Najveća astronomska misija posljednjih desetljeća, razvoj i lansiranje svemirskog teleskopa James Webb, u suradnji američke svemirske agencije NASA, europske ESA i kanadske CSA, doživjet će kulminaciju na sam Božić. Za tada je, naime, u 13:20 sati po hrvatskom vremenu, zakazano lansiranje ovog iznimno složenog i skupog, ali i jedinstvenog znanstvenog instrumenta. U svemir će biti poslan raketom Ariane 5 iz Europske svemirske luke u Francuskoj Gvajani.

Svemirski teleskop James Webb (JWST) svojevrsni je nasljednik Hubblea, ali je po mnogočemu napredniji, drugačiji, kompliciraniji i moćniji uređaj.

Znanstveni vremeplov

Webbov teleskop osmišljen je kako bi promatrao svemir u bliskom i srednjem infracrvenom spektru, što znači da će "hvatati" svjetlost dugačkih valnih duljina. Samim time imat će mogućnost zabilježiti toplinski otisak svih svemirskih tijela prema kojima ga se usmjeri i to s visokom preciznošću. Iz NASA-e snagu ovog teleskopa uspoređuju s mogućnošću snimanja bumbara na udaljenosti od Zemlje do Mjeseca, ili pak detektiranje strukture veličine grada na Zemlji, s ruba Sunčevog sustava.

Rad u infracrvenom području znači i da će JWST bilježiti svjetlost koja je u ovaj spektar dospjela kroz milijarde godina crvenog pomaka. Tako će on moći snimiti svemirske objekte koje do sada nismo imali prilike vidjeti – prve zvijezde i galaksije koje su nastale u vrlo ranom dobu svemira, kada je on bio star tek oko 100 milijuna godina. Ti objekti tada su emitirali pretežno ultraljubičasto zračenje, a ono je kroz više od 13 milijardi godina, zbog širenja svemira, prošlo kroz cijeli vidljivi spektar i sada se može detektirati tek kao vrlo slabo infracrveno zračenje. Snimanje prvih velikih struktura u svemiru trebalo bi otkriti mnoge do sada nepoznate činjenice o nastanku prvih zvijezda i galaksija.

Foton po foton

Infracrvena svjetlost također bolje prolazi kroz velike oblake svemirske prašine, pa će Webb moći snimiti i ono što nam je relativno blisko, ali u vidljivom spektru nevidljivo. Također, njegovi senzori moći će spektrogramski izmjeriti sastav atmosfere brojnih egzoplaneta, omogućavajući znanstvenicima detaljni uvid u njihove karakteristike. Primarni zadatak bit će otkriti postojanje ugljikovog dioksida i metana u atmosferama egzoplaneta, kako bi se iz toga izvukli zaključci o mogućem postojanju života na njima. Webbov teleskop, pak, nije namijenjen za traganje za kemijskim "biomarkerima", koji bi išli korak dalje u potvrđivanju izvanzemaljskog života.

Senzori teleskopa Webb, na koje se fokusira svjetlost prikupljena velikim zrcalom, dovoljno su osjetljivi kako bi zabilježili i najslabije toplinske signale iz svemira. Procjene kažu da će iz najudaljenijih prvih zvijezda do njega stizati svake sekunde – tek jedan foton! Stoga je bitno održati instrumente i hladnima i iznimno mirnima kroz duga razdoblja prikupljanja svjetlosti (ekspozicije).

Jedinstven položaj

Svemirski teleskop James Webb bit će lansiran na udaljenost oko četiri puta veću od udaljenosti Mjeseca od Zemlje. Umjesto da se nalazi u klasičnoj orbiti oko Zemlje, on će biti "parkiran" u Lagrangeovu točku L2, jedno od mjesta gdje se poništavaju gravitacijski utjecaji Zemlje i Sunca. Nalazit će se, u odnosu na Zemlju, nasuprot Suncu, od čijeg će ga zračenja štititi veliki suncobran, i praktički će, zajedno sa Zemljom, orbitirati oko Sunca.

Revolucionarni toplinski štit, u pet slojeva tankih gotovo poput ljudske vlasi (debljine od 0,05 do samo 0,025 milimetara), načinjenih od posebnog materijala kaptona, prekrivenog aluminijem i posebnim silicijskim premazima, ima zadatak pomoći zadržati temperaturu teleskopa i njegovih instrumenata na -223° C, kako bi oni mogli detektirati i najslabije infracrvene signale iz svemira. Slojevi štita funkcionirat će i kao suncobran i kao veliki pasivni hladnjak, kako bi se neutraliziralo zagrijavanje sa sunčane strane, koje će vanjski sloj štita zagrijavati i do 83°C. Ružičasta boja vidljiva na naslovnoj ilustraciji rezultat je spomenutog silicijskog premaza.

Najveće zrcalo ikada lansirano

Glavni dio JWST-a je i onaj najprepoznatljiviji – veliko zrcalo sastavljeno od 18 šesterokutnih ploča laganog (ali i toksičnog) berilija, prekrivenih slojem zlata. Ono ima cilj fokusirati svjetlost prema sekundarnom zrcalu i u konačnici, kroz niz ostalih zrcala i leća, na senzore teleskopa. Površinom je oko 6 puta veće od zrcala Hubblea, čak 62% lakše, a omogućit će mu detektirati 10 do 100 puta manje sjajne objekte nego što to može Hubble.

Zlato, iako nije savršeni materijal za zrcala u vidljivom spektru, odabrano je kao završni sloj zrcala jer izvrsno reflektira infracrvenu svjetlost. Svako od 18 ogledala dodatno ima aktuatore koji ga mogu zakretati te tako vrlo precizno fokusirati svjetlost na sekundarno zrcalo (da bi se izbjegli problemi s fokusom kakve je iskusio Hubble). Webb, dakle, ima i mogućnost automatskog fokusa i kalibracije svojih zrcala "u letu".

Svemirski origami

Kako bi se ovaj ogromni stroj, s velikim zrcalom, uopće mogao lansirati, potrebno je bilo osmisliti desetke mehanizama i sustava koji će se moći sklopiti u teretni prostor rakete Ariane 5. Nakon lansiranja teleskop će se rasklapati oko tri tjedna. Pritom će izvesti 50 operacija, s preko 300 točaka u kojima potencijalno može zakazati. U njegove je mehanizme sa svrhom rasklapanja ugrađeno i 400-tinjak kolotura, brojni aktuatori te 400 metara raznih sajli. Za proces rasklapanja NASA je ranije ustvrdila kako je značajno složeniji od slijetanja rovera na površinu Marsa.

NASA-ini su inženjeri morali biti sigurni da će baš svaki dio odraditi svoju ulogu kako je zamišljeno, jer, jednom kada bude lansiran ili parkiran u orbitu, bit će ga nemoguće popraviti. Sustav ima ugrađene brojne zaštitne mehanizme, a možda najzanimljiviji je onaj koji ima za cilj raketnim potisnicima "prodrmati" cijeli teleskop u slučaju da neki mehanički dio zapne u kritičnom trenutku.

Kraći životni vijek

Za razliku od Hubblea, koji se nalazi u klasičnoj orbiti i napaja se solarnim ćelijama, teleskop James Webb morat će aktivnije korigirati svoj položaj s deset dvostrukih reaktivnih motora. Oni rade na hidrazin, uz didušikov tetroksid kao oksidant (njihova smjesa je samozapaljiva što pojednostavljuje dizajn potisnika), pa mu je količina dostupne energije ograničena. Prije lansiranja u njega je utočeno 159 litara goriva i 79,5 litara oksidanta – što će mu omogućiti optimalni životni vijek od najmanje 5,5, idealno otprilike 10 godina, a u najboljem slučaju i nešto duže od toga.

Tu su i sustavi žiroskopa i zamašnjaka koji će služiti za orijentiranje i usmjeravanje teleskopa, kao i senzori, sustav njihovog aktivnog hlađenja te komunikacijski sustavi – svi oni troše energiju koju će ovaj teleskop prikupljati solarnim ćelijama.

Što i kada očekivati?

Nakon lansiranja JWST će ući u složen proces puštanja u rad. Rasklapanje će početi daleko od Zemljine niske orbite, kako bi se izbjegla mogućnost sudara sa svemirskim smećem. Ključni će biti prvi tjedan, u kojem će biti rastvoren toplinski štit, i drugi, u kojem će se zrcalo posložiti u finalni položaj. Do 29. dana od lansiranja cijeli bi teleskop trebao biti postavljen u finalnu konfiguraciju i parkiran u točku L2. Tada počinje proces njegovog hlađenja i testiranja sustava, kalibracije senzora, provjere optike i svih ostalih sustava.

Otprilike nakon šest mjeseci Webb bi trebao poslati prve rezultate, koji neće biti toliko znanstveno relevantni, ali će prikazati mogućnosti teleskopa. Nakon toga dolaze na red astronomi iz cijelog svijeta koji su rezervirali vrijeme na teleskopu – kako bi napokon dobili priliku istražiti nikada do sada istražene dijelove svemira.

Prijenos lansiranja: