Ďalekohľad Jamesa Webba otvára najväčšie okno do vesmíru v dejinách astronómie

Od čias, keď pred viac ako 400 rokmi (v r. 1610) použil na sledovanie vesmíru Galileo Galilei prvý ďalekohľad a hneď objavil štyri mesiace Jupitera, sa nám darí „záclony“ na oknách vesmíru odhŕňať čoraz viac. Veľkú zásluhu na tom majú pozemské vysokohorské observatóriá s čoraz väčšími teleskopmi, ale zemská atmosféra predstavuje pre optické pozorovania významnú bariéru. Aj preto vedci už od 70-tych rokov pracovali na myšlienke vesmírneho teleskopu, ktorú sa nakoniec podarilo zrealizovať 24. apríla 1990.

Hubbleov vesmírny teleskop s priemerom primárneho zrkadla 2,4 m, ktorý stál na tie časy extrémnych 2,5 miliardy dolárov, otvoril nebývalé vesmírne okná a priniesol množstvo prelomových objavov od exoplanét, po udalosti z raných štádií vesmíru.

Aj keď teleskop spočiatku sprevádzali technické problémy, ako vibrácie solárnych panelov po prechode do zemského tieňa, alebo aberácia (optická odchýľka) zrkadla, z ktorých niektoré museli riešiť astronauti priamo vo vesmíre, nakoniec sa ho vedcom podarilo „rozchodiť“ tak, že fungoval podľa očakávaní.

Éra životnosti Hubbleovho teleskopu však speje k záveru a nie je isté, ako dlho bude ešte schopný fungovať. Našťastie, na kozmodróme Kourou vo Francúzskej Guyane je už na štartovacej rampe pripravená raketa Ariane 5, ktorá v nákladnom priestore ukrýva nového šampióna kozmickej astronómie – vesmírny ďalekohľad Jamesa Webba (JWST, James Webb Space Telescope).

Štartovacie okno je po viacerých odkladoch naplánované práve na 1. sviatok vianočný, 25. decembra 2021, od 13:20 SEČ. V čase vzniku tohto článku ešte nie je jasné, či sa štart podarí (karty môže zamiešať aj počasie), ale v kladnom prípade dostanú astronómovia a astrofyzici ten najkrajší vianočný darček.

Projekt nového teleskopu začal vznikať už pred štvrťstoročím, v roku 1996, a dostal názov Next Generation Space Telescope (NGST). V roku 2002 bol premenovaný na James Webb Space Telescope (JWST) podľa Jamesa E. Webba, ktorý bol druhým administrátorom NASA a významne sa zaslúžil aj o program Apollo.

Teleskop mal stáť pol miliardy USD a mal byť hotový v rokoch 2009-2010. Termíny, ani náklady sa však dodržať nepodarilo – z veľkej časti kvôli investíciám a budovaniu medzinárodnej vesmírnej stanice ISS, ktorá mala prioritu. Po nástupe prezidenta Baracka Obamu došlo k utlmeniu programu NASA Constelation, ktorý vyvíjal nové nosné rakety a kozmickú loď Orion, s cieľom vrátiť ľudí na Mesiac, prípadne uskutočniť aj pilotovaný let na Mars.

Po zmene preferencií sa projekt JWST opäť dostal do popredia a štart bol naplánovaný na rok 2018. Po viacerých odkladoch sa zdá, že spoločný projekt americkej NASA, európskej ESA a kanadskej CSA konečne speje do finále a 25. decembra 2021 odletí teleskop Jamesa Webba na svoju vesmírnu misiu.

Oproti Hubbleovmu teleskopu má JWST vyrobený spoločnosťami Northrop Grumman a Ball Aerospace & Technologies viacero odlišností. Rozdielom jasným na prvý pohľad je priemer primárneho zrkadla. Kým Hubble používa zrkadlo s priemerom 2,4 m, JWST má zrkadlo zložené z hexagonálnych segmentov (rozvinú sa až vo vesmíre) s celkovým priemerom zhruba 6,5 m. Celková plocha zrkadla 25,4 m² je tak viac ako šesťnásobkom Hubbleovho teleskopu.

Ďalší rozdiel je v pozorovanom spektre. Hubble je orientovaný hlavne na snímanie v oblasti viditeľného spektra, ale JWST bude sledovať vesmír vo viacerých oblastiach infračerveného spektra (vlnové dĺžky 0,6 – 28,3 μm). To umožní vedcom dovidieť ďalej, než kedykoľvek predtým.

Tento monitoring vesmírnych objektov zabezpečia nasledujúce prístroje na palube ďalekohľadu Jamesa Webba:

Infračervená kamera NIRCam má dve hlavné úlohy. Slúži ako kamera na pozorovanie žiarenia s vlnovou dĺžkou 0,6 až 5 mikrometrov a ako tzv. wavefront sensor. Kamera, bude využitá aj na poskytovanie informácií na zarovnanie 18 segmentov primárneho zrkadla. NIRCam vyvinula firma Lockheed Martin a University of Arizona v spolupráci s agentúrou NASA.

NIRSpec pracujúci pri teplote -235°C je multiobjektový spektrograf schopný súčasne merať blízke infračervené spektrum objektov s vlnovou dĺžkou 0,6 až 5,3 mikrometrov, ako sú hviezdy a galaxie s nízkym, stredným a vysokým spektrálnym rozlíšením. NIRSpec vyvinula Európska kozmická agentúra ESA a postavila ho firma Astrium.

Infračervená kamera kombinovaná so spektrografom MIRI je citlivá na žiarenie s vlnovou dĺžkou 0,6 až 27 mikrometrov. MIRI používa na pozorovanie na týchto vlnových dĺžkach kremíkové pole dopované arzénom. Keďže MIRI sleduje svetlo s dlhšími vlnovými dĺžkami, musí pracovať pri nižších teplotách ako ostatné prístroje. Preto disponuje prídavnými chladiacimi systémami.

NIRISS: Kanadský infračervený spektrograf, ktorý pozoruje infračervené žiarenie s vlnovými dĺžkami 0,8 až 5,0 mikrometrov. Prístroj má štyri rôzne režimy pozorovania. Spektroskopický mód je schopný vykonávať spektroskopiu exoplanét. Režim interferometrie s maskovaním apertúry využíva maskovací disk so siedmimi otvormi a mal by umožňovať detekciu exoplanét v určitom rozsahu vlnových dĺžok.

FGS je ďalší prístroj, ktorý vyvinula Kanadská vesmírna agentúra a slúži na stabilizáciu pozorovania. FGS je navrhnutý tak, aby našiel vopred vybrané navigačné hviezdy, čo umožňuje ďalekohľadu, aby sa mohol presne zamerať na požadovaný cieľ.

Nový vesmírny teleskop má impozantné rozmery – rozložený slnečný štít meria 20,197 × 14,162 metrov a jeho hmotnosť je 6 550 kg. Energiu zaistia fotovoltaické panely s výkonom 2 kW.  Ďalekohľad Jamesa Webba nebude (na rozdiel od Hubbleovho teleskopu) umiestnený na obežnú dráhu Zeme. Jeho cieľovou destináciou je libračný bod L2 sústavy Slnko-Zem, ktorý sa nachádza vo vzdialenosti zhruba 1,5 milióna kilometrov od Zeme. Okolo neho bude obiehať raz za 6 mesiacov. Minimálna vzdialenosť od libračného bodu bude 250 000 km, maximálna 832 000 km.

Libračný bod je taký bod v sústave dvoch telies rotujúcich okolo spoločného ťažiska, v ktorom sa vyrovnávajú gravitačné a odstredivé sily sústavy tak, že teleso umiestnené do tohto bodu nemení voči sústave dvoch telies svoju polohu.

V skutočnosti bude ďalekohľad obiehať okolo Slnka, ale s veľmi malými nárokmi na korekciu  dráhy. Keďže na udržiavanie pozície bude potrebné z času na čas aktívne korigovať dráhu, životnosť projektu je stanovená na 5 rokov. Zásoba paliva však umožní v prípade potreby fungovať teleskopu až 10 rokov.

Vzhľadom na vzdialenosť od Zeme, nebudú dátové prenosy dosahovať práve vysoké hodnoty. Riadenie v pásme S bude mať dátový tok do 16 kbit/s, telemetria a sledovanie (taktiež v pásme S) dosiahne downlink 40 kbit/s. Hlavný stream pre odosielanie dát z teleskopu na Zem dosiahne downlink až 28 Mbit/s, ale vzhľadom na veľké rozlíšenie snímok budú prenosy zrejme trvať dlho.

Aktualizácia 25.12.2021 o 13:20:

Nakoniec sme sa dočkali a raketa Ariane 5 s vesmírnym teleskopom JWST odštartovala napriek zatiahnutej oblohe nad Kourou presne podľa plánu, čiže o 13:20 SEČ. Let prebiehal bez komplikácií a zhruba 27 minút po štarte sa teleskop JWST vo výške asi 1440 km úspešne oddelil od 3. stupňa Ariane 5. Ďalej bude smerovať štyri týždne k libračnému bodu L2, pričom počas letu sa postupne rozvinie do finálnej podoby. Štart rakety Ariane 5 s JWST môžete sledovať na videostreame NASA zhruba od 1:20:00.

Po prílete na miesto určenia, ak rozloženie teleskopu prebehne v poriadku, bude ešte niekoľko dní až týždňov prebiehať jemná kalibrácia zrkadiel a systému, kým bude teleskop Jamesa Webba schopný dodávať dáta z pozorovania na Zem.

Najdôležitejšia a kritická časť misie je už našťastie za nami a vedci oprávnene očakávajú, že jeden z najdrahších projektov kozmonautiky  – finálne náklady dosiahli zhruba 10 mld. dolárov, teda 20-násobok pôvodne plánovanej sumy – prinesie prevratné informácie o vzniku a štruktúre vesmíru.