Teleskop Jamesa Webba w pigułce

Fragment zdjęcia gromady galaktyk SMACS 0723, fot.: NASA, ESA, CSA, STScI.

Fragment zdjęcia gromady galaktyk SMACS 0723, fot.: NASA, ESA, CSA, STScI.

Kilka dni temu NASA zaprezentowała zdjęcia, które pozwoliły obejrzeć niewielki, choć imponujący fragment Wszechświata. Uchwycenie zbioru gwiazd i galaktyk umożliwił kosmiczny teleskop Jamesa Webba. O tym wyjątkowym narzędziu, budzącym zachwyt nie tylko fizyków, opowiada dr inż. Filip Sala z Zakładu Optyki i Fotoniki.

Początki

Wyniesiony w kosmos 25 grudnia 2021 roku przez rakietę Ariane 5 z terytorium Gujany Francuskiej, do służby wszedł 12 lipca 2022 roku — teleskop Jamesa Webba to dzieło NASA, które powstało we współpracy z agencjami kosmicznymi: europejską (ESA) i kanadyjską (CSA). Obecnie to największy teleskop umieszczony w przestrzeni kosmicznej. 

Kosmiczny olbrzym

Jego zwierciadło główne liczy 6,5 metra, a osłony termiczne mają powierzchnię kortu tenisowego. Dla porównania, średnice zwierciadeł teleskopów Hubble’a i Spizera to odpowiednio 2,4 metra, oraz 0,85 metra. Z uwagi na wielkość teleskopu Webba cała konstrukcja, zarówno osłon termicznych jak i zwierciadła głównego, została wykonana w sposób modułowy i rozwinięta dopiero w przestrzeni kosmicznej. Wykonane z berylu, a pokryte powłoką złota zwierciadło główne składa się z 18 heksagonalnych elementów o łącznej powierzchni 25 m2. 

Grafika ilustrująca Teleskop Jamesa Webba, fot. NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez

Grafika ilustrująca Teleskop Jamesa Webba, fot. NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez

Na swoim pokładzie teleskop ma zarówno kamery umożliwiające obserwację obiektów astronomicznych, spektrografy służące do badania widma elektromagnetycznego, jak i koronografy — dające możliwość obserwacji odległych planet krążących wokół jasnych obiektów takich jak gwiazdy. Instrumenty te dają możliwość obserwacji obiektów w zakresie długości fal od 0,6 µm do 28,3 µm, czyli częściowo w świetle widzialnym, jednak przede wszystkim w bliskiej i średniej podczerwieni. Pył kosmiczny wykazuje niską absorpcję w podczerwieni, możliwe więc będzie uzyskiwanie obrazów jeszcze lepszej jakości.

Ciepło—zimno

Układ optyczny teleskopu składa się z trzech zwierciadeł w układzie typu Korscha, który umożliwia korekcję takich wad jak aberracja sferyczna, koma, astygmatyzm oraz krzywizna pola. Teleskop krąży po tzw. orbicie halo wokół punktu libracyjnego L2 (Lagrange’a) w odległości około 1,5 mln kilometrów od Ziemi. To idealna lokalizacja do obserwacji głębokiego kosmosu, ponieważ punkt ten znajduje się zawsze po przeciwnej do Słońca stronie Ziemi. Teleskop nie jest jednak utrzymywany w cieniu — ani Ziemi, ani Księżyca. Orbita dobrana jest tak, aby zapewniać stałe oświetlenie, a tym samym pracę ogniw słonecznych. Specjalne osłony termiczne chronią teleskop przed promieniowaniem pochodzącym od Słońca, Ziemi i Księżyca. Szczęśliwie, wszystkie te ciała niebieskie znajdują się po tej samej stronie teleskopu, co ułatwia zadanie. Układy detekcji średniej podczerwieni dodatkowo chłodzone są aktywnie.

Maksymalna temperatura zewnętrzna pięciowarstwowych osłon wynosi 125°C, a wewnętrzna -235°C. Temperatura pracy samego zwierciadła głównego wynosi poniżej 60 kelwinów (-213°C). Cały teleskop musi być utrzymywany w bardzo niskiej temperaturze, ponieważ w przeciwnym razie ciepło zaburzyłoby pomiary wykonywane w zakresie średniej podczerwieni.

Co widać na słynnych zdjęciach?

Na jednym z nich widzimy gromadę galaktyk SMACS 0723. Jest to najdokładniejsze zdjęcie głębokiego kosmosu, jakie kiedykolwiek uzyskano. Zdjęcie jest wynikiem nałożenia danych odpowiadających różnym długościom fal elektromagnetycznych. Jego wykonanie zajęło 12,5 godziny. Pokazano również analizę atmosfery wokół egzoplanety WASP-96b dzięki której wykazano obecność wody, zdjęcia mgławicy NGC3132 (potocznie nazywanej Rozerwaną Ósemką lub Mgławicą Pierścień Południowy), czy też przepiękną gromadę otwartą NGC 3324 w gwiazdozbiorze Kila. Intrygujące jest również zdjęcie tzw. Kwintetu Stefana w gwiazdozbiorze Pegaza, ukazujące silne oddziaływania grawitacyjne pomiędzy galaktykami.

Wszystkie zdjęcia można obejrzeć na stronie internetowej NASA.

Pojąć Wszechświat

Parametry teleskopu umożliwiają badanie zarówno jednych z pierwszych powstałych we Wszechświecie galaktyk, jak również egzoplanet, czy dokładniejsze niż dotychczas badanie Układu Słonecznego. Dzięki wykorzystaniu tych niezwykłych instrumentów mamy nadzieję na jeszcze lepsze zrozumienie ewolucji galaktyk, cyklu życia gwiazd, czy obserwację pobliskich egzoplanet.

Teleskop został nazwany na cześć Jamesa Edwina Webba (1906 - 1992) , drugiego administratora NASA i kierownika misji programu Apollo.