Teleskop kosztował 10 miliardów dolarów. Budowano go osiemnaście lat, od 2004 roku. W projekcie brało udział ponad 10 tys. osób. Jeśli Kosmiczny Teleskop Webba bez niespodzianek trafi na orbitę, jego złożone z sześciokątnych luster zwierciadło stanie się najpotężniejszym instrumentem badawczym, jakim dysponuje ludzkość.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (James Webb Space Telescope) zmieni nasze rozumienie Wszechświata – przekonują jego twórcy. W odróżnieniu od poprzednika – teleskopu Hubble’a – potężne, mające 6,5 metra średnicy zwierciadło teleskopu Webba będzie także rejestrować podczerwień. Dlaczego to aż tak ważne?

Światło docierające do nas z głębi kosmosu jest przesunięte właśnie ku podczerwieni. Teleskop Webba będzie spoglądać znacznie głębiej w historię Wszechświata. Będzie rejestrować ślady pozostałe po najstarszych gwiazdach i śledzić, jak powstawały pierwsze galaktyki. Będzie też na tyle czuły, by nie tylko odkrywać odległe planety, lecz także poznać skład ich atmosfer.

Teleskop Webba potrzebuje chłodu dalekiej kosmicznej pustki

Prowadzenie obserwacji astronomicznych odległych i słabych obiektów w podczerwieni wymaga jednak bardzo niskiej temperatury otoczenia. Im bliżej zera bezwzględnego, tym lepiej. Dlatego Teleskop Webba musi się znaleźć daleko od Ziemi, która odbija promieniowanie, także podczerwone.

Teleskop zacumuje w odległości 1,5 miliona kilometrów od nas. Znajdzie się w punkcie L2, jednym z kilku, gdzie równoważą się przyciąganie ziemskie i słoneczne – tłumaczył nam dr hab. Grzegorz Brona, fizyk związany z CERN i były prezes Polskiej Agencji Kosmicznej. – Będzie on powoli krążył wokół punktu L2 i co jakiś czas włączał silniki korekcyjne. W ten sposób ma zrównoważyć dodatkowe zaburzenia grawitacyjne pochodzące choćby od Księżyca.

Zwierciadło teleskopu będzie otaczać aż pięć warstw chroniących je przed ciepłem słonecznym. Każda kolejna, bliższa warstwa będzie chłodniejsza. Dzięki temu sam Teleskop Webba mógł pracować w temperaturze minus 217 stopni Celsjusza, jaka panuje w takiej odległości od Słońca.

Jest kilka powodów, dla których inżynierowie z NASA przekładali start teleskopu Webba. Stało się tak już 20 razy. Najnowszym terminem startu rakiety jest 25 grudnia 2021 roku o godz. 13:20 naszego czasu. Wtedy inżynierowie i astronomowie zaczną naprawdę się martwić.

Kosmiczny Teleskop Webba to technologiczne origami

Zaczną się martwić, bo zwierciadło Teleskopu Webba ma 6,5 metra średnicy, a osłony termiczne aż 20 metrów. Wnętrze należącej do Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) rakiety Ariane 5, która wyniesie go na orbitę – zaledwie 5,5 metra szerokości. Od samego początku misji było wiadomo, że teleskop będzie składany, a osłonę trzeba będzie zwinąć.

Gdy ładunek trafi na orbitę, trzeba będzie ostrożnie rozwinąć osłony termiczne o powierzchni kortu tenisowego wykonane z bardzo cienkiej folii. Potrwa to tydzień. Potem, co zajmie kolejne trzy tygodnie, będzie rozkładane zwierciadło. Wykonane z kruchego berylu i pokryte warstwą złota sześciokątne lustra muszą po rozłożeniu pasować do siebie z dokładnością do 10 nanometrów, czyli jednej tysięcznej grubości ludzkiego włosa. Czy uda się precyzyjnie rozłożyć tak delikatny ładunek w podróży 1,5 mln km od Ziemi? Właśnie to spędza inżynierom sen z powiek.

– Jedną z pierwszych rzeczy, jakiej się dowiedziałem rozpoczynając pracę w NASA było to, że należy unikać wdrożeń [nowych rozwiązań technicznych] dopiero w kosmosie. Ale Teleskop Webba nie może tego uniknąć. Wręcz przeciwnie, musi przeprowadzić jedną z najbardziej skomplikowanych procedur, które kiedykolwiek miały miejsce w przestrzeni kosmicznej – mówił „Business Insiderowi” Mike Menzel, szef zespołu inżynierów misji Telekopu Webba.

– Zbudowaliśmy go, złożyliśmy, przetestowaliśmy, udowodniliśmy, że działa [jeszcze na Ziemi]. Teraz musimy go rozmontować, złożyć i w zasadzie zbudować na orbicie od nowa. Tego wcześniej nikt jeszcze nie robił – mówi Menzel.

Procedura rozkładania Telekopu Webba to aż 344 etapów

Po starcie Teleskopu Hubble’a w 1990 roku okazało się, że jego zwierciadło jest krzywe. Źle je wypolerowano. Choć różnica krzywizny wyniosła mniej więcej jedną pięćsetną milimetra, aż dziesięciokrotnie zmniejszyło to jego ostrość widzenia. W 1993 roku naprawili je astronauci, mocując odpowiednią „soczewkę kontaktową”.

Było to jednak 600 kilometrów od powierzchni Ziemi, bo na takiej wysokości krążył Teleskop Hubble’a. Gdy Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba trafi w docelowe miejsce 1,5 miliona kilometrów do Ziemi, nie będzie można już niczego naprawić. Procedura rozkładania i kalibracji instrumentów Telekopu Webba składa się z aż 344 etapów. Żeby zadziałał, każdy z nich musi się udać.

– Wybór punktu L2 z jednej strony nieco komplikuje misję z punktu widzenia mechaniki orbitalnej i uniemożliwia serwisowanie teleskopu przez astronautów. Z drugiej strony jednak pozwala myśleć o wydłużeniu misji nawet do kilkunastu lat – tłumaczył nam dr Brona. Obecnie zakłada się, że nowy teleskop będzie pracował pięć lat z opcją wydłużenia działania o kolejne pięć lat.

O ile, rzecz jasna, wszystko pójdzie zgodnie z planem. Dowiemy się o tym jednak nie zaraz po starcie, ale w trakcie trzydziestodniowej podróży, gdy Teleskop Webba zmierzać będzie do punktu L2. To podczas niej odbędzie się skomplikowana operacja rozkładania zwierciadła i osłon. Za jej powodzenie trzymają kciuki tysiące naukowców i miłośników nauki na całym świecie. Jeśli się uda, ruszy teleskop na tyle czuły, że wykryłby z Ziemi ciepło trzmiela latającego na Księżycu.

Źródła: The Conversation, Business Insider.