Космічний телескоп ім. Джеймса Вебба (, JWST) — американський орбітальний інфрачервоний космічний телескоп. Призначений для широкого спектра спостережень в астрономії і космології, зокрема, спостереження найвіддаленіших об'єктів і подій у Всесвіті, як-от утворення перших галактик.
Проєкт здійснюється шляхом міжнародної співпраці 17 країн, на чолі з NASA, зі значним внеском ESA та CSA. Розробкою керував Центр космічних польотів імені Ґоддарда, головний підрядник — Northrop Grumman. Початкова назва — «Космічний телескоп нового покоління» (). 2002 року названо на честь другого керівника NASA Джеймса Вебба (1902—1992), що керував агенцією в 1961—1968 рр.
На кінець 2021 року витрати на створення телескопа складали понад 9,7 млрд доларів США ($), а з урахуванням подальших витрат ($861 млн на п'ятирічну експлуатацію) загальна вартість проєкту перевищила $10 млрд1.
Телескоп успішно запущено 25 грудня 2021 року, о 12:20 UTC, ракетою-носієм Аріан-5. Він прибув до точки Лагранжа Сонце — Земля L2 у січні 2022 року. Перше зображення від JWST було опубліковано на прес-конференції 11 липня 2022 р. Уже в перші тижні своєї роботи JWST вдалося зробити відкриття, можливо, найвіддаленішого астрономічного об'єкта за історію спостережень — галактики GLASS-z13.
Цей телескоп є наступником телескопа Габбла, як головної місії NASA в астрофізиці. На момент запуску телескоп Вебба був найбільшим, найдорожчим та найчутливішим оптичним та інфрачервоним космічним телескопом в історії людства, та одним із найважливіших проєктів в астрономії у XXI столітті.
Історія
Передісторія Ранні роботи з розробки наступника телескопа Габбла між 1989 і 1994 роками привели до концепції телескопа Hi-Z , 4-метрового інфрачервоного телескопа, який працював би на орбіті в три астрономічні одиниці. Ця далека орбіта була б вигідна через менший світловий шум від зодіакального пилу. Інші ранні плани передбачали місію телескопа-попередника ініціативи НАСА NEXUS (Nexus for Exoplanet System Science).
Виправлення невтішних характеристик космічного телескопа Габбл (HST) у перші роки його роботи зіграло значну роль у народженні JWST. 1993 року NASA підготувало місію Space Shuttle, яка мала замінити камеру HST і модернізувати його спектрограф, щоб компенсувати сферичну аберацію в його основному дзеркалі. Хоча астрономічна спільнота з нетерпінням чекала цієї місії, NASA попереджало, що така унікальна місія досить ризикована і що її успішне завершення жодним чином не гарантується. Тож Асоціація університетів для досліджень в астрономії (AURA), яка керує Інститутом досліджень космічним телескопом (STSI), сформувала комітет із провідних американських астрономів для оцінки ефективності ремонтної місії та вивчення ідей для майбутніх космічних телескопів, які знадобляться, якщо ремонтна місія не буде виконана. Підбадьорений успіхом HST та визнаючи інноваційну роботу в Європі для майбутніх місій, цей комітет, що отримав назву HST & Beyond, запропонував концепцію більшого та набагато холоднішого, чутливого до інфрачервоного випромінювання телескопа, який міг би досягти космологічного часу народження перших галактик. Ця високопріоритетна наукова мета була поза межами можливостей HST, оскільки, як теплий телескоп, він був засліплений інфрачервоним випромінюванням від власної оптичної системи. На додаток до рекомендацій щодо продовження місії HST до 2005 року та розробки технологій для пошуку планет навколо інших зір, NASA прийняло головну рекомендацію HST & Beyond щодо великого холодного космічного телескопа (охолодженого до сотень градусів нижче 0 °C) і розпочало процес планування майбутнього JWST.
