Vesoljski teleskop James Webb je naslednik slavnega Hubbla, največji, najdražji in najbolj zapleten vesoljski teleskop vseh časov, izjemen proizvod strojništva in znanosti, za katerega je desetine držav sveta, na desettisoče ljudi delalo skoraj tri desetletja in pri tem porabilo skoraj deset milijard evrov. Razvoj je bil dolg in zapleten, nenehno podaljševan. Izstrelitev smo čakali 15 let in jo naposled dočakali.

Z evropskega izstrelitvenega središča Kourou v Francoski Gvajani je poletel na raketi Ariane 5, ki je svoje delo opravila brez najmanjših napak. Sicer mirni nadzorniki in inženirji so uspeh proslavili z glasnim ploskanjem in objemanjem.

Video 1: Prenos družbe Arianespace

Video 2: Nasin prenos

Video 3: Prenos Cosmolaba (slovenski astrofiziki)

Potek izstrelitve

Trenutek resnice je nastopil natančno ob 13.20. Prižgal se je Vulcain 2, motor osrednje stopnje, in puhnil dokaj prosojen plamen, proizvod spajanja ohlajenega kisika in vodika. A Ariane 5 se še ni povzpela. Ostala je pripeta kot podivjan pes na verigi. Inženirji so čakali, da se njen potisk stabilizira.

Po sedmih sekundah in treh desetinkah sta se prižgala mogočna stranska potisnika, pravzaprav ogromni petardi na trdo gorivo- Ob vzletu sta zagotovila kar 92 odstotkov vsega potiska, njuna bogato rumena plamena sta popolnoma presijala osrednjega Vulcainovega. Na ta trenutek so se inženirji dobro pripravili, saj se stranskih potisnikov ne da ugasniti. Takrat so se sprožili eksplozivi in uničili kovinske zaponke, ki so zadrževale raketo. Ariane je spuščena z verige svobodno poletela.

Prvih deset sekund se je vzpenjala navpično, potem se je začela nagibati. Prvi del poleta je bil zanjo najnapornejši, še vedno je nosila večino goriva, prebijala pa se je skozi najgostejši del ozračja. Kljub temu je hitro pospeševala – raketi rečejo tudi nadzorovana eksplozija – in pri tem kurila tone goriva vsako sekundo. Po 48 sekundah je prebila zvočni zid, še 20 sekund pozneje pa se prerinila skozi območje največjega stresa zaradi aerodinamičnih sil. Njen dragoceni tovor so inženirji pripravili z obremenitvami v mislih, prefinjena elektronika mora vzdržati tresenje in silen hrup. Rakete Ariane 5 navadno ustvarijo 4,5-kratnik težnosti navpično in 0,25-kratnik stransko.

2 minuti in 21 sekund po prižigu oziroma na 72 kilometrih višine je sledil še en pomemben dogodek. Stranska potisnika sta porabila večino goriva, njun potisk je drastično padel, treba je bilo oba odvreči. Če se ne bi pravilno ločila ali pri tem celo udarila v osrednjo strukturo rakete, bi bilo vsega konec. Z Ariane 5 se to sicer še ni zgodilo, smo pa nekaj takega videli leta 2018, ko se potisnik rakete Sojuz-2 ni pravilno ločil, raketa pa se je spremenila v oblak razbitin in dima. Potnika sta se rešila s pomočjo sistema za pobeg v sili, medtem ko James Webb te možnosti ni imel.

Nekaj mase olajšana prva stopnja je nadaljevala pot skozi vse pojenjajoče ozračje. Redčenju je sledila notranjost tovornega prostora. Izgnati je bilo treba čim več plinov. Če bi bil namreč notranji tlak previsok, bi lahko sile ob odprtju poškodovale observatorij. Arianespace je prav v ta namen prilagodil ventilacijski sistem na tovornem ščitu, sestavljenem iz dveh 17 metrov velikih, 5,4 metra širokih in 2,4-tonskih kovinskih panelov, zakovanih skupaj. Po 206 sekundah, na 126 kilometrih višine, sta se sprožili manjši eksplozivi, uničili zakovice, vzmeti so oba dela tovornega ščita potisnile stran in Webb pokazale vesolju.

A tudi tukaj je obstajalo nekaj nevarnosti. Kaj, če se pirotehnika ne bi sprožila? Observatorij bi ostal zaprt in obsojen na uničenje. Nihče ga ne bi mogel rešiti. Druga nevarnost je bila, da ob ločitvi ščita nastanejo čezmerne vibracije. Prav ta težava je pred časom doletela Ariane 5, ki je bila zato eno leto prizemljena. V tem času so s proizvajalcem tovornega ščita, švicarskim podjetjem Ruag Space, našli rešitev in jo preizkusili na dveh poletih, julija in oktobra letos. Vse se je dobro izteklo.

Prva stopnja je 8 minut in 42 sekund v polet ugasnila in tako postala odvečna masa, ki se je je bilo treba znebiti. Sprožili so se ločilni mehanizmi med prvo in drugo stopnjo rakete. Prva je padla v uničenje, zasijala je druga stopnja, prav tako na račun ohlajenega kisika in metana. Gnal jo je precej šibkejši, a za vakuum prilagojen motor. Če se ne bi prižgal, bi bilo misije konec. Druga stopnja je gorela 15 minut, da je tovoru zagotovila dovolj spremembe hitrosti (delta v) za pot Lagrangeevi točki 2 naproti. Da se Soncu prvič izpostavljeni Webb ne bo preveč segrel, ga je zibala s stranskimi potisniki. Obenem so se prižgali grelniki znotraj Webba, da morebitni ostanki vode v observatoriju ne primrznejo nanj.

Nato se je na dobrih 10 kilometrih višine razprl vpenjalni trak, osvobodil Webb, vzmeti so ga porinile naprej na samostojno pot.

Pa še za eno stvar so morali poskrbeti Arianespaceovi inženirji. Webb v vesolje oddati malce počasneje od hitrosti, ki je potrebna za dosego ciljne Lagrangeeve točke 2. Razlog? Previdnost. Bolje tovor oddati prepočasi kot prehitro. Webb namreč ne more varno zavirati. Če bi druga stopnja nabrala preveč hitrosti, bi se moral Webb obrniti proti Soncu, izpostaviti observatorij vročini in ga s tem poškodovati. Znanstvenega dela misije bi bilo verjetno konec. Kot so po izstrelitvi sporočili iz Arianespace, je bila hitrost točno taka, kot načrtovana, v veliko veselje vseh sodelujočih.

Za Nasine inženirje pa se potenje rok šele prav začelo.

Sledi 30 dni razpiranja observatorija. Obstaja 344 kritičnih točk. Če ena sama zataji, gre vse po zlu. Vsa desetletja, vsa iznajdljivost in iskanje politične, nato denarne podpore, strojniških prebojev, znanstvenih utemeljitev, velikih pričakovanj, vsega je lahko v trenutku konec. Nasa ne bo mogla poslati astronavtov z izvijači v popravilo, kot je to leta 1993 storila ob hudi napaki na teleskopu Hubble. Dejansko gre tokrat na vse ali nič. Nasa zato ta čas – po zgledu pristankov na Marsu – imenuje 30 dni groze.

POSTAVITEV IN DOLGA POT DO CILJA

Webb bo slab mesec dni potoval do cilja, ki je 1,5 milijona kilometrov stran od Zemlje, petkrat dlje od Lune. V vmesnem času bo opravil koreografirano zaporedje pripravljalnih dejanj. Ker je prevelik za katero koli raketo sveta, je ob izstrelitvi zložen kot origami, v vesolju pa se bo moral razpreti. Poglejmo ključna dejanja, ki ga čakajo. Čas 0 je čas izstrelitve. Predstavljen je načrtovan, idealen scenarij, ki pa se bo glede na okoliščine zelo verjetno spreminjal.

31 minut: Sončne celice

Oddaljenost: 11 tisoč kilometrov

Litij-ionska baterija je omejena na nekaj ur. Webb mora kmalu po prihodu v vesolje razpreti 6,5-metrski panel sončnih celic in s potisniki obrniti observatorij, da bo panel lepo osvetljen. Proizvajal bo 2000 vatov. Webb potrebuje "samo" 1000 vatov, a zmogljivost panela se bo čez čas zmanjševala. Sistem sicer skrbi za napetost med 22 in 35 volti.

Če ne: Baterija se izprazni, Webb ugasne.

STATUS: OPRAVLJENO (Panel se je iztegnil prej, kot je bilo načrtovano.)

2 uri: Postavitev zelo usmerjene antene

Oddaljenost: 34.800 kilometrov

Zelo usmerjena antena (ang. high gain antenna) bo Webbova glavna komunikacijska vez, teoretično zmožna pretoka skoraj 3,5 megabajta na sekundo. Njen snop je širok kot Zemlja, kar je v vesolju malo, in proti njej bodo anteno obrnili.

Če ne: Webbu ostane antena s širšim snopom, ki ni ravno najboljša internetna povezava v Osončju, namenjena je predvsem telemetriji. Z njo ne bodo mogli pretočili skoraj 30 gigabajtov podatkov, kolikor jih bo predvidoma proizvedel na dan. Kot bi postavili najboljšo proizvodno linijo in jo poganjali zgolj nekaj minut dnevno. (Nekaj takega se je zgodilo stari Jupitrovi sondi Galileo.) Tako postavitev panela sončnih celic kot antene sta samodejni, vse poznejše postavitve pa bodo ukazali z Zemlje.

Prvi mesec bo imel privilegiran dostop do Nasinega svetovnega omrežja anten (DSN), za katerega ves čas "konkurira" veliko osončnih sond.

Od 12 do 20 ur: Prvi prižig pogona

Oddaljenost: predvidoma 133 tisoč kilometrov

Webb mora nadomestiti hitrost in se pravilno usmeriti. Med 12 in 20 urami po izstrelitvi bo prvič prižgal glavni pogon. Čas in trajanje bosta odvisna od hitrosti, ki jo je zagotovila raketa. Webb bo na svoji poti opravil več popravkov smeri, a tale je najpomembnejši in mora biti izveden ob natančnem času. Prvi prižig bo trajal približno eno uro. Webb bo šel tako hitro, da bo tirnico Lune dosegel enkrat hitreje kot odprave Apollo.

Če ne: v primeru odpovedi pogona ima Webb dva rezervna glavna motorja, ki ju bodo uporabili. Če odpovedo vsi štirje, ostane na voljo set manjših potisnikov, sicer namenjenih finim preusmeritvam. Vprašljivo je, ali lahko z njimi Webb doseže cilj. Če bo prižig nepravilno izveden, so mogoči še dodatni popravki smeri, kar pa bo zmanjšalo dragoceno vsebino rezervoarjev.

2,5 dneva: Drugi popravek smeri

Oddaljenost: predvidoma 394.000 kilometrov

Webb bo malo po prečkanju tirnice Lune še enkrat prižgal pogon. Čas in trajanje bosta odvisna tudi od tedanjega položaja Lune, ta pa je odvisen od dneva izstrelitve. Bolj kot bodo izstrelitev zamikali, bližje bi bila lahko Luna (odvisno od dneva) in bolj bo vlekla s svojo težnostjo, kar pomeni več porabljenega goriva.

Če ne: če pogon kot celota odpove, je konec misije. Če bo prižig nepravilen, se lahko popravi, a s porabo omejenih pogonskih sredstev.

3. dan: Držala senčnih ponjav

Oddaljenost: 454.000 kilometrov

Kmalu po drugem popravku smeri se bo začel dolgotrajen postopek postavljanja senčnika, ki inženirje še posebej skrbi. Senčnik je sestavljen iz petero membran, zvitih na dve paleti. Kmalu po popravku smeri se bo observatorij glede na Sonce nekoliko nagnil in tako omogočil ogrevanje ključnih komponent za razgrinjanje, med drugim električnega motorja. Druga za drugo se bosta iz navpičnega v vodoraven položaj premaknili najprej sprednja, nato še zadnja paleta.

4. dan: Dvig stolpa

Oddaljenost: 577.000 kilometrov

Observatorij se bo za dva metra oddaljil od senčnika. S tem bo omogočil nadaljnje širjenje ponjav in učinkovitejše hlajenje.

5. dan: Postavitev zavihka za Sončev veter

Webbov senčnik je velik 21 krat 14 metrov. Nanj bo kot na veliko jadro nenehno pritiskal Sončev veter. Potisk je šibek, a ni zanemarljiv. (Ne nazadnje človeštvo načrtuje medzvezdne sonde, ki bodo pospeševale ravno na tak način.) Na koncu senčnika bo zato pravokotno zakrilce, ki bo observatorij stabiliziralo.

5. in 6. dan: Ključna dejanja pri razpiranju senčnika

Oddaljenost: predvidoma 678 tisoč kilometrov

Dozdajšnje poteze so bile relativno preproste. Sredi petega dne pa se bo začel del, pri katerem gre lahko največ stvari narobe: razgrnitev senčnika. Najprej se bodo razprla pokrivala obeh palet, v katerih se skrivajo zvite ponjave – 107 sponk se mora sočasno razpeti. Nato se bosta iztegnila dva "jambora" in ponjave raztegnila po širini. Kompleksen mehanizem bo med seboj ločil petero ponjav in jih napel. Kako kompleksen je? 400 škripcev, 140 aktuatorjev, okoli 70 tečajnih sklopov, osem motorjev, za 400 metrov kablov. Veliko stvari, ki lahko odpovejo.

Če ne: če se katera od 107 sponk ne razpre, je vsega konec. Če se kateri od škripcev, aktuatorjev in podobnih zadev zatakne, imajo pripravljene potencialne rešitve. Najprej bodo observatorij tresli, nato še obračali v smeri urnega kazalca in nasprotni. Postopek bodo ponavljali, dokler se zataknjeni kos ne bo sprostil ali ne bo zmanjkalo pogonskih sredstev.

6. dan: Hlajenje vesoljskega plovila

Oddaljenost: 628 tisoč kilometrov

Pod senčnikom je vesoljsko plovilo. To je odsek s pogonom, komunikacijami, rezervoarji, proizvodnjo električne energije ... Tudi ta odsek se mora hladiti. Ima nabor panelov, ki izsevajo odvečno toploto. Na tej točki bodo razprli navpične (vodoravni že delujejo).

8. dan: Aktivno hlajenje observatorija

Oddaljenost: 826 tisoč kilometrov

Observatorij bo moral biti ohlajen na vsaj –233 stopinj Celzija. Pasivno se bo hladil vse od vstopa v vesolje, od osmega dne naprej aktivno s hladilnikom na tekoči helij. Hlajenje bo postopno in nadzorovano. Prehitro bi lahko povzročilo strukturne poškodbe, zato imajo na ključnih delih nameščene celo grelnike.

Hladilnik je v vesoljskem plovilu daleč stran od opazovalnice, da bi njegove črpalke s tresenjem čim manj motile instrumente. Sistem je zaprt, zato njegov hladilni element – helij – ne bo odvrel (kot je pri evropskem teleskopu Herschel). Deloval bo, dokler se zaradi obrabe ali česa drugega ne pokvarijo mehanski elementi.

Če ne: pomemben instrument ne bo deloval. Težave s hlajenjem tudi preostalih instrumentov.

11. dan: Začetek postavljanja observatorija

Oddaljenost: 952 tisoč kilometrov

Webb ima več ogledal. Največje je primarno, tisto iz zlatih šesterokotnikov, njegov osrednji del pa je že postavljen. Ima tudi sekundarno, 74-centimetrsko ogledalo, ki svetlobo odbije proti notranjosti teleskopa. Sekundarno je pritrjeno na treh palicah, ki se morajo iztegniti in postaviti na ustrezno mesto.

Če ne: svetlobe v znanstvenih instrumentih ne bo. Vse zaman.

11. dan: Postavitev radiatorja teleskopa

Oddaljenost: 962 tisoč kilometrov

Na zadnji strani primarnega ogledala je škatla z znanstvenimi instrumenti. Odvečno toploto bo pasivno oddajala z radiatorji, ki se morajo postaviti na svoje mesto.

Če ne: instrumenti ne bodo primerno hlajeni, znanstveni del misije bo najmanj okrnjen.

13. in 14. dan: Postavitev celotnega primarnega ogledala

Oddaljenost: milijon kilometrov

Webbovo 6,5-metrsko primarno ogledalo je preveliko za raketo, zato sta stranski vrsti šesterokotnikov zloženi. Poravnati se morata s sredino.

Če ne: Webb bo ostal brez pomembnega dela površine za zbiranje svetlobe. Opazovanja bodo okrnjena.

29. dan: Utirjenje v orbito okoli točke L2

Oddaljenost: 1,4 milijona kilometrov

Webb je že daleč od Zemlje, v resnici pa je še vedno v njeni tirnici, le da je zelo podolgovata. Raketa ga bo namreč predvidoma oddala v tirnico približno 300-krat 1,1 milijona kilometrov. S prvima dvema prižigoma nadomesti del hitrosti za dosego 1,5 milijona kilometrov oddaljenosti. Da bi lahko tam ostal, mora še tretjič prižgati glavni pogon in se tako utiriti v želeno orbito okoli L2.

Z vsemi tremi prižigi bo Webb predvidoma dosegel delto v dobrih 60 kilometrih na sekundo.

Če ne: usoda je nejasna. Verjetno bo ostal v nestabilni heliocentrični tirnici. Težko bo hkrati učinkovito usmerjal senčnik proti Soncu, opazoval tarče in proti Zemlji molil anteno. Opazovanj bo le za ščepec, misije bo hitro konec.

Video: Webbova tirnica okoli L2

Med 1. in 6. mesecem: Umerjanje

Ko bo enkrat Webb krožil okoli točke L2, si bodo znanstveniki, inženirji, politiki in širša javnost lahko končno obrisali potne srage. Najhujše bo mimo. Ne pa vse. Po logistiki pride umerjanje observatorija. Treba bo poskrbeti, da bo teleskop dejansko deloval v teh skrajnih razmerah. Pognati in usposobiti bo treba znanstvene instrumente, umeriti ogledala, testirati sistem za natančno usmerjanje in še marsikaj. Presenečenja niso izključena.

V stalni opomin je zgodba Hubbla, ki je po izstrelitvi pošiljal packe namesto ostrih posnetkov galaksij. Razlog je bil nepričakovan: nepravilno obrušeno primarno ogledalo.

Kot je dejal ugledni ameriški astrofizik Jonathan McDowell: presenečenje bi bilo, če ne bi bilo nobenih presenečenj. Ne nazadnje še nihče ni naredil tako velikega in tako kompleksnega vesoljskega teleskopa. Poleg tega so imeli inženirji med testiranjem marsikdaj rdečice na obrazih. Pred leti so med razgrinjanjem kabli raztrgali membrane. In prav pri zadnjem preizkusu pred odpravo v Kourou je po besedah McDowella ven popadalo nekaj vijakov ...

Video: Kratek povzetek razgrinjanja

ČAS JE ZA ZNANOST

Webb je "časovni stroj": gledal bo preteklost. Svetloba potuje z omejeno hitrostjo (300 tisoč kilometrov na sekundo), vesolje je ogromno, zato gledamo stvari, kakršne so bile nekoč. Zamislimo si, da 66 milijonov svetlobnih let stran obstaja planet z zelo napredno civilizacijo, ki ima zelo zmogljiv teleskop. Če ga ta trenutek uperi proti Zemlji, bo imela pred očmi dinozavre iz mesa in kosti. Pa morda komet, ki bije plat zvona. (Takšnega teleskopa mi seveda nimamo.)

In ko se bo Webb uperil daleč stran, bo videl zvezde, galaksije in druga čuda vesolja, kakršna so bila pred veliko veliko leti. Motril naj bi prve zvezde, ki naj bi bile precej drugačne od današnjih, združene v prve galaksije sploh, morda prve posamezne supernove. Z drugimi besedami: videl bo, kje in kako je nastala snov, iz katere smo mi. Vesolje se je namreč začelo kot oblak iz vodika, nekaj helija in ščepca težjih elementov. Preostalo po periodnem sistemu elementov so morale v svojih nedrjih prignesti zvezde, katerih pritisk in vročina sta bila Hefajstova peč, zmožna združevati atomska jedra v procesu fuzije in nato smrti zvezde. Kar vidimo okoli sebe – prsti na tipkovnici, zaslon, tla pod nogami – svoje korenine najde v prostranstvih, ki jih bo gledal Webb. Naši atomi so nekoč bili v osrčjih zvezd.

Zakaj pa bo Webb lahko to videl, Hubble pa tega ni mogel? Ker se bo osredotočal na drug tip svetlobe.

Svetloba so potujoči fotoni. Med drugim se razlikujejo po tem, koliko energije imajo. Bolj kot so energizirani, hitreje nihajo in obratno. Tako dobimo spekter elektromagnetnega valovanja: fotone, razporejene od bolj "lenih" do bolj "divjih." Naše oči so biokemični detektorji, ki zaznavajo zgolj majhen izsek nekje pri sredini spektra. Antropocentrično temu rečemo vidna svetloba. Če bi naše oči prilagodili, bi lahko videli radijske valove, ki so prav tako fotoni, le počasni. Ali pa rentgensko svetlobo, ki je precej bolj energizirana.

Tudi Hubble vesolje gleda predvsem v vidni svetlobi, a še malo okoli nje. Posnetke lahko ozaljša z ultravijolično svetlobo in bližnjo infrardečo. Ni pa zanju specializiran.

Webb se premakne malo bolj proti "lenemu" delu elektromagnetnega spektra. Zaznaval bo le izsek nam vidne svetlobe, predvsem rdečo barvo, bo pa zato zasijal pri lovljenju infrardečih fotonov.

V sporočilih za javnost se pogosto bere, da bo Webb veliki naslednik Hubbla. Naslednik bo res po obsežnosti projekta in porabi denarja ter po pomembnosti znanstvenega izplena. Ne bo pa počel istih stvari kot Hubble, kvečjemu bosta odličen par.

Glavna naloga: uzreti naš izvor

Čemu je vesoljski teleskop James Webb namenjen? Da bi to lahko razložili, na hitro obnovimo zgodovino vsemirja, kot jo poznamo. Naše vesolje se je začelo s prapokom pred približno 13,8 milijarde let. Tedaj je bilo gosta in vroča juha osnovnih delcev. Po treh minutah se je dovolj ohladila, da so se lahko delci zlepili v atomska jedra, torej ioniziran vodik in nekaj helija. Še dodatnih 379.000 let je bilo potrebnih, da se je ohladila pod 3000 stopinj Celzija, kar je omogočilo združevanje atomskih jeder z elektroni. Fotoni so prvič svobodno poleteli, kar je najstarejša znana svetloba sploh.

Tega Webb ne bo gledal, čeravno se marsikje bere, da bo ugledal "prvo svetlobo". Prvi svetlobi je (bil) namenjen evropski vesoljski mikrovalni teleskop Planck, ki je, mimogrede, tudi "čepel" pri točki L2. Tej svetlobi se reče mikrovalovno sevanje ozadja ali prasevanje. Bilo je kratek blisk pred temnim vekom. Vesolje se je zatem ohladilo in spremenilo v ogromen oblak nevtralnega plina. Nobenih očitnih virov svetlobe ni bilo. Vseobsegajoča tema.

In potem se je zgodilo nekaj, kar je omogočilo zgodovino, kot jo poznamo. Nihče ne ve, kje se je začelo in katere sile so bile na delu, a nekje globoko v oblaku je nastala nestabilnost. Plin se je ujel v gravitacijsko past, vedno več ga je vleklo proti eni točki. V oblaku plina je začela nastajati grudica. Nekateri pravijo, da je bila na delu temna snov, skrivnostna zadeva, ki še danes sestavlja večino mase obstoja in se spretno izogiba našemu doumevanju. Vsekakor je nekaj privabilo ogromno količino plina v kepo. V kepi je tlak narasel do astronomskih razsežnosti, temperatura je poskočila, jedra vodika so se začela zlivati in greti.

Zasijala je prva zvezda. PraEva sveta, kot ga poznamo. Ne vemo, kdaj se je to zgodilo. Učene domneve se razlikujejo za več sto milijonov let.

Žal tega trenutka Webb ne bo uzrl. Vseeno je to hudo predaleč in pretemno tudi za tako napreden instrument. Morda, morda bodo tega deležni naši zanamci. Bo pa prišel blizu. Verjetno ne bo našel posameznih metuzalemk, bi pa lahko zaznal celo prve eksplozije zvezd (supernove) in prvo generacijo zvezd, združeno v prve galaksije sploh.

To je bilo obdobje reionizacije. Porajajoče prazvezde so se združevale v prve galaksije in se s svojo svetlobo začele "bojevati" proti vseprisotni meglici. Sevanje zvezd je marljivo tolklo okoliške pline, z njih izbijalo elektrone, iz atomov delalo ione (zato reionizacija) in jih tako delalo prosojne. Od začetka reionizacije je bilo vesolje kot sir livada z veliko, veliko majhnimi luknjicami, ki pa so počasi pripeljale do ementalerja z vse večjimi luknjami in čez stotine milijonov let do konca temnega veka – ko je vesolje res prosojno zasijalo. Ves ta proces naj bi potekal med 400 milijoni let in 1,3 milijarde let po velikem poku. Ocene so različne.

In kako v to zgodbo vstopi James Webb? Lovil bo prave fotone. Tedanje zvezde so močno svetile tudi v ultravijolični in nam vidni svetlobi. Njena valovna dolžina se je med potovanjem raztegnila zaradi širjenja vesolja na ravno pravšnjo: infrardečo. Pojav se imenuje rdeči pomik. Poenostavljeno ga lahko primerjamo z zvokom rešilca, ki šine mimo nas in se oddaljuje.

Kako daleč v preteklost bo segel? To bo pokazala praksa. Teoretiziranje pa veli, da naj bi videl rdeči pomik 15 in dlje.

Prve zvezde in galaksije naj bi bile med vrednostma 15 in 30, torej med 150 in 250 milijoni let po prapoku.

Slišati je tudi pogumne glasove, da bi lahko Webb šel do 20 ali celo 30. (Hubblov rekord je rdeči pomik 11,1 oziroma 400 milijonov let.) Pri tem si bo moral pomagati z gravitacijskim lečenjem in iskati dovolj "razkajene" luknje v tedanji meglici.

Z iskanjem metuzalemk se bo ukvarjala tudi raziskovalna skupina slovenske astrofizičarke Maruše Bradač, ki ima že zagotovljenih 200 opazovalnih ur.

Avdio: Intervju z Marušo Bradač

Kako je vesolje dobilo svojo kozmološko strukturo

Sorodna novica Odkrili eno najstarejših galaksij, edinstveno zato, ker je navadna

Sorodna novica To je najtemnejša znana galaksija iz otroštva vesolja in odkrila jo je Maruša Bradač

Webb bo preučeval prvo generacijo zvezd. Te naj bi bile precej drugačne od današnjih, vodikove velikanke z maso stotin Sonc, kratko življenjsko dobo in brez težjih elementov. Nadalje bo preučeval razvoj prvih galaksij in oblikovanje prvih večjih struktur v vesolju, ki so mu dale podobo, kakršna je približno od prve milijarde let naprej. To bi lahko tudi namignilo, kakšna je vloga temne energije in temne snovi. In ne nazadnje, dal bo odgovor na vprašanje, kdaj se je reionizacija dejansko začela, kdaj končala in kaj jo je poganjalo: galaksije velikanke ali množica pritlikavk? Pri tem si bo pomagal s težnostnim lečenjem tako kot Hubble. In tako kot obstoječi velikan astronomije bo tudi Webb nekaj časa zrl v kakšno temno zaplato neba, kjer na videz ni nič, in iz brezmejnosti izbrskal tisoče nikoli poprej videnih svetov daleč, daleč stran. Spodaj je fotografija Globoko polje, ki je pred desetletji obkrožila svet. Webb se bo zazrl točno tja in videl več.

Sorodna novica Video: Polet skozi veličastno meglico Orion in v središče Galaksije

Kaj še? Precej bližje nam, tudi po domači galaksiji, bo Webb pogledal globoko v zvezdne porodnišnice, ogromne oblake iz prahu in plinov, kjer snov pada v težnostna brezna, zarodke modernih zvezd. Infrardeča svetloba namreč lahko potuje skozi te oblake relativno nedotaknjena. Tako bomo lahko preučevali procese nastanka zvezd in planetarnih sistemov.

Sorodna novica Planet, ki bi lahko podpiral življenje, kar pri najbližji sosednji zvezdi

Najbolj odmevna odkritja bi bila lahko z naslednjega področja Webbovega preučevanja, zunajosončnih planetov. Danes na podlagi opazovanj in statistike vemo, da ima vsaka zvezda (vsaj) en planet. Samo po domači galaksiji je tako planetov najmanj 300 milijard. Koliko svetov, koliko morebitnih oblik življenja, koliko civilizacij, propadlih ali nastajajočih? Ne vemo. Lahko pa na podlagi določenih indikatorjev sklepamo, kakšne so razmere v oddaljenih svetovih. Do teh kazalnikov se je težko dokopati, ker planeti ne svetijo kot zvezde, so relativno temni, poleg tega jih zvezde navadno prebleščijo. Tudi zato smo doslej potrdili obstoj zgolj dobrih štiri tisoč eksoplanetov in zelo malo vemo o njihovi sestavi.

Sorodna novica Sedmero kot Zemlja velikih in z vodo bogatih planetov vse bolj obeta

Webb ima primerno oborožitev. S koronagrafom bo zatemnil zvezdo, da bo planet poleg nje lažje viden. In ker planete njihove zvezde grejejo, ti svetijo tudi v infrardeči svetlobi – ravno prav za našega protagonista (poenostavljeno, gledanje infrardeče svetlobe je gledanje toplote, kot bi iskal termične izgube na domači hiši). Preučil bo kemično sestavo ozračij oddaljenih planetov. Kako? Svetlobo planeta bo razbil na mavrico ali spekter. V njem bo iskal značilne "podpise" kemičnih elementov, ki določene valovne dolžine odvzamejo (absorbirajo) ali pa jih oddajo. In če bodo na nekem tujem planetu našli na primer vodo, kisik, metan, to še ne bo pomenilo, da tam kaj migota. Bo pa pomenilo, da so razmere lahko ugodne.

Sorodna novica Najbolj rdeče telo v Osončju

Prisotnost nestabilnih zadev, kot sta molekularni kisik in metan, pove, da ju nekaj aktivno proizvaja. Webb ne bo dal odgovora na vprašanje, ali smo v vesolju sami, to je treba poudariti. Bo pa verjetno dal nekaj vznemirljivih namigov.

Tako bi lahko dobili prve fotografije najbližjega sosednjega planeta, Proksime Kentavre b, ki se po dozdajšnjem poznavanju nahaja v območju zlatolaske, kjer naj bi bilo ravno prav toplo za obstoj vode v tekoči obliki. Ali pa izjemno zanimivega sistema TRAPPIST-1. Kandidatov dobesedno mrgoli.

In če je teleskop že tako zmogljiv, zakaj ga ne bi uporabili tudi za naše širše domovanje, Osončje? Uporaben bo od Marsa naprej in še dlje od tirnice Neptuna. Tam so tarče majhne, temne, a še vedno s Soncem ogrevane. V Kuiperjevem pasu in naprej so tisoči in tisoči neodkritih, slabo poznanih članov Osončja, ki čakajo na preučevanje.

KAJ JE VESOLJSKI TELESKOP JAMES WEBB

Webb je tehnološko čudo sodobnega časa, izid visokoletečih znanstvenih izzivov, ki so jih znanstveniki predočili inženirjem, ti pa so tehnologijo prignali do skrajnosti. To je obenem največji vesoljski teleskop v zgodovini in kar za polovico je lažji od Hubbla. Sestavljen je iz treh večjih odsekov. Prvi je vesoljsko plovilo, ki skrbi za pogon, komunikacije itd. Nahaja se na spodnji, vroči strani. Vmes je senčnik iz petih membran, na drugi strani pa je observatorij. Poglejmo podrobneje.

Webb ima tri ogledala. Primarno je veliko 6,5 metra, narejeno je iz 18 šesterokotnikov velikosti 1,32 metra. Vsak segment je težek 20 kilogramov, narejen je iz berilija, zelo trdnega, lahkega materiala, odpornega proti nizkim temperaturam. Ogledalo so na Zemlji izdelali v "napačni" obliki, da se bo ob deformaciji zaradi mraza spremenila v načrtovano. Berilijeve plošče so prevlečene z zlatom, ki je pripravno za odboj infrardečih fotonov. Povprečna debelina zlata je 100 nanometrov oziroma 700 atomov. 133 aktuatorjev bo plošče postavilo v želeno obliko z natančnostjo nanometrov, da bodo delovale kot enotno ogledalo in bodo svetlobo odbijale v sekundarno ogledalo. Slednje je veliko 0,74 metra in se nahaja na 7,6 metra dolgih rokah. Od tam se bo svetloba odbijala v terciarno ogledalo v črni izboklini sredi primarnega in nato po še manjših ogledalih naprej do instrumentov. Sistem bodo kalibrirali več mesecev.

Primarno ogledalo je precej večje od Hubblovega in lahko zbere več svetlobe, a ker gleda v drugih valovnih dolžinah, nima večje kotne ločljivosti.

Senčnik ni ravno običajen parazol. Narejen je iz petih membran, malo manjših od teniškega igrišča. Zunanja membrana je debela 0,05 milimetra, preostale 0,025 milimetra. Narejene so iz kaptona in prevlečene s 100 nanometrov debelo plastjo aluminija, medtem ko ima zunanja še 50 nanometrov debelo plast silicija, kar jo obarva vijolično. Skupaj bodo energijo Sonca milijonkrat zmanjšale, torej z 200 kilovatov na delček vata. Tako bo vroča stran dosegla do 125 stopinj Celzija (optimalno 80), hladna pa -223 stopinj Celzija, medtem ko bo en instrument še bolj ohlajen. Toplota bi namreč zasičila njegove senzorje. (Hubble deluje pri 20 stopinjah Celzija.) Nevarnost udara mikrometeoridiov je občutna, zato imajo membrane elemente proti širjenju že nastalih raztrganin.

Proti tarčam ga bodo obračali s šestimi reakcijskimi kolesi. Ta kolesa pri vesoljskih sondah pogosto odpovejo zaradi obrabe. Webbovi (ang. hemispherical resonator gyroscope, pojasnilo koncepta tukaj) temeljijo na vibracijah in naj bi bili zato precej bolj zanesljivi. Spomnimo, Hubblove mehanične so morali zamenjati in tudi "sveže" nameščeni iz leta 2009 odpovedujejo.

Webbovi znanstveni instrumenti

Kako pa kaže Webbu? Njegova načrtovana doba je zgolj 5,5 leta. Zakaj, se bo vprašal marsikdo, desetletja načrtovati in izdelovati tako vratolomno napravo z relativno kratkim trajanjem? Drugače ni šlo. Ariane 5 lahko do točke L2 zaluča 6,6 tone mase in vanjo je treba stlačiti vse potrebno: poleg opreme tudi omejeno količino goriva (167 kilogramov hidrazina in 132 kilogramov didušikovega tetraoksida). Ekipa načrtuje, da bi s tem lahko prišli do dobrih desetih let, potem pa carpe diem. In to bo več kot dovolj časa, da Webb razširi naše poznavanje življenja, vesolja in sploh vsega.

Znanstveniki ne bi bili znanstveniki, če ne bi – tako kot leta 1989 pred izstrelitvijo Hubbla – že načrtovali naslednika. To je veliki vesoljski teleskop LUVOIR, pravzaprav povečani Webb s 15-metrskim primarnim zrcalom, večjim senčnikom in razponom vse od infrardeče do ultravijolične svetlobe. Mutirani gigantski sin Hubbla in Webba, torej.

A vse to bi bilo lahko zaman, če bi izstrelitev – ali postavitev – Vesoljskega teleskopa James Webb spodletela in bi se politiki prijeli za denarnice.

Avdio: Še več na temo Jamesa Webba z astrofizikom Tomažem Zwittrom v podkastu ApolloLajka

Zgolj kot zanimivost dodajamo prvo novico na temo JWST-ja, ki je bila kdaj koli objavljena na MMC-ju (in priča o časovni razsežnosti projekta).

Sorodna novica Gradnja največjega teleskopa po načrtih