James Webb svemirski teleskop: novo, zlata vrijedno oko

 

Tri decenije nakon što se rodila ideja o još jednom svemirskom teleskopu, ,,nasljednik" svemirskog teleskopa Hubble, James Webb teleskop,  trebao bi biti lansiran 25. decembra, dva dana kasnije nego što je predviđeno. Kada teleskop poleti - nakon mnogo kašnjenja i nekih kontroverzi - svemirski teleskop James Webb (JWST) postaće novi alat i nada astronoma širom svijeta.

Dugo očekivano lansiranje James Webb Space Telescope (JWST) odgođeno je na 25. decembar zbog  olujnog vremena u Francuskog Gvajani i nekih poteškoća s opremom za komunikaciju i NASA je zvanično izvijestila da lansiranje neće biti prije. Prvo je najavljeno za 18. decembar, pa za 22., pa za 24. i na kraju odgođeno za 25. Samo teleskop kasni čak 14 godina - naime, nije bilo jednostavno napraviti uređaje potrebne da on postiže ono što treba. 

Kako je u svom tvitu istakao fizičar dr. Darko Donevski, JWST zapravo nije nasljednik Hubblea. Ta dva teleskopa će biti komplementarni, jer imaju drugačije uređaje i obuhvataju drugačiji opseg talasnih dužina.

Teleskop je dobio ime po bivšem NASA-inom činovniku Jamesu Webbu, koji je, premda sam nije bio naučnik, odigrao važnu u usmjeravanju NASA u naučne poduhvate i imao malo drugačiju viziju za ovu agenciju. Međutim, Webb je također podržavao vladinu diskriminaciju protiv LGBT zaposlenika 1950-ih i 1960-ih, što je izazvalo talas negodovanja i zahtjeve da se ime teleskopa promijeni. Ipak, NASA je odbila promijeniti ime teleskopa.

Lansiranje ovog objekta neće biti jednostavno: jednom kad se odvoji od rakete, otprilike 30 minuta poslije polijetanja, moraće da prođe čak 344 kritična trenutka koji moraju da se odigraju u pravo vrijeme ako misija želi postići željenu konfiguraciju.

Samo da bi stigao do odabrane tačke za opservaciju, 1.5 miliona kilometara od Zemlje, JWST će putovati oko 30 dana.

 

Primarni zadaci

Zadatak JWST će biti da nastavi tamo gde je Hubble stao i ode još dalje. Pomoću  teleskopa Hubble smo naučili puno jer on je bio prvi optički svemirski teleskop, ali pošto znamo da se vidljiva svetlost lako blokira, Hubble je bio dizajniran tako da pored vidljive svjetlosti može da detektuje i za oko nevidljivo infracrveno i ultraljubičasto zračenje.

Međutim, rezultati koje je Hubble sakupio tokom 30 godina posmatranja, kao i posmatranja drugim teleskopima, rekli su nam da se odgovori o nastanku prvih zvijezda i galaksija kriju još dalje u prošlosti, i to toliko daleko da zbog širenja svemira svjetlost tih prvih zvijezda i galaksija nije više vidljiva već infracrvena.

„Zbog toga JWST nije samo noviji i veći naslednik Habla već je i drugačiji u smislu da će JWST najbolje moći da vidi infracrvenu svetlost, a od vidljive svetlosti će moći da vidi tek od žute pa ka crvenoj svetlosti. To je zbog toga da bi mogao da postigne jedan od svojih glavnih ciljeva, a to je da vidi dalje u prošlost od Habla u vreme nastanka prvih zvezda i galaksija kada je svemir bio bar stotina miliona godina star“, objašnjava astrofizičarka dr Tijana Prodanović.

James Webb teleskop će se morati navići i na multitasking, jer ovo neće biti jedini njegov zadatak.

„Drugi veliki zadatak koji će imati JWST a koji će isto biti u mogućnosti da obavi zahvaljujući tome što može da vidi infracrveno zračenje, će biti ispitivanje atmosfera egzoplaneta i njihovog molekulskog sastava u potrazi za planetom koja bi eventualno bila nalik Zemlji“, dodaje dr Prodanović.

Još jedan proces koji će JWST ispitivati je rađanje zvijezda i planetarnih sistema pošto ovi procesi obiluju infracrvenim zračenjem.

Također, sarađivaće i sa Event Horizon teleskopom (EHT) u posmatranju crne rupe u središtu Mliječnog puta, Sgr A*. Event Horizon  je u stvari grupa od 8 radioteleskopa širom planete koji su zarad bolje rezolucije udruženi u posmatranju supermasivne crne rupe u centrima galaksija.

Centri galaksija su obično nevidljivi za optičke teleskope jer gomila i prašine blokira vidljivu svjetlost. Zbog toga ovakve izvore posmatramo pomoću radio talasa jer oni mogu da se probiju kroz sav taj gas i prašinu. Međutim, da bismo vidjeli baš samu blizinu crne rupe treba nam dobra rezolucija jer čak i supermasivne crne rupe kao recimo Sgr A* koja ima 4 miliona mase Sunca, ima horizont događaja svega oko 10 miliona km u prečniku, što je oko 30 puta manje od prečnika orbite Zemlje oko Sunca.

„JWST će u tom pokušaju da vidimo sam komšiluk supermasivne crne rupe u centru naše galaksije biti pojačanje jer će se kombinovanjem infracrvenih posmatranja te oblasti pomoću JWST i radio posmatranja EHT-a moći dobiti oštrija slika. Slika koja se dobija bez JWST je nešto 'mutnija' jer sporadični izlivi energičnih, brzih čestica u blizini Sag A* dodatno zrače i „kvare“ sliku, ali i predstavljaju posebno interesantnu temu istraživanje, a JWST će to moći da rasvetli.“ , govori dr. Prodanović.

 

Egzoplanete u 'oku' JWST

Stvar koja zaljubljenike u svemir i astofiziku interesuje vezano za ovaj teleskop i čemu se raduje svakako je mogućnost da se pomoću ovog teleskopa proširuje naše znanje o egzoplanetama. Egzoplanete su zapravo sve one planete koje naučnici otkrivaju van Sunčevog sistema, a sam naziv je nastao od grčke riječi, prefikasa „egzo“, u značenju „izvan“. Danas naučnici među tim egzoplanetama razlikuju stjenovite planete, poput naše Zemlje i plinovite divove kakvi su Jupiter, Saturn i Neptun. Ali razlikuju i još niz drugačijih planeta.

Za sada, naučnici se koncentrišu uglavnom oko egzoplaneta koje se nalaze u tzv. „Goldilocks zoni“, odnosno naseljivoj zoni, koje nisu ni preblizu ni predaleko od svoje zvijezde. Ovo još ne znači da na tim planetima ima života, pa čak ni da su naseljive, ali je određena indikacija naučnicima.

Inače, termin „Goldilocks zone" nastao je  prema Zlatokosoj iz  priče „Zlatokosa i tri medvjeda“ (Zlatokosa je na engleskom Goldilocks). Naime, u toj priči, Zlatokosa traži sredinu – neće pojesti kašu ako je prevruća ili prehladna. Upravo su takve i planete u Goldilocks zoni – ni prevruće ni prehladne.

No uvid u to da li je neka planeta preblizu ili predaleko od zvijezde nije dovoljno dobar pokazatelj. Sada naučnici pokušavaju steći uvid u atmosfere egzoplaneta, a tu će James Webb biti važan.

„JWST će imati uvid u hemijski sastav atmosfera planeta. Pošto su planete male i ne sijaju, a atmosfere na planetama nalik Zemlji obično tanke, teško bi ih mogli direktno posmatrati. Međutim, kada se planeta na svom putu oko svoje matične zvezde, kreće tako da gledajući iz našeg položaja ona prelazi preko diska zvezde, to nam daje mogućnost da indirektno vidimo te planete jer one na taj način blokiraju deo svetlosti zvezde i mi do vidimo kao smanjenje sjaja zvezde koje kratko traje i periodično se ponavlja kako se planeta kreće oko zvezde“,  objašnjava Prodanović način na koji naučnici detektuju egzoplanete, putem njihovih tranzita, kada naprave sjenu kada prolaze između teleskopa i matične planete.

„E sada zamislite da ta planeta ima atmosferu. To znači da kada planeta prelazi preko diska zvezde, ako gledamo tik uz ivicu planete, svetlost zvezde tu neće biti potpuno blokirana već će svetlost zvezde proći kroz atmosferu planete na putu do nas. Ali kad svetlost zvezde prolazi kroz bilo kakav gas na putu do teleskopa, taj gas ostavi svoj otisak na svetlost, odnosno na spektar, zvezde. Pošto su zvezde mnogo toplije od planeta u njihovim atmosferama ili nema uopšte ili nema tih istih molekula kakvih ima u atmosferama planeta, tako da otisci (sručno to zovemo spektralne linije) molekula koje vidimo u spektrima zvezda, a koji su uglavnom u infracrvenoj oblasti, nam otkrivaju sastav atmosfera planete“, kaže dr. Prodanović.

 

Saradnja nekoliko svemirskih agencija

Interesantna je i činjenica da se James Webb lansira pomoću ESA-ine raketa Ariane 5 i to s Guiana Space Centre u Francuskoj Gvajani. Treba razumjeti kako su istraživanja svemira zahtjevna i skupa i uglavnpm se baziraju na saradnjama. Zbog toga svemirska istraživanja predstavljaju i jedinstvenu priliku za saradnju među nacijama i naučnicima.

NASA predvodi ovu misiju, testira, odgovorna je za razvoj ogledala. ESA je odgovorna za lansiranje pomoću Ariana 5 rakete koja je jedna od najpouzdanijih raketa, kao i za jedan od infracrvenih spektrografa, dok je kanadska CSA odgovorna za još jedan spektrograf i senzore. Ovo je još jedan primjer važnosti naučne diplomatije.

 

Izvor:NASA

Instrumenti 'zlata vrijedni'

Glavna prednost JWST je što će posmatrati veće talasne dužine od teleskopa Hubble, što je skoro 3 puta veći i imaće 100 puta bolju rezoluciju. Sve ovo će mu omogućiti da vidi dalje u prošlost od Hubblea, a da na manjim rastojanjima ima bolju preciznost.

„Što se instrumenata tiče oči JWST-a su OTE – element optički teleskop koji će da sakuplja i fokusira vidljivo i infracrveno zračenje, a 'mozak? JWST je ISIM – integrisani modul naučnih instrumenata, koji u sebi sadrži 4 instrumenta: blisko-infracrvenu kameru koja snima zračenje odmah iza crvene vidljive svetlosti, blisko-infracrveni spektrograf koji „secira“ snimljeno blisko-infracrveno zračenje i od njega pravi spektar, srednje-infracrveni instrument koji se sastoji od kamere i spektrografa namenjenih za srednje-infracrveno zračenje, i senzor za navodjenje sa još jednim infracrvenim detektorom i spektrografom“, dodaje dr. Prodanović.

Izvor infografike: BBC, kao što vidite

Možda je najzanimljiviji i najuočljiviji dio teleskopa glavno ogledalo, sačinjeno od berilijuma sa zlatom u obliku 18 heksagonalnih ploča. Ovo glavno ogledalo je moralo biti konstruisano tako da ostane lagano, jer je James Webb oko 3 puta veći od Hubblea.

Takođe, pošto se posmatranja infracrvenog zračenja moraju vršiti na niskoj temperaturi jer i sam teleskop ima neku temperaturu i zrači isto infracrvenu svjetlost što naučnici žele smanjiti, bilo je jasno da mora biti izrađen od materijala koji dobro podnosi hladnoću.

„Zbog toga je izbor za materijal od kog će biti izrađeno ogledalo JWST pao na berilijum“, ističe Tijana. Ovaj laki element je 3 puta lakši od aluminijuma ali je 6 puta jači od čelika i moći će bez deformacije izdržati rad na temperaturi od -240^OC. „Berilijumsko ogledalo je na kraju presvučeno tankim slojem zlata i za to je ukupno je iskorišćeno nešto manje od 50g zlata jer ono odlično reflektuje infracrveno zračenje, a to je jako bitno jer je svaki foton dragocen kada gledate tako daleku i bledu svetlost kao što će JWST gledati“, dodaje.

Često čujemo kako ljudi govore da se previše ulaže u ovakve gigantske projekte istraživanja svemira, a da je bolje sredsva preusmjeriti na rješavanje problema na Zemlji.

„Ovo pitanje dobijam često i potpuno je razumljivo. Međutim, svako ko je ikada gledao na TV-u neki kanal gde se nešto prodaje je sigurno čuo da je nešto već izrađeno po NASA-inoj tehnologiji. To je zato što, iako svemirska istraživanja imaju ciljeve koji su usmereni ka svemiru, a ne ka Zemlji, da bi došli do njih, da bi uspeli da kažemo nešto o tim udaljenim svetovima sedeći na Zemlji, mi moramo prvo da rešimo neke velike izazove i probleme, a onda često ta rešenja nađu primenu i na Zemlji“, osvrće se dr. Prodanović.

„Digitalne fotografije, wifi, bežične bužilice, pejsmejkera, đonova za patike, su samo od nekih inovacija koje su proistekle iz svemirskih istraživanja. Tako da iako to možda nije odmah jasno kako će nam velika ulaganja u svemirska istraživanja pomoći za život na Zemlji, ona to svakako na neki način hoće učiniti“, zaključuje ona. 

Ovaj tekst je prvobitno objavljen na Glas Amerike u decembru 2021. Više o NASA-inim patentima i pronalscima koji su poboljšali svakodnevni život pročitajte u tekstu: ,,Naša svakodnevica i istraživanje svemira-NASA spinoffs"