Починаючи з 1960-х років на початку кожного десятиліття національні академії організували спільноту астрономів США, для творчої візії про астрономічні інструменти та дослідження на наступне десятиліття, а також досягнення консенсусу щодо цілей і пріоритетів. Бувши вірним прихильником «Декадних (десятирічних) опитувань астрономії та астрофізики» (), які ще з 1960-х доносили думку астрономічної спільноти щодо перспектив розвитку астрономії до агентства, NASA також досягло надзвичайного успіху в розробці програм та інструментів для виконання рекомендацій опитування. Таким чином, підтримуючи майбутній телескоп із середини 1990-х років, астрономічна спільнота надала йому високого пріоритету в десятирічному опитувані 2000 року. Підготовка опитування включала подальший розвиток наукової програми, яка стала відомою як «Космічний телескоп наступного покоління» (, NGST), а також досягнення відповідних технологій NASA. У міру розвитку концепції NGST було посилено важливість місії для вивчення народження галактик у молодому Всесвіті та пошуку планет навколо інших зір. Як і очікувалось, NGST отримав найвищий рейтинг у десятирічному огляді астрономії та астрофізики 2000 року, що дозволило продовжити проєкт із повним схваленням консенсусу спільноти.
Проєктування Проєктування телескопа розпочалась 1996 року з бюджетом 500 млн дол., а запуск спочатку планувався на 2007 рік. Проєкт кілька разів відкладали, а видатки зростали.
У 2002 році, після розробки дизайну, телескоп перейменували на честь другого адміністратора NASA (1961—1968) Джеймса Е. Вебба (1906—1992). Вебб очолював агентство під час програми Аполлон і заснував наукові дослідження як основну діяльність NASA. JWST — це проєкт NASA у міжнародній співпраці Європейського космічного агентства (ESA) та Канадського аерокосмічного агентства (CSA).
2005 року проєкт переробили. Початкові оцінки вартості межах 500 млн — 1 млрд $ були ненадійними і пізніше спонукали робити детальніші розрахунки перед десятирічними оглядами.
Для NASA проєкт став однією з «великих стратегічних місій» відділу астрофізики (), де «великими» зазвичай називають проєкти вартістю понад 1 млрд $.
У січні 2007 року дев'ять із десяти ключових технологій проєкту успішно пройшли технологічну експертизу без захисту (, T-NAR). Ці технології були визнані достатньо зрілими, щоб зняти значні ризики в проєкті. У квітні 2007 року було розроблено технологію останнього елемента, що залишався — кріоохолоджувача MIRI. Ця технологічна експертиза стала початковим кроком у процесі, який зрештою перевів проєкт на етап детального проєктування (фаза C). До травня 2007 р. витрати все ще були на плановому рівні. У березні 2008 року проєкт успішно завершив попередню експертизу конструкції (, PDR).
+ Історія зміни прогнозованої дати запуску та повного бюджету Рік Планована дата запуску Повний бюджет(мільярдів доларів США) 1997 2007 0,5 1998 2007 1 1999 2007—2008 1 2000 2009 1,8 2002 2010 2,5 2003 2011 2,5 2005 2013 3 2006 2014 4,52008: Preliminary Design Review 2008 2014 5.12010: Critical Design Review 2010 2015 to 2016 6,5 2011 2018 8,7 2013 2018 8,8 2017 2019 8,8 2018 2020 ≥8,8 2019 Березень 2021 9,66 2021 Грудень 2021 9,70
2009 року NASA почало прохати більше коштів. Незалежне оцінювання (, ICRP) у звіті за жовтень 2010 показало, що бюджет, прийнятий у 2008 році, був недосконалим і не враховував деякі передбачувані видатки. Звіт також стверджував, що збільшення кошторису й затримки були спричинені бюджетом і керівництвом, а не інженерними проблемами. Як наслідок, для керування бюджетом проєкту створили нову структуру, окрему від відділу астрофізики. Нові видатки привернули політичну й громадську увагу, мали вплив на усі астрофізичні проєкти та в цілому. NASA винесло з цього кілька уроків, зокрема усвідомлювати залежність від незавершених розробок, ефективніше оцінювати вимоги і мати бюджетні резерви.
У квітні 2010 року телескоп пройшов критичну експертизу конструкції (, MCDR). Проходження MCDR означало, що обсерваторія в цілому відповідатиме всім науковим та інженерним вимогам для здійснення своєї місії й дало «зелене світло» для її будівництва . Після MCDR було скориговано розклад запуску, він передбачався в 2018 році.
Будівництво До 2011 року проєкт JWST перебував на завершальній стадії проєктування та виготовлення (фаза C). Як і будь-яка складна конструкція, яку неможливо змінити після запуску, були детальні огляди кожної частини проєкту, будівництва та передбачуваної експлуатації. Проєкт запровадив нові технологічні кордони, він пройшов перевірку дизайну. Датою запуску було оголошено 2018 рік.
25 листопада 2015 року на телескоп встановили першу частину дзеркала та деяке інше обладнання. У лютому 2016 року головне дзеркало було повністю готове. Його збирання відбувалося в Центрі космічних польотів імені Ґоддарда.
Місія та цілі JWST орієнтований на астрономію ближньо-інфрачервону астрономію, але він також може спостерігати оранжеве та червоне видиме світло, а також середню інфрачервону область, залежно від інструменту. Акцент на дослідженні близького і середнього інфрачервоного випромінювання зроблено з трьох основних причин: видиме випромінювання далеких об'єктів із великим червоним зсувом зміщується в інфрачервоний діапазон. За допомогою телескопу Вебба вчені сподівалися побачити об'єкти, що почали випромінювати лише через 200 млн років після Великого вибуху; холодні об'єкти, такі як уламкові диски та планети, випромінюють найсильніше в інфрачервоному діапазоні; цю смугу важко вивчати з Землі чи за допомогою наявних космічних телескопів, таких як Габбл.
Наземні телескопи мають спостерігати крізь атмосферу Землі, яка є непрозорою в багатьох інфрачервоних діапазонах (див. малюнок атмосферного поглинання). Атмосфера містить багато хімічних сполук, таких як вода, вуглекислий газ і метан, що значно ускладнює аналіз навіть у тих діапазонах, де вона майже прозора, адже вони поглинають електромагнітне випромінювання в окремих лініях спектра. Наявні космічні телескопи, такі як Габбл, не могли вивчати цей діапазон, оскільки їх дзеркала недостатньо охолоджені (дзеркало Габбла підтримується при температурі близько 15 °C (288 K)), тому сам телескоп сильно випромінює в інфрачервоному діапазоні .
JWST працює на орбіті навколо точка Лагранжа L2 системи Сонце—Земля, на відстані від Землі (вчетверо далі Місяця). Така відстань практично унеможливлює ремонт або оновлення обладнання JWST після запуску, принаймні з тими космічними кораблями, що були недоступні на етапі проєктування та виготовлення телескопа. Утім, конструктори все ж вирішили обладнати телескоп стикувальним кільцем із розрахунком на можливі відвідини перспективними космічними кораблями. Об'єкти поблизу цієї точки Лагранжа обертаються навколо Сонця синхронно із Землею, що дозволяє телескопу залишатися на приблизно постійній відстані від нашої планети та мати приблизно однакову орієнтацію сонячного щита й платформи телескопа відносно Сонця та Землі. Така конфігурація дозволить підтримувати температуру телескопа нижче 50 K, що необхідно для спостережень в інфрачервоному діапазоні .
Будова телескопу У цілому, телескоп складається з таких частин: платформа космічного апарата, оптична система, інтегрований науково-інструментальний модуль і сонцезахисний щит.
Платформа космічного апарата Платформа космічного корабля є основним носійним компонентом космічного телескопа Джеймса Вебба, який об'єднує різні частини телескопа. Вона містить шість основних підсистем: електроживлення, орієнтації, зв'язку, керування та обробки даних, термоконтролю і рушійну установку . Двома іншими основними елементами JWST є інтегрований модуль наукових інструментів (, ISIM) та оптична система телескопа (, OTE) .
Сонцезахисний щит Для проведення спостережень в інфрачервоному спектрі необхідно підтримувати дзеркала та наукові прилади при температурі нижче 50 К, інакше інфрачервоне випромінювання самого телескопа засліплює його прилади. Тому телескоп використовує великий сонцезахисний екран, щоб блокувати світло й тепло від Сонця, Землі та Місяця, а його розташування поблизу точки Земля — Сонце L2 залишатиме всі три тіла по один бік від космічного корабля весь час. Його гало-орбіта навколо точки L2 уникає тіні Землі та Місяця, підтримуючи постійні умови для сонячного екрана та сонячних батарей.