Ekspert dla Wirtualnemedia.pl: Teleskop Webba przeżyje dłużej. Czy jesteśmy sami w kosmosie?

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba to jeden z najbardziej oczekiwanych projektów kosmicznych ostatnich lat. Z umieszczoną w przestrzeni skomplikowaną aparaturą obserwacyjną naukowcy na całym świecie wiążą duże nadzieje, ale teleskop stworzony przez NASA nie miał w przeszłości szczęścia. Jego start wielokrotnie przekładano. Jednak w okresie Świąt Bożego Narodzenia udało się wreszcie doprowadzić do wyniesienia urządzenia w kosmos.

Czytaj także: W Kanadzie zatrzymano podejrzanego o szpiegostwo w branży kosmicznej na rzecz Chin

Najtrudniejsze przed nami

Teleskop Webba poleciał w przestrzeń. W centrum NASA można było usłyszeć głębokie: Uff!! Ale to dopiero początek. O tym jaka jest obecnie sytuacja teleskopu, jego bliska i dalsza przyszłość oraz jakie nadzieje można wiązać z projektem wyjaśnia wnikliwie w rozmowie z nami Stanisław Rokita, astronom z Centrum Popularyzacji Kosmosu w Toruniu.

- 25 grudnia 2021 roku, po zaledwie 10 latach opóźnienia, wystartował w swą podróż Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba – przypomina nie bez pewnego przekąsu Stanisław Rokita. - Start w kosmos czy powrót z niego to na ogół najtrudniejsze i najbardziej ryzykowne elementy misji, jednak w wypadku JWST, jak twierdzi astronom i dziennikarz Eric Berger, udany start to zaledwie 10 proc. powodzenia misji. W najbliższych dniach i miesiącach przed Teleskopem stoi wiele wyzwań zanim osiągnie on gotowość naukową, co nastąpi za około 6 miesięcy.

JWST często określany jest jako następca Kosmicznego Teleskopu Hubble’a (HST), jednak zdaniem eksperta nie jest to do końca odpowiednie określenie.

- To zupełnie różne teleskopy: inne technologicznie, inne w sposobie pracy i pracujące w innym miejscu – wymienia Rokita. - Co prawda oba w kosmosie, poza Ziemią, lecz w zupełnie różnych miejscach. HST pracował i pracuje nadal (oby jak najdłużej) na orbicie wokół Ziemi i gdy zaszła konieczność można było zorganizować misję naprawczą, a później serwisowe. W przypadku JWST takiej możliwości nie będzie. Webb będzie orbitował wokół punktu Lagrangea L2 w odległości ok. 1,5 mln km za Ziemią, patrząc od strony Słońca. Jeśli coś się wydarzy, nie będzie dla niego możliwości „fizycznej” pomocy. Sama podróż do docelowego miejsca zajmie 30 dni, w czasie których Teleskop musi przygotować się do pracy (niektóre elementy zostały już wykonane).

Podstawowe różnice? Teleskop Hubble’a pracuje w zakresie widzialnym, ultrafiolecie i bliskiej podczerwieni. JWST będzie natomiast obserwował w podczerwieni. Ten zakres widma implikuje sposób pracy, konieczna jest ochrona lustra i aparatury naukowej przed promieniowaniem słonecznym specjalnym żaglem.

Więcej paliwa w baku

- JWST dokonał już dwóch korekt kursu, by dotrzeć do wyznaczonego celu – zaznacza Rokita. - Podczas startu celowo nie rozpędzono Webba do maksymalnej potrzebnej prędkości, żeby nie „przestrzelić”. Nadwyżka prędkości oznaczałaby konieczność obrócenia teleskopu w kierunku Słońca (części optycznej i naukowej)  i hamowania, a to mogłoby uszkodzić niezwykle czułą aparaturę naukową. Korekt dokonano 26 i 28 grudnia (czasu polskiego). Ostatnia planowana jest tuż przed dotarciem do L2.

Według naszego rozmówcy korekty kursu były na tyle udane, że pozwoliły zaoszczędzić paliwa na przyszłość. Pozwoli to na wydłużenie pracy JWST. Pierwotnie planowano działanie teleskopu na 5 lat, z bardzo prawdopodobną możliwością przedłużenia do 10 lat. Oszczędności na paliwie pozwolą jeszcze ten okres wydłużyć. Paliwo potrzebne jest na dotarcie do punktu docelowego, wejścia na orbitę wokół L2 i na późniejsze utrzymanie orientacji w przestrzeni.

Jakie były ostatnie dni w młodym kosmicznym życiu teleskopu Webba? Wkrótce po starcie zostały poprawnie rozłożone panele słoneczne, które dostarczą energii potrzebnej do pracy urządzenia.

📞 Hello Webb? It's us, Earth!

Our team just deployed the gimbaled antenna assembly, which includes Webb’s high-data-rate dish antenna. This antenna will be used to send at least 28.6 Gbytes of data down from the observatory, twice a day: https://t.co/4vKcbjbKJO pic.twitter.com/zFjhF3yLzY

— NASA Webb Telescope (@NASAWebb) December 26, 2021

- 26 grudnia rozłożona została kierunkowa antena wysokiego zysku - wyjaśnia Rokita. - Dzięki niej możliwe będzie ściąganie dużych ilości danych naukowych z teleskopu. Zespół misji sprawdził też ruchomość anteny. Uruchomione zostały też już czujniki temperatury i tensometry, które będą sprawdzać skuteczność rozkładania struktur na teleskopie.

29 grudnia rozłożona została wieżyczka oddzielająca część optyczną teleskopu z instrumentami od platformy z osłoną na wysokość około dwóch metrów. Takiego dystansu potrzeba między teleskopem a platformą, aby uzyskać pożądaną izolację termiczną oraz zrobić miejsce dla rozkładanej później osłony przeciwsłonecznej.

- Jak na razie wszystko przebiega planowo, jednak to dopiero początek – podkreśla ekspert. - Jeszcze w tym roku zostaną otwarte osłony przeciwsłoneczne chroniące teleskop w czasie startu, a następnie rozpocznie się proces rozkładania specjalnej osłony przeciwsłonecznej niezbędnej do poprawnej pracy Teleskopu w przyszłości o rozmiarach 14 na 20 metrów. Żeby lepiej chronić teleskop i odprowadzać ciepło, nie jest to pojedyncza osłona, lecz złożona z 5 osobnych warstw.

Co dalej?

W drugim tygodniu lotu rozpocznie się rozkładanie samego teleskopu - skrzydeł zwierciadła głównego oraz struktury wspierającej zwierciadło wtórne. Zwierciadło Webba ma średnicę 6,5 metra i złożone jest z 18 elementów. W czasie startu lustro było złożone by zajmować jak najmniej miejsca, teraz trzeba będzie ustawić wszystkie 18 elementów na swoich miejscach.

Nasz rozmówca wyjaśnia, że około miesiąca po starcie JWST wykona ostatni manewr korekty, wprowadzający go na docelową orbitę. Rozpocznie się wtedy faza przygotowywania optyki teleskopu do pracy.

- Teleskop będzie musiał stygnąć za osłoną przeciwsłoneczną (JWST pracuje w temperaturze minus 230 stopni C), aż będzie można uruchomić wrażliwą na ciepło kamerę, która pomoże w kalibracji – tłumaczy Rokita. -  Po wielu tygodniach wychładzania rozpocznie się proces ustawiania poszczególnych segmentów zwierciadła głównego, tak aby zaczęły działać jak jedno wielkie lustro. Inżynierowie oceniają, że ustawianie segmentów zakończy się około 4 miesiące po starcie.

Astronom zapowiada, że potem czekać nas jeszcze będzie jedna, ostatnia faza przygotowania teleskopu do pracy - kalibracja instrumentów naukowych. Przez kolejne tygodnie obserwowane będą wybrane cele kosmiczne. Różne kalibracje trwać będą przez około rok, ale już 6 miesięcy po starcie JWST powinien zacząć wykonywać pierwsze obserwacje naukowe.

Czytaj także: Polskie firmy sektora kosmicznego w projekcie badawczym w Australii

Spojrzymy dalej w przeszłość

Zdaniem naukowca, z którym rozmawiamy trudno jest powiedzieć jakie korzyści naukowe uzyskamy z JWST, dopóki nie zacznie pracować. Tak samo nie da się stwierdzić, czy będą to przełomowe odkrycia. Możemy jednak przyjrzeć się poszczególnym dziedzinom, którymi ma zająć się teleskop i jakiego rodzaju informacje spodziewamy się dzięki niemu uzyskać.

Młody Wszechświat
JWST pozwoli zajrzeć nam dalej w przeszłość niż obecne teleskopy. Zakres obserwacyjny pozwoli zajrzeć w czasy ok. 100 mln po Wielkim Wybuchu, do okresu powstawania pierwszych gwiazd i galaktyk.

- Najstarsza obecnie znana galaktyka znajduje sie w odległości 13,3 mld lat światła, powstała ok. 420 mln lat po Wielkim Wybuchu – zaznacza Rokita. - JWST pozwoli znacząco przesunąć granicę obserwacji (o 300 mln lat). Może też być pomocny w określeniu stałej Hubble'a, która opisuje ewolucję Wszechświata. Obserwacje pierwszych gwiazd na pewno zrewolucjonizują kosmologię obserwacyjną i nasze rozumienie początków uniwersum.

Ewolucja galaktyk
Jednym z ważniejszych pytań astronomii jest to, jak powstała taka różnorodność obserwowanych galaktyk. Dzięki obserwacjom w podczerwieni odległych galaktyk JWST pozwoli lepiej zrozumieć procesy powstawania gwiazd na skalę galaktyczną oraz ewolucję tempa formowania się gwiazd w kosmosie. Może odpowiedzieć na pytania: Jak powstawały galaktyki, jak zmieniały się w czasie, jaki jest rozkład chemiczny materii w galaktykach, jak kolizje wpływały na ewolucje galaktyk?

Narodziny gwiazd i planet
Obserwacje obszarów powstawania gwiazd, jak i otaczających je dysków pyłowych pozwolą na lepsze zrozumienie procesów powstawania tych obiektów, a w konsekwencji poznanie procesów, które doprowadziły do narodzin Słońca i naszej Ziemi.

- Może uzyskamy odpowiedź na pytanie jak powstają planety skaliste takie jak Ziemia – zaznacza Rokita. - Zrozumienie warunków w jakich powstają planety takie jak nasza może dostarczyć nam informacji jak w kosmosie może narodzić się życie.

Planety pozasłoneczne
JWST pozwoli dokładniej przyjrzeć się egzoplanetom i warunkom na nich panującym. - Umożliwi badanie składu chemicznego atmosfer, czy wręcz obserwacje pogody na nich – przewiduje Rokita. - Może dowiemy się jak powstają i ewoluują planety skaliste, lodowe czy gazowe olbrzymy. Czy nasz system planetarny jest typowy w kosmosie, czy wyjątkowy i unikatowy?

Życie pozaziemskie
Teleskop nie tylko przyjrzy się egzoplanetom i ewentualnym warunkom pozwalającym na istnienie życia, ale także naszemu najbliższemu otoczeniu: księżycom Saturna i Jowisza.

- Obserwacje w podczerwieni pozwolą na zajrzenie pod lodową skorupę satelitów i określenie warunków panujących w oceanach tych obiektów (a są to obszary podejrzewane o możliwość powstania życia) - podsumowuje Rokita.