Τρεις δεκαετίες στα σκαριά, το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb εκτοξεύεται με επιτυχία
Μετά από μια μακρά και προβληματική διαδικασία σχεδιασμού, το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) της NASA εκτοξεύτηκε με επιτυχία στο διάστημα στις 25 Δεκεμβρίου 2021.
Το τεράστιο τηλεσκόπιο, το οποίο η NASA σκοπεύει να είναι ο διάδοχος του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble, θα αρχίσει σύντομα να καταγράφει υπέρυθρες εικόνες του διαστήματος υψηλής ανάλυσης. Αλλά, αυτό θα συμβεί μόνο μετά από μια διαδικασία «ξετυλίγματος» που βαραίνει το άγχος. Μερικοί άνθρωποι ονόμασαν το τηλεσκόπιο «30 ημέρες τρόμου».
Η ισχύς και η πολυπλοκότητα εξηγούν γιατί το τηλεσκόπιο είναι τόσο σημαντικό για την αστρονομική έρευνα. Ακολουθεί μια πιο προσεκτική ματιά στο γιατί χρειάστηκαν περισσότερα από 30 χρόνια για να σχεδιαστεί, να κατασκευαστεί και να εκτοξευτεί το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb.
Τι είναι το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb;
Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb της NASA είναι ένα υπέρυθρο διαστημικό παρατηρητήριο. Αυτό είναι ένα τεράστιο τηλεσκόπιο που τραβάει φωτογραφίες του βαθέως διαστήματος συλλαμβάνοντας υπέρυθρο φως.
Το JWST αξίας 10 δισεκατομμυρίων δολαρίων είναι ο διάδοχος του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble και του μεγαλύτερου και ισχυρότερου τηλεσκοπίου που εκτοξεύτηκε ποτέ από τη NASA. Διαθέτει τον μεγαλύτερο καθρέφτη από οποιοδήποτε διαστημικό τηλεσκόπιο που έχει εκτοξευθεί ποτέ.
Ο τεράστιος καθρέφτης επιτρέπει στο τηλεσκόπιο να κοιτάζει αποτελεσματικά πίσω στο χρόνο. Συλλέγει αμυδρό, αρχαίο υπέρυθρο φως που μόλις τώρα φτάνει στον πλανήτη Γη.
Μαζί με το Hubble και τρία άλλα διαστημικά τηλεσκόπια, το JWST είναι ένα από τα Μεγάλα Παρατηρητήρια της NASA. Αυτά είναι τεράστια διαστημικά όργανα που συλλέγουν πληροφορίες από το βαθύ διάστημα.
Το τηλεσκόπιο πήρε το όνομά του από τον πρώην επικεφαλής της NASA Τζέιμς Γουέμπ, ο οποίος ήταν υπεύθυνος της διαστημικής υπηρεσίας από το 1961 έως το 1968. Κατά τη διάρκεια της θητείας του, επέβλεψε μερικές από τις πρώτες αποστολές διαστημικών πτήσεων με πλήρωμα. Ωστόσο, τελικά έφυγε από τη NASA λίγες μέρες πριν από την εκτόξευση της πρώτης αποστολής Apollo.
Μόλις εκτοξευθεί, το JWST πρέπει να τοποθετηθεί σε ένα ειδικό σημείο μεταξύ της Γης και του Ήλιου. Ταυτόχρονα, θα ξεδιπλώσει σημαντικά εξαρτήματα - όπως το ασπίδα του τηλεσκοπίου. Μετά από αυτή τη διαδικασία, το τηλεσκόπιο θα αρχίσει να παρατηρεί συνεχώς αντικείμενα στο βαθύ διάστημα για τουλάχιστον 10 χρόνια.
Πίσω από το χρονοδιάγραμμα και τον προϋπολογισμό, αλλά μια επιτυχημένη κυκλοφορία
Παρά τις πολλαπλές καθυστερήσεις και τις υπερβολές του προϋπολογισμού, η NASA εκτόξευσε με επιτυχία το JWST στις 24 Δεκεμβρίου 2021. Η εκτόξευση έγινε μετά από δεκαετίες μακροχρόνιας διαδικασίας κατασκευής και σχεδιασμού.
