Wystarczą dwie dekady prac, kilkanaście miliardów dolarów i ciągnące się latami testy każdego elementu teleskopu, aby misja poszła gładko i zakończyła się sukcesem? Niestety to nie takie proste. Podczas wystrzelenia wiele rzeczy może pójść nie tak, a wtedy cały wieloletni wysiłek setek osób odpowiedzialnych za projekt w kilka sekund pójdzie na marne.
Zwłaszcza że start rakiety nośnej Ariane 5 z Centrum Kosmicznego na Gujanie Francuskiej to dopiero początek skomplikowanej podróży Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) w poszukiwaniu odpowiedzi na największe zagadki, jakie skrywa przed nami kosmos.
Najpotężniejszych teleskop w dziejach leci w kosmos
Mająca rozpocząć się 25 grudnia misja to nie pierwszy lepszy lot w kosmos. Na ten teleskop czeka bowiem cały świat nauki. Ma otworzyć nam szerzej oczy na to, czego do tej pory nie byliśmy w stanie dostrzec z powodu ograniczonych zdolności operujących dziś w kosmosie urządzeń badawczych. Znacząco przewyższy też zdolności obserwacyjne Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, który niemal od momentu powstania jest naszym najlepszym okiem na Wszechświat.
Plany budowy teleskopu Webba snuto jeszcze w latach 90., a na przełomie XX i XXI wieku ruszyły prace, jednak ciągnęły się przez dwie dekady z powodu wielokrotnych opóźnień i wciąż piętrzących się kosztów. Całą historię prac nad Kosmicznym Teleskopem Jamesa Webba dokładnie opisał nasz dziennikarz Maciek Kucharczyk:
Teraz wymarzony teleskop setek tysięcy uczonych z całego świata i milionów miłośników kosmosu właśnie stoi na szczycie europejskiej rakiety. Jeśli planowany na 25 grudnia start się powiedzie, teleskop rozpocznie niezwykle skomplikowany proces rozkładania poszczególnych elementów i trwającą prawie miesiąc podróż na swoją docelową orbitę.
Więcej o wystrzeleniu Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba znajdziecie na stronie głównej Gazeta.pl
Jak rozłożyć warte miliardy kosmiczne origami?
Kilka minut po starcie z francuskiego kosmodromu w Ameryce Południowej i osiągnięciu maksymalnego przyspieszenia rakieta Ariane odrzuci tzw. boczne boostery i otworzy osłonę chroniącą teleskop podczas startu. Wciąż jeszcze będzie przyspieszać, korzystając z silników głównego członu. Gdy paliwo się wyczerpie, pierwszy stopień rakiety zostanie odrzucony, a silniki drugiego stopnia rakiety zostaną odpalone.
Jeszcze przed separacją z drugim stopniem rakiety, podczas podróży nad Atlantykiem, teleskop zostanie skierowany w kierunku swojej docelowej orbity, o której więcej powiem za chwilę. Niedługo po separacji rozpocznie się bowiem chyba najbardziej spektakularny etap, czyli rozkładanie teleskopu.
Cały ten proces, który NASA nazwała kiedyś rozkładaniem kosmicznego origami, jest konieczny, bo teleskop w swoim nominalnym kształcie nie zmieściłby się wewnątrz osłon na szczycie nawet tak potężnej rakiety, jaką jest Ariane 5. Jest po prostu zbyt wielki.
Jego zwierciadło główne ma średnicę sześciu i pół metra, czyli dwa i pół raza większą niż Kosmiczny Teleskop Hubble'a. Tak duże lustro trzeba było podzielić na segmenty, które po wystrzeleniu połączą się w całość. Dokładniej mówiąc, zwierciadło składa się z 18 mniejszych, sześciokątnych złotych luster, z których 12 zostało umiejscowionych w części centralnej na stałe.
Sześć pozostałych luster umieszczono na dwóch składanych segmentach (po prawej i po lewej stronie części centralnej), które zostaną rozłożone przez specjalnie zaprojektowane do tego celu siłowniki. NASA zaznacza, że procedura wymaga niebywałej precyzji, bo po rozłożeniu segmenty nie mogą być odchylone od prawidłowej pozycji o więcej niż... 38 nanometrów. Jeśli cokolwiek pójdzie nie tak, teleskop nie dostarczy nam oczekiwanych przez naukowców obrazów.
Proces ten rozpocznie się już pół godziny po separacji z rakietą, kiedy rozłożony zostanie panel słoneczny dostarczający energię elektryczną. To będzie najlepszy moment na dokonanie koniecznych korekt lotu, jeśli będą potrzebne. Po 24 godzinach lotu teleskop minie orbitę Księżyca, uwalniając w międzyczasie antenę służącą do komunikacji z Ziemią.
Kolejny etap będzie niezwykle istotny. Czwartego dnia po separacji rozpocznie się proces powolnego rozkładania ramion teleskopu znajdujących się po obu stronach zwierciadła głównego. To do nich przymocowana jest osłona przeciwsłoneczna, która będzie rozwijana przez kolejne półtorej doby.
To niezwykle delikatna, ale i ogromnie istotna dla pracy teleskopu struktura o wymiarach 21,2 x 14,2 metra, która składa się z pięciu cienkich warstw specjalnie powlekanej folii zwanej Kaptonem. Każda oddzielona jest od kolejnej próżnią, która stanowi doskonałą izolację. Osłona ochroni teleskop od źródeł ciepła (przede wszystkim Słońca, ale też Ziemi i Księżyca) i pozwoli pracować jego elementom w bardzo niskiej temperaturze -234 stopni Celsjusza. Przyrząd do obserwacji w średniej podczerwieni będzie dodatkowo schładzany do -266 stopni Celsjusza.
Dopiero pod koniec dziewiątego dnia nastąpi najważniejszy element całego procesu rozkładania. Rozłożone zostaną ramiona utrzymujące na właściwej pozycji lustro wtórne, a następnie rozłożone zostaną boczne segmenty lustra głównego. Zajmie to kolejne pięć dni. Po 29 dniach od startu teleskop jeszcze raz odpali silniki korekcyjne, aby skierować się już na właściwą orbitę wokół Słońca.
Jeśli coś pójdzie nie tak, nie będzie szansy na naprawę
W przeciwieństwie do Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba nie będzie orbitował wokół Ziemi, ale wokół Słońca. Ściślej mówiąc, wokół punktu libracyjnego L2, czyli miejsca w przestrzeni kosmicznej, w którym po stabilnej orbicie będzie obiegał Słońce w ciągu roku. Podobnie jak Ziemia.
Odległość od punktu L2 będzie zmienna, jednak średnio teleskop ma znajdować się ok. półtora mln km od naszej planety. W skali kosmicznej to niewiele, jednak wciąż prawie cztery razy dalej niż Księżyc. Nie ma więc mowy o ewentualnej misji naprawczej, która mogłaby zostać wysłana w celu poprawienia lub skorygowania działania jakiegokolwiek elementu.
Takich misji naprawczej wymagał w przeszłości Teleskop Hubble'a, gdy - niedługo po uruchomieniu - okazało się, że z powodu niewielkiego błędu popełnionego podczas polerowania zwierciadła daje nieostre obrazy. W przypadku Teleskopu Webba każdy element misji musi zostać przeprowadzony z idealną precyzją, by efekty jego pracy były takie, jak oczekują astronomowie.
Jak powstawał Wszechświat? Webb będzie szukał odpowiedzi
Naukowcy zapowiadają, że JWST będzie rewolucją w badaniach kosmosu, podobnie jak kiedyś był nią Kosmiczny Teleskop Hubble'a. Teleskop Jamesa Webba nie będzie jednak bezpośrednim następcą Hubble'a (jest nim często nazywany, jednak formalnie bezpośrednim następcą będzie planowany dopiero teleskop ATLAST). Obserwacje będzie prowadzić głównie w zakresie promieniowania podczerwonego (a nie widzialnego), dlatego przejmie jedynie część zadań Hubble'a.
Do najważniejszych celów misji JWST będą należały badania nad powstaniem i ewolucją Wszechświata, formowaniem się galaktyk, obserwacje pierwszych gwiazd powstałych po Wielkim Wybuchu oraz badanie tworzenia się systemów planetarnych, w tym Układu Słonecznego. Na rozpoczęcie badań wykorzystujących obserwacje Teleskopu Jamesa Webba od lat czekają zespoły astronomów i astrofizyków na całym świecie.
