Pofrunie 1,5 mln km od Ziemi. Dzięki teleskopowi Jamesa Webba zobaczymy przeszłość

Obserwacja kosmosu nie jest tanim przedsięwzięciem. Świadczyć o tym może cena innego teleskopu – Hubble'a. Jego wstępny koszt szacowany był w 1972 roku na ponad 1,3 mld dolarów. Do czasu wystrzelenia go na orbitę w 1990 jego pochłonął cztery razy więcej funduszy. Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba, jako "naukowy spadkobierca" Hubble'a, przejął na razie jego problemy finansowe i harmonogramowe.

Pierwsze plany zakładały, że teleskop Jamesa Webba będzie kosztował 1,5 mld dolarów i rozpocznie obserwację kosmosu już w 2011 roku. Dziś budżet wzrósł do prawie 9 mld dolarów (z przewidywanym finalnym kosztem na poziomie 10), a start planowany jest dopiero na wiosnę 2019 roku.

Mimo wieloletnich obsunięć czasowych i rosnących kosztach Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba będzie najlepszą szansą na spojrzenie w głąb kosmosu. Do jego fragmentów i miejsc, które do tej pory pozostają dla nas ukryte. Astronomowie będą mogli m.in. dokładnie obejrzeć odkryte wcześniej planety w poszukiwaniu wody i życia.

- To będzie taki sam albo nawet większy skok, jak w przypadku Hubble'a – mówi w rozmowie z WP Tech dr Jakub Bochiński z Centrum Nauki Kopernik. - Astronomowie przez lata walczyli o możliwość obserwacji przez niego choćby przez minutę. Prowadzenie obserwacji na teleskopie Hubble’a jest do dziś oznaką dobrej jakości badań realizowanych przez naukowca. Jestem pewien, że z Webbem będzie tak samo - mówi astronom.

Największy i najsilniejszy obecnie teleskop pozaziemski - teleskop Hubble'a - ma już swoje ograniczenia. Chociaż dał astronomom ogromne możliwości, to wyraźnie czuć, że jego era powoli się kończy. Jego następca będzie miał znaczną przewagę - nie generuje ciepła. To pozwoli nam dostrzec rzeczy do tej pory niewidoczne.

- Im gwiazdy i galaktyki znajdują się dalej od nas, tym bardziej stają się czerwone. Gdy mówimy o najdalszych obiektach, to są one widoczne głównie w paśmie podczerwonym. Ten rodzaj światła wydziela każdy obiekt - im cieplejszy, tym więcej. Problem w jego uchwyceniu polega na tym, że teleskopy, które mają to zrobić, same generują ciepło - tłumaczy dr Bochiński. Teleskop Webba nie ma takiego problemu.

Ta cecha teleskopu pozwoli przede wszystkim spojrzeć w przeszłość naszej galaktyki. Jak to możliwe? Światło, choć jest najszybszym zjawiskiem we wszechświecie, porusza się z konkretną prędkością: 299 792 458 metrów na sekundę. Znaczy to, że wszystko co widzimy, oglądamy z pewnym opóźnieniem. W życiu codziennym są to nanosekundy, ale już w przypadku naszego Słońca jest to aż osiem minut. Czyli jeśli uda się nam uchwycić światło powstałe miliardy lat temu, to zobaczymy zdarzenia z początków kosmosu.

Aby to się udało, inżynierowie z NASA oraz innych kosmicznych agencji i firm musieli się nieźle nagłowić jak ograniczyć szumy, które mogą zakłócić obraz. Jednym ze sposobów, jest schłodzenie części teleskopu do temperatury bliskiej zera absolutnego. Można to robić za pomocą specjalnego chłodziwa.

Te jednak w końcu się skończy. Dlatego teleskop Webba trzeba chłodzić w inny sposób. Sprzęt został wyposażony jest w sześć tarcz słonecznych, które będą blokowały ciepło pochodzące z Ziemi, Słońca i Księżyca przed zanieczyszczeniem obrazu. Pozwoli mu to nawet na dziesięcioletnią pracę.

Tarcze mają kształt rombu, ułożone są jedna na drugiej i każda kolejna "wyłapuje" porcję ciepła. Pokryte je specjalnym materiałem (kaptonem), dzięki czemu przy poziomie ok. 300 kilowatów promieniowania słonecznego na godzinę, na drugą stronę przekażą jedynie 23 miliwaty. Jak duże są tarcze? Mają wymiary 22 m x 14 m - mniej więcej tyle co kort tenisowy. Tak ogromna konstrukcja nie zmieści się oczywiście do kapsuły rakiety. Tarcze zostaną przed startem dwunastokrotnie złożone i rozwiną się dopiero podczas lotu na orbitę.

Sama orbita, na której znajdzie się Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, jest kolejnym, dokładnie zaplanowany elementem, który pozwoli na eksplorację odległych zakątków kosmosu. W odróżnieniu od teleskopu Hubble'a, który krąży wokół Ziemi, teleskop Webba będzie krążył wokół Słońca. Znajdzie się w oddalonym o 1,5 mln km od Ziemi miejscu zwanym drugim punktem Lagrange'a (L2). Dzięki takiemu umiejscowieniu Słońce, Ziemia (i Księżyc) oraz teleskop Webba znajdą się mniej więcej w jednej linii. Może się wydawać, że w takim wypadku Ziemia będzie działała jako dodatkowa tarcza osłaniająca teleskop przed Słońcem, ale jest inaczej.

Orbita teleskopu dookoła punktu Lagrange’a została tak zaplanowana, aby uniknąć jego przejścia przez cień Ziemi (i Księżyca). Ma to zapewnić ciągły dostęp baterii słonecznych teleskopu do światła naszej gwiazdy, jednocześnie chroniąc niezwykle czułą aparaturę przed znacznymi wahaniami temperatury, które mogłyby zakłócić obserwacje.

Ciągnąca się od lat 90. budowa teleskopu Jamesa Webba powoli dobiega końca. Obecnie trwają ostatnie testy i prace przed startem, który zaplanowany jest na wiosnę 2019 roku. Inżynierowie muszą wykazać się dalece większym kunsztem niż w przypadku obiektów wysyłanych na orbitę Ziemi. Czemu? Oddalenie teleskopu o 1,5 mln km od Ziemi uniemożliwi jakiekolwiek prace naprawcze. Gdy Webb wystartuje, wszystko musi zadziałać idealnie.

Na co będzie patrzyło to kosztujące 10 mld dolarów naukowe arcydzieło?

- Jego głównym zadaniem nie będzie szukanie nowych planet. Od tego mamy inne wyspecjalizowane urządzenia - mówi nam dr Bochiński. - Ale za to będziemy mogli dokładnie przyjrzeć się ciałom niebieskim już odnalezionym. Webb ma do tego nawet specjalne narzędzia jak np. koronograf, który może "wyłączyć" światło pobliskiej gwiazdy, tak aby oglądać tylko to pochodzące od interesującej nas planety. Najbardziej jednak liczymy na to, że - podobnie jak w przypadku teleskopu Hubble’a - Webb pozwoli nam dostrzec to, o czym jeszcze nie mamy pojęcia. Udzieli nam nam odpowiedzi na pytania, których dziś nie potrafimy jeszcze nawet zadać - wyjaśnia naukowiec.