25
Teleskop Webba za 10 miliardów dolarów pokaże nam początek wszechświata
Na początek słowo wyjaśnienia. Nowa witryna CD-Action to miejsce, gdzie prócz gier będziemy chcieli częściej pisać o technologii – przede wszystkim tej bliższej graczom. Gdy jednak trafi się dobra okazja, chcielibyśmy pożeglować też nieco dalej – np. w kosmos, tak jak tutaj. Nie ukrywam, że o teleskopie Jamesa Webba chciałem napisać sam i męczyłem redakcję tym tematem aż do znudzenia. Od lat jaram się kosmosem: czytam co popadnie, Stellarium jest u mnie jednym z częściej uruchamianych programów, w szafie mam zaś robiony na zamówienie teleskop o lustrze większym niż płyta gramofonowa i ogniskowej wynoszącej półtora metra – to sprzęt, przez który widziałem cienie w kraterach na Księżycu, przerwę Cassiniego w pierścieniach Saturna i galaktyki oddalone o dziesiątki milionów lat świetlnych.
Dlatego też od lat już śledzę telenowelę pod tytułem „robimy następcę Hubble’a”. A że urządzenie jest już poskładane i czeka na wystrzelenie daleko w przestrzeń kosmiczną – okazja jest wręcz wyborna, by ten temat poruszyć. Ale nie tylko dlatego. Główny powód jest taki, że nic podobnego do teleskopu Webba wcześniej nie powstało, a jeśli wszystko się uda – zyskamy narzędzie, które pokaże nam początki kosmosu.
Kłopotliwy patronat
Z dzisiejszej perspektywy początkowe założenia konstrukcyjne następcy teleskopu Hubble’a wydają się śmieszne. Myśleć o nim zaczęto bardzo szybko, bo już w połowie lat 90. Zakładano wówczas, że wszystko pójdzie z górki i sprzęt zacznie działać w 2007 roku, będzie wyposażony w zwierciadło główne o średnicy ośmiu metrów, a koszty budowy zamkną się w 500 mln dolarów. Zapewne nikt wtedy nie zdawał sobie sprawy, jak bardzo przedsięwzięcie odwlecze się w czasie i o ile wzrosną nakłady finansowe.
Start zaplanowano na 25 grudnia między 13.20 a 13.52 naszego czasu.
Początkowo teleskop miał też nazywać się zupełnie inaczej: Next Generation Space Telescope. Obecna nazwa wprowadzona została dużo później i na przekór tradycji. Urządzenie ochrzczono bowiem imieniem Jamesa Webba, który przecież nie należał do grona astronomów czy ludzi nauki. Był za to administratorem NASA w czasach, kiedy Amerykanie wysłali ludzi na Księżyc. Nie obyło się też bez kontrowersji innego rodzaju. Patron nowego teleskopu został oskarżony o prześladowania członków społeczności LGBT – za jego rządów NASA miała zwalniać homoseksualnych pracowników właśnie ze względu na ich orientację. Ostatecznie jednak agencja wydała oświadczenie, że dowodów na tego rodzaju działalność nie ma i teleskop zachowa swą nową nazwę.
Po trwających całe lata przepychankach związanych ze specyfikacją urządzenia i wyszarpywaniu od amerykańskiego Kongresu coraz większych kwot stanęło na zmianie założeń konstrukcyjnych. Ostatecznie średnicę zwierciadła głównego (czyli instrumentu, który odpowiada za „zbieranie” światła – im jest większe, tym lepiej, mówiąc w skrócie) zmniejszono do 6,5 m, koszty finalnie zamknęły się zaś w 10 mld dolarów. Jak duża jest to kwota? W przybliżeniu można rzec, że budżet Polski jest… jedynie dziesięciokrotnie większy.
Zupełnie nowa konstrukcja
Jak się okazało, nawet wspomniana mniejsza średnica zwierciadła głównego była zbyt duża, by teleskop mógł przybrać formę zbliżoną do teleskopu Hubble’a. Z tego względu JWST (James Webb Space Telescope) musiał zostać zaprojektowany od podstaw w zupełnie inny sposób. Konieczne stało się zastosowanie składanego, zbudowanego z sześciokątnych segmentów lustra. W toku badań okazało się, że najlepszym materiałem do ich wykonania jest beryl, który cechuje się świetną odpornością mechaniczną w stosunku do swej niewielkiej masy, dobrze też utrzymuje kształt w szerokim zakresie temperatur. Tyle że zupełnie nie nadaje się do pełnienia funkcji lustra. Dlatego oszlifowane berylowe segmenty pokryto warstwą złota o grubości 100 mikronów – ogółem w toku produkcji zużyto 48 g tego cennego surowca (czyli tyle, ile waży piłeczka golfowa), pokrywając nim ok. 25 m² zwierciadła.
Produkcja zwierciadła teleskopu trwała osiem lat. Składa się ono z osiemnastu segmentów, każdy zaś wraz z oprzyrządowaniem waży niecałe 40 kg, z czego ok. 20 kg przypada na sam beryl. Jak nietrudno policzyć – razem to ok. 700 kg. Sporo? Niekoniecznie! Lustro Teleskopu Hubble’a przy średnicy 2,4 m waży 828 kg. Obydwa instrumenty mają więc porównywalną masę, ale ten nowy cechuje się niemal sześciokrotnie większą powierzchnią zbiorczą – co przy obserwacjach kosmicznych ma znaczenie z grubsza takie samo jak dobra karta graficzna w graniu. Ogółem JWST waży 6,5 tony, czyli niemal dwukrotnie mniej od swojego utytułowanego poprzednika o masie 11,11 tony. Co, jak się okazuje, ma kolosalne znaczenie.
Przed wędrówką w kosmos
Im mniejsza masa, tym łatwiejsze i tańsze jest wyniesienie ładunku w przestrzeń kosmiczną – jest to dość oczywiste. Przy teleskopie Webba jest to tym istotniejsze, że zostanie on zaparkowany nie na niskiej orbicie Ziemi (Hubble unosi się ok. 540 km nad planetą), a znacznie dalej. NASA umieści bowiem JWST w tzw. punkcie libracyjnym L2 – mówiąc pokrótce, to takie miejsce na linii przecinającej Słońce i Ziemię, gdzie urządzenie będzie mogło zachować stałą pozycję względem tych ciał niebieskich. Jak daleko zatem poleci? Na odległość 1,5 mln kilometrów, czyli niemal czterokrotnie dalej, niż człowiek kiedykolwiek oddalił się od swej macierzystej planety.
Przekłada się to na prosty fakt: w przeciwieństwie do teleskopu Hubble’a serwisowanie JWST w przestrzeni kosmicznej nie będzie możliwe. Poleci i… tyle. Jeśli okaże się, że nie będzie działać, to wyślemy ot tak, dla sportu, 10 mld dolarów w przestrzeń kosmiczną i nic z tym faktem nie będziemy mogli zrobić, jeśli zdalne próby usunięcia awarii zawiodą.
Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, zobaczymy na zdjęciach pierwsze galaktyki.
NASA oczywiście zabezpieczyła się przed tego rodzaju ewentualnością na wiele sposobów. Wspomniane lustro – a konkretnie jego wersję testową – sprawdzono pod kątem przeciążeń przy starcie, przeszło też testy uderzeniowe na okoliczność spotkania z mikrometeoroidami. Elektronika, ba, nawet elementy zwierciadła, mają swoje zapasowe odpowiedniki. Teleskop w całości, jak i jego części, mrożono, naświetlano, składano i rozkładano, by sprawdzić, czy wszystko gra. Wyciągnięto też lekcję z początkowej porażki Hubble’a. Do sprawdzenia optyki JWST stworzono zupełnie nowe narzędzia – nie używano tych, które zastosowano do produkcji lustra, co było przyczyną początkowej fatalnej jakości obrazu Hubble’a i wymusiło jego naprawę na orbicie (nosi on przez to „okulary”).
Sprawdzono też osłonę termiczną – czyli ten charakterystyczny „żagiel” teleskopu. Jego obecność jest konieczna, gdyż urządzenie zaprojektowano do pracy w temperaturze poniżej -213°C – a takiej nie da się osiągnąć, gdy na instrumenty pada światło słoneczne oraz… odbite od Ziemi i Księżyca promieniowanie naszej gwiazdy. Teleskop wyposażono więc w pięciowarstwowy płaszcz o wielkości mniej więcej odpowiadającej powierzchni kortu tenisowego. Oczywiście składanie i rozkładanie go też przetestowano – zresztą podczas jednego z takich sprawdzianów uległ on uszkodzeniu, co zaowocowało kolejnymi opóźnieniami. Jeśli dołożyć do tego zawirowania związane z sytuacją pandemiczną, to sumarycznie testy, naprawy i oczekiwanie na start przeciągnęły się do niemal pięciu lat.
Kosmiczny trzmiel
JWST ma operować przede wszystkim w widmie podczerwieni – a więc inaczej niż teleskop Hubble’a, który obejmuje spektrum od bliskiego ultrafioletu przez całe światło widzialne do bliskiej podczerwieni. To jednak zaleta: obserwując kosmos w ten sposób, zobaczymy więcej. Kombinacja możliwości optycznych i zainstalowanych instrumentów pozwoli nam spojrzeć 13,5 mld lat wstecz. Jest to związane z tym, że światło podróżuje przez próżnię ze stałą prędkością ok. 300 tys. km/s – spoglądając dalej, niejako cofamy się w czasie. Dzięki temu będziemy w stanie – wedle przypuszczeń NASA – zobaczyć pierwsze galaktyki.
Teoretycznie aparatura teleskopu Webba dostrzegłaby z Księżyca trzmiela na Ziemi.
Według obowiązujących danych wiek wszechświata szacuje się na 13,82 mld lat. Teleskop Hubble’a, tworząc obraz „Ultragłębokie Pole Hubble’a” poprzez serię ok. 800 ujęć naświetlanych w sumie przez ponad dwa tygodnie, wyłuskał galaktyki powstałe 13 mld lat temu – i choć całość robi to kolosalne wrażenie, to rozdzielczość pojedynczych obiektów była jednak dość mizerna. Teraz ma być pod każdym względem lepiej. Możliwości aparatury JWST obrazuje zresztą przykład podany przez NASA: czysto teoretycznie urządzenie byłoby w stanie dostrzec trzmiela z odległości równej dystansowi między Ziemią a Księżycem.
Odliczanie
Teleskop zostanie wysłany w kosmos rakietą o rodowodzie europejskim – Ariane 5 z Gujany Francuskiej. Szanse na sukces? Całkiem spore – do tej pory startowała ona 111 razy, z czego dwie próby uznane zostały za porażkę, dwie za częściową porażkę, jedna za częściowy sukces, pozostałe zaś w pełni się powiodły. Ryzyko, że zobaczymy kosmiczne fajerwerki za 10 mld dolarów, jest więc znikome. O wiele trudniej będzie później – procedura przygotowania teleskopu do działania jest potwornie długa.
Po starcie silniki Ariane 5 będą pracować przez 26 minut. Kilka minut po oddzieleniu się od rakiety z teleskopu wysunie się panel słoneczny odpowiedzialny za zasilanie urządzenia. Kolejne 24 godziny to kluczowe dla powodzenia misji korekty trajektorii i uruchomienie anteny odpowiedzialnej za komunikację z Ziemią. Potem, przez kolejny tydzień, będą nanoszone dalsze korekty kursu, rozłoży się również osłona termiczna i radiatory odpowiedzialne na chłodzenie aparatury. W ciągu następnego miesiąca rozłożone zostanie zwierciadło wtórne oraz dwa skrzydła zwierciadła głównego. Proces schładzania teleskopu potrwa kilka kolejnych tygodni.
Dopiero wówczas będzie można przeprowadzić pierwsze testy w przestrzeni kosmicznej, w międzyczasie nastąpi zaś kolejna korekta kursu i wprowadzenie urządzenia na docelową orbitę. Równocześnie zostaną uruchomione instrumenty badawcze. Tyle że… jeszcze nic sensownego nie pokażą. Przez następne cztery miesiące będzie bowiem trwać dostrajanie optyki – wymaga to ogromnej precyzji, gdyż zwierciadło główne składa się z segmentów, a każdy z nich trzeba będzie ustawić tak, by działały razem, pokazując jednolity obraz – pierwsze fotografie testowe będą podzielone na wiele zniekształconych fragmentów. W końcu nastąpi kalibracja instrumentów badawczych, która będzie się ciągnąć przez dwa ostatnie miesiące przygotowań wraz z testami systemów pozycjonowania – te zostaną sprawdzone poprzez śledzenie obiektów z Układu Słonecznego. Ogółem cała operacja przygotowania JWST do pracy potrwa sześć miesięcy – pierwszych fotografii z nowej zabawki NASA możemy zapewne spodziewać się w czerwcu 2022 roku.
Kiedy startuje?
Według ostatnich informacji start Ariane 5 z Kosmicznym Teleskopem Jamesa Webba odbędzie się 25 grudnia między 13.20 a 13.52 naszego czasu i będzie można go oglądać na oficjalnym kanale NASA – transmisja rozpocznie się o godzinie 13.00. Nie wiem jak wy, ale ja będę oglądać!
PS Jeśli chcecie pogadać w komentarzach o teleskopie Webba lub tym mniejszym, który parkuje u mnie w szafie, to śmiało – odpowiem na każde pytanie. 🙂
Zdjęcie otwierające artykuł: NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez
Czytaj dalej
25 odpowiedzi do “Teleskop Webba za 10 miliardów dolarów pokaże nam początek wszechświata”
Dodaj komentarz
Musisz się zalogować, aby móc dodać komentarz.
Kurcze, spodziewałem się krótkiej zajawki a tu cały artykuł o historii i znaczeniu teleskopu. Czapki z głów, panie Krigor (ewentualnie, jak mawiali Łowca.B czopki z d*p… ale to już do własnego wyboru pozostawiam).
Postaramy się, żeby na stronie pojawiały się takie artykuły okołotechnologiczne na ciekawe tematy.
Dziękuję!
świetny artykuł,
sam o wiele mniej się interesuję tematem, ale czytam od czasu do czasu artykuły o powstaniu wszechświata, gwiazdach o ile się nie mylę pierwotnych? 😛 tzn pierwszej generacji gwiazd, czarne dziury są fascynujące.
Pytanie o teleskop Webba, tutaj tego nie wyczytałem, a gdzieś obiło mi się o uszy, że uległ on uszkodzeniu? (upadł?) wiesz coś na ten temat?
Był problem z mocowaniem, ale podobno drobnostka. No chyba że dziś coś wynikło, siłą rzeczy nie śledziłem – inne sprawy na głowie ;).
Trzymam kciuki.
Dzięki za ten artykuł, Krigor. Podejrzewam, że kosmos to temat, który fascynuje wielu z użytkowników tej strony, więc pisz śmiało kolejne takie artykuły.
Ja również dziękuję!
Warto także zaznaczyć, że punkt libracyjny L2 znajduje się za naszą Ziemią w kierunku pozostałych galaktyk, a nie na lini pomiędzy Słońcem a Ziemią.
Zważywszy na to, że pył ośrodka miedzygwiezdnego nie oddziałuje negatywnie na fale dłuższe od czerwonych, doczekamy się napewno dużo nowych odkryć na temat pozostałych galaktyk, oraz tego co w ich zgrubieniach centralnych się znajduje.
Jeśli zaś teleskop zgodnie z założeniami będzie badał przesunięcia galaktyk ku czerwieni, kto wie czego będziemy mogli się dowiedzieć… Może okaże się że, ani 13,8 mld, ani 12,5 mld lat wcale nie jest odpowiednim wiekiem wszechświata.
Tak swoją drogą w oberwatorium ALMA, ESA tworzy również ciekawy projekt, którym jest Ekstremalnie Wielki Teleskop (ELT) o średnicy obiektywu 40m.
Ciekawe czy oba te wynalazki przyczynią się do odnalezienia np. nowych świec standardowych, dodając przy tym kolejny szczebel do drabiny odległości kosmicznych, zaraz po paralaksach, cefeidach i supernowych Ia.
Czytałem niedawno o ELT – to też niesamowita maszyna będzie. 🙂
Kerbal
Jak prof. Bartoszewski powiem kurła wincyj! Bardzo fajny artykuł dość nieźle opisujący technikalia, bez zbędnego zagłebiania się w szczegóły, w sam raz żeby zainteresować tematem i zachęcić do głębszych poszukiwań. Jak dla mnie moglibyście częściej wrzucać takie teksty około naukowe dotyczące ciekawych zagadnień z fizyki czy innych nauk ścisłych. Strona internetowa pomieści wiele, a na osobny dział temu poświęcony chętnie bym zaglądał.
Dzięki!
Fajnie, tylko co to ma wspólnego z giereczkami?
Odpowiedź jest w pierwszym akapicie artykułu. Nawet tego nie przeczytałeś?
Mnie bardzo zainteresował Twój teleskop. Możesz opisać go bardziej (gdzie można takie coś zamówić i Ew. Do jakiego komercyjnego teleskopu jest zbliżony)?
Hmm… najbliżej mu chyba do teleskopu Synta 12 Flex – tyle że mój przy tej samej ogniskowej ma o 2,5 cm większą średnicę lustra i jest jeszcze bardziej kompaktowy, jeśli chodzi o obudowę. Zamiast tradycyjnej składanej tuby ma stelaż z rur, który zakrywa się materiałową osłoną. Montaż – czyli baza, po której kręci się cała ta tuba – jest dużo niższy. Teleskop jednak jest na tyle duży, że tak czy inaczej nie trzeba się zbytnio do niego schylać. Po złożeniu można go za to przenosić w zasadzie samodzielnie – choć na krótkich dystansach, bo lekki to on nie jest. Zamawiany lata temu za pośrednictwem forum astronomicznego u jednego pasjonata, który robi samodzielnie takie cudeńka od podstaw. Oczywiście do tego trzeba okulary dokupić jeszcze osobno, ale to już zupełnie inna historia. 🙂
Dziękuje za odpowiedz 🙂
Hej, super tekst i gratki nowej strony, ale przychodzę tu z pytankiem. Czy jest szansa, że moglibyście justować teksty na stronie? Taki ładny layout stronki aż się prosi o wyrównanie tekstu, szczególnie lepiej czytałoby się takie długie wpisy :>
Dzięki. Przekażę, komu trzeba.
Abstrahując od jakości tekstu, to muszę wyrazić żal, że w ogóle taki artykuł się na tej stronie pojawił.
Nie wiem jakie są Wasze plany, co do treści na stronie, ale liczyłam, że kto jak kto, ale CDA nie zdecyduje się iść śladem innych stron, jak gryonline, czy Komputer Świat, które rzuciły się na naukowe wpisy robione tylko pod seo.
Nie każdy powinien pisać o nauce. I chociaż jestem całym sercem za tym, aby się każdy redaktor mógł wyrazić w tym, co lubi, to jednak nauka nie jest dla każdego. Fajnie jest poczytać na stronie czy w magazynie o recenzowanych przez Was filmach, książkach, komiksach czy serialach. Cieszę się, gdy pojawiają się tematy nie tylko związane z samymi grami.
Od paru lat widać jednak zatrzęsienie stron, które nie są stricte naukowe, a które jednak o nauce próbują pisać. To jest zaśmiecanie internetu, bo – nie oszukujmy się – większość tych materiałów jest kiepskiej jakości, pisana przez amatorów, którym trafiają się babole i przeinaczenia. Niestety w nauce dezinformacja jest szczególnie szkodliwa, a widzę jaki panuje od dłuższego czasu trend w sieci i ile już złego narobił.
Szanuję Was, dlatego mam nadzieję, że nie pójdziecie śladem innych stron, wyłącznie wpatrzonych w wyniki wyświetleń i nie stworzycie nagle rubryki science.
Super napisane, stronę Cd-Action odwiedzam ostatnio niemal codziennie, a jak widzę że pojawiają się takie artykuły o tematyce kosmicznej to chyba będę wpadał jeszcze częściej 😀
Super artykuł, oby tak dalej, a CD-Action czeka dobra przyszłość 🙂
Udało się! Webb w kosmosie! 🙂
Krigor dobra robota, strona w nowej formie trzyma poziom. Propsy za kontakt z ludźmi którzy czytają artykuły ! pozdrawiam