Teleskop Webba – czy zastąpi nam teleskop Hubble’a?

Czas czytania w minutach: 6

Na Boże Narodzenie pisaliśmy na Facebooku o starcie rakiety, która miała wynieść w kosmos nowy teleskop kosmiczny. Dziś wiemy już, że misja się powiodła, teleskop wszedł na właściwą trajektorię, udało się go też rozłożyć bez usterek – więc przyszedł czas, żeby wyjaśnić, o co tyle “halo”. A więc do rzeczy: co to jest teleskop Webba, czy faktycznie można go określić mianem następcy teleskopu Hubble’a i co w ogóle ma on obserwować? Pozwól, że wyjaśnię!

Po co nam teleskopy w kosmosie?

No właśnie, po co? Przecież na Ziemi stoi ich pod dostatkiem! Owszem, stoi, ale wszystkie dzielą ten sam problem: pomiędzy nimi a tym, co naprawdę interesujące, jest atmosfera. W zależności od tego, gdzie teleskop zostanie ustawiony, może być jej więcej lub mniej1Jedna z przyczyn lokowania teleskopów na hawajskich wulkanach: jest tam wysoko, więc atmosfery do Kosmosu zostaje mniej, ale zawsze jest. Dlaczego to jest problem? Ponieważ światło, przechodząc przez atmosferę, ulega rozproszeniu, częściowemu pochłonięciu, zakrzywieniu… Ogólnie – jakość uzyskanych obrazów jest niższa. Po opanowaniu technologii lotów kosmicznych rozwiązanie tego problemu wydawało się oczywiste: umieścić teleskop poza atmosferą.

I tak właśnie powstał Teleskop Hubble’a. To wyposażone w zwierciadło o powierzchni około 4 m2 urządzenie od ponad 30 lat dostarcza fantastycznych zdjęć Wszechświata. Wprawdzie na początku miał pewne problemy ze wzrokiem związane z niedokładnie oszlifowanym zwierciadłem, ale to już przeszłość. Wystarczyło znów polecieć w kosmos i założyć mu kosmiczne okulary… Ale to już temat na inną notkę.

To, co się dla nas liczy, to ograniczenia możliwości Hubble’a. Pomimo kilkukrotnej modernizacji, zbliża się on do kresu swojej użyteczności. Przeprowadził on jednak wiele pionierskich pomiarów, które warte są rozwinięcia przy pomocy dedykowanej aparatury. Jeden z takich pomiarów miał na celu zajrzenie bliżej początków Wszechświata poprzez obserwacje w zakresie bliskiej podczerwieni. O co chodzi? Już wyjaśniam.

Teleskop Webba patrzy w podczerwień

Od dawna wiadomo, że Wszechświat się rozszerza. Im dłuższy dystans – tym szybciej się zwiększa. Efekt Dopplera, który możemy usłyszeć sami, wsłuchując się w odgłos zbliżającej się lub oddalającej od nas karetki na sygnale, sprawia, że światło obiektów odsuwających się od nas jest przesunięte w kierunku krótszych fal. Innymi słowy, zmienia kolor od niebieskiego ku czerwonemu… A gdy kolorów zabraknie, wpada w podczerwień. I tam właśnie możemy obserwować najbardziej od nas oddalone galaktyki. Ale dlaczego chcemy je oglądać?

Bo, jakkolwiek dziwnie by to nie brzmiało, światło rozchodzi się z szybkością światła. To jest bardzo, bardzo szybko – ale nie nieskończenie szybko. Oznacza to, że obserwując galaktykę oddaloną od nas o 13 miliardów lat świetlnych, obserwujemy to, jak wyglądała 13 miliardów lat temu, czyli tuż po początku wszechświata2”Tuż” w kategoriach kosmologicznych, oczywiście.

Dodając do siebie wiadomości z dwóch poprzednich akapitów można jasno wywnioskować, że obserwacja najstarszych galaktyk – obserwacja ich stanu, kiedy jeszcze były młode – wymaga teleskopu, który będzie działał w zakresie podczerwieni. Hubble działał głównie w zakresie widzialnym. Teleskop Webba ma nam pozwolić zbadać warunki, które panowały w młodym Wszechświecie. I został zaprojektowany od A do Z z myślą o podczerwieni.

Kłopotliwa podczerwień

A trzeba Wam wiedzieć, że obserwacje w zakresie podczerwonym potrafią być problematyczne. Dlaczego? W uproszczeniu: ponieważ podczerwień to ciepło. Każde ciało emituje promieniowanie podczerwone, którego parametry zależą od temperatury tego ciała. Bardzo czułe obserwacje oznaczają, że ciepło samego teleskopu mogą zaburzać pomiar… O ile teleskop nie będzie bardzo, bardzo zimny. Jak bardzo? Mówimy tu o temperaturach rzędu 50 kelwinów. Do tego ta temperatura musi być stała – fluktuacje również będą zaburzać pomiar. Jak to osiągnąć?

Przede wszystkim przez dobór odpowiedniej orbity. Jest taki punkt na przedłużeniu osi Słońce-Ziemia, z którym wpływ grawitacyjny tych dwóch ciał łączy się w bardzo ciekawy sposób. Mianowicie pozwala on satelicie krążyć wokół tego punktu, wokół osi Słońce-Ziemia (przy bardzo niewielkich poprawkach silnikiem od czasu do czasu). Oznacza to, że nasłonecznienie teleskopu jest cały czas takie samo, ponieważ unika on cienia Ziemi – problem fluktuacji rozwiązany! Pozostaje problem samej temperatury.

Żeby go rozwiązać, teleskop Webba potrzebuje dodatkowej osłony termicznej. I dostał ją – w postaci “żagla” o powierzchni porównywalnej z kortem tenisowym. Składa się on z pięciu warstw, każda o grubości rzędu kilkudziesięciu mikrometrów – mniej niż przeciętny ludzki włos! Oczywiście przed startem rakiety osłona była złożona, rozkładała się później, już w trakcie lotu. Oczywiście proces jej rozkładania musiał zostać przetestowany przed startem – i całe szczęście, bo nie wszystkie próby zakończyły się powodzeniem. Uszkodzenia powłoki spowodowały opóźnienie misji, ale zdecydowanie lepiej było zorientować się, że istnieje problem i go naprawić jeszcze na Ziemi, bo gdyby osłona nie rozłożyła się prawidłowo w kosmosie, to byłby to koniec misji. W przeciwieństwie do unoszącego się około 500 kilometrów nad Ziemią teleskopu Hubble’a, teleskop Webba jest od naszej planety tak daleko, że misja załogowa mająca na celu jego naprawę jest aktualnie technicznie niewykonalna.

Pierwsze fotki

Szczęśliwie cały proces rozkładania teleskopu zakończył się sukcesem. Trwało to 13 dni, ale obeszło się bez żadnych problemów. A kilka dni temu teleskop Webba zaczął nawet robić pierwsze zdjęcia. Efekt jego pracy można zobaczyć poniżej:

Kilkanaście białych punktów na czarnym tle - zdjęcie z teleskopu Webba. Po lewej napis Ainitial alignment mosaic.

Co ciekawe: to zdjęcie przedstawia… Jedną gwiazdę. Widzianą 18 razy. Dlaczego? Ze względu na konstrukcję zwierciadła teleskopu. Ma ono powierzchnię około 25 m2 – dla porównania, w jego słynnym poprzedniku ta powierzchnia wynosi tylko 4 m2… Tak wielkie lustro również musiało lecieć w kosmos złożone, nie mogło więc być wykonane z jednego kawałka materiału. Zamiast tego postawiono na 18 ośmiokątnych segmentów, wykonanych z berylu pokrytego cieniutką warstewką złota. To, co widzicie na zdjęciu, to obraz służący do dokładnego ustawienia poszczególnych segmentów, tak, żeby wszystkie razem działały jak jedno zwierciadło – czyli żeby te 18 obrazów gwiazdy nałożyło się na siebie. Konstrukcja teleskopu jest dodatkowym powodem, dla którego trzeba ograniczyć fluktuacje ciepła: jeśli któryś segment nagrzeje się bardziej niż inny, zmieni lekko swoje położenie, a na powstającym obrazie zaczną się pojawiać zakłócenia.

Teleskop Webba – czekamy

Kiedy zatem możemy się spodziewać pierwszych “prawdziwych” zdjęć? Za jakieś pięć miesięcy. W międzyczasie potrzeba czasu na dalsze chłodzenie teleskopu, jego kalibrację, ustawienie zwierciadła i tak dalej. Ale później teleskop będzie mógł zacząć działać na pełnych obrotach. I mamy nadzieję, że dane z niego uzyskane powiedzą nam więcej o tym, jak powstawały pierwsze galaktyki. A może nawet o tym, czy gdzieś w kosmosie istnieje życie! Jak?

Teleskop Webba czuły na podczerwień może być też wykorzystany do analizy składu atmosfery odległych planet. Gdy planeta znajdzie się pomiędzy swoją gwiazdą a naszym teleskopem, część światła z gwiazdy będzie musiała przejść przez atmosferę planety. To oznacza, że część tego przechodzącego światła zostanie przez atmosferę pochłonięta – ale nierównomiernie. Niektóre długości fali, odpowiadające konkretnym pierwiastkom lub związkom chemicznym, będa pochłonięte w większym stopniu. Samo to może nam dać pewne wskazówki co do istnienia gdzieś życia – są związki, które utożsamiamy z działalnością istot żywych. Ale nawet same cykliczne zmiany składu atmosfery mogą sugerować istnienie pór roku – a także dopasowanego do nich życia roślinnego.

Ba, jeśli Wy macie pomysł na obserwacje, które mógłby wykonać teleskop Webba, możecie wystartować w konkursie, rozpisać projekt… I zostaje tylko drobny problem przejścia przez recenzje. Zainteresowanie kilkunastokrotnie przekracza dostępny czas pomiarowy. Dlatego też wszystkie propozycje oceniane są przez panel ekspertów, a wybierane są tylko najlepsze. Dodatkowo, część czasu pomiarowego przeznaczona jest dla instytucji, które pomogły zbudować urządzenie, a część pozostaje wolna – do dyspozycji, w razie pojawienia się niespodziewanych zjawisk, którym warto by się bliżej przyjrzeć3Może na przykład gdyby Betelgeza w końcu wybuchła….

Dobrą wiadomością jest to, że misja teleskopu prawdopodobnie będzie dużo dłuższa, niż planowano. Tak jak wspominałem, żeby utrzymać prawidłową orbitę teleskop będzie potrzebował zużyć niewielkie ilości paliwa od czasu do czasu. Zaplanowany zapas paliwa miał wystarczyć na 5-10 lat. Okazało się jednak, że zarówno start rakiety nośnej, jak i korekty trajektorii w trakcie lotu na ostateczną orbitę, były na tyle precyzyjne, że paliwa starczy na “zdecydowanie więcej niż 10 lat”. Oznacza to, że – o ile nic innego się nie zepsuje – teleskop Webba dostarczy nam wielu ciekawych odkryć!

https://www.theverge.com/2022/2/11/22929054/nasa-james-webb-space-telescope-first-images

https://webb.nasa.gov/content/science/origins.html

https://www.space.com/james-webb-space-telescope-observing-time-anonymous

https://www.theverge.com/2021/12/29/22858406/nasa-james-webb-space-telescope-mission


Zainteresowało Cię to, co czytasz? Chcesz wiedzieć więcej? Śledź nas na Facebooku, i – pozwól, że wyjaśnię!



0 0 votes
Oceń artykuł
Powiadom mnie!
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments