NAUKA U DRUŠTVU

Džejms Veb, konačno

FOTO: NASA/Bill Ingalls

Piše:

Nakon višestrukih odlaganja, teleskop Džejms Veb poleteo je u svemir 25. decembra u 13:20 po ovdašnjem vremenu. Zašto se astronomi širom sveta uzdaju u njegov revolucionarni potencijal?

Najskuplja i najsloženija svemirska opservatorija, „teška“ 10 milijardi dolara, teleskop Džejms Veb otvoriće nam „infracrvenu škrinju s blagom“, kako je to slikovito rekao jedan od vođa projekta, astrofizičar i kosmolog, nobelovac dr Džon Meder.

Sa šest puta većim kapacitetom prikupljanja podataka od Habla (25 kvadratnih metara, u odnosu na Hablova četiri kvadrata), dizajniran je tako da vidi još dalje u svemir i dublje u prošlost od svog prethodnika. Naučnici se nadaju da će pomoću njega rešiti misterije o tome kada i kako su formirane prve zvezde i galaksije (oko 200 miliona godina nakon Velikog praska), kao i da će uspeti da dobiju nove podatke o atmosferama potencijalno nastanjivih egzoplaneta.

Na ovom projektu zajedno su radile tri svemirske agencije: američka (NASA), evropska (ESA) i kanadska (CSA), uz učešće ukupno 14 država.

Sve u vezi sa teleskopom Džejms Veb zvuči zadivljujuće: visok je kao trospratnica i dugačak kao teniski teren, a dvostruko je lakši od Habla – 6.500 naspram 11.110 kg.

Toliko je veliki da i nije mogao tek tako da stane u raketu Arijanu 5 koja ga je odvela u svemir, već je bio dizajniran od sklopivih delova, spakovan u letelicu poput origamija, i programiran da se sam raspakuje i uključi u toku svog puta.

Džejms Veb ide tamo gde čovek još nije kročio, u drugu Lagranžovu tačku (L2), milion i po kilometara (pet svetlosnih sekundi) udaljenu od Zemlje. Odande će, u maloj orbiti oko tačke L2, zajedno sa Zemljom kružiti oko Sunca.

Pored orbitalne stabilnosti, ova destinacija je izabrana zato što je teleskop – koji će snimati u infracrvenom delu spektra – trebalo postaviti što dalje od Zemlje i Meseca i od toplote Sunca, u neki mračan i hladan prostor, a u L2 dodatnu zaštitu pružaće mu i specijalno dizajniran „suncobran”.

Reč je o ogromnom, petoslojnom štitniku od specijalnog materijala kaptona; svaki sloj tanak je poput ljudske vlasi.

Temperatura na prvom sloju biće maksimalno oko 110°C, procenili su naučnici iz Nase, dok će na poslednjem, najhladnijem sloju, iznositi oko – 237°C. Ovakvo hlađenje je neophodno jer je teleskop projektovan da radi na oko -223°C.

Iako će na tu toplu stranu suncobrana biti usmereno 200.000 vati solarnog zračenja, on će propustiti tek oko 0,02 vata – rečnikom krema za sunčanje, Džejms Veb će imati zaštitini faktor od oko 10 miliona, kako je to opisao Majk Menzel, jedan od vodećih inženjera koji je radio na teleskopu.


Ilustracija JWST u raspakovanom stanju, sa suncobranom. FOTO: NASA GSFC / CIL / Adriana Manrique Gutierrez

Sem kaptona, materijala tankog poput najlon kese i savitljivog da može da se umota i razmota bez oštećenja, u izgradnji teleskopa korišćen je i berilijum, takođe veoma lak i otporan na hladne okolnosti.

Berilijum je korišćen za izgradnju glavnog ogledala, sastavljenog od 18 rasklopivih šestougaonih elemenata. Kada se svi spoje, daju prečnik od 6,5 metara („Hablov” je 2,4 m). Berilijum je prekriven tankim slojem zlata, pa otuda i prepoznatljiv, žuti izgled teleskopa.

„Za razliku od aluminijuma, koji se koristi na većini teleskopa, zlato ima veću moć refleksije u infracrvenom delu spektra“, napominje Branko Simonović iz Astronomskog društva „Ruđer Bošković”.

Zašto je važan taj infracrveni deo?

„Svet kakav opažamo okom je svet vizuelnog dela spektra, ali to je samo delić mnogo bogatije i za nas nevidljive palete“, objašnjava Simonović.

„Vasiona je mnogo informativnija (’koloritnija’) od onoga što okom opažamo. A, mnogi veoma važni procesi se ’vide’ u onim delovima spektra koje oko ne vidi, ali i koje (Zemljina) atmosfera ne propušta“, dodaje on.

Donedavno najmoćniji svemirski teleskop Habl, koji je lansiran 1990. godine i koji kruži oko Zemlje na udaljenosti od oko 500 km, koristi spektar zračenja koje odgovara onom što mi vidimo, tj. optički deo (i nešto malo ultraljubičasti i infracrveni).

Džejms Veb će posmatrati svemir mahom u infracrvenom delu spektra – talasne dužine u rasponu od 0,6 do 28 mikrona, što će mu omogućiti da posmatra objekte koji su ili previše daleki ili previše stari za Habl. Jer, što dalje vidimo u prostor, to vidimo i dalje u prošlost.

Šta god da posmatramo na nebu nije ono što se dešava sada, već onda kada je svetlost krenula sa tog objekta ka nama. A što dalje gledamo u svemir, zbog širenja svemira, talasna dužina svetlosti raste, što se u nauci zove crveni pomak, prelazeći npr. iz vidljivog u infracrveni deo spektra.

Infracrveni talasi imaju veću talasnu dužinu od vidljivog spektra i mogu da se probiju i kroz guste delove gasa i prašine,  upravo kroz ona područja u kojima se formiraju zvezde i planete.

Prema aktuelnoj teoriji Velikog praska, univerzum se formirao pre oko 13,7 milijardi godina. Prvih 100 do 200 miliona godina nije bilo ni svetlosti, ni planeta, ni sunca, ni galaksija. Nakon tog takozvanog mračnog doba, formirali su se prvi vodonikovi i helijumovi atomi, rođene su prve zvezde i galaksije i postalo je vidljivo ono što možemo da posmatramo. Teleskop Džejms Veb upravo bi trebalo da nam omogući da se prvi put zagledamo u te najranije pojave, u vreme poetično nazvano „kosmičko praskozorje”.

Detekcija egzoplaneta za sada izgleda ovako: pratimo svetlost neke zvezde i ako vidimo da se ona na specifičan način promenila, možemo da izračunamo kako izgleda planeta koja je prošla ispred nje

Druga važna stvar koju će Džejms Veb proučavati su egzoplanete, tj. planete van Sunčevog sistema koje kruže oko drugih zvezda. I ovde je ključna reč infracrveno zračenje jer ono može značajno da pomogne u proučavanju planeta koje mogu sadržati hemijske elemente poput metana – gasa koji tipično nastaje usled bioloških procesa.

„Detekcija egzoplaneta za sada izgleda ovako: pratimo svetlost neke zvezde i ako vidimo da se ona na specifičan način promenila, možemo da izračunamo kako izgleda planeta koja je prošla ispred nje. Instrumenti koje trenutno imamo u svemiru nisu u mogućnosti da nam kažu kakve su atmosfere tih egzoplaneta, a pretpostavljamo da je informacija koju možemo da dobijemo o atmosferi indikator da li na toj planeti može da postoji život“, kaže za Odiseju dr Monika Jurković, naučni saradnik Astronomske opservatorije Beograd.

Svemirski teleskopi Kepler, TES, KEOPS i PLATO dizajnirani su za traženje egzoplaneta i do danas su otkrili blizu 5000 njih. Džejms Veb će nam omogućiti da prvi put proučimo njihove atmosfere.

„Na primer, ako bismo detektovali atmosferu u kojoj bi u značajnoj količini bio prisutan metan u odnosu na CO2, (kao na Zemlji) i ako bi se ta egzoplaneta nalazila na putanji oko svoje centralne zvezde gde je temperatura pogodna za razvijanje života (slično kao kod nas), mogli bismo pretpostaviti da je to nagoveštaj da postoji i neka vrsta života a da metan nije posledica nekog geološkog procesa“, objašnjava dr Jurković.

Teleskop Džejms Veb pokušaće da detaljnije pogleda i jednu od poznatijih egzoplaneta, Proksimu B, koja se nalazi u tzv. nastanjivoj zoni oko svoje zvezde i zemljolika je, a ima masu 1,2 mase Zemlje.

Na izgradnji teleskopa radilo je nekoliko hiljada naučnika i inženjera.

Sem ogledala i suncobrana, teleskop čine i četiri instrumenta: NIRspec, NIRISS, NIRcam i MIRI.

NIRspec i NIRISS su spektografi. NIRspec ima specijalni izum, složeni mehanizam niza zatvarača koji omogućava da odjednom snimi na stotine različitih objekata (npr. galaksija).

NIRcam (kamera za blisko infracrveni spektar) i MIRI (za srednjotalasno infracrveno područje) biće korišćeni za proučavanje egzoplaneta. Oni imaju imaju tzv. koronagrafe koji će zakloniti većinu svetlosti sa centralne zvezde i ostaviti samo jedan deo koji će propustiti svetlost kroz atmosferu egzoplanete.


Mada informativna, ovo nije prava shema teleskopa, već su je NASA inženjeri napravili za potrebe jedne igrane serije. IZVOR: NASA

Ideja o izradi svemirske opservatorije za infracrveni spektar začeta je septembra 1989. kada su NASA i Naučni institut za istraživanja svemirskim teleskopom iz Baltimora organizovali radionicu sa preko 130 astronoma i inženjera koji je trebalo da istraže izvodljivost te ideje.

Njeno zvanično sprovođenje u delo počelo je 1996. godine, kada je osamnaestočlani Komitet pri Institutu iz Baltimora formalno preporučio Nasi izgradnju takvog teleskopa, a onda su se tri tima naučnika i inženjera iz javnog i privatnog sektora sastala da odluče da li NASA uopšte ima kapacitet za realizaciju vizije Komiteta. Zaključili su da bi projekat imao smisla.

Nakon dodatnih studija, NASA je 2002. odabrala stručnjake za izgradnju pojedinačnih instrumenata. Iste godine teleskop je dobio i ime, Džejms Veb, u čast drugog direktora Nase (1961-1968) koji je rukovodio agencijom tokom programa Apolo.

Konstrukcija teleskopa počela je 2004. Sledeće godine za mesto lansiranja odabran je kosmodrom Evropske svemirske agencije u Francuskoj Gvajani, a za prevozno sredstvo raketa Arijana 5.

Svih 18 segmenata ogledala izrađeno je i testirano do 2011, a između 2012. i 2013. drugi delovi, konstruisani na raznim lokacijama širom sveta, počeli su da pristižu u Centar za svemirske letove Godard u Grinbeltu.

Izgradnja suncobrana počela je 2013.  Naredne tri godine, „Vebovi” naučni instrumenti podvrgnuti su brojnim testovima, u uslovima esktremnih