Kosmiczny teleskop Webba, następca teleskopu Hubble’a – jak będzie działał i kiedy trafi na orbitę?

Badanie kosmosu od zawsze fascynowało ludzi. Już w starożytności wiele cywilizacji chętnie spoglądało w niebo przypisując mu niezwykłe właściwości. Czasy się wprawdzie zmieniły, ale zainteresowanie tym, co na górze nie. Zmianie uległ także sposób obserwacji. Teraz mamy od tego specjalne urządzenia, takie jak orbitalne teleskopy. Wszyscy wyczekują debiutu nowego teleskopu Webba, który zastąpić ma wiekowy już teleskop Hubble’a. Co o nim wiemy?

Dlaczego potrzebny jest nam teleskop Jamesa Webba?

Od momentu wystrzelenia w kosmos teleskopu Hubble’a, czyli roku 1990, mija już ponad ćwierć wieku nieprzerwanej obserwacji. To bardzo długi okres eksploatacji dla urządzenia pracującego w tak ekstremalnych warunkach. Nie można jednak odmówić temu instrumentowi ogromnego wkładu w rozwój współczesnej astrofizyki. Dzięki niemu dokonano przełomowych odkryć dotyczących ekspansji Wszechświata, powstawania gwiazd czy struktury odległych galaktyk. Ostatnie lata przynoszą jednak rosnące koszty związane z licznymi naprawami i koniecznością ciągłej kalibracji przyrządów. Choć w teorii może on działać jeszcze kilka lat, wszyscy zdają sobie sprawę z tego, że potrzebna jest całkowita wymiana na instrument nowej generacji. Ma nim być właśnie Kosmiczny Teleskop Webba – sprzęt o wiele nowocześniejszy oraz zdecydowanie mocniejszy od podobnych instrumentów badawczych stosowanych dotychczas w kosmosie.

Jak wygląda historia powstania teleskopu Webba?

Projekt budowy rozpoczął się już dość dawno temu, bo w 1996 roku. W teorii teleskop ten jest więc niewiele młodszy od obecnie funkcjonującego teleskopu Hubble’a, ale od momentu rozpoczęcia prac koncepcyjnych aż po finalizację budowy minęło ponad dwie dekady. Ten długi okres wynikał z zaawansowania technologicznego projektu, konieczności opracowania zupełnie nowych rozwiązań inżynieryjnych oraz gigantycznej pracy międzynarodowego zespołu naukowców. Przedsięwzięcie pochłonęło również ponad 10 miliardów dolarów, co czyni je jednym z najdroższych projektów naukowych w historii. Teleskop ten z założenia ma prowadzić badania w paśmie podczerwieni, a więc zupełnie inaczej niż w przypadku Hubble’a, który obserwuje przede wszystkim światło widzialne i ultrafioletowe. Oficjalnie budowa została zakończona w listopadzie roku 2016, a pierwotnie planowane wystrzelenie w 2018 roku uległo przesunięciu. Teleskop ostatecznie został wyniesiony na orbitę 25 grudnia 2021 roku, po szeregu dodatkowych testów i opóźnień związanych z wymogami bezpieczeństwa misji.

Czym będzie się zajmował następca Hubble’a?

Z pewnością aparatura tego teleskopu będzie o wiele lepsza, a dzięki temu badania i pomiary prowadzone przez Kosmiczny Teleskop Webba będą nieosiągalnie precyzyjne w porównaniu do dotychczasowych możliwości. Najważniejszym zadaniem będzie z pewnością badanie pierwszych gwiazd oraz galaktyk, które pojawiły się we Wszechświecie zaraz po Wielkim Wybuchu, w okresie zwanym epoką rejonizacji. Ma to pomóc w rozumieniu tego, jak formował się Wszechświat i jak tworzyły się pierwotne struktury kosmiczne. Webb będzie również analizował atmosfery planet pozasłonecznych, poszukując w nich śladów potencjalnie sprzyjających życiu warunków. Inne cele misji obejmują szczegółowe badanie ewolucji galaktyk, narodzin gwiazd w obłokach molekularnych oraz chemicznego składu obiektów w Układzie Słonecznym. Innymi słowy będzie on zgłębiał tajemnice naszego Wszechświata i może na przestrzeni kilku następnych lat poznamy kilka zaskakujących odpowiedzi. Zanim jednak doszło do wystrzelenia w kosmos teleskopu, musiał on przejść długotrwałe testy termiczne, wibracyjne i optyczne w warunkach symulujących przestrzeń kosmiczną.

Wyniesienie na orbitę i plany związane z teleskopem Webba

Jak zostało wspomniane wyżej, teleskop ostatecznie trafił na orbitę 25 grudnia 2021 roku – nieco później niż pierwotnie zakładano. Na orbitę wyniosła go rakieta Ariane 5 wystrzelona z kosmodromu w Gujanie Francuskiej, a podróż do docelowej lokalizacji oraz rozłożenie wszystkich elementów konstrukcyjnych zajęło około miesiąca. Teleskop nie orbituje wokół Ziemi, lecz wokół punktu Lagrange’a L2 – specjalnego punktu równowagi grawitacyjnej w układzie Słońce-Ziemia położonego w odległości 1,5 miliona kilometrów od naszej planety. To daje wiele możliwości obserwacyjnych, ale jednocześnie przekreśla ewentualne misje naprawcze z udziałem astronautów, które w przypadku Hubble’a ratowały go kilkakrotnie przed przedwczesnym zakończeniem misji. Wystrzelenie w kosmos będzie więc jednorazowe i jak się coś poważnie uszkodzi, nikt tego nie naprawi. Naukowcy przewidują, że teleskop będzie w pełni sprawnym obserwatorium przez co najmniej pięć do dziesięciu lat, z kolei zapas paliwa manewrowego ma wystarczyć na podobny okres. Jednak dzięki precyzyjnemu wynesieniu i oszczędnemu zarządzaniu paliwem, aktualne prognozy wskazują na możliwość przedłużenia misji nawet do dwudziestu lat aktywnej pracy naukowej.

Jak wygląda budowa teleskopu Webba?

Kosmiczny teleskop Webba wyposażony jest w największe lustra, jakie dotychczas wysłano w przestrzeń kosmiczną poza orbitę Ziemi. Składa się z osiemnastu heksagonalnych segmentów lustrzanych, które łącznie tworzą główne zwierciadło o średnicy 6,5 metra – jest więc ponad dwuipółkrotnie większe niż w przypadku teleskopu Hubble’a. Każdy segment wykonany jest z berylu, materiału wybranego ze względu na wyjątkową stabilność wymiarową w ekstremalnie niskich temperaturach panujących w przestrzeni kosmicznej. Dodatkowo pokryto je niezwykle cienką warstwą złota o grubości zaledwie stu nanometrów, ponieważ złoto doskonale odbija światło w zakresie podczerwieni. Poszczególne lustra zostały złożone w całość jeszcze na Ziemi, ale musiały być następnie precyzyjnie rozkładane i kalibrowane już na orbicie w trakcie wieloetapowego procesu ustawiania pozycji każdego segmentu z dokładnością do nanometrów. Teleskop wyposażono również w gigantyczną osłonę termiczną składającą się z pięciu warstw pokrytych aluminium i krzemem, która rozciąga się na powierzchni porównywalnej do kortu tenisowego. Jej zadaniem jest blokowanie światła oraz ciepła pochodzącego od Słońca, Ziemi i Księżyca, ponieważ przyrządy teleskopu muszą pracować w temperaturze bliskiej zeru absolutnego, czyli około minus 233 stopni Celsjusza, aby skutecznie wykrywać słabe sygnały w podczerwieni. Bez tej precyzyjnej izolacji termicznej i optycznej jakiekolwiek obserwacje byłyby niemożliwe, gdyż własne ciepło instrumentu całkowicie przesłoniłoby słabe promieniowanie docierające z odległych zakątków Wszechświata.