Космический телескоп Джеймса Вебба (JWST) приближается к своему новому дому. 24 января он прибудет в точку пространства, которую ученые называют точкой Лагранжа 2, или L2.
Это техническое название тонкой гравитационной переломной точки. JWST находится там, где в паре Земля-Солнце гравитационное притяжение Земли идеально уравновешивает гораздо более сильную гравитацию Солнца. Разработчики JWST планировали, что их телескоп будет дрейфовать именно там, потому что там телескоп сможет работать без гравитационного воздействия, которое сдвинет его с места.
"Мы знали, что нам необходимо сохранить JWST на L2", - говорит Стефани Милам, планетарный ученый НАСА, работающий с JWST.
Каждая пара гравитационно связанных объектов - солнце и его планета, скажем, или планета и одна из ее лун - имеет пять точек Лагранжа. Астероид или космический корабль, например, может жить в одной из этих пяти точек, не сходя с орбиты.
В 1765 году математик Леонгард Эйлер с помощью гравитационных уравнений нашел первые три точки. Эти три точки - L1, L2 и L3 - образуют прямую линию. Возьмем Землю и Солнце. L1 лежит между Землей и Солнцем: точнее, примерно в 930 000 милях (1,5 миллиона километров) от Земли. L2 находится на дальней стороне Земли: она также примерно в 930 000 милях от нас и обращена к внешним границам Солнечной системы.
Через несколько лет после Эйлера, в 1772 году, один из его близких корреспондентов - другой математик по имени Жозеф-Луи Лагранж - снова проверил эти уравнения и понял, что существуют две дополнительные точки: L4 и L5. Они расположены на орбите Земли, причем L4 находится немного впереди нас, а L5 - немного позади.
L4 и L5 более стабильны, чем их собратья - они могут притягивать газ, пыль и даже более крупные объекты. Астрономы обнаружили по крайней мере два астероида в точках L4 и L5 Солнца и Земли, и они охотятся за другими. В других парах Солнце-планета также были обнаружены объекты в этих точках. В точках L4 и L5 Солнца и Юпитера находятся целые группы астероидов, известные как троянцы, которые посетит зонд НАСА "Люси".
L3 - странная точка, не имеющая аналога. Чтобы найти ее, вам придется пройти весь путь на другую сторону Солнца, близко к противоположной точке нашей орбиты (но, поскольку земная гравитация едва заметно тянет Солнце, это не совсем противоположная точка). Предсказуемо, что космические аппараты не могут легко добраться туда; ни один известный космический аппарат никогда не называл L3 своим домом.
Но L1 и L2 нам посетить гораздо проще: расстояние от Земли до Луны меньше в четыре раза. L1, обращенная к Солнцу, была идеальной площадкой для топанья - или для топанья космоса - для миссий, предназначенных для наблюдения за нашей звездой или потоками частиц в ее солнечном ветре.
L2, с другой стороны, находится в тени Земли. Это место идеально подходит для аппаратов, которые заглядывают за пределы Солнечной системы и в бескрайний космос. В настоящее время здесь располагаются космический аппарат ЕКА Gaia, который измеряет расстояния до звезд, и рентгеновская обсерватория "Спектр-РГ". 24 января к ним присоединится JWST.
С самого начала планирования JWST, несколько десятилетий назад, его разработчики и проектировщики решили, что L2 будет его правильным местом. JWST - это инфракрасный телескоп. Тепло также является инфракрасным, поэтому нахождение на околоземной орбите - и постоянное вращение под солнечными лучами - не является идеальным. Даже тепло от нашей планеты может нарушить чрезвычайно точные наблюдения телескопа.
"Любое тепло от Земли или Луны было бы тем, с чем нам пришлось бы бороться, а мы пытаемся обнаружить слабые сигналы галактик и звезд во всей Вселенной", - говорит Милам.
Размещение JWST на L2, вдали от Земли, позволяет обойти эту проблему. Нахождение в тени Земли также означает, что телескоп может использовать солнцезащитный экран, а не быть завернутым в трубу, как космический телескоп Хаббл. Это одна из причин, по которой JWST может использовать свое колоссальное зеркало.
Есть и другие преимущества нахождения на L2, говорит Милам. Например, находясь вне орбиты Земли, можно уклониться от других космических аппаратов, а также от большинства космического мусора, который может врезаться в телескоп и повредить его.
Но есть одна загвоздка. JWST находится слишком далеко от Земли, чтобы легко проводить техническое обслуживание. В отличие от Хаббла, который находится на околоземной орбите, НАСА было легко проводить ремонтные работы, включая знаменитый ремонт зеркала.
JWST не будет закреплен на L2, а будет находиться на точно настроенной орбите вокруг нее. Его орбита также не будет полностью стабильной. Сила солнечного излучения, давящая на солнечный щит, будет плавно сдвигать JWST с места. Там, говорит Милам, "в отличие от Хаббла, нам не поможет земная гравитация", которая будет сдерживать импульс космического аппарата.
Таким образом, JWST будет нуждаться в постоянной корректировке, чтобы оставаться на месте. По словам Милама, выяснение того, что для этого потребуется, - это то, с чем операторы JWST будут играть в течение следующих нескольких месяцев. После прибытия телескопа на место в понедельник они начнут проверять работу всех его инструментов. Затем начнутся наблюдения.
Когда JWST поселится рядом со своими спутниками на L2, все может затихнуть - по крайней мере, на несколько лет.
Более полудюжины других миссий планируют отправиться туда. Например, космический телескоп Нэнси Грейс Роман отправится туда в 2020-х годах. Туда же отправятся "Евклид", исследователь темной материи ЕКА; PLATO и ARIEL, два телескопа ЕКА, которые будут наблюдать за экзопланетами; и LiteBIRD, японская миссия, которая попытается заглянуть в самые ранние дни существования Вселенной.