Najvýkonnejší teleskop „James Webb“ vyslaný na hľadanie počiatkov vesmíru

Ilustračné foto. Zdroj: ESA / ATG medialab

Zariadenie za 10 miliárd dolárov odštartuje z kozmodrómu Kourou vo Francúzskej Guyane, prejde 1,5 milióna kilometrov do určitého bodu za obežnou dráhou Mesiaca a rozmiestni zrkadlo na skenovanie oblohy v optickom a infračervenom rozsahu.  Očakáva sa, že nájde exoplanéty tam, kde je život, a pozrie sa do kolísky vesmíru. O najväčšom a najdrahšom vesmírnom teleskope pre RIA Novosti povedal Paul Andrew Boley, vedúci výskumník v Laboratóriu pre základný a aplikovaný výskum relativistických objektov vesmíru na MIPT.

Vzdialený potomok Hubblea

Spoločný projekt americkej, kanadskej a európskej vesmírnej agentúry vznikol už v polovici 90. rokov. James Webb nie je vylepšená verzia Hubbleovho teleskopu, ale úplne nová trieda vesmírneho teleskopu, oveľa väčšia a zložitejšia ako jeho predchodcovia. Má kompozitné zrkadlo, ktoré sa rozkladá v priestore, a unikátny tepelný štít, ktorý dokáže ochrániť pred teplotnými rozdielmi v stovkách stupňov. Všetky kľúčové systémy sú duplikované alebo existujú v rôznych verziách, takže vždy existuje možnosť výmeny, ak niečo zlyhá. V opačnom prípade bude desať miliárd dolárov vyhodených.

Pre astronómov je jedným z hlavných parametrov teleskopu vlnová dĺžka, na ktorú je naladený. Záleží na tom, aké fyzikálne procesy a teploty môžeme pozorovať.

Teleskop Jamesa Webba bude pracovať v rozsahu vlnových dĺžok od pol mikrónu (spodná hranica viditeľného svetla) do 25 mikrónov (stredné infračervené). Úloh pre klasickú astronómiu je veľa – napríklad spektroskopia hviezd, ktorá ukazuje ich chemické zloženie. Časť tohto rozsahu je pre pozorovania zo Zeme neprístupná kvôli atmosfére, ktorá pohlcuje žiarenie a tiež skresľuje obraz. Jedným zo spôsobov, ako to obísť, je poslať teleskop na obežnú dráhu.

Okrem vlnovej dĺžky a kvality obrazu je dôležitá aj veľkosť najväčšieho zrkadla. James Webb ho má – šesť a pol metra. Medzi pozemskými ďalekohľadmi existujú aj väčšie, napríklad šesťmetrový BTA v SAO RAS na Kaukaze: bol uvedený do prevádzky v 70. rokoch 20. storočia. Teraz sú v prevádzke optické a infračervené inštalácie so zrkadlami s priemerom osem až desať metrov, sú projekty aj väčšie – do 40 metrov. Ale pre priestor je šesť a pol bezprecedentná veľkosť v optickom a infračervenom rozsahu. Prístroje predchádzajúcej generácie sú v tomto smere oveľa skromnejšie: Hubbleov teleskop má dva a pol metra, Herschel tri a pol.

Čím väčší je priemer zrkadla, tým silnejšie je priestorové rozlíšenie ďalekohľadu. Záleží na tom, aké malé detaily rozlišujeme v obrazových a panoramatických mapách. A tiež – aké slabé zdroje (hviezdy, galaxie – pozn.) Uvidíme. Spravidla platí, že čím ďalej od nás je objekt pozorovania, tým je slabší. Dôležitá je samozrejme aj jeho charakteristika, no vo všeobecnosti platí, že veľký ďalekohľad zaznamená aj vzdialenejšie objekty.

Na kvázi stabilnej obežnej dráhe

 “James Webb” musí zasiahnuť bod L2 Lagrange, ktorý zaberá špeciálne postavenie v systéme Slnko-Zem. Táto dráha je kvázista, nie ako ISS alebo iné vesmírne teleskopy – Hubble alebo Radiostron, ktoré sa neustále pohybujú vzhľadom na Zem. Zariadenie by bolo možné poslať na vzdialenú obežnú dráhu, no nie je to najlepšia možnosť.

Bod L2 Lagrange je stabilné miesto, kde sa prístroj natrvalo nachádza (už tam funguje ruský ďalekohľad” Spektr-RG” – pozn. red.) a nie sú potrebné veľké korekcie jeho dráhy. Zem je vzdialená jeden a pol milióna kilometrov, takže nie je prekážkou v pozorovaní.

Pre koho pracuje James Webb?

