиться, но с большинством неизвестных придется работать научным инструментам будущего. И будущими учеными — теми, кто сейчас учится в начальной школе, засыпая родителей элементарными и весьма отличными вопросами, такими как:

Есть ли жизнь за пределами Земли?

Существуют ли инопланетные цивилизации?

Что является фундаментальной сущностью материи и энергии?

Почему Вселенная расширяется и какова ее судьба?

И еще есть главный вопрос (может захотеть зациклиться на некоторых теологах и философах): почему существует что-то, а не ничего?

Телескоп Уэбба, вращающийся вокруг Солнца примерно в 1 миллионе миль от Земли и превосходящий ожидания, разработан с учетом некоторых неизвестных и не оптимизирован для решения некоторых других. Телескоп придумали прежде всего ученые как инструмент для улавливания части первого света Вселенной, испущенного вскоре после Большого взрыва, когда неуклюжие маленькие галактики только начинали формироваться и еще не превратились в величественные спирали, подобные Андромеде или нашему Млечному Пути.

Ученые описывают эти далекие объекты по их «красному смещению» — как далеко их длины волн света сместились в сторону красного конца спектра из-за расширения пространства после Большого взрыва. Чем больше красное смещение, тем дальше галактика в пространстве и времени. Были и другие инфракрасные телескопы — космический телескоп Спитцер исследовал эту область, и даже Хаббл немного видит инфракрасную часть спектра, — но у Уэбба зеркало намного больше. Никогда еще не было телескопа, который мог бы так детально разглядеть эти самые ранние галактики.

Сознание пчел

«Это похоже на то, что человечество только что получило совершенно новые очки для далекой вселенной», — сказала мне по электронной почте планетарный астроном Хайди Хаммель. Как и у Иллингворта, у нее есть дар объяснять вещи так, как мы, обычные люди, можем их понять. Ее электронное письмо продолжилось: «Мы внезапно видим, что эти зеленые зоны на верхушках деревьев на самом деле состоят из тысяч отдельных листьев. Мы подозревали это, но теперь мы видим это впервые».

У Вселенной есть удивительная архивная особенность: свет. Он движется с конечной скоростью около 186 000 миль в секунду. И он продолжает двигаться и двигаться — способный пересечь космос, пока не встретится с чем-то, например, с частицей пыли или зеркалом телескопа.

Астрономия — это форма космической археологии, потому что все, что мы видим, — это моментальный снимок какого-то момента в прошлом. Световой год — это мера расстояния — около 6 триллионов миль. Поэтому, когда мы видим что-то, что находится в четырех световых годах от нас, мы видим свет, который оно излучало четыре года назад. Андромеда, ближайшая крупная галактика, находится в паре миллионов световых лет от нас. Самые ранние галактики излучали свет более 13 миллиардов лет назад.

«Вселенная была где-то далеко, нам просто нужно было построить телескоп, чтобы увидеть, что там находится», — памятно заявила ученый проекта Джейн Ригби на пресс-конференции 12 июля в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА, когда была получена первая партия изображений. вышел.

Чтобы увидеть этот слабый инфракрасный свет, требуется телескоп, способный работать при сверхнизких температурах. Это означает, что нужно оставить его подальше от нашей излучающей тепло Земли. Это также означает создание большого зеркала, которое будет служить ведром света. Инженеры придумали новый и рискованный дизайн: 18 шестиугольных позолоченных зеркал, которые могут независимо маневрировать и функционировать как единое зеркало диаметром около 21 фута.

Зеркало было настолько большим, что при запуске телескоп пришлось сложить в носовой части ракеты. Мчась в космосе, он должен был раскрыться в серии деликатных развертываний, как распустившийся цветок. Это включало развертывание пятислойного ультратонкого солнцезащитного экрана размером с теннисный корт.

НАСА и его партнеры — европейское и канадское космические агентства — сделали ставку на то, что все это будет работать идеально. Права на ошибку практически не было. Инженеры могли заставить телескоп трястись и трястись, если что-то застряло, но это был грубый аварийный вариант. Уэбб был там сам по себе, слишком далеко, чтобы его могли починить астронавты, и не имел модульных частей, которые можно было бы заменить, в отличие от инструментов на Хаббле.

Анатомия книжного запрета

Ученые нервничали. Инженеры нервничали. Боссы НАСА нервничали. Считайте этого репортера одним из тех, кто думал, что у этого телескопа есть отличные шансы стать пресс-папье за ​​10 миллиардов долларов.

«Невозможно передать, насколько тяжело это было на самом деле», — сказал собравшимся 12 июля Джон Мазер, ученый НАСА, получивший Нобелевскую премию по физике за свои исследования ранней Вселенной и являющийся старшим научным сотрудником проекта Webb.

Но это сработало, и теперь внимание переключается с удивительной инженерии на удивительную науку.

Джейн Ригби терпеливо объяснила мне, что Уэбб может и чего не может. Я понял одну вещь: даже в миллионе миль от Земли, с этим солнцезащитным экраном, обеспечивающим эквивалент SPF 1 миллион, Уэбб не находится в полной темноте. Небеса светятся в инфракрасной части спектра из-за отражения солнечного света от пыли.

— Это наша дурацкая солнечная система, — сказал Ригби. «Это зодиакальное облако. Это свет нашей Солнечной системы. Мы застряли в нашей Солнечной системе и не можем выбраться из нее».