Η έναρξη ήταν μια εκδήλωση πολλαπλών φάσεων. Ξεκίνησε με έναν πύραυλο Ariane 5 που βασίζεται σε μια πλατφόρμα εκτόξευσης της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας (ESA) στη Γαλλική Γουιάνα, στη Νότια Αμερική. Επειδή το JWST είναι τόσο μεγάλο, διπλώθηκε μέσα στον πύραυλο για αποθήκευση. Το τηλεσκόπιο στη συνέχεια ξεδιπλώθηκε στο διάστημα μόλις αποσπάστηκε από τον πύραυλο.
Η διαδικασία εκτύλιξης είναι εξαιρετικά περίπλοκη. Θα χρειαστούν από δύο εβδομάδες έως 30 ημέρες για να ολοκληρωθεί. Ακόμη και μικρά σφάλματα σε αυτή τη διαδικασία θα μπορούσαν να εμποδίσουν τη σωστή λειτουργία του τηλεσκοπίου — ή και καθόλου.
Καθώς θα ξεδιπλώνεται, το τηλεσκόπιο θα κινείται επίσης προς τον τελικό του προορισμό:σε τροχιά γύρω από τον ήλιο, ένα εκατομμύριο μίλια από τη Γη. Θα περιφέρεται σε ένα ειδικό σημείο (το δεύτερο σημείο Lagrange) που θα το διατηρεί ευθυγραμμισμένο με τη Γη καθώς κινείται γύρω από τον ήλιο.
Μετά από μια προκλητική κυκλοφορία του JWST, "30 Days of Terror"
Μερικοί παρατηρητές αποκαλούν τη διαδικασία εκτόξευσης του τηλεσκοπίου «30 ημέρες τρόμου». Αυτό οφείλεται στο πόσο μπορεί να πάει στραβά καθώς το τηλεσκόπιο κινείται και ξεδιπλώνεται.
Ένα ιδιαίτερα σημαντικό βήμα της διαδικασίας θα είναι το ξετύλιγμα του ηλιοπροστασίας πέντε επιπέδων του τηλεσκοπίου σε μέγεθος γηπέδου τένις. Αυτό το κομμάτι θα προσφέρει σκιά για τα ευαίσθητα όργανα τηλεσκοπίου. Αυτή η ηλιοπροστασία είναι κρίσιμης σημασίας για τη λειτουργία του JWST. Επειδή παρατηρεί το υπέρυθρο φως, το οποίο διπλασιάζεται ως θερμότητα, το τηλεσκόπιο χρειάζεται αυτό το εξάρτημα για να το προστατεύει από την έντονη θερμότητα του ήλιου.
Εάν η ηλιακή ασπίδα δεν ξεδιπλωθεί σωστά, το τηλεσκόπιο δεν θα έχει την προστασία που χρειάζεται για να συλλάβει πληροφορίες από το βαθύ διάστημα. Μετά την επέκταση της ηλιοπροστασίας, το τηλεσκόπιο θα χρειαστεί να επεκτείνει τόσο το πρωτεύον όσο και το δευτερεύον κάτοπτρο του τηλεσκοπίου.
Μόλις τοποθετηθεί, το τηλεσκόπιο θα ολοκληρώσει την ανάπτυξη όλων των δομών και θα ξεκινήσει μια διαδικασία ψύξης. Μέσα στους επόμενους μήνες, η NASA θα ξεκινήσει τη βαθμονόμηση των οργάνων του τηλεσκοπίου και θα διασφαλίσει ότι το JWST είναι έτοιμο για επιστημονικές επιχειρήσεις.
Από την τροχιά του γύρω από τον ήλιο, το τηλεσκόπιο θα παρατηρεί συνεχώς αμυδρό υπέρυθρο φως από εξαιρετικά μακρινά αστέρια. Χρησιμοποιώντας αυτό το υπέρυθρο φως, το τηλεσκόπιο θα δημιουργήσει εικόνες του βαθέως διαστήματος, η πρώτη από τις οποίες θα είναι διαθέσιμη κάποια στιγμή το καλοκαίρι του 2022. Το JWST δεν είναι το μόνο τηλεσκόπιο που χρησιμοποιεί υπέρυθρο φως. Το συνταξιούχο πλέον τηλεσκόπιο Spitzer το έκανε επίσης. Τα υπέρυθρα μήκη κύματός του κυμαίνονταν από 3 έως 180 μικρά.
Η πρώτη εργασία για το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb
Η διαδικασία ψύξης και εγκατάστασης του τηλεσκοπίου θα ολοκληρωθεί περίπου έξι μήνες μετά την εκτόξευση. Στη συνέχεια, το JWST θα αρχίσει να κοιτάζει στο Υπερβαθύ Πεδίο, μια μικρή περιοχή του διαστήματος που κάποτε παρατηρήθηκε από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble.
Παρά το μέγεθός της, αυτή η περιοχή περιέχει περίπου 10.000 γαλαξίες. Το φως από αυτούς τους γαλαξίες μπορεί να προέλθει από τόσο μακριά στο παρελθόν όσο και πριν από 13 δισεκατομμύρια χρόνια — μόλις 400 έως 800 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Εκτός από την παροχή μιας ματιάς στην πρώιμη ιστορία του Σύμπαντος, το Ultra Deep Field μας δείχνει επίσης πόσοι γαλαξίες υπάρχουν εκεί έξω. Το JWST θα πάει ακόμα πιο μακριά από ό,τι μπορεί το Hubble. Ενδεχομένως θα ανιχνεύσει δεκάδες χιλιάδες επιπλέον γαλαξίες που ήταν πολύ αμυδρά για να τους δει το Hubble.
Σε αντίθεση με το Hubble, το οποίο καταγράφει εικόνες στο ορατό φως, το JWST θα λαμβάνει εικόνες που βασίζονται σε υπέρυθρες. Θα παρέχουν στους επιστήμονες πολλές πληροφορίες σχετικά με τα αντικείμενα στο βαθύ διάστημα που καταγράφονται από το JWST.
Με δεδομένα απεικόνισης από το τηλεσκόπιο, οι επιστήμονες μπορούν να χρησιμοποιήσουν φασματοσκοπία — ανάλυση του υπέρυθρου φωτός — για να μάθουν περισσότερα για τα χαρακτηριστικά των παρατηρούμενων αντικειμένων στο βαθύ διάστημα, συμπεριλαμβανομένης της θερμοκρασίας, της μάζας και ακόμη και της μοναδικής χημικής τους σύνθεσης.
Εκτός από την παροχή περισσότερων πληροφοριών για μερικά από τα παλαιότερα ορατά αντικείμενα του γαλαξία, αυτές οι χημικές πληροφορίες θα είναι χρήσιμες για το πρόγραμμα Αστροβιολογίας της NASA. Το πρόγραμμα ελπίζει να χρησιμοποιήσει τα δεδομένα του JWST για να «προσδιορίσει πιθανά σημάδια ζωής σε πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη πέρα από το ηλιακό μας σύστημα».
Το μέλλον του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb
Μετά την παρατήρηση του Hubble Ultra Deep Field, το JWST θα αρχίσει να παρατηρεί άλλα τμήματα του διαστήματος. Το τηλεσκόπιο σχεδιάστηκε αρχικά για να λειτουργεί για περίπου 10 χρόνια. Ωστόσο, χάρη σε μια «υπερακριβή εκτόξευση», η NASA πιστεύει ότι το τηλεσκόπιο θα μπορούσε να συνεχίσει να παρατηρεί τα αστέρια για πολύ, πολύ περισσότερο.
Για σύγκριση, το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble λειτουργεί για περισσότερα από 30 χρόνια. Πιθανότατα θα συνεχίσει να λειτουργεί καλά στο μέλλον.
Το προβληματικό ιστορικό σχεδίασης του JWST
Η ανάπτυξη και η κατασκευή του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb ήταν κάθε άλλο παρά απλή. Η ανάπτυξη του JWST, που αρχικά ονομαζόταν Διαστημικό Τηλεσκόπιο Επόμενης Γενιάς (NGST), ξεκίνησε το 1996. Η NASA αρχικά προέβλεπε προϋπολογισμό 500 εκατομμυρίων δολαρίων για το έργο και σχεδίαζε μια εκτόξευση το 2007.
Το τηλεσκόπιο τελικά δεν θα εκτοξευόταν παρά μόνο 14 χρόνια μετά την προγραμματισμένη ημερομηνία εκτόξευσης. Επιπλέον, θα κόστιζε περίπου 10 δισεκατομμύρια δολάρια, είκοσι φορές τον αρχικό προϋπολογισμό. Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης, το έργο έλαβε απειλές ακύρωσης και αναβλήθηκε περισσότερες από επτά φορές.
Σημαντικές αλλαγές σχεδιασμού και σοβαρές υλικοτεχνικές προκλήσεις καθυστέρησαν το έργο πολλές φορές, έως ότου η NASA κατάφερε τελικά να διευθετήσει την ημερομηνία εκτόξευσης στις 25 Δεκεμβρίου 2021. Η τεράστια κλίμακα και η μηχανική πολυπλοκότητα του τηλεσκοπίου έκαναν τη διαδικασία σχεδιασμού εξαιρετικά προκλητική.
Η μηχανική αιχμής που ήταν απαραίτητη για να λειτουργήσει το τηλεσκόπιο σήμαινε τελικά ότι το έργο κράτησε πολύ περισσότερο και κόστισε πολύ περισσότερο από ό,τι αρχικά περίμενε η NASA.
Το τηλεσκόπιο είναι διάδοχος του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble, αλλά όχι αντικατάσταση. Τα δύο τηλεσκόπια εκτελούν πολύ διαφορετικές αποστολές και συλλέγουν διαφορετικούς τύπους διαστημικών δεδομένων. Το Hubble συλλαμβάνει ορατό φως, ενώ οι προγραμματιστές πάντα σκόπευαν το JWST να αναζητήσει υπέρυθρες.
Το Hubble παρείχε φωτογραφίες υψηλής ποιότητας διαστημικών αντικειμένων. Ωστόσο, το JWST θα παρέχει φωτογραφίες και λεπτομερείς φασματοσκοπικές πληροφορίες για τα αντικείμενα που παρατηρούνται.
Τι είναι επόμενο για το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb;
Μετά από μια επιτυχημένη εκτόξευση, το JWST κινείται επί του παρόντος στη θέση του και επεκτείνει βασικά εξαρτήματα, όπως το ασπίδα του τηλεσκοπίου και τους καθρέφτες. Μόλις αυτά τα εξαρτήματα μετακινηθούν στη θέση τους, το τηλεσκόπιο πρέπει να αφιερώσει χρόνο για να κρυώσει και να προετοιμαστεί για διαστημικές λειτουργίες.
Μόλις τεθεί σε λειτουργία, το JWST θα ξεκινήσει μια δεκαετή και πλέον αποστολή τεκμηρίωσης αντικειμένων στο βαθύ διάστημα. Τα δεδομένα από αυτά τα αντικείμενα θα πουν νέες πληροφορίες για την πρώιμη ιστορία του σύμπαντος. Μπορεί ακόμη και να μας βοηθήσει να ανακαλύψουμε σημάδια ζωής στο διάστημα.
Οι πρώτες εικόνες από το τηλεσκόπιο θα είναι διαθέσιμες το καλοκαίρι του 2022.
