Джеймс Уэбб (телескоп)

15 июня 2017 года NASA и Европейское космическое агентство (ЕКА) опубликовали список объектов, которые должны были стать первыми целями научных исследований с помощью телескопа «Джеймс Уэбб» (в ходе более 2100 наблюдений). В этот список попали планеты, их спутники и малые тела Солнечной системы, экзопланеты и протопланетные диски, галактики, скопления галактик, а также квазары^[10][27].

30 марта 2021 года NASA объявило финальный список первичных целей для наблюдений, которые должны были начаться через 6 месяцев после запуска телескопа. В общей сложности было отобрано 286 из более чем 1000 заявок, требующие в сумме около 6000 часов наблюдательного времени телескопа (что составляет около 2/3 всего времени, выделенного в рамках первого цикла наблюдений) по 7 основным направлениям астрономии^[28][29]. Было решено, что NASA получит 80% времени телескопа, тогда как EKA — 15%^[30], Канадское космическое агентство — 5%^[31].

Первичными задачами «Джеймса Уэбба» в области астрофизики и космологии являются:

• исследование реионизации ранней Вселенной, установление её временны́х рамок, а также источников, которые её вызвали^[32];
• регистрация излучения самых первых звёзд и галактик, образовавшихся вскоре после Большого взрыва;
• изучение формирования и эволюции галактик и звёзд^[33][34].

С помощью телескопа планируется выяснить, как выглядели галактики в период времени от 400 тысяч до 400 млн лет после Большого взрыва. Поскольку объекты такого большого возраста обладают высоким космологическим красным смещением, основная часть их излучения лежит в инфракрасном диапазоне длин волн. Кроме того, в силу большой удалённости этих объектов поток излучения от них очень слабый, вследствие чего телескоп должен обладать большим главным зеркалом, чтобы собрать достаточное количество испускаемых ими фотонов.

В области планетологии задачи телескопа включают изучение формирования и эволюции планетных систем, а также происхождения жизни^[33][23][34]. Поскольку непосредственное наблюдение процесса эволюции какой-либо одной планетной системы невозможно в силу его длительных временны́х рамок, данный процесс можно изучать, наблюдая разные планетные системы на разных стадиях их эволюции и сравнивая наблюдательные данные с предсказаниями теоретических моделей.

«Джеймс Уэбб» способен обнаруживать относительно холодные экзопланеты с температурой поверхности до 300 К (что практически равно температуре поверхности Земли), расположенные дальше 12 а. е. от своих звёзд и удалённые от Солнечной системы на расстояние до 15 световых лет. Также он способен наблюдать планеты массой около 0,3 массы Юпитера на расстояниях свыше 100 а. е. от родительской звезды и массой менее массы Сатурна на расстояниях свыше 10 а. е. от звезды^[35].

В зону подробных наблюдений «Джеймса Уэбба» попадут более двух десятков ближайших к Солнцу звёзд. Благодаря данному телескопу ожидается прорыв в экзопланетологии — его возможностей будет достаточно для обнаружения не только самих экзопланет, но даже их спутников, а также регистрации спектральных линий этих планет. Это будет недостижимо больше ни для одного наземного либо космического телескопа до 2028 года, когда в строй будет введён Чрезвычайно большой телескоп (ELT) с диаметром главного зеркала 39,3 м^[36]. Для исследования экзопланет будут также использованы данные, полученные космическим телескопом «Кеплер»^[37] начиная с 2009 года.

Однако возможностей «Джеймса Уэбба» будет недостаточно для получения изображений найденных экзопланет. Даже при наблюдениях с помощью более крупных телескопов — строящегося ELT и планируемого LUVOIR — ближайшие к Земле гигантские экзопланеты (супер-Юпитеры) будут видны как слабые точки.

Задачи исследования формирования планетных систем включают в себя наблюдения и изучение протопланетных дисков. В перечень первоочередных объектов для изучения входят 17 ближайших протопланетных дисков из 20, изображения которых были получены в 2003 году космическим телескопом «Спитцер» и в 2018 году комплексом радиотелескопов ALMA. «Джеймс Уэбб» будет измерять спектры протопланетных дисков, что позволит составить представление об их химическом составе, а также уточнить детали внутреннего строения систем, наблюдаемых ранее комплексом ALMA в рамках проекта DSHARP (англ. Disk Substructures at High Angular Resolution Project). Ожидается, что наблюдения с помощью установленного на телескопе прибора MIRI в среднем инфракрасном диапазоне длин волн дадут возможность выявить во внутренних частях протопланетных дисков активно формирующиеся каменистые планеты, похожие на Землю, по характерным химическим элементам, из которых они состоят. Можно будет измерить количество воды, угарного газа, углекислого газа, метана и аммиака в каждом диске, а также оценить содержание и расположение внутри диска таких необходимых для жизни химических элементов, как кислород, углерод и азот (это важно для понимания того, находится ли вода в потенциально обитаемой зоне, где прочие условия подходят для возникновения жизни)^[38].

Инфракрасные инструменты телескопа будут использованы для изучения водных миров Солнечной системы — спутника Юпитера Европы и спутника Сатурна Энцелада. Инструмент NIRSpec будет использован для поиска индикаторов жизни (метан, метанол, этан) в гейзерах обоих спутников^[39].

Инструмент NIRCam сможет получить изображения Европы с высоким разрешением, которые будут использованы для изучения её поверхности и поиска регионов с гейзерами и высокой геологической активностью. Состав зафиксированных гейзеров будет проанализирован с помощью инструментов NIRSpec и MIRI. Данные, полученные в ходе этих исследований, будут также использованы при исследовании Европы зондом Europa Clipper.

Для Энцелада, ввиду его удалённости и малых размеров, получить изображения с высоким разрешением не удастся, однако возможности телескопа позволят провести анализ молекулярного состава его гейзеров.

Запланированы наблюдения карликовой планеты Церера, астероидов Паллада и Рюгу, транснептуновых объектов, кентавров и нескольких комет.

Идея строительства нового мощного космического телескопа возникла в 1996 году, когда американские астрономы выпустили доклад HST and Beyond с обсуждением перспектив развития астрономии в XXI веке^[40]. В докладе были поставлены две основные цели астрономии на следующее столетие:

• детальное изучение формирования и эволюции обычных галактик, подобных нашей Галактике;
• обнаружение планет земного типа вокруг других звёзд и поиск доказательств существования внеземной жизни на них.

Для достижения этих целей была поставлена задача по разработке инфракрасной космической обсерватории с апертурой 4 м или больше, способной получать изображения астрономических объектов и проводить спектроскопические наблюдения в диапазоне длин волн 0,5—20 мкм. Приблизительная стоимость проекта была оценена в 500 млн долларов США. Ключом к достижению этой цели должны были стать короткие сроки разработки силами небольших групп разработчиков, использование лёгких, компактных конструкций и преимуществ термически стабильной среды в условиях микрогравитации на высокой околоземной или околосолнечной орбите. Эти новшества должны были стать существенным отходом от концепции телескопа «Хаббл», которая во многих отношениях больше напоминала наземный телескоп, модифицированный для работы в космосе^[41].

До 2002 года телескоп назывался «Космическим телескопом нового поколения» (англ. Next-generation space telescope, NGST), поскольку новый инструмент должен продолжить исследования, начатые «Хабблом»^[23]. Под этим же названием телескоп входил в состав комплексного проекта Пентагона AMSD по разработке сегментированного зеркала для разведывательных и лазерных ударных спутников^[64]. Наличие военных в чисто научном проекте плохо влияло на репутацию последнего и NASA хотело разорвать прямую связь с военной программой AMSD на уровне названия. Поэтому в 2002 году, когда действительно проект телескопа стал заметно отличаться в конструкции зеркала от других собратьев по программе AMSD^[65], NASA решило переименовать телескоп в честь своего второго руководителя Джеймса Уэбба, возглавлявшего агентство в 1961—1968 годах, во время реализации программы «Аполлон».

Однако это вызвало крупный скандал в научном сообществе США: более 1200 учёных и инженеров, связанных с космическими исследованиями, написали петицию с требованием переименовать телескоп ещё раз, так как Уэбба обвинили в преследовании гомосексуалистов среди персонала NASA. После бурной дискуссии руководство NASA решило оставить название, однако некоторые американские учёные в знак протеста используют в своих научных работах только сокращённое название JWST^[66].

Стоимость и сроки проекта неоднократно увеличивалась. В июне 2011 года стало известно, что стоимость телескопа превысила изначальные расчёты по меньшей мере в 4 раза. В бюджете NASA, предложенном в июле 2011 года Конгрессом США, предполагалось прекращение финансирования строительства телескопа^[67] из-за плохого управления и превышения бюджета программы^[68][69], но в сентябре того же года бюджет был пересмотрен, и проект сохранил финансирование^[70]. Окончательное решение о продолжении финансирования было принято Сенатом США 1 ноября 2011 года.

В 2013 году на постройку телескопа было выделено 626,7 млн долларов США.

К весне 2018 года стоимость проекта возросла до 9,66 млрд долларов^[58].

Текущая ориентировочная стоимость проекта составляет около 10 млрд долларов США (и будет расти по мере эксплуатации телескопа), из которых вклад NASA оценивается в 8,8 млрд долларов, вклад Европейского космического агентства — 850 млн долларов, включая запуск, вклад Канадского космического агентства — 165 млн долларов^[25][26].

Чувствительность телескопа и его разрешающая способность напрямую связаны с площадью главного зеркала, которое собирает электромагнитное излучение от астрономических объектов. Учёные и инженеры определили, что минимальный диаметр зеркала должен быть 6,5 м, чтобы можно было зарегистрировать излучение от самых далёких галактик. Простое изготовление зеркала, подобного зеркалу телескопа «Хаббл», но большего размера, было неприемлемо, так как его масса была бы слишком большой для запуска телескопа в космос. Команде учёных и инженеров необходимо было найти решение, чтобы новое зеркало имело 1/10 массы зеркала телескопа «Хаббл» на единицу площади^[13].

Для создания зеркала была инициирована программа Advanced Mirror System Demonstrator (AMSD). Проект AMSD являлся проектом двойного назначения. В ходе данного проекта должна была быть создана технология сегментированного зеркала, которое предназначалось для «Джеймса Уэбба», перспективных спутников инфракрасной разведки и зеркала для фокусировки лазера для перспективного ударного спутника Space Based Laser (SBL)^[64][13][71].

Зеркало по программе AMSD предполагало использование следующих технологических решений^[65][64][72]:

• использование шестиугольных сегментов, из которых можно собирать зеркала различной площади (сегментированный характер зеркала также позволял сворачивать телескоп в компактную форму в ракете-носителе);
• изготовление сегментов с использованием технологии адаптивной оптики: т. е. они должны быть не твёрдыми, а «полутвёрдыми», и с помощью микромеханических устройств можно корректировать их кривизну для исправления ошибок сочленения или неправильного положения зеркала;
• наличие от 4 до 16 актуаторов для позиционирования и настройки формы зеркала в зависимости от версии устройства;
• воздействие микромеханических актуаторов на углеродный механический каркас, расположенный под зеркалом.

Сегментированные зеркала легче и дешевле цельных, но имеют такой недостаток, как зазоры в несколько миллиметров между сегментами. Это сказывается на том, что дифракционный предел сегментированного зеркала определяется не только его диаметром, но и зависит от качества устранения микросдвигов между краями сегментов в разных направлениях, что порождает в свою очередь фазовый сдвиг и дифракционные эффекты. Адаптивная оптика сегментированных зеркал прежде всего предназначена для минимизации дифракции от зазоров между сегментами чётким выравниванием их в одной плоскости и подавления дифракции от вариабельности фокусировки разных сегментов^[73]. Модель дифракционных искажений «Джеймса Уэбба» после регулировки адаптивной оптикой показывает, что конечно зазоры между сегментами ухудшают качество изображения, но на 90% дифракция зависит от размеров зеркала, как и в классических цельных зеркалах^[74].

Дифракция излучения в телескопе также зависит от длины волны. В ближней (коротковолновой) области инфракрасного диапазона спектра (на длине волны 0,6—2,3 мкм) угловое разрешение «Джеймса Уэбба» составляет 0,031″^[75], а в более длинноволновой области, в которой работает прибор MIRI (5—28 мкм), телескоп имеет разрешение ~0,1″^[76] (т. е. ниже, чем у телескопа «Хаббл», снимки которого в видимом свете доступны с разрешением 0,06″ на уровне его теоретического предела^[77]).

Сегментированные зеркала с адаптивной оптикой при той же массе и стоимости в сравнении с классическим зеркалом дают существенно выше разрешение в том же диапазоне длин волн, а также несравнимо более высокую светосилу. После внедрения такой технологии в разведывательные спутники США, классическая оптика перестала быть нужной ЦРУ, и оно подарило NASA два зеркала, являющиеся копиями зеркала «Хаббла», от спутников KH-11, так как больше в них не нуждалось из-за устаревания технологии^[65][78]. Прототип разведывательного инфракрасного спутника Пентагона в рамках программы AMSD на базе тех же зеркальных сегментов, что и для «Джеймса Уэбба» был изготовлен теми же подрядчиками (Northrop Grumman и др.) и передан в Военно-морскую академию США для практического обучения офицеров использованию инфракрасных разведчиков такого класса. Проект был реализован под руководством заместителя руководителя Национального управления военно-космической разведки США генерала армии Эллена Павликовски^[79]. «Джеймс Уэбб» не является первым случаем использования одинаковой технологии зеркала с разведывательными спутниками США. Телескоп «Хаббл» использовался для отработки новой версии более крупного зеркала для разведывательных спутников KH-11^[80].

Журнал The Space Review, анализируя проект Павликовски, отметил, что в космических телескопах общественность реагирует только на то, что ей позволяет знать Пентагон, в то время как современное развитие технологий космического наблюдения намного опережает то, что NASA разрешается сообщать в пресс-релизах. Журнал также отмечает опыт спутника Орион (Ментор), где на геостационарной орбите развёрнута конструкция радиотелескопа более чем 100 м в диаметре, которая на порядки сложнее механики разложения «Джеймса Уэбба». Также эксперты отмечают, что ВМФ США в своём пресс-релизе о разведывательном прототипе сообщает очень много деталей о практическом использовании адаптивной оптики с искривлением зеркал с помощью микромеханических устройств, что может означать, что это опыт, полученный не со стенда, а с функционирующего на орбите спутника. По мнению экспертов это может говорить о том, что военные клоны «Джеймса Уэбба» уже успешно развёрнуты на орбите с целями, аналогичными разведывательной системе SBIRS, как то было с первыми KH-11, запущенными задолго до запуска «Хаббла»^[81].

Введённые правительством США режимы военной секретности для «Джеймса Уэбба» широко обсуждались в научном сообществе и крупных СМИ. Журнал Scientific American в 2014 году опубликовал статью о том, что научное сообщество откровенно удивлено тем, что чистым академическим учёным запрещено участвовать в руководстве проекта «Джеймс Уэбб», что вызвало вопросы о балансе научных и военных целей проекта. Руководитель проекта, руководитель научной миссии и директор по астрофизике должны иметь высочайший для США уровень допуска к секретным военным материалам Top Secret. Это фактически требовало, чтобы научным руководством проекта занимались не астрофизики и учёные, а инженеры с опытом разработки спутников-шпионов. Бывший аналитик ЦРУ Аллен Томсон отметил, что хотя NASA использует очень часто двойные технологии в научных проектах, такое требование крайне необычно для NASA и указывает на то, что проект создаётся под эгидой Национального управления военно-космической разведки США^[82][83]

В 2016 году NASA опубликовало видео c «Джеймсом Уэббом», где была снята крышка с задней части вторичного зеркала, что позволяло увидеть микромеханику его регулировки, которое позволяет его поворачивать с точностью 140 нм в конечную позицию (т. е. примерно на размер ВИЧ). Изображение блока адаптивной оптики было размыто, на что обратили внимание журналисты из Business Insider и запросили у NASA разъяснения. На что NASA официально сообщило, что изображение размыто из-за того, что данное устройство телескопа попадает под регуляцию закона США об обращении технологий вооружения (ITAR), т. е. микромеханика зеркал телескопа классифицируется как оружие в рамках законодательства США^[84].

В 2017 году правительство США признало, что проект «Джеймс Уэбб» регулировался в рамках международного сотрудничества по законодательству регулирующему экспорт технологий вооружения, что крайне усложняло работу иностранных участников проекта. Поэтому в 2017 году «Джеймс Уэбб» был выведен из под действия ITAR^[85].

Программа AMSD является сотрудничеством между NASA, Национальным управлением военно-космической разведки США и Военно-воздушными силами США. На основе исследований AMSD были построены и испытаны два экспериментальных зеркала. Одно из них было сделано из бериллия компанией Ball Aerospace & Technologies, другое — изготовлено фирмой Kodak (ныне — ITT) из специального стекла^[86].

Группа экспертов провела испытания обоих зеркал, целью которых было определить, насколько хорошо они выполняют свою задачу, сколько стоят и насколько легко (или трудно) было бы построить полноразмерное, 6,5-метровое зеркало. Эксперты рекомендовали зеркало из бериллия для телескопа «Джеймс Уэбб» по нескольким причинам, одна из которых заключается в том, что данный материал сохраняет свою форму при криогенных температурах. Кроме этого, решение Ball Aerospace & Technologies было дешевле, так как использовало меньше актуаторов, чем у конкурентов (что, правда, уменьшало возможности коррекции ошибок формы зеркала). Компания Northrop Grumman выбрала решение Ball по критериям «цена/качество», и Центр космических полётов имени Годдарда утвердил это решение.

Хотя решение Ball Aerospace & Technologies имеет только 4 актуатора, оно обладает функциями адаптивной оптики. Три актуатора по краям, на самом деле, являются 6 актуаторами, которые сдвоены и образуют «6D-актуатор», т. е. головка каждого актуатора может занять независимое положение в плоскости, перпендикулярной зеркалу. Это позволяет краевым би-актуаторам не только наклонять зеркало, но выдвигать его вперёд/назад, вращать вокруг своей оси, а также сдвигать центр зеркала от центральной точки сегмента в любую сторону. Би-актуаторы могут деформировать зеркало только одновременно с его перемещением. Центральный «3D-актуатор» целиком выделен под адаптивную оптику и управляет кривизной сегмента. Совместная работа всех актуаторов передаётся на 16 независимых точек позиции и перегиба зеркала. Шаг механического актуатора Ball составляет 7 нм, рабочий ход — 21 мм. При «распарковке» зеркала актуатор сначала использует грубый механизм перемещения, а затем уже подключается высокоточный.

Как отмечалось выше, детали механики вторичного зеркала «Джеймса Уэбба» засекречены, но из публикации конструктора актуаторов Роберта Вардена и пресс-релиза NASA^[87] известно, что вторичное зеркало в целом имеет сходное устройство с остальными сегментами и управляется 6 актуаторами, т. е. не имеет корректора кривизны, а только положения^[65][88].

Ball Aerospace & Technologies также из своих военных разработок переделало для «Джеймса Уэбба» такое устройство как зеркало тонкой рулевой настройки (англ. fine steering mirror)^[89]. Это устройство адаптивной оптики представляет собой зеркальце, которое может поворачиваться с точностью около 1 наноградуса на нужный угол^[90][91]. Устройство позволяет таким образом изменять угол зрения телескопа путём небольшого срезания размера изображения по краям. За счёт этого доступны несколько функций. В первую очередь может стабилизироваться направление на объект наблюдения. После разворота на новый объект телескопа могут быть остаточные вращения и они убирается этим прибором. Также не все приборы «Джеймса Уэбба как спектрометры или субматрицы умеют работать на все его поле зрения и зеркало тонкой настройки позволяет не меняя положения телескопа наводить их на новый близкий объект.

Существенно меньше известно об приборах наблюдения, которые стыковались к зеркалам в программе AMSD. Однако приборы, установленные на «Джеймсе Уэббе», вероятно, имеют также корни в адаптации военных технологий для научных целей. Такие ключевые компоненты инфракрасных приборов «Джеймса Уэбба», как матрицы и фотосенсоры, изготовлены Teledyne Technologies и Raytheon, которые являются основными поставщиками военной инфракрасной оптики Пентагона с незначительным объёмом гражданских заказов^[92][93]. NASA также сообщило, что «Джеймс Уэбб» использует «солевую инфракрасную оптику» из сульфида цинка, фторида лития, фторида бария^[94]. Солевая инфракрасная оптика является новым поколением инфракрасной оптики разработки Raytheon, которая по сравнению c классической ИК-оптикой из германия обладает маленьким поглощением инфракрасного излучения, что позволяет наблюдать очень тусклые объекты^[95][96][97]. В оригинале Raytheon создал эту технологию для высокочувствительных головок самонаведения ракет, в частности для ПТРК «Джавелин»^[98]. Мирное применение этой технологии позволит «Джеймсу Уэббу» наблюдать очень тусклые объекты, например экзопланеты.

Для зеркала «Джеймса Уэбба» используется особый тип бериллия. Он представляет собой мелкий порошок. Порошок помещается в контейнер из нержавеющей стали и прессуется в плоскую форму. После удаления стального контейнера кусок бериллия разрезается пополам, чтобы сделать две заготовки зеркала размером около 1,3 м в поперечнике. Каждая заготовка зеркала используется для создания одного сегмента.

Процесс формирования зеркала начинается с вырезания излишков материала на оборотной стороне бериллиевой заготовки таким образом, что остаётся тонкая рёберная структура. Передняя же сторона каждой заготовки сглаживается с учётом положения сегмента в большом зеркале.

Затем поверхность каждого зеркала стачивается для придания формы, близкой к расчётной. После этого зеркало тщательно сглаживают и полируют. Этот процесс повторяется до тех пор, пока форма сегмента зеркала не станет близка к идеальной. Далее сегмент охлаждается до температуры −240 °C, и с помощью лазерного интерферометра производятся измерения размеров сегмента. Затем зеркало с учётом полученной информации проходит окончательную полировку.

По завершении обработки сегмента передняя часть зеркала покрывается тонким слоем золота для лучшего отражения инфракрасного излучения в диапазоне 0,6—29 мкм^[99], и готовый сегмент проходит повторные испытания на воздействие криогенных температур^[13].

Развёртыванием зеркала управляет система из 132 отдельных приводов и моторов, которая вначале формирует его из трёх крупных фрагментов, а затем правильно позиционирует каждый из 18 сегментов и задаёт им необходимую кривизну.

28 августа 2019 года сборка телескопа «Джеймс Уэбб» была завершена — специалисты впервые соединили главное еркало с несущей платформой, включающей в себя теплозащитный экран^[100][101].

10 июля 2017 года — начало финального испытания телескопа на воздействие криогенных температур со значением 37 К в космическом центре имени Джонсона в Хьюстоне, которое продлилось 100 дней^[102]. Помимо испытаний в Хьюстоне аппарат прошёл серию механических испытаний в Центре космических полётов имени Годдарда, в результате которых подтвердилось, что он сможет выдержать запуск на орбиту с помощью тяжёлой ракеты-носителя.

В начале февраля 2018 года гигантские зеркала и различные приборы были доставлены на предприятие компании Northrop Grumman в Редондо-Бич для последнего этапа сборки телескопа. Там шло сооружение двигательного модуля телескопа и его солнцезащитного экрана. Когда вся конструкция была собрана, её доставка была запланирована на морском судне из Калифорнии во французскую Гвиану^[103].

• 30 мая 2019 года в испытательном центре корпорации Northrop Grumman завершена проверка работы агрегатного отсека телескопа в различных температурных режимах: элементы конструкции телескопа в специальной вакуумной камере подвергались воздействию температуры от −148°С до +102°С. Во время испытаний для охлаждения использовался жидкий азот, а для нагрева — термобатареи^[104][105].
• 28 августа 2019 года инженеры успешно состыковали защитный экран с основным зеркалом будущего телескопа. Далее специалисты соединили электрические цепи двух частей телескопа, после чего провели функциональные испытаний этих цепей^[106]. После того, как обе половины телескопа были собраны, «Джеймс Уэбб» упаковали в специальную капсулу для запуска и отправили на космодром Куру во Французской Гвиане.
• 7 января 2020 года СМИ со ссылкой на представителя НАСА Эрика Смита сообщили, что основные работы по созданию телескопа им. Джеймса Уэбба завершены, но на протяжении 15 месяцев будет проведена ещё серия наземных испытаний. В 2020 году аппаратуру телескопа испытывали на устойчивость к вибрации и к шуму при запуске ракетой-носителем «Ариан-5», планировалась смена части электронной аппаратуры, нештатно сработавшей во время предыдущих испытаний, и ещё одна проверка всех систем, чтобы оценить, как комплексные испытания повлияли на аппаратуру обсерватории^[107].
• 31 марта 2020 сообщено об успешном испытании полного развёртывания всего зеркала со специальным прикреплённым устройством для компенсации гравитации, чтобы имитировать невесомость^[108].
• 13 июля 2020 года специалисты объявили о завершении первого из заключительных комплексных (акустические, вибрационные и электрические) испытаний телескопа, которое длилось 15 дней^[109][110].
• 25 августа 2020 года Центр космических полётов им. Годдарда сообщил, что специалисты завершили первый полный цикл наземных испытаний научных инструментов, и что в ближайшее время должна начаться новая серия вибрационных и акустических испытаний. В ходе испытаний проверялось, сможет ли «Джеймс Уэбб» пережить нагрузки во время старта ракеты и его вывода на орбиту^[111].

• 1 марта 2021 года телескоп прошёл финальные функциональные испытания, в ходе которых специалисты проверили электрические цепи телескопа и работу системы связи. Электрические испытания продлились 17 дней, за это время специалисты проверили функциональность всех электронных компонентов телескопа и его научных инструментов. В ходе проверки систем связи моделировалась ситуация обмена данными обсерватории с Землёй, для этого инженеры передали на борт телескопа, находящегося в чистой комнате компании Northrop Grumman Space Systems в Калифорнии, команды через эмулятор Сети дальней космической связи НАСА. Кроме того, инженеры отработали ситуацию передачи управления телескопом от одного командного центра другому, а также успешно отправили несколько корректировок на борт обсерватории, пока она выполняла нужные команды. В реальных условиях связь с обсерваторией будут обеспечивать три комплекса Сети дальней космической связи NASA в Калифорнии, Испании и Австралии, а также антенны в Нью-Мексико и европейские станции в Кении и Германии^[112][113].
• 7 апреля 2021 года специалисты уложили пятислойный теплозащитный экран телескопа в последний раз. В следующий раз он должен будет развернуться самостоятельно после запуска. Укладка продлилась месяц и включала в себя ряд трудоёмких операций, таких как зигзагообразное складывание каждого слоя и их выравнивание, укладка 90 натяжных тросов, а также установка 107 спусковых устройств, которые будут удерживать слои каптона в правильном положении до момента развёртывания. В течение следующих трёх месяцев специалисты завершат перевод экрана в полётную конфигурацию, в частности установят и закрепят все кабели, крышки для экранов, а также узлы системы разворачивания экрана, таких как направляющие стрелы и основания экранов^[114][115].

• 11 мая 2021 года в ходе испытаний в последний раз перед отправкой в космос было развёрнуто главное зеркало телескопа^[116][117].
• 1 июля 2021 года ЕКА сообщило, что телескоп прошёл финальную проверку на совместимость с ракетой-носителем Ariane 5, которая будет выводить его в космос. Работы включали в себя оценку уровней внешних воздействий на телескоп во время нахождения под головным обтекателем ракеты и разработку плана полёта ракеты и отделения телескопа от разгонного блока^[118][119].
• 26 августа 2021 года НАСА сообщило, что все испытания по телескопу завершены, он готов к отправке на космодром Куру для запуска в ноябре текущего года^[120][121].

• 25 декабря 2021 года в 12:20 UTC состоялся успешный запуск. После коррекции орбиты на околоземной орбите, аппарат на протяжении четырёх недель будет двигаться к пункту назначения в Точку Лагранжа L2 системы Земля—Солнце, которая находится на расстоянии 1,5 млн километров от Земли^[122].
• К 29 декабря 2021 года телескоп совершил две из трёх коррекций траектории, развернул антенну для передачи на Землю научных и других данных, а также массив солнечных батарей^[123][124].

• К 2 января 2022 года основная часть работ по развёртыванию солнцезащитного экрана была завершена. На телескопе успешно развёрнуты левая и правая части экрана, благодаря чему он обрёл ромбовидную форму^[125].
• 4 января 2022 года раскрытие теплового щита телескопа было полностью завершено, его пятислойная структура из покрытого алюминием каптона успешно расправлена и на всех слоях установлено необходимое для работы натяжение^[126].
• 8 января 2022 года телескоп успешно развернул главное зеркало^[127].
• 12 января 2022 года НАСА сообщило, что все актуаторы для настройки зеркала исправны и реагируют на команды^[87].
• 24 января 2022 года телескоп успешно вышел на гало-орбиту в точке Лагранжа L₂ системы Солнце — Земля, в 1,5 млн км от Земли^[128].
• 3 февраля 2022 года инфракрасной камерой NIRCam было получено первое тестовое изображение. Целью первого наблюдения стала изолированная звезда HD 84406. Тест необходим для калибровки 18 сегментов зеркал телескопа. Эта работа займёт несколько месяцев и включает семь этапов:
  • Идентификация изображения сегмента (поочерёдно перемещают каждый сегмент зеркала для определения какой сегмент ответственен за какое изображение)
  • Первичное выравнивание
  • Наложение изображений
  • Грубая фаза
  • Тонкая фаза
  • Выравнивание телескопа по полям зрения инструмента
  • Повторное выравнивание и окончательная коррекция
    По завершении калибровки сегменты телескопа должны будут соответствовать друг другу с точностью до доли длины волны света — примерно 50 нанометров^[129].
• 13 марта 2022 года NASA заявила о завершении «критически важных этапов выравнивания зеркал» космического телескопа «Джеймс Уэбб». Оптические параметры, которые были проверены и протестированы, соответствуют ожиданиям или даже превышают их^[130].
• 13 апреля 2022 года NASA заявила, что инструмент MIRI достиг конечной рабочей температуры^[131].
• В начале мая 2022 года завершена настройка оптики космического телескопа^[132].
• В период 22-24 мая 2022 года сегмент С3 телескопа был поврежден ударом микрометеорита, который, согласно отчету НАСА, произвел «значимые неустранимые изменения формы этого сегмента»^[133]. В том же отчете отмечается, что на телескоп в целом удар повлиял незначительно. После дополнительной настройки среднеквадратичное отклонение волнового фронта возросло примерно на 5-10 нм, до 59 нм при плановых 60-80 нм для самого телескопа. С учётом погрешности связанного с телескопом оборудования суммарное отклонение возрастает до 70-130 нм, что делает эффект от повреждения ещё менее значимым.
• 12 июля 2022 года состоялся выпуск первых полноцветных изображений и спектроскопических данных, в том числе Webb’s First Deep Field скопление галактик SMACS J0723.3-7327, снимок ранней Вселенной с самым высоким разрешением в истории, что также ознаменовало официальное начало научной работы телескопа «Джеймса Уэбба»^{[134][135][136][137]}.
• В ноябре 2024 года астрономы с помощью телескопа «Джеймс Уэбб» впервые зафиксировали явление, названное «зигзагом Эйнштейна». Оно стало возможным благодаря гравитационному линзированию — эффекту, предсказанному Альбертом Эйнштейном в 1915 году. Эффект представляет собой изображение одного и того же квазара, повторённое шесть раз в рамках одного снимка^[138].
• В ноябре 2024 года сообщалось, что «Джеймс Уэбб», по мнению учёных, мог запечатлеть самые ранние галактики во Вселенной, существовавшие через 200 миллионов лет после Большого взрыва. Они находятся на расстоянии около 34 млрд световых лет. Результаты исследования  были опубликованы в виде препринта в arXiv^[139][140].
• В марте 2025 года орбитальный телескоп впервые напрямую уловил следы присутствия углекислого газа в атмосферах сразу пяти экзопланет в звездных системах в созвездиях Пегаса и Эридана, что подтвердило возможность его использования для прямого изучения состава воздушных оболочек крупных планет вне Солнечной системы^[141].
• В мае 2025 года космический телескоп «Джеймс Уэбб» совершил открытие, перевернувшее представления о ранней Вселенной. Учёные подтвердили существование галактики MoM-z14, свет которой шёл к Земле 13,5 миллиардов лет — она возникла через 280 миллионов лет после Большого взрыва. Этот объект, обнаруженный в рамках проекта «Мираж или Чудо», стал самым удалённым из спектроскопически верифицированных, превзойдя все ожидания теорий, существовавших до запуска JWST^[142].

Телескоп «Джеймс Уэбб» обращается по гало-орбите возле точки Лагранжа L₂ системы «Солнце — Земля». Эта точка расположена на расстоянии 1,5 млн км от Земли (примерно в 4 раза дальше Луны) в направлении, противоположном Солнцу, и обращается вокруг Солнца синхронно с Землёй (так что Земля всегда находится между телескопом и Солнцем). По размеру гало-орбита телескопа сопоставима с орбитой Луны вокруг Земли (превышая её^[23]), на полный оборот вдоль неё телескопу требуется около 6 месяцев^[143][24]. Такая орбита позволяет телескопу не попадать в тени Земли и Луны, что необходимо как для бесперебойного питания солнечных батарей, так и для сохранения стабильной температуры^[143][24].

Нахождение объекта на орбите в точке L₂ не очень устойчиво, объекты на ней стремятся перейти со временем на гелиоцентрическую орбиту. Поэтому положение телескопа приходится корректировать с помощью периодически включаемых собственных двигателей^[143].

Главная причина нахождения в точке L₂ заключается в том, что Солнце, Земля и Луна всегда находятся позади теплозащитного экрана телескопа и не оказываются в том секторе неба, где телескоп выполняет исследования. Для наблюдения той части неба, где в данный момент находятся Солнце и Земля, требуется подождать несколько месяцев, пока Земля совершит пол-оборота по своей орбите^[24]. Одновременное поле зрения телескопа составляет 39% площади всей небесной сферы, а в течение полугода он может охватить наблюдениями всю небесную сферу целиком^[23].

Дополнительной выгодой является крайне низкий расход топлива в момент когда требуется возврат аппарата незначительно отклонившегося от точки L₂. Текущего запаса топлива «Джеймса Уэбба» хватит примерно на 20 лет^[23]. Однако возможность пополнить запасы топлива в точке L₂ отсутствует. Для сравнения космический телескоп «Хаббл» требует коррекции орбиты с периодичностью один раз в 5—10 лет, в противном случае телескоп сгорит в атмосфере Земли. После исчерпания топлива «Джеймс Уэбб» перейдёт на орбиту вокруг Солнца^[143]. Кроме того, расположение телескопа в точке L₂ удобно для коммуникации с ним, которая осуществляется с помощью Сети дальней космической связи НАСА^[143][24].

К недостаткам нахождения в данной точке является невозможность ремонта, дозаправки и прочего обслуживания телескопа с помощью пилотируемых космических полётов (как это делается, например, с телескопоп «Хаббл», обращающимся на высоте всего лишь около 600 км над поверхностью Земли)^[23].

Конструкция телескопа «Джеймс Уэбб» включает в себя 4 основных компонента:^[144]

• оптическая система, состоящая из 4 зеркал и задней панели, удерживающей зеркала; в её функции входит сбор электромагнитного излучения и передача его научным приборам;
• интегрированный модуль научной аппаратуры, который объединяет в себе 4 основных прибора, предназначенных для приёма и анализа излучения, а также многочисленные вспомогательные подсистемы;
• теплозащитный экран, предотвращающий нагрев телескопа и научной аппаратуры излучением Солнца, Земли и Луны и обеспечивающий поддержание рабочей температуры ниже 50 K (−223 °C);
• несущая платформа, содержащая 6 основных подсистем, необходимых для работы космического аппарата: подсистемы электропитания, управления ориентацией, связи, передачи команд и обработки данных, двигательной установки и терморегулирования.

Общая масса телескопа составляет примерно 6500 кг^[23].

Телескоп «Джеймс Уэбб» представляет собой трёхзеркальный анастигмат^[13] системы Корша^[1][2]. Он содержит вогнутое главное зеркало, которое собирает свет и фокусирует его на выпуклом вторичном зеркале, расположенном на конце длинных складных штанг перед главным зеркалом. Вторичное зеркало немного отклонено от оптической оси телескопа и отражает свет назад, на вогнутое третичное зеркало, которое расположено в центральном отверстии главного зеркала и предназначено для устранения возникающего астигматизма и выравнивания фокальной плоскости (что также позволяет расширить поле зрения). После этого свет попадает на вспомогательное (четвёртое) плоское зеркало, перенаправляющее свет к научным приборам^[13].

Диаметр главного зеркала телескопа составляет 6,6 м. Оно в 2,75 раза больше главного зеркала космического телескопа «Хаббл» по диаметру и примерно в 6 раз больше по площади^[23]. Столь большой диаметр обусловлен необходимостью сбора излучения от крайне слабых объектов (таких, как далёкие галактики). Если бы 2,4-метровое зеркало телескопа «Хаббл» было пропорционально увеличено до такой же площади, оно было бы слишком тяжёлым для запуска на орбиту. Чтобы зеркало можно было вывести орбиту, оно должно было быть достаточно лёгким (масса зеркала на единицу площади должна быть в 10 раз меньше, чем у телескопа «Хаббл»), но в то же время очень прочным и твёрдым. Поэтому сегменты зеркала телескопа «Джеймс Уэбб» были изготовлены из бериллия, который способен обеспечить одновременно лёгкость и твёрдость, сохраняя свою форму даже при сверхнизких температурах. Каждый сегмент имеет массу около 20,1 кг^[13][27]. Всё главное зеркало целиком вместе с опорной рамой имеет массу 625 кг^[23].

Диаметр главного зеркала не позволил бы разместить его в ракете-носителе «Ариан-5», вследствие чего было решено сделать зеркало не цельным, а состоящим из складываемых сегментов, которые должны быть раскрыты уже на орбите. Таким образом, телескоп имеет сегментированное главное зеркало, состоящее из 18 шестиугольных сегментов размером 1,32 м в поперечнике (от одного ребра до противоположного), изготовленных из позолоченного бериллия. Вместе сегменты объединяются в одно зеркало общим диаметром 6,6 м^[13][14]. Таким образом, по состоянию на 2025 год «Джеймс Уэбб» занимает первое место по диаметру главного зеркала среди всех космических телескопов^{[15][16][17][18]}. Это даёт телескопу площадь сбора излучения около 25,37 м².

Вторичное зеркало телескопа является выпуклым, имеет круглую форму и диаметр 74 см. Третичное зеркало является вогнутым и имеет форму, близкую к прямоугольной. Все зеркала телескопа покрыты слоем золота толщиной 100 нм, повышающим эффективность отражения инфракрасного излучения^[13][145].

Каждый сегмент главного зеркала (а также вторичное зеркало) управляется системой из 6 актуаторов, в задачи которых входит тонкая настройка ориентации сегмента, сведение всех сегментов к единому фокусу и фокусировка всего зеркала как целого. Помимо этого, каждый сегмент снабжён 7-м актуатором, управляющим кривизной сегмента. Третичное же зеркало остаётся неподвижным^[13].

Хотя диаметр зеркала телескопа «Джеймс Уэбб» в 2,7 раза больше диаметра зеркала телескопа «Хаббл», он получает сопоставимые по резкости изображения, потому что ведёт наблюдения в более длинноволновом, инфракрасном, диапазоне и, соответственно, является «преемником» не «Хаббла», а космического телескопа «Спитцер».

Телескоп «Джеймс Уэбб» предназначен для наблюдения очень далёких и, следовательно, слабых астрономических объектов в инфракрасном диапазоне длин волн. Следовательно, он должен обладать высокой чувствительностью, т. е. способностью регистрировать очень слабое инфракрасное излучение. По этой причине телескоп и его научная аппаратура должны быть, во-первых, изолированы от инфракрасного излучения Солнца и Земли, а во-вторых, охлаждены до сверхнизких (криогенных) температур, иначе сигналы от изучаемых объектов будут «тонуть» в собственном инфракрасном излучении деталей самого телескопа^[13][146]. Рабочая температура телескопа должна составлять менее 50 K (–223 °C)^[23]. Поэтому телескоп помещён в точку Лагранжа L₂, удалённую от Земли на 1,5 млн км в сторону, противоположную Солнцу. Для защиты телескопа от нагрева излучением Солнца, Земли и Луны он снабжён специальным теплозащитным экраном, который, благодаря нахождению аппарата в точке L₂, всегда находится между Солнцем (а также Землёй) и телескопом и делит всю конструкцию аппарата на «горячую» часть, обращённую к Солнцу, и «холодную», расположенную с противоположной от Солнца стороны экрана^[13][146]. Оптическая система и научная аппаратура телескопа представляют собой «холодную» часть, а к «горячей» части относится несущая платформа с различным вспомогательным оборудованием.

Теплозащитный экран состоит из 5 слоёв каптона, покрытых алюминием^[114] для повышения их отражательной способности^[146]. Первые два «горячих» слоя обладают также покрытием из легированного кремния^[114]. Каждый слой имеет толщину несколько сотых долей миллиметра (меньше толщины человеческого волоса) и площадь 21,2 × 14,2 м (примерно с теннисный корт^[23]). В пространстве между слоями находится вакуум, являющийся хорошим теплоизолятором; инфракрасное излучение многократно отражается от поверхности каждого слоя, и его энергия постепенно уходит в окружающее пространство. Каждый следующий слой (расположенный дальше от Солнца) холоднее предыдущего. Согласно результатам моделирования, максимальная температура первого слоя должна составлять 383 K (110 °C), а минимальная температура последнего слоя равна 36 K (–237 °C). Таким образом, экран уменьшает температуру «холодной» части аппарата на 347 °C по сравнению «горячей» стороной, обеспечивая поддержание оптической системы телескопа и научной аппаратуры при рабочей температуре ниже 50 K (−223 °C). Помимо этого некоторые научные приборы имеют собственные системы охлаждения^[146].

Помимо этого конструкция теплозащитного экрана включает в себя сложный механизм, необходимый для развёртывания экрана на орбите и состоящий примерно из 150 узлов и сотен мелких деталей (около 140 актуаторов, 70 шарнирных петель, 8 двигателей, 400 шкивов, 90 тросов, десятки подшипников, пружин и шестерёнок). Все эти элементы должны были работать очень точно и согласованно друг с другом для правильного раскрытия экрана^[146].

Телескоп «Джеймс Уэбб» оснащён следующими научными инструментами для исследований космоса:

• Камера ближнего инфракрасного диапазона (англ. Near-Infrared Camera);
• Прибор для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения (англ. Mid-Infrared Instrument, MIRI);
• Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (англ. Near-Infrared Spectrograph, NIRSpec);
• Датчик точного наведения (англ. Fine Guidance Sensor, FGS) и устройство формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф (англ. Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph, NIRISS).

Камера ближнего инфракрасного диапазона является основным блоком формирования изображения «Уэбба» и будет состоять из массива ртутно-кадмиево-теллуровых детекторов^[147][148]. Рабочий диапазон прибора составляет от 0,6 до 5 мкм. Его разработка поручена Аризонскому университету и Центру продвинутых технологий компании Lockheed Martin.

В задачи прибора входят:

• обнаружение света от самых ранних звёзд и галактик на стадии их формирования;
• изучение звёздных населений в ближайших галактиках;
• изучение молодых звёзд Млечного Пути и объектов пояса Койпера;
• определение морфологии и цвета галактик при сильном красном смещении;
• определение кривых блеска дальних сверхновых;
• создание карты тёмной материи с помощью гравитационного линзирования.

Камера на самом деле является целым комплексом различных приборов^[75]:

• Матрица для съёмки в диапазоне 0,6—2,3 мкм (Short wavelength channel) с разрешением 0,031 угловой секунды на пиксель и 256 уровней яркости;
• Матрица для съёмки в диапазоне 2,4—5,0 мкм (Long wavelength channel) с разрешением 0,063 угловой секунды на пиксель с чёрно-белым изображением;
• Поскольку инфракрасные матрицы имеют довольно маленький динамический диапазон, то камера оборудована двумя барабанами фильтров как по яркости, так и по длине волны;
• Призма для режима спектрографии, в этом случае звёзды «размазываются» на фотографии в полосу спектра;
• Коронограф из 3 круглых и 2 квадратных масок, который позволяет закрыть само яркое изображение звезды или планеты, затем может использоваться спектрометр и наборы фильтров на разные длины волн;
• Линзы дефокусировки, которые позволяют увидеть дифракцию зеркала телескопа и его отдельных сегментов, что используется для их тонкой настройки. Также линзы дефокусировки для снимков для сверхдлинных выдержек до 50 часов. Наблюдаемые напрямую дифракционные искажения телескопа в этом режиме позволяют произвести компьютерную обработку изображения для их очистки по мере возможности.

Существенный момент для понимания, что камера не снимает снимки в бытовом понимании фотоаппаратов. Снимки, которые предназначены для широкой публики — это компьютерная модель, полученная как наложение множества снимков с разными фильтрами друг на друга и с компьютерной очисткой дифракции, насколько это возможно.

Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона будет анализировать спектр источников, что позволит получать информацию как о физических свойствах исследуемых объектов (например, температуре и массе), так и об их химическом составе. Инструмент способен делать спектроскопию среднего разрешения в диапазоне длин волн 1—5 и низкого разрешения с длиной волны 0,6—5^[149].

Многие объекты, которые «Уэбб» будет изучать, излучают настолько мало света, что телескопу для анализа спектра необходимо собирать свет от них в течение сотен часов. Чтобы изучить тысячи галактик за 5 лет работы телескопа, спектрограф был разработан с возможностью наблюдения за 100 объектами на площади неба 3×3 угловых минуты^[149] одновременно. Для этого учёные и инженеры Годдарда разработали новую технологию микрозатворов для управления светом, входящим в спектрограф.

Суть технологии, позволяющей получать 100 одновременных спектров, заключается в микроэлектромеханической системе, именуемой «массив микрозатворов» (англ. microshutter array). У ячеек микрозатворов спектрографа NIRSpec есть крышки, которые открываются и закрываются под действием магнитного поля. Каждая ячейка размером 100 на 200 мкм^[150] индивидуально управляется и может быть открытой или закрытой, предоставляя или, наоборот, блокируя часть неба для спектрографа, соответственно.

Именно эта регулируемость позволяет прибору делать спектроскопию такого количества объектов одновременно. Поскольку объекты, которые будет исследовать NIRSpec, находятся далеко и тусклы, инструмент нуждается в подавлении излучения от более близких ярких источников. Микрозатворы работают подобно тому, как люди смотрят искоса, чтобы сосредоточиться на объекте, блокируя нежелательный источник света. Прибор уже разработан и в данный момент проходит испытания в Европе^[151].

Прибор для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения (5—28) состоит из камеры с датчиком, имеющим разрешение 1024×1024 пикселя^[152], и спектрографа.

MIRI состоит из трёх массивов мышьяко-кремниевых детекторов. Чувствительные детекторы этого прибора позволят увидеть красное смещение далёких галактик, формирование новых звёзд и слабо видимые кометы, а также объекты в поясе Койпера. Модуль камеры предоставляет возможность съёмки объектов в широком диапазоне частот с большим полем зрения, а модуль спектрографа обеспечивает спектроскопию среднего разрешения с меньшим полем зрения, что позволит получать подробные физические данные об удалённых объектах.

Номинальная рабочая температура для MIRI — 7 К. Такая температура не может быть достигнута использованием только пассивной системы охлаждения. Вместо этого, охлаждение производится в два этапа: установка предварительного охлаждения на основе пульсационной трубы охлаждает прибор до 18 К, затем теплообменник с адиабатическим дросселированием (эффект Джоуля — Томсона) понижает температуру до 7 К.

MIRI разрабатывает группа под названием MIRI Consortium, состоящая из учёных и инженеров из стран Европы, команды сотрудников Лаборатории реактивного движения в Калифорнии и учёных из ряда институтов США^[153].

Режимы работы прибора следующие^[154].

• Режим фотографирования с барабаном фильтров разной длины волны. Разрешение прямо связано с разрешающей способностью зеркала и его дифракционным пределом. На длине волны 5,6 мкм разрешение 0,22 угловой секунды, на 25,5 мкм разрешение падает до 0,82 угловой секунды.
• Режим фотографирования малыми встроенными матрицами ярких объектов. Для ярких объектов основная матрица содержит встроенные субматрицы. Преимущество субматриц в том, для снимка полной матрицей (full frame) нужна выдержка 2,8 секунды. Самая маленькая субматрица имеет разрешение всего 64x72 пиксела, но умеет снимать с выдержкой 0,085 секунды. Субматрицы позволяют наблюдать за динамическими процессами с быстрым изменением яркости.
• Режим спектрографии с двумя призмами. В этом режиме объекты превращаются в полосу с их спектром.
• Коронограф состоящий из масок, которые закрывают тело объекта и позволяют изучать его атмосферу.

Датчик точного наведения (FGS) и устройство формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф (NIRISS) будут упакованы вместе в «Уэббе», но по сути это два разных устройства^[155][156]. Оба устройства разрабатываются Канадским космическим агентством, и они уже получили прозвище «канадские глаза» по аналогии с «канадской рукой». Этот инструмент уже прошёл интегрирование со структурой ISIM в феврале 2013 года.

Датчик точного наведения (FGS) позволит «Уэббу» производить точное наведение, чтобы он мог получать изображения высокого качества.

Камера FGS может формировать изображение из двух смежных участков неба размером 2,4×2,4 угловых минуты каждый, а также считывать информацию 16 раз в секунду с небольших групп пикселей размером 8×8, чего достаточно для нахождения соответствующей опорной звезды с 95-процентной вероятностью в любой точке неба, включая высокие широты.

Основные функции FGS включают в себя:

• получение изображения для определения положения телескопа в пространстве;
• получение предварительно выбранных опорных звёзд;
• обеспечение системы управления положением англ. Attitude Control System измерениями центроида опорных звёзд со скоростью 16 раз в секунду.

Во время вывода на орбиту телескопа FGS также будет сообщать об отклонениях при развёртывании главного зеркала.

Устройство формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф (NIRISS) работают в диапазоне 0,8—5,0 и является специализированным инструментом с тремя основными режимами, каждый из которых работает с отдельным диапазоном.

NIRISS будет использоваться для выполнения следующих научных задач:

• получение «первого света»;
• обнаружение экзопланет;
• получение их характеристик;
• транзитная спектроскопия.

11 июля 2022 года президент США Джо Байден представил в Белом доме первый снимок, созданный с помощью нового космического телескопа «Джеймс Уэбб» — изображение скопления галактик SMACS 0723, находящегося на расстоянии 4,6 млрд световых лет от Земли^[157]. Уже в первый официальный день работы телескопа — 12 июля 2022 года телескоп Джеймс Уэбб сделал сенсационные открытия. Так он обнаружил воду на планете WASP-96b, обращающейся вокруг жёлтого карлика WASP-96; спектральный анализ показал наличие паров воды в верхних слоях атмосферы WASP-96b, а также существование там облаков и скоплений тумана^[158][157]. Также он смог заснять первые снимки Вселенной: аппарату с помощью шестиметрового зеркала удалось заснять скопление галактик в 13 млрд св. лет от Солнца. Из других новых открытий телескопа — столкновение сразу пяти галактик^[159][157].

В июле 2022 обнаружена галактика GLASS-z13, самая древняя галактика из обнаруженных на момент наблюдения (красное смещение z = 13).

25 августа 2022 года «Джеймс Уэбб» впервые получил неопровержимые доказательства присутствия углекислого газа в атмосфере планеты за пределами Солнечной системы. Открытие было сделано при наблюдении за газовым гигантом WASP-39b, который вращается вокруг подобной Солнцу звезды на расстоянии в 750 св. лет от Солнца ^[160].

1 сентября 2022 года «Джеймс Уэбб» впервые получил снимки планеты за пределами Солнечной системы, — ею стал газовый гигант HIP 65426 b, обращающийся на расстоянии 92 а. е. вокруг звезды спектрального класса А2V HIP 65426, находящейся в созвездии Центавра на расстоянии 385 св. лет от Солнца. У планеты нет каменистой поверхности и она не пригодна для жизни. Увиденная телескопом экзопланета была открыта в 2017 году с помощью инструментов Европейской Южной Обсерватории, входящих в расположенный в Чили проект VLT^[161].

8 сентября 2022 года с помощью трех инфракрасных приборов «Джеймса Уэбба»: ближней инфракрасной камеры (NIRCam), спектрографа ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) и ближней инфракрасной камеры (NIRCam) обнаружены тысячи новых звезд в туманности Тарантул, находящейся в 161 тысяче световых лет от Земли в галактике Большое Магелланово облако. На полученных кадрах видны излучения от скопления молодых звезд, столбы с формирующимися протозвездами, а также пузыри газа от отдельных новорожденных звезд^[162].

Научный журнал Science назвал телескоп «Прорывом года» за грядущую революцию в представлениях человека о космосе^[163], а Nature указал среди десяти важнейших новостных историй 2022 года^[164][165]. Научный журналист Александра Витце полагает, что Джеймс-Уэбб кардинально меняет астрономию, уже за первые месяцы своей работы давая неожиданные сведения для небесных тел от планет Солнечной системы до дальнего космоса; телескоп открывает совершенно новые области астрономии^[166]. Один из астрономов сообщил Science: «Каждый день я захожу на arXiv, а там фейерверки»^[163].

В июле 2024 года с помощью телескопа «Джеймс Уэбб» учёные обнаружили три загадочных объекта, существовавших примерно через 600—800 млн лет после Большого взрыва. Анализ спектральных измерений показал наличие «старых» звёзд возрастом в сотни миллионов лет, что существенно старше, чем ожидалось для столь молодой Вселенной. Кроме того, новое исследование, проведённое международной группой во главе со специалистами из Пенсильванского университета, позволило обнаружить признаки массивных сверхмассивных чёрных дыр в тех же регионах^[167].

В июле 2024 года под руководством Монреальского университета были получены результаты анализа данных, собранных и переданных телескопом в 2023 году. Исходя из них, «Джеймс Уэбб» обнаружил потенциальную экзопланету с обитаемой зоной — LHS 1140 b расположена в созвездии Кита, примерно в 48 световых годах от Земли. На планете может быть атмосфера и даже океан с жидкой водой^[168].

«Из всех известных на данный момент экзопланет LHS 1140 b вполне может стать для нас лучшим вариантом, чтобы однажды косвенно подтвердить наличие жидкой воды за пределами Солнечной системы. Это станет важной вехой в поиске потенциально обитаемых экзопланет», — Шарль Кадье, ведущий автор научной статьи о результатах исследования в публикации The Astrophysical Journal Letters.

Осенью 2024 года пресс-служба американского Юго-западного исследовательского института (SwRI) сообщила, что «Джеймс Уэбб» впервые обнаружил свидетельства того, что на поверхности Харона присутствуют запасы перекиси водорода и замороженного углекислого газа. Их наличие указывает на активные химические процессы в верхних слоях ледовой оболочки спутника^[169].

В декабре 2024 года журнале Nature Astronomy были опубликованы результаты исследования телескопом «Джеймс Уэбб» системы TRAPPIST-1. Они показали, что TRAPPIST-1 b может быть как скалистым телом без атмосферы, но с активным вулканизмом, так и планетой с плотной углекислотной атмосферой, в верхней части которого формируется дымка^[170].

В 2025 году телескоп «Джеймс Уэбб» впервые снял полярные сияния на Нептуне. Ранее подобные явления на этой планете удавалось лишь предполагать на основе кратких наблюдений зонда «Вояджер-2» в 1989 году^[171].

В марте 2025 года астрономы обнаружили уникальные кольца в планетарной туманности NGC 1514, видимые только в среднем инфракрасном диапазоне. Результаты исследования помогают изучить природу этих структур и их связь с эволюцией звёзд^[172].

Учёные из Кембриджского университета обнаружили признаки жизни за пределами Солнечной системы, результаты исследования были опубликованы в журнале The Astrophysical Journal. Используя данные космического телескопа Джеймса Уэбба, астрономы под руководством Кембриджского университета идентифицировали химические отпечатки диметилсульфида и диметилдисульфида — молекул, указывающих на наличие жизни. На Земле эти молекулы вырабатываются только живыми организмами — в первую очередь микробами. Молекулы обнаружены в атмосфере экзопланеты K2-18b, которая расположена на расстоянии около 124 световых лет от Земли в созвездии Лев^[173][174].

В мае 2025 года «Джеймс Уэбб» запечатлел полярные сияния на Юпитере с беспрецедентной чёткостью^[175].

19 августа 2025 года агентство NASA сообщило об открытии 29 спутника Урана S/2025 U1 с помощью телескопа «Джеймс Уэбб»^[176].