Уэбб, вероятно, не сможет увидеть самые первые звезды, сказала она, «если они не будут достаточно любезны, чтобы взорвать для нас». Но Уэбб уже обнаружил галактику, которая излучала свой свет всего через 300 миллионов лет после Большого взрыва — рекорд. Инструменты на телескопе могут проводить спектроскопию этого света, чтобы увидеть, какие элементы присутствуют.

«Как мы делаем нас?» — спрашивает Ригби, а затем объясняет, что она имеет в виду под этим очень простым вопросом. «Как сделать кислород, углерод, азот, железо? Как составить периодическую таблицу? Я думаю, что это будет действительно важная наука, исходящая от Уэбба».

Одной из самых захватывающих задач Уэбба будет тщательное изучение экзопланет — планет, вращающихся вокруг далеких звезд. Одной из заманчивых целей является Trappist-1, красный карлик, вокруг которого вращаются семь планет, некоторые из которых вращаются в том, что считается обитаемой зоной, где вода может быть жидкой на поверхности.

Уэбб не может видеть эти планеты напрямую — он собирает информацию о том, как они изменяют свет от звезд, вокруг которых вращаются, — но должен быть в состоянии определить, есть ли у них атмосферы. Красные карлики периодически испускают сильные всплески радиации, и астрофизики хотят знать, могут ли планеты вокруг таких звезд удерживать свои атмосферы среди этих звездных бурь. Уэбб должен ответить на этот вопрос и потенциально обнаружить атмосферный водяной пар, метан и углекислый газ. Это не будет доказательством жизни, но улучшит наше понимание экзопланет. Телескопы будущего, возможно, смогут видеть не только атмосферы, но и поверхности, в том числе «океанский блеск», — сказал Книколь Колон, еще один астрофизик из Годдардского НАСА.

Колон сказала мне, что ей любопытно, есть ли в траппистской системе несколько пригодных для жизни планет или, как в нашей Солнечной системе, только одна. И она указала на основную истину о новых астрономических инструментах: они всегда обнаруживают что-то, чего нет в планировочном документе.

«Я не уверена, что мы когда-нибудь разгадаем вселенную, потому что каждый раз, когда мы запускаем что-то новое, мы делаем новые открытия, которых не ожидали, — и тогда нам нужно их выяснить», — сказала она.

Вот вопрос о жизни за пределами Земли, на который ученые когда-нибудь смогут ответить: может ли планета иметь только что немного жизни? Может ли жизнь существовать на внешне бесплодных местах, таких как Марс? Или жизнь, закрепившись, как правило, бунтует, превращая свою среду в биосферу, полностью задушенную живыми существами?

«Есть мнение, что вы либо постоянно заселены, либо нет. Вы не просто немного живы, если вы планета», — сказал мне Шон Домагал-Голдман, астробиолог Годдарда НАСА. «Но это идея. Весь смысл науки в том, что мы должны проверить эту гипотезу».

Тот факт, что существует так много неизвестных, не следует путать с глупым представлением о том, что мы вообще ничего не знаем. Каждый слышал ту или иную версию этой идеи, которая является не столько интеллектуальным аргументом, сколько моральным, своего рода наказанием за то, что мы присвоили себе веру в то, что мы можем понять нашу физическую реальность.

фигня. Если бы вы жили несколько столетий назад и спросили астронома, сколько световых лет от нас до Галактики Андромеды, ответ мог бы быть «Что такое световой год?» (а также «Что такое галактика?»). Сила науки в том, что она сообщает нам, что является правдой, или, по крайней мере, дает нам наилучшее предварительное приближение к истине, а не то, во что мы хотели бы верить или что кажется очевидным на первый взгляд. Когда Коперник опроверг птолемеевскую модель Солнечной системы и сместил нас из центра, это был всего лишь один шаг в долгом и ошеломляющем путешествии, чтобы узнать, как мы вписываемся во Вселенную.

Наука, вообще говоря, была настолько успешной за последние полтысячелетия, что подняла планку для молодых исследователей, особенно в области физики. Смотреть, как яблоко падает с дерева, уже не получится, если вы работаете над диссертацией. Возможно, вам потребуется проанализировать данные с помощью совершенно нового инструмента, такого как телескоп Уэбба.

Возможно, одна из причин, по которой так трудно понять некоторые фундаментальные особенности Вселенной, заключается в том, что она возмутительна на первый взгляд. Он наполнен неисчислимыми триллионами звезд, галактик, планет и лун, а также сложными организмами, которые задаются трудными вопросами о том, почему они существуют. Это много вещей для расшифровки. Если бы Вселенная была намного проще — просто много водорода и гелия, плавающих вокруг — она не была бы такой непостижимой. Это был бы просто большой, скучный газовый мешок. (И он будет баллотироваться в президенты!)

Что станет величайшим открытием Уэбба? Его наиболее значительным вкладом может быть просто его успешное использование в качестве инструмента, который производит огромное количество научных данных. Возможно, когда-нибудь мы разберемся с гравитацией, космической судьбой и жизнью в других мирах, но пока давайте просто вспомним, что мы делаем успехи в великих неизвестных.

Технологии почти наверняка не могут решить все наши глобальные проблемы; модный новый телескоп не сможет накормить голодных, восстановить справедливость, положить конец войнам или подавить худшие последствия изменения климата. Но когда появляется что-то вроде Webb — сотрудничество НАСА, международных космических агентств, частного сектора и коллективного гения ученых и инженеров со всего мира — это напоминает нам, что мы все еще можем делать сложные вещи.

Leave a Comment