Webb, James Webb

Čeprav so decembrski prazniki še relativno daleč, lahko v slogu marketinških komercialnih potez že uporabimo frazo »končno prišel je med nas«. Govorimo seveda o vesoljskem teleskopu James Webb, težko pričakovanem Nasinem projektu, na katerega smo čakali dobrih trideset let in ki je lani ob koncu leta le dočakal svoj začetek, letos poleti pa objavil prve slike in rezultate. V današnjem Znanstvenem komentarju bomo podrobneje predstavili, zakaj je James Webb upravičil svojo zloglasnost.

Potreba po novem zunajzemeljskem teleskopu, ki bi nasledil Hubblov teleskop, se je pojavila že v zgodnjih devetdesetih letih prejšnjega stoletja. Glavni argument so bile številne napake v optiki, ki so se pojavile že kmalu po izstrelitvi. Razlog tiči tudi v napakah v inštrumentih Hubblovega teleskopa in v napredku tehnologije, ki je v tem času omogočil razvoj sposobnejšega teleskopa. Za popravljanje napak, kot so napačno brušeno primarno zrcalo, pokvarjeni inštrumenti in žiroskopi, je v vesolje moralo kar pet misij in »šraufanje« Hubbla se preprosto ne izplača več. Če pogledamo še z znanstvene plati, pa je seveda opazovanje prvih zvezd in galaksij našega vesolja, ki zahteva opazovanje v infrardečem spektru svetlobe, poglavitna dejavnost, za katero je stari dobri Hubble pač premalo zmogljiv in neustrezen.

Verjetno najbolj znani posnetki Hubblovega teleskopa so tako imenovani Hubble Deep Field posnetki, ki so nastali pet let po njegovi izstrelitvi, ko je teleskopu uspelo na izjemno majhnem koščku neba posneti najbolj oddaljene galaksije do takrat. Če so bile slike globokega polja le stranski produkt Hubblovega raziskovanja vesolja, pa predstavljajo eno poglavitnih misij teleskopa James Webb. Z izboljšano tehnologijo, predvsem pa s svojo velikostjo, je sposoben opazovanja in zaznave svetlobe prvih zvezd, ki so nastale po velikem poku. Prav tako je ena primarnih nalog teleskopa preučevanje prvih galaksij, s čimer bi bolje razumeli razvoj galaksij. Opazuje pa tudi planete drugih zvezd, pri čemer bi z njihovim preučevanjem lahko odkril potencialno novo življenje.

Svoje cilje James Webb dosega z uporabo ogromnega primarnega zrcala, ki ima uporabne površine kar petindvajset kvadratnih metrov, več kot šestkrat toliko, kot je ima Hubble. Zrcalo je sestavljeno iz 18 komponent, ki se lahko samostojno in neodvisno prilagajajo. Zaradi svoje velikosti in opazovanja v infrardečem spektru svetlobe lahko zazna okoli stokrat temnejše objekte v vesolju. Ker se valovna dolžina svetlobe oddaljenih zvezd in galaksij zaradi širjenja vesolja premika proti infrardečemu delu spektra in je vidno območje svetlobe skoraj nezaznavno, so inštrumenti James Webba ustrezno prilagojeni. To območje opazovanja je za tip teleskopa optimalno tudi zato, ker se med prehodom skozi oblake plina in prahu izgubi manj infrardeče svetlobe kot vidne. Prav tako lahko opazuje hladnejše objekte, kot so planeti in asteroidi.

Če je bila določena prednost starega Hubbla možnost popravljanja napak z misijami, ki so vozile morda najbolj izobražene avtomehanike do teleskopa, to pri James Webbu ne bo mogoče. Svoja opazovanja opravlja iz tako imenovane druge Lagrangeove točke sistema Zemlja – Sonce. Naj vas strokovno poimenovanje ne prestraši – gre za točko v vesolju, ki je ravno prav oddaljena tako od Zemlje kot od Sonca, da se centripetalna in centrifugalna sila na teleskop izničita, teleskop pa zato pa zato v stabilni legi. Tako uspe James Webb opraviti svoj krog okoli Sonca v enakem času kot Zemlja, čeprav je od naše zvezde oddaljen za milijon in pol kilometra več. Tako ima tudi konstanten sončni mrk, ki ga ščiti pred močnim soncem in dela prijetno senco za občutljive inštrumente. Ti morajo zaradi opazovanja infrardeče svetlobe ostati na čim bolj konstantni temperaturi okoli petdeset kelvinov oziroma okoli minus dvesto dvajset stopinj Celzija.

Poleg vseh specifikacij in fizikalnih podrobnosti ošvrknimo še ceno projekta. Nasa ocenjuje, da bo za Jamesa Webba celokupno odštela deset milijard dolarjev, od tega sta približno milijardo prispevali Evropska in Kanadska vesoljska agencija. Tekom razvoja in načrtovanja teleskopa so se pojavile težave s financiranjem, saj se je v posle ameriške vesoljske agencije kot vedno vmešala politika, ki je ocenila, da je projekt predrag. Zaradi odvzema skoraj dveh milijard dolarjev iz proračuna je bil projekt za tretjino leta preklican, vendar so naposled učene glave ameriškega predstavniškega doma svojo odločitev preklicale. Ob začetnih uspehih projekta in prvih rezultatih bi za projekt lahko rekli, da se je izplačal.

Kakšni so torej rezultati te opevane misije? Strokovna znanstvena in inženirska javnost pravita, da presunljivi. Prvo veliko presenečenje misije je prav njen potek, saj je v nasprotju s pričakovanji potekala popolno. Z metodičnim in natančnim preizkušanjem vsake mehanske in elektronske komponente ni prišlo do nobene napake pri avtomatizirani postavitvi teleskopa in utirjanju v pravilno orbito. Gorivo, ki je bilo namenjeno morebitnim popravkom orbite in obračanju teleskopa, je ostalo neporabljeno. S tem so Webbu, ki je bil sprva predviden za delovanje v obdobju petih let, podaljšali življenjsko dobo na okoli dvajset let. Bolj kot inženirski uspeh predstavlja popolna vzpostavitev teleskopa tlakovanje poti vsem naslednjim projektom, ki imajo zaradi pridobljenih izkušenj manj možnosti za nesrečne napake in klavrne konce.

Zgodbe o uspehu bi bilo lahko kmalu tudi konec, saj je maja letos teleskop zadel mikrometeorit, majhen kamenček. To je bil sicer že peti trk James Webba z vesoljskimi delci in prahom, vendar je bil ta najmočnejši. Trk je delno poškodoval in premaknil eno od komponent primarnega zrcala, zaradi česar se je pokvarila ostrina slike. Zaradi načina sestave zrcala je Nasini ekipi uspelo na daljavo popraviti ogledalo in ohraniti fokus teleskopa.

Bolje od pričakovanj so se odrezale tudi kamere in inštrumenti teleskopa. Ti so z znanstvene plati seveda najpomembnejši uspehi James Webba. Opazovanje prvih galaksij vesolja pred tem ni bilo mogoče, zato smo o njihovi sestavi in obnašanju lahko le ugibali na podlagi bližnjih, starejših galaksij. Ker svetloba od prvih nastalih galaksij do nas potuje največ časa, se nam ob opazovanjih zdijo mlade, čeprav so od vseh galaksij najstarejše. Teoretične napovedi so njihov nastanek ocenile na okoli štiristo milijonov let po nastanku vesolja. Rezultati Jamesa Webba so to starostno mejo skoraj prepolovili, na dvesto milijonov let. Teleskop je v teh galaksijah opazil galaktični prah in sledi kisika, ki nastane pri fizikalnih procesih starejših zvezd. Skupaj z zaznavo starejših zvezd v teh galaksijah to dokazuje, da so prve galaksije starejše kot predvideno.

Kot smo prej omenili, James Webb opazuje tudi eksoplanete oziroma planete drugih zvezd. Na tem področju je tako prišlo do pomembnih novih odkritij, denimo odkritje ogljikovega dioksida na eksoplanetu Wasp-39b. Ta puhasti plinasti velikan je tako blizu svoji zvezdi, da jo obkroži v zgolj 4 zemeljskih dneh, na njem pa vladajo temperature okoli devetsto stopinj Celzija. Webb je prvi inštrument, ki je s svojim bližnje infrardečim spektrometrom sposoben dovolj dobre ločljivosti, da zazna majhne spremembe v spektru, ki jih povzroča ogljikov dioksid. Življenja na Wasp-39b zagotovo ni, nas pa sposobnost opravljanja tako natančnih meritev navdaja z optimizmom, da nekje morda nekaj najdemo.

Po slabem letu od izstrelitve in začetka obratovanja se je vesoljski teleskop James Webb izkazal kot dobra naložba. Opazovanje s teleskopom pa ni omejeno le na vrh znanstvene smetane, pač pa je v določeni meri prosto dostopno tudi ljubiteljskim astronomom. V prihodnje se od misije nadejamo ne samo novih in boljših fotografij, ki jih bomo kot plakate lepili po stenah ter z njih brali datum, vendar tudi opazovalne potrditve teoretičnih napovedi in modelov ter raziskovanje planetov drugih osončij. 

Webbove slike doma po stenah lepi Filip.

Vir slike