Ispiši ovu stranicu
Ponedjeljak, 21 Veljača 2022 15:46

Svemirski teleskop James Webb

Napisala 
Svemirski teleskop James Webb CC BY 2.0, via Wikimedia Commons

Za Blog CZI-ja piše: Ante Radonić

 

Najskuplji teleskop uspješno je lansiran na Božić 2021. s raketom-nosačem „Ariane-5“ tvrtke „Arianespace“ s europskog lansirnog centra u Francuskoj Gvajani. Raketa je savršeno odradila svoj posao. Zahvaljujući tome, a i uspješno i precizno ostvarenim korekcijama putanje, teleskop će imati dovoljno goriva da može održavati svoju misiju oko 20 godina, ukoliko sve ostalo bude išlo po planu. Ovo je zajednički projekt Američke, Europske i Kanadske svemirske agencije. Inače, bilo je rečeno da njegova misija treba trajati najmanje pet i pol godina. Gotovo dva desetljeća radilo se na ovom najsloženijem astronomskom istrumentu ikad. Bilo je situacija kada se, što zbog tehničkih problema i kašnjenja pa time i poskupljenja misije, raspravljalo o prekidu rada na projektu. Ipak, teleskop je preživio, a njegova cijena dosegla je blizu 10 milijardi američkih dolara. Ali, za prijelomna istraživanja ništa nije preskupo.

Kako se u vrhu rakete nalazi tako skupi instrument s masom od preko 6 tona, nitko nije bez brige očekivao lansiranje, bez obzira što je taj tip rakete dosta siguran. Ali, najrizičniji događaji bili su oni koji su slijedili. Tako veliki teleskop nije se mogao smjestiti niti u jedan teretni prostor postojećih raketa, a pogotovo ne njegov štit za Sunce koji je dug 21 m i širok 14 m. Sve je trebalo složiti i dobro spakirati da vibracije i opterećenja ne oštete instrument. Trebalo je biti jako inventivan da se sve to uspješno izvede. I uspjeli su: tisuće znanstvenika, inženjera i tehničara odahnulo je nakon što su svi veći elementi teleskopa uspješno rastvoreni tijekom prva dva tjedna. Za ovaj instrument ukupno je utrošeno 40 milijuna radnih sati! U projekt je bilo uključeno 14 zemalja i 29 američkih saveznih država.

Prvo su rastvorene dvije palete sa spakiranim sunčevim štitom. Zatim je zarolan pokrov koji je štitio osjetljiv sunčev štit. Onda je razvučen štit koji ima pet slojeva od kaptona. Vanjski sloj debljine je 0,05 milimetara, a ostali slojevi su duplo tanji. Slojevi su presvučeni aluminjskim premazom debljine 100 nanometara, a dva vanjska sloja dodatno su premazana i silicijem debljine 50 nanometara. Te tanke plahte štita međusobno su razdvojene i zategnute. Prostor između slojeva omogućava njihovo bolje hlađenje. Rastvorena je i ploča radijatora za hlađenje instrumenata. Taj radijator je do sada već ohlađen do -223°C. Primarno zrcalo je do danas ohlađeno do -224°C. Kod tako niskih temperatura hlađenje sada ide jako sporo. Rastvoren je i tronožac na kojem je sekundarno zrcalo promjera 74 cm. Primarno zrcalo ima promjer od 6,5 m i površinu od oko 25 m2. Dva bočna krila zrcala bila su sklopljena zbog prostora za teret. Oba krila su zakrenuta i zrcalo je rastvoreno u punoj veličini. Zrcalo se sastoji od 18 segmenata širokih po 1,32 m. Izrađeni su od berilija i presvučeni mikroskopskim slojem zlata debljine 100 nanometara. To je debljina od oko 700 atoma, oko tisuću puta manja od debljine ljudske kose. Između berilija i zlata je tanka kompozitna struktura s ojačanim ugljikovim vlaknima. Svaki segment ima masu od oko 20 kg. Od četiri instrumenta jedan mora biti ohlađen na samo 7 Kelvina tj. na minus -266°C.

Svaki segment zrcala ima 7 aktuatora – šest za namještanje položaja i jedan u sredini za promjenu zakrivljenosti! Segmenti su prvo razmaknuti od svog ležišta za 12,5 mm. Ali, njihovo pomicanje bilo je sporo poput rasta trave. To je trajalo deset dana. Da se izbjegne zagrijavanjezrcala, može raditi samo jedan motor aktuatora, ali ne više njih istovremeno.

Dana 24. siječnja teleskop je stigao na odredište, oko 1,5 milijuna km od Zemlje. Tada je ostvarena korekcija putanje i teleskop je počeo kružiti u takozvanoj „halo“ orbiti oko točke Lagrange 2 u kojoj se izjednačavaju gravitacijske sile Sunca i Zemlje. Od te točke biti će stalno udaljen od 250 000 do 830 000 km. Svakih pola godine pravit će krug u toj orbiti. Svaka tri tjedna uključit će raketne motore zbog održavanja te orbite čija će ravnina biti gotovo okomita na ravninu ekliptike. Pri lansiranju letjelica je imala goriva za ukupnu promjenu brzine od 93 m/s. Planirano je da godišnje troši goriva za promjenu brzine od samo 2,5 m/s.

Zatim je došlo na red fokusiranje zrcala. Prvi fotoni stigli su do kamere za blisko infracrveno zračenje koja će biti korištena za ovaj posao. Svaki segment će davati svoju sliku i na osnovu toga će se isti namještati kako bi zrake pravilno stizale do sekundarnog zrcala. Taj postupak trajat će tri mjeseca. Za fokusiranje zrcala koristi se jedna zvijezda prividne veličine m=6.9 u zviježđu Velikog Medvjeda. Nakon toga zrcalo će u pravom smislu imati idealno zakrivljenu površinu kao da je od jednog komada. Koliko je samo za ovaj postupak trebalo biti inventivan i pripremiti algoritme s pomoću kojih će se segmenti zrcala fokusirati prema poslanim komandama!

Nakon provjere i kalibriranja instrumenata, teleskop bi najranije krajem lipnja ili početkom srpnja ove godine mogao početi s redovnim snimanjem neba. Dok je Hubbleov teleskop snimao u vidljivom dijelu spektra i u bliskoinfracrvenom te malo u ultraljubičastom dijelu, Webb će snimati prvenstveno u infracrvenom dijelu spektra, a malo će zahvatiti i vidljivi dio spektra (narančasti i crveni). Webb će moći snimati na valnim duljinama od 0,6 do 28,5 mikrona pa će obuhvatiti i srednji dio infracrvenog zračenja. Tri instrumenta će snimati na valnim duljinama od 0,6-5 mikrona. Optička rezolucija teleskopa bit će 0,1 lučne sekunde!

Infracrveno zračenje bolje se probija kroz oblake prašine. Tako ćemo moći bolje upoznati područja u kojima se danas u našoj galaksiji rađaju nove zvijezde. Možda ćemo moći vidjeti neke od prvih galaksija u svemiru. Ne znamo kada su se one pojavile. Je li to bilo možda samo oko 200 milijuna godina nakon Velikog praska? Zbog širenja svemira, vidljivo zračenje s tih najdaljih objekata prešlo je zbog Dopplerovog efekta u infracrveni dio spektra i zato nam je važan Webb. Osim toga, moći će istraživati sastav atmosfere bližih egzoplaneta. Saznat ćemo ima li uvjeta za neki oblik života na nekom od planeta drugih zvijezda.

Naravno, moguća su razna iznenađenja i prijelomna otkrića. Ali, uza sav taj znanstveni potencijal, ovaj novi svemirski teleskop pravi je dragulj moderne tehnologije i naša civilizacija može uistinu biti ponosna na takvo postignuće.

 

(Doživljaje Jamesa Webba možete pratiti na stranicama NASA-e)

Poslijednja izmjena dana Utorak, 22 Veljača 2022 15:16