Oko na orbicie

Eksploracja Kosmosu, możliwość sięgania dalej i głębiej, to odwieczne pragnienie ludzkości. Dzięki teleskopowi Jamesa Webba nasze możliwości w tym obszarze zostaną wkrótce znacznie poszerzone.

Dzień 18 grudnia 2021 roku jest datą wyczekiwaną przez wielu astronomów i miłośników Kosmosu. To właśnie wówczas rakieta Ariane 5, będąca od wielu lat koniem roboczym światowej astronautyki, wystartuje z kosmodromu w Gujanie Francuskiej i wyniesie na orbitę nowy teleskop kosmiczny. Został on nazwany imieniem Jamesa Webba (w skrócie JWST), administratora amerykańskiej agencji kosmicznej NASA w czasie realizacji programu Apollo, dzięki któremu ludzie postawili stopę na Księżycu. Wybór patrona jest jak najbardziej adekwatny, bo misja JWST ma stanowić podobny przełom w poznawaniu Kosmosu jak wyprawa na inne ciało niebieskie.

Oczekiwania

Przed teleskopem postawiono rzeczywiście ambitne cele. Ma zajrzeć głęboko do środka Wszechświata, aby zarejestrować okres krótko po Wielkim Wybuchu, gdy powstawały najstarsze galaktyki i gwiazdy, oraz badać ich ewolucję, rozwój i śmierć. Drugim, równie ważnym zadaniem będzie poszukiwanie śladów życia w odległych systemach planetarnych. Oznacza to, że dzięki temu pojedynczemu instrumentowi nasza wiedza w tym zakresie może zostać znacząco poszerzona.

Sam pomysł prowadzenia obserwacji spoza Ziemi nie jest nowy. Astronomowie bardzo szybko zauważyli, jak bardzo przeszkadza im ziemska atmosfera, zawieszone w niej zanieczyszczenia, para wodna czy choćby... chmury. Powodują one zniekształcenie obrazu, ograniczenie lub eliminację niektórych długości fal, a przede wszystkim uzależniają prowadzenie obserwacji od kaprysów pogody. Zatem umieszczenie instrumentów obserwacyjnych poza wpływem atmosfery jest logicznym, choć technicznie bardzo skomplikowanym rozwiązaniem. Już wcześniej na orbicie umieszczono przynajmniej kilka teleskopów, z których najbardziej znany jest oczywiście Kosmiczny Teleskop Hubble’a (HST). To właśnie on na wiele lat stał się ikoną eksploracji Wszechświata, bo to dzięki niemu granice ludzkiego poznania zwiększyły się wielokrotnie. Wśród najbardziej znanych wykonanych przez niego fotografii warto wymienić m.in. tak zwane filary stworzenia, czyli znajdujące się w gwiazdozbiorze Oriona obłoki silnie rozgrzanego gęstniejącego gazu, w których powstają nowe gwiazdy. Innym przełomowym obrazem z kolekcji teleskopu jest tzw. ultragłębokie pole Hubble’a. Przedstawia ono bardzo mały wycinek nieba w gwiazdozbiorze Pieca. Co nietypowe, nie znajduje się na nim żadna gwiazda należąca do naszej galaktyki, natomiast zarejestrowano aż dziesięć tysięcy innych galaktyk. Tylko to jedno zdjęcie, pokazujące Wszechświat w stanie sprzed 13 mld lat, uzmysławia, jak małym pyłkiem w Kosmosie jest nasza Ziemia, Układ Słoneczny czy nawet cała Droga Mleczna.

Dlatego właśnie historia budowy i eksploatacji teleskopu Hubble’a stanowiła istotną lekcję dla projektantów JWST. Gdy po wielu latach projektowania, produkcji, integracji i testowania HST został w roku 1990 wyniesiony na orbitę, okazało się, że rejestrowane przez niego obrazy są nieostre i nie nadają się do dalszej obróbki. Wydawało się, że cały zaplanowany, bardzo bogaty program badawczy i gigantyczny wysiłek finansowy stanął pod znakiem zapytania. Na szczęście dość szybko odkryto przyczynę problemu. Była to niewłaściwa krzywizna głównego zwierciadła teleskopu, której nie można było sprawdzić na Ziemi. Zaprojektowano więc optyczny układ korygujący tę wadę i wysłano go na pokładzie wahadłowca Endeavour, którego załoga przeprowadziła naprawę. Dzięki niej teleskop odzyskał wzrok, a następnie, dostarczając dane i zdjęcia głębokiego Kosmosu, wielokrotnie zwrócił nakłady, jakie na niego poniesiono. Podobnych korzyści spodziewamy się także po jego następcy.

Różnice

Z uwagi na koszty i złożoność projektu budowa teleskopu Webba to wspólne przedsięwzięcie amerykańskiej (NASA), europejskiej (ESA) i kanadyjskiej (CSA) agencji kosmicznych.

Jak łatwo się domyślić, długa historia powstania JWST pełna jest nieoczekiwanych sytuacji i związanych z nimi anegdot. W roku 1996, gdy podjęto decyzję o budowie, koszty oszacowano na 500 mln dolarów. Planowano wówczas umieszczenie teleskopu na orbicie w 2007 roku, gdy zakończyć się już miała misja HST. Niestety, termin i budżet budowy teleskopu Webba zostały wielokrotnie przekroczone. W efekcie fazę konstrukcyjną zakończono dopiero w 2016 roku, a po niej rozpoczęto testy, które ujawniły wiele krytycznych błędów wymagających jego modyfikacji. Gdy je zakończono, nadeszła pandemia covid, która ponownie odsunęła termin rozpoczęcia misji.

Teleskop Webba nie ma jednak po prostu zastąpić wysłużonego Hubble’a. Został on zaprojektowany do nieco innych zadań. I choć jego możliwości są znacznie większe, zakres działania jest odmienny. Najbardziej widoczna różnica dotyczy powierzchni zwierciadła głównego: jest ono blisko pięciokrotnie większe niż w przypadku HST i składa się z 18 sześciokątnych, niezależnie ruchomych luster, dzięki czemu cała konstrukcja jest znacznie lżejsza. Każde z nich jest wykonane z berylu i pokryte złotem, co umożliwi dobre odbijanie promieni oraz zapewni utrzymanie stałej i niskiej temperatury powierzchni wynoszącej ok. 50 kelwinów (czyli około minus 220 st. C).

Jednak najważniejsza różnica pomiędzy dwoma teleskopami polega na odmiennej metodzie obserwacji. O ile bowiem teleskop obserwował głównie w zakresie światła widzialnego, JWST patrzy na świat w podczerwieni. Ma to związek z zadaniami, który zostały mu postawione – obserwacja początków Wszechświata jest możliwa właśnie w tym zakresie światła, ponieważ w najmniejszym stopniu ulega ono rozproszeniu.

Aby tak duży teleskop zmieścił się w rakiecie, odbędzie on podróż na orbitę w postaci przypominającej złożony parasol i zostanie „otwarty” dopiero na miejscu. Konieczna będzie przy tym niezwykła precyzja: dopuszczalna odchyłka wynosi jedynie 38 nanometrów (1500 razy mniej niż średnica ludzkiego włosa).

Ryzyko

Wybór właściwej orbity i miejsca w przestrzeni ma decydujące znaczenie dla powodzenia misji. Nie wystarczy bowiem umieścić teleskopu po prostu „poza Ziemią”, ponieważ istnieje wiele dodatkowych czynników, które należy wziąć pod uwagę: stabilną temperaturę, dostęp do energii słonecznej czy brak zakłóceń grawitacyjnych ze strony innych obiektów, co mogłoby zmienić orbitę instrumentu. Dlatego JWST zostanie umieszczony w tzw. punkcie libracyjnym L2 układu Słońce–Ziemia. Jest to obszar znajdujący się w odległości 1,5 mln km od Ziemi w kierunku przeciwnym niż Słońce. To położenie ma kilka zalet. Po pierwsze, teleskop będzie zawsze znajdował się w półcieniu Ziemi, co pozwoli mu utrzymać niską temperaturę, kluczową dla prowadzenia obserwacji w zakresie podczerwieni. Ponadto położenie to zapewni względnie stabilną i łatwą do skorygowania orbitę wokół Słońca. Natomiast istotną wadą takiego wyboru położenia jest oczywiście odległość: nie dysponujemy obecnie pojazdem, który w przypadku awarii byłby w stanie szybko dotrzeć do teleskopu i przeprowadzić jego naprawę na miejscu lub sprowadzić go na Ziemię. To ważny czynnik ryzyka i spory problem. Dla porównania – teleskop Hubble’a znajduje się zaledwie 500 km nad Ziemią. W przypadku teleskopu Webba wiele jego systemów zostało zaprojektowanych tak, aby ograniczyć ryzyko możliwych błędów czy awarii. Na przykład po serii awarii żyroskopów teleskopu Hubble’a, które przedwcześnie niemal zakończyły jego misję, JWST wyposażono w aż sześć takich urządzeń, spośród których jedynie dwa muszą być sprawne, aby zapewnić utrzymanie właściwej pozycji teleskopu. Wprawdzie JWST wyposażono w urządzenia dokujące dla statku kosmicznego Orion, który ma stanowić pojazd dla przyszłych misji międzyplanetarnych, ale nie ma pewności, czy i kiedy będzie to w rzeczywistości możliwe.

Wszystko wskazuje, że dzięki teleskopowi Webba ludzie już wkrótce otrzymają nowe potężne oko, pozwalające zajrzeć w najodleglejsze zakamarki widzialnego Wszechświata i poznać czasy jego wczesnego dzieciństwa.•

«« | « | 1 | » | »»

aktualna ocena |   |
głosujących |   |
Pobieranie.. Ocena | bardzo słabe | słabe | średnie | dobre | super |

Wiara_wesprzyj_750x300_2019.jpg

Reklama

Reklama