Piše: prof. dr. sc. Vernesa Smolčić
Na Božić 2021. godine lansiran je svemirski teleskop James Webb, inženjersko remek-djelo koje će pomoći razotkriti mnoge tajne o mogućnosti izvanzemaljskog života, nastanku prvih zvijezda i galaksija pa i samome svemiru. Vjerojatno ste upoznati sa svemirskim teleskopom Hubble koji nam već više od tri desetljeća iz svemira šalje prekrasne slike na temelju kojih su znanstvenici došli do brojnih otkrića. Ovaj novi svemirski teleskop – James Webb – mnogo je moćniji od teleskopa Hubble u istraživanju pojedinosti egzoplaneta, njihovih atmosfera te ranoga svemira (ilustracija – usporedba Hubble i James Webb zrcala). No put do lansiranja teleskopa bio je dug i trnovit, uz bezbroj mogućnosti da cijeli projekt vrijedan gotovo 10 milijardi američkih dolara propadne prije nego što uopće započne. Na kraju se dugi i teški put isplatio – prve fotografije teleskopa spektakularne su, i sada nam ostaje samo pričekati da vidimo što će nam novoga svemirski teleskop James Webb otkriti o svemiru.
Ukratko o svemirskom teleskopu James Webb
Svemirski teleskop James Webb skraćeno se naziva JWST. Nalazi se na udaljenosti od otprilike 1,5 milijuna kilometara od Zemlje, gdje zajedno sa Zemljom putuje oko Sunca, u sebi noseći četiri uređaja (MIRI, NIRCam, NIRSpec, NIRISS/FGS) koji bilježe svjetlost valnih duljina od 0,6 do 28,8 mikrometara. Taj raspon valnih duljina najvećim dijelom pripada (blisko- i srednje-) infracrvenom području svjetlosti, koje ne vidimo očima, a koje je posebno pogodno za proučavanje prvih zvijezda koje su uopće nastale u svemiru, dalekih galaksija koje obitavaju u ranome svemiru te prašnjavih područja u galaksijama u kojima se stvaraju nove zvijezde i planeti (da, zvijezde i planeti nastaju u prašini!). Primarno zrcalo teleskopa promjera je 6,5 metara (to znači da je zaista veliko!), a od Sunca ga štiti petoslojni suncobran veličine teniskog terena.
Orbita svemirskog teleskopa James Webb, animacija
Od prve ideje do realizacije
S planiranjem teleskopa moćnijeg od svemirskog teleskopa Hubble (koji je lansiran 1990.) počelo se već 1990-ih godina. Prvo zamišljeno ime tog tek planiranog teleskopa bilo je „svemirski teleskop sljedeće generacije“ (engl., Next Generation Space Telescope), no 2002. godine odlučeno je da će se svemirski teleskop ipak zvati po Jamesu E. Webbu, voditelju NASA-e od 1961. do 1968., u razdoblju prvih programa SAD-a vezanih uz čovjekove letove u svemir (Mercury, Gemini i Apollo, koji su u konačnici doveli do prvog čovjekova odlaska na Mjesec 1969. godine).
Dizajn i razvoj teleskopa vodila je NASA (National Aeronautics and Space Administration, SAD) u partnerstvu s Europskom i Kanadskom svemirskom agencijom (European Space Agency – ESA i Canadian Space Agency – CSA), a izazova nije manjkalo. Lansiranje teleskopa nekoliko je puta odgađano zbog raznih izazova i zastoja. Prvotni plan bio je da teleskop bude lansiran 2007., što je potom pomaknuto na razdoblje između 2011. i 2013., zatim na 2015. pa na 2020. i na kraju 2021., kada je napokon i lansiran. Cijena teleskopa od planiranih je pola milijarde američkih dolara u konačnici narasla na gotovo 10 milijardi dolara te je zbog svih problema i toga golemog troška Američki kongres 2018. umalo ugasio cijeli projekt.
Teleskop je lansiran 25. prosinca 2021. iz Francuske Gvajane ESA-inom raketom Ariane 5 prema svojoj odredišnoj točki u svemiru. No lansiranjem teleskopa nije obilježen sretni kraj misije nakon 30 godina planiranja, inovacija i gradnje, nego početak vrlo napetog polugodišnjeg razdoblja u kojem se teleskop u svemiru trebao posložiti i pripremiti za znanstvena opažanja. Da je neki od nekoliko stotina tehničkih detalja zakazao, teleskop ne bi mogao raditi. A s obzirom na to da se nalazi vrlo daleko od Zemlje, otprilike 1,5 milijuna kilometara, ne bi bilo ni mogućnosti popravka.
Lansiranje svemirskog teleskopa James Webb na Božić 2021.
Origami u svemiru
Sam teleskop je velik – promjer primarnog zrcala iznosi 6,5 metara. Ta veličina određuje sabirnu moć teleskopa – što je veće zrcalo, to je lakše otkriti tamne i daleke zvijezde i galaksije (što nas najviše zanima) te je bolja razlučivost u fotografiji. S druge strane, zrcalo od 6,5 metara preveliko je da bi stalo i u najveću postojeću raketu kojom mora biti lansirano u svemir (infracrveno se zračenje, naime, mora opažati iz svemira jer ga Zemljina atmosfera ne propušta). Ovaj izazov riješen je tako da zrcalo nije napravljeno u jednome komadu, nego je sastavljeno od 18 segmenata koji djeluju poput saća, i koji se na dvama dijelovima sklapaju poput origamija.
Sklopljeno zrcalo stalo je u raketu, ali se po izlasku u svemir moralo otklopiti. Tomu je pak trebalo prethoditi rastvaranje suncobrana. Naime, zbog toga što uređaji koji mjere infracrveno svemirsko zračenje moraju biti vrlo hladni, nužno je da je teleskop u svakome trenutku dobro zaklonjen od Sunca koje ga grije. I zato je potreban suncobran. Ali ne bilo kakav suncobran, nego suncobran koji se sastoji od 5 izrazito tankih slojeva kaptona – izolirajućeg materijala. Svaki od tih slojeva veličine je teniskog terena, a suncobran je toliko učinkovit da omogućuje teleskopu da se ohladi na temperaturu nižu od od -223 °C.
Rastvaranje suncobrana bio je jedan od ključnih trenutaka u uspostavi svemirskog teleskopa James Webb. Da je zakazao makar samo jedan od više od stotinu mehanizama, i da se suncobran nije otvorio kako je planirano, cijeli projekt bio bi uzaludan – teleskop na koji je utrošeno 10 milijardi američkih dolara bio bi neupotrebljiv.
Svaki od slojeva suncobrana polagano se rastvarao u letu i napinjao kabelima, izazivajući napetost kod inženjera, znanstvenika i svih na svijetu koji su pratili proces. No, ta faza uspješno je okončana na veselje svih.
Proces rastvaranja JWST u svemiru
Nakon rastvaranja teleskopa i pozicioniranja sekundarnog zrcala započeo je proces hlađenja teleskopa i instrumenata koje u sebi nosi te testiranja i optimiziranja pojedinih instrumenata i teleskopa. Svaki od 18 dijelova zrcala (koje je, usput rečeno, premazano zlatom jer ono dobro odražava infracrvenu svjetlost) morao je biti savršeno namješten u odnosu na ostale, kako bi teleskop mogao proizvoditi znanstveno točne fotografije. I taj je dio uspješno odrađen te su prve znanstvene fotografije objavljene u srpnju 2022. i oduševile su nas!
Detaljne opise fotografija koje je snimio JWST potražite na FB stranici Astroučionice
Sažetak
Svemirski teleskop James Webb, skraćeno JWST, 6,5 metarski je teleskop udaljen od Zemlje otprilike 1,5 milijuna kilometara, i zajedno sa Zemljom kruži oko Sunca. Dizajniran je kako bi opažao infracrveno zračenje iz svemira, i tako najučinkovitije otkrivao prve zvijezde i prve galaksije u svemiru te kako bi imao izravan pogled u prašnjava područja u kojima se stvaraju nove zvijezde te uvid u atmosfere planeta izvan našeg Sunčeva sustava, koje bi nam mogle ukazati na moguće postojanje izvanzemaljskog života. Cijeli taj projekt planiran je i razvijan 30-ak godina te je na njemu radilo mnogo inženjera, inženjerki, znanstvenika i znanstvenica (za razliku od nekih prošlih vremena danas je mnogo više žena uključeno u ovakve projekte!). Sada nam preostaje samo pričekati da vidimo što će nam novoga svemirski teleskop James Webb otkriti o svemiru i radosno iščekivati nove velike korake u istraživanju svemira.