 Vedci a organizácie podieľajúce sa na vytvorení ďalekohľadu majú zaručenú určitú pozorovaciu dobu. Ide o akúsi odmenu za vynaložené úsilie a peniaze. Všetky ostatné – podľa poradia príchodu. Okrem toho je celkový čas spravidla dlhší ako zaručený. A toto je logické. Vývojári neobmedzujú prístup k ďalekohľadu, pretože majú vždy nedostatok ľudských zdrojov. Tím, ktorý zariadenie vyrába, si s objemom získaných dát za rok sám neporadí. Jednoducho nebudú mať čas na spracovanie a analýzu.

To, mimochodom, platí pre takmer všetky teleskopy – pozemské aj vesmírne. Ich tvorcovia majú záujem o neustály prílev používateľov. Vedecká skupina z ktorejkoľvek krajiny sveta má právo požiadať o pozorovanie. Posudzuje ho odborná komisia. Ak je rozhodnutie kladné, zaradí sa do frontu a dostane čas. Všetko je zadarmo.

Údaje o pozorovaní k prihláške sú najskôr poskytnuté výlučne žiadateľom. Tí ich spravidla používajú jeden rok. To stačí na získanie výsledkov a ich zverejnenie. Ďalšie informácie sú dostupné každému. Toto je bežná prax v astronómii. A James Webb nie je výnimkou.

Keď ďalekohľad dorazí do bodu L2 Lagrange, otvorí sa, nakonfiguruje systémy a potom ho treba otestovať. Ak všetko pôjde podľa plánu, bude trvať 12 mesiacov, kým vedci začnú pozorovať. Potom môžete podať ďalšie žiadosti na celkový čas. Zvyčajne sa to robí raz ročne.

Náš výskumný tím bude, samozrejme, využívať aj údaje od Jamesa Webba. Skúmame oblasti tvorby hviezd. Sú ponorené do medzihviezdnej hmoty, ktorá dobre pohlcuje viditeľné svetlo, no vyžaruje infračervené. Ide o objekty, ktoré sú pre vesmír dosť chladné, s teplotou stoviek stupňov Kelvina, čo je porovnateľné s izbovou teplotou. Preto je pre nás užitočný rozsah 5 až 20 mikrónov. Môžeme lepšie pochopiť, ako sa hviezdy a planetárne systémy tvoria v hustých zhlukoch materiálu – v podstate prachu.

Veľké tajomstvo vesmíru

 Jednou z kľúčových oblastí práce nového teleskopu je štúdium zloženia plynov v atmosférách exoplanét. Na tento účel sa meria spektrum, ktoré ukazuje intenzitu žiarenia ako funkciu vlnovej dĺžky. Existuje niekoľko podobných prác na pozemných ďalekohľadoch, ale úroveň ich signálu je veľmi nízka. James Webb má technické schopnosti tento problém vyriešiť a výsledok môže byť veľmi zaujímavý.

Úlohy štúdia exoplanét a medzihviezdnej hmoty sa týkajú najmä Mliečnej dráhy. Ale “James Webb” je schopný sledovať vývoj celého vesmíru: uvidí galaxie s veľkými červenými posunmi (slúžia ako miera kozmologických vzdialeností). Po získaní ich spektier bude možné posúdiť ich hviezdne zloženie a štádiá vývoja. Takéto objekty sú dnes známe, no nový ďalekohľad ich dokáže objaviť vo veľkom počte a na bezprecedentné vzdialenosti.

Je pre nás dôležité poznať podrobné vlastnosti vzdialených zdrojov, aby sme mohli otestovať teórie ich vzniku. Galaxie prechádzajú rôznymi štádiami vývoja. Keď vznikli, zloženie hmoty bolo iné. Všetko, čo okolo seba vidíme, sa objavilo oveľa neskôr – ako výsledok výmeny hmoty z niekoľkých generácií hviezd. Existuje klasická fráza Carla Sagana: “Sme stvorení z hviezdneho prachu.”

V ranom vesmíre celkovo nebolo nič ťažšie ako hélium a všetky následné chemické prvky vznikali vo vnútri hviezd a pri výbuchoch supernov. Ak chcete zistiť, aké podmienky boli v ranom vesmíre, musíte sa pozrieť do minulosti – v čase, keď sa galaxie ešte len formovali. A to je možné iba vtedy, ak budete pozorovať veľmi vzdialené objekty (svetlo, ktoré k nám prešlo miliardy rokov). Pre veľmi veľké vzdialenosti máme stále len hypotézy.

Teleskop Jamesa Webba pokrýva široký rozsah vlnových dĺžok, takže jeho možnosti nie sú obmedzené kľúčovými oblasťami. Vedci a spoločnosť budú mať iné návrhy, oveľa rozmanitejšie, ako si teraz dokážeme predstaviť. Príkladom toho je Hubbleov teleskop: konkurencia aplikácií pre neho je stále veľká a funguje už 30 rokov.

-red4-