Projekt Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba jest trapiony nieustannymi problemami, które spowodowały lata opóźnień. Pierwotnie obserwatorium miało znaleźć się na orbicie w 2011 roku. Obecnie następca legendarnego Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, czeka na rakiecie nośnej na wyniesieni w przestrzeń kosmiczną, które według ostatnich planów miało nastąpić 22 grudnia. Jednak na tydzień przed zaplanowanym startem znów wracają stare demony. Problemy związane z łączeniem między rakietą nośną a teleskopem spowodowały kolejne opóźnienie. Specjaliści z NASA poinformowali, że start nie nastąpi przed piątkiem 24 grudnia.
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) powstał dzięki współpracy NASA, Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) i Kanadyjskiej Agencji Kosmicznej (CSA). Teleskop miał wystartować z wyrzutni w Kourou w Gujanie Francuskiej 22 grudnia. Jednak tego dnia teleskop nie poleci w kosmos. Problemy związane z interfejsem między teleskopem a rakietą nośną oznaczają, że start nie nastąpi przed piątkiem 24 grudnia.
Pozostaje jedynie mieć nadzieję, że 24 grudnia obserwatorium w końcu znajdzie się na orbicie. Bo Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba ma potencjał, by zmienić oblicze astronomii. Będzie przyglądał się różnym zjawiskom kosmicznym, da naukowcom wgląd w najodleglejsze galaktyki, jakie kiedykolwiek widziano, zbada atmosfery odległych planet i serca regionów gwiazdotwórczych otulone pyłem. Teleskop Jamesa Webba ma być nawet 100 razy potężniejszy od swojego poprzednika, Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, który zmienił nasze rozumienie kosmosu w ciągu ostatnich 31 lat pracy.
- Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba ma tak wielkie możliwości, że według mnie w astronomii zacznie dzielić się czas na „przed” jego uruchomieniem i „po” rozpoczęciu przez niego pracy - mówi Jane Rigby, astrofizyk z należącego do NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt. To ona jest głównym naukowcem odpowiedzialnym za projekt.
Projekt obserwatorium, które mogłoby zastąpić wysłużony Teleskop Hubble'a, nie należy do punktualnych. Wydaje się, że po dziesiątkach opóźnień, które przez lata trapiły teleskop Jamesa Webba, astronomowie i wszyscy miłośnicy kosmosu powinni być przyzwyczajeni do kolejnych. Ale tak naprawdę informacja o przesunięciu lotu podana na tydzień przed startem, to kolejna porażka w tym najdroższym astronomicznym przedsięwzięciu w historii.
Prace nad teleskopem trwały przez długie lata i pochłonęły ponad 10 miliardów dolarów, a częste opóźnienia nie dawały inżynierom pracującym nad projektem powodów do dumy. Do tego nieustające cięcia budżetu NASA powodowały problemy z finansowaniem projektu. Gdyby tego było mało, w tym roku teleskop stał się przedmiotem kontrowersji, czy powinien nadal nosić imię Jamesa Webba, który stał na czele NASA w latach 60-tych, kiedy w administracji USA prześladowano osoby homoseksualne.
Badacze czekają już długo na nowe możliwości, które ma zapewnić kosmiczne obserwatorium, jednak mają nadzieję, że w tym roku dojdzie do startu. - Nie ma zbyt wielu momentów w życiu, kiedy jest się u progu tak wielkiej rzeczy - przekonuje Heidi Hammel, astronom i wiceprezes ds. nauki w Association of Universities for Research in Astronomy w Waszyngtonie, która pracowała nad projektem przez dziesięciolecia.
Pierwsze projekty tego, co miało stać się teleskopem Jamesa Webba powstały na warsztatach w Space Telescope Science Institute w Baltimore w 1989 roku. Było to rok przed wystrzeleniem Kosmicznego Teleskopu Hubble'a i naukowcy już wtedy myśleli o tym, jak kontynuować prace nad tym przełomowym obserwatorium.
Ostatecznie powstały plany teleskopu kosmicznego ze zwierciadłem głównym o szerokości 6,5 metra, prawie trzykrotnie większym od zwierciadła Hubble'a, składającym się z 18 sześciokątnych segmentów. Zwierciadło jest tak duże, że musi być złożone jak origami podczas startu i rozłoży się dopiero w przestrzeni kosmicznej. Teleskop zostanie też osłonięty specjalną tarczą wielkości kortu tenisowego, która zablokuje ciepło słoneczne i utrzyma teleskop w odpowiedniej temperaturze.
Całkowity koszt budowy teleskopu Jamesa Webba został początkowo oszacowany na 1 miliard dolarów. Jednak do tej pory na rozwój projektu NASA przekazała 9,7 miliarda dolarów, ESA 810 milionów dolarów i CSA 160 milionów dolarów.
Gwałtownie rosnące koszty spowodowały intensywną kontrolę ze strony audytorów rządowych, jak również pytania o to, czy projekt będzie wart swojej bezprecedensowej ceny. Mimo wielu przeciwności teleskop w końcu nabrał kształtu w laboratoriach na całym świecie, a następnie został zmontowany w Goddard. Później połączono go z obserwatorium w Northrop Grumman Aerospace Systems w Redondo Beach w Kalifornii. Jednak z powodu błędów ludzkich teleskop musiał przejść wiele napraw.
32 lata po pierwszych, nieśmiałych koncepcjach, Teleskop Jamesa Webba wreszcie znajduje się w kosmodromie w Kourou i czeka na wystrzelenie. Jego celem jest punkt w przestrzeni kosmicznej oddalony o 1,5 miliona kilometrów od Ziemi. To zbyt daleko, aby astronauci mogli odwiedzić teleskop i naprawić go, gdyby coś poszło nie tak.
Teleskop Hubble’a wymagał naprawy po starcie w 1993 roku, kiedy to astronauci użyli promu kosmicznego, aby dostać się do krążącego wokół Ziemi obserwatorium i zainstalować optykę korekcyjną dla jego głównego zwierciadła, które zostało nieprawidłowo oszlifowane.
Jeśli start się powiedzie, JWST będzie badał kosmos w zakresie fal od bliskiej do średniej podczerwieni, z których większość jest dłuższa, niż widzi Hubble. Oznacza to, że obserwatorium może badać światło, które podróżowało z odległych galaktyk i zostało rozciągnięte przez ekspansję Wszechświata.
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba będzie również w stanie badać pył, który otacza regiony gwiazdotwórcze, jak również gaz pomiędzy gwiazdami, które nie są widoczne na krótszych falach. Podobnie jak teleskop Hubble'a, będzie on w stanie wykonywać widma obiektów astronomicznych, co oznacza, że będzie mógł rozdzielić ich światło na składniki, aby określić, z czego są zbudowane.
Atmosfera Ziemi przeszkadza w większości naziemnych badań astronomicznych w podczerwieni. I choć kosmiczne teleskopy badały Wszechświat w świetle podczerwonym już wcześniej, to ogromne zwierciadło JWST i pakiet czułych instrumentów dają pewność, że jego odkrycia przewyższą te dokonane przez jakikolwiek poprzedni teleskop. - Zmieni on wiele dziedzin astronomii - przekonuje Jeyhan Kartaltepe, astronom z Rochester Institute of Technology w Nowym Jorku.
Ponieważ teleskop Jamesa Webba może dostrzec obiekty emitujące słabe promieniowanie, to naukowcy mają nadzieję zaobserwować niektóre z pierwszych gwiazd i galaktyk, które uformowały się tuż po Wielkim Wybuchu 13,8 miliarda lat temu. Obserwatorium prawie na pewno pobije też rekord najodleglejszej zaobserwowanej galaktyki.
Jedno z pierwszych dużych badań będzie dotyczyło obszaru nieba o wielkości trzech Księżyców w pełni. Jego celem będzie zbadanie około pół miliona galaktyk. Projekt znany jako COSMOS-Webb już trwa, wykorzystano w nim prawie wszystkie najważniejsze teleskopy naziemne i kosmiczne do badania tego samego skrawka nieba. JWST będzie przyglądał się temu obszarowi przez ponad 200 godzin, co czyni COSMOS-Webb największym projektem w pierwszym roku działalności obserwatorium.
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba będzie też badał okres od około 400 tys. lat do 1 miliarda lat po Wielkim Wybuchu, kiedy to pierwsze gwiazdy i galaktyki rozświetliły Wszechświat. Ta epoka, znana jako era kosmicznej rejonizacji, była początkiem ewolucji dzisiejszych galaktyk.
Obserwując te niezwykle odległe obiekty astronomiczne, naukowcy mogą odpowiedzieć na pytania, jak pierwsze gwiazdy złożyły się w galaktyki i jak te galaktyki ewoluowały w czasie. Uzyskanie lepszego obrazu formowania się galaktyk we wczesnym Wszechświecie pomoże naukowcom zrozumieć m.in. jak powstał współczesny kosmos, jaki skład chemiczny miały pierwsze gwiazdy, dlaczego podobne obiekty przestały w pewnym czasie powstawać.
Obserwatorium spędzi też wiele czasu na badaniu planet, także tych spoza Układu Słonecznego. Teleskop będzie w stanie zarejestrować moment, w którym, z punktu widzenia obserwatora z Ziemi, planeta przelatuje przed swoją gwiazdą, a światło na krótko prześwituje przez jej atmosferę. W takim przypadku analiza spektralna może ujawnić skład atmosfer planetarnych w sposób bardziej szczegółowy niż kiedykolwiek wcześniej. Astronomowie są szczególnie zainteresowani znalezieniem cząsteczek takich jak metan i woda, które sygnalizują warunki, w których mogłoby powstać życie, przynajmniej takie, jakie znamy.
W pierwszym roku swojego działania teleskop będzie badał niektóre z najbardziej znanych egzoplanet, w tym siedem planet wielkości Ziemi, które krążą wokół gwiazdy TRAPPIST-1.
Lisa Dang, astrofizyk na Uniwersytecie McGill w Montrealu, ma zamiar obserwować kilka egzoplanet, w tym świat K2-141b, który jest zaledwie 1,5 razy większy od Ziemi i krąży tak blisko swojej gwiazdy, że jego część jest stopiona. Badaczka jest jedną z kilkudziesięciu astronomów, którzy w marcu dowiedzieli się, że zdobyli czas obserwacyjny nowego teleskopu.
K2-141b jest przykładem rzadkiej „planety lawy” o geologii niepodobnej do niczego znanego w Układzie Słonecznym. JWST może wykryć minerały w atmosferze K2-141b, które zostały odparowane z jej powierzchni. Co więcej, obserwatorium może nawet mapować temperatury na całej planecie. - Webb otwiera wiele dróg dla nauki o egzoplanetach, które wcześniej nie istniały - mówi Dang.
- Wielokrotne opóźnienia w rozwoju i budowie teleskopu Jamesa Webba w rzeczywistości działały na korzyść naukowców zajmujących się egzoplanetami - mówi Néstor Espinoza, astronom z Space Telescope Science Institute. Opóźnienia projektu dały ekspertom więcej czasu na dostosowanie jego instrumentów do badania atmosfer egzoplanet. - Jesteśmy teraz znacznie lepiej przygotowani niż gdyby teleskop został wystrzelony w 2011 roku - mówi Espinoza.
JWST będzie celował w szeroki zakres egzoplanet, w tym gazowe olbrzymy i klasę planet większych od Ziemi, ale mniejszych od Neptuna, które są najczęstszym typem egzoplanet odkrytym do tej pory.
Teleskop Jamesa Webba będzie też badał obiekty w naszym Układzie Słonecznym. Astronomowie mają nadzieję wykorzystać jego szeroki zakres długości fal do odkrycia wcześniej niewidocznych szczegółów dotyczących m.in. powierzchni lodowych światów na orbitach w pobliżu Plutona i poza nim. Eksperci chcą wykorzystać teleskop do badania górnych atmosfer lodowych olbrzymów - Neptuna i Urana, których skład chemiczny najlepiej widać w podczerwieni
Chociaż niektórzy naukowcy widzą korzyści wynikające z opóźnień, to wielu innych krytykowało NASA za liczne problemy w rozwoju JWST. Ekspertom wiele czasu zajęło opracowanie technologii niezbędnych do działania tak skomplikowanego urządzenia. Kolejne opóźnienia spowodowała pandemia COVID-19, czy skandal związany z nazwą teleskopu.
NASA ogłosiła w październiku, że nie planuje zmiany nazwy, po przeprowadzeniu historycznego śledztwa w sprawie działań Jamesa Webba. Wielu astronomów wyraziło jednak niezadowolenie z powodu ograniczonej ilości informacji, które NASA ujawniła na temat zakresu tego dochodzenia.
Na niecały miesiąc przed planowanym na 18 grudnia startem, JWST natrafił na kolejną przeszkodę. W ośrodku w Kourou niespodziewanie puściła taśma mocująca teleskop do rakiety nośnej, powodując wibracje. NASA przeprowadziła dochodzenie i stwierdziła, że wibracje nie spowodowały żadnych uszkodzeń. Ale to nie koniec problemów. W międzyczasie NASA kolejny raz przesunęła start JWST na 22 grudnia. Na tydzień przed zaplanowanym lotem zawiódł interfejs łączący teleskop z rakietą nośną.
Jeśli JWST w końcu wystartuje, co zawsze jest ryzykowną procedurą i miejmy nadzieję nastąpi 24 grudnia, teleskop czeka starannie zaplanowana sześciomiesięczna sekwencja zdarzeń, która rozpocznie się od rozłożenia i zamontowania osłony słonecznej, a następnie rozłożenia i zwierciadła głównego i wtórnego.
Teleskop zacznie się ochładzać w trakcie podróży w kierunku końcowej orbity wokół stabilnego grawitacyjnie punktu w przestrzeni kosmicznej, znanego jako L2, czyli drugi punkt Lagrange'a. W tym miejscu JWST będzie zawsze skierowany w stronę Słońca, z Ziemią za plecami, co pozwoli mu widzieć odległe obiekty, podczas gdy osłona słoneczna będzie go chronić przed przegrzaniem się.
Potem nastąpią dwa miesiące synchronizacji i ustawiania zwierciadeł oraz optyki teleskopu, a także miesiąc kalibracji instrumentów. Jeśli wszystko pójdzie dobrze, JWST będzie gotowy do pracy w czerwcu 2022 roku.
Astronomowie dokładnie zaplanowali co będzie się działo dalej. - Musimy zacząć działać bardzo szybko - mówi Kartaltepe. W pierwszej kolejności rozpoczną się obserwacje w ramach programu „early release”. Jego treść jest ściśle strzeżona, ale prawdopodobnie będzie zawierała serię zapierających dech w piersiach obrazów, wybranych tak, by pokazać możliwości teleskopu.
Potem nastąpi seria ogólnych obserwacji, z których dane NASA natychmiast udostępni społeczności astronomicznej. Jeden z takich projektów będzie polegał na badaniu w podczerwieni galaktyk, które powstały w wyniku gwałtownych zderzeń.
Astronomowie, którzy spędzili lata pracując nad budową instrumentów JWST mają zagwarantowany czas obserwacyjny, podobnie jak sześciu naukowców, w tym Hammel, którzy mają za zadanie prowadzić badania o interdyscyplinarnym charakterze. Po nich przyjdzie kolej na propozycje innych badaczy.
Astronomowie z Europy otrzymają co najmniej 15 proc. czasu obserwacyjnego, a astronomowie z Kanady co najmniej 5 proc., za wkład ich agencji kosmicznych w budowę teleskopu. Propozycje są oceniane przy użyciu podwójnej anonimowej oceny, w której recenzenci i autorzy nie znają swoich nazwisk. Taka praktyka ma zmniejszyć uprzedzenia przy przydzielaniu czasu pracy teleskopu.
Oczekuje się, że JWST będzie działał przez co najmniej pięć lat, a być może nawet do dziesięciu - okres ten jest podyktowany ilością paliwa, które zużywa do orientacji w przestrzeni. Po wielu latach oczekiwania, astronomowie są gotowi na to, by Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba przejął pałeczkę po Kosmicznym Teleskopie Hubble'a, który powoli ulega degradacji i nadchodzi czas jego przejścia na emeryturę.
Źródło: Nature, fot. NASA/Desiree Stover/ CC BY 2.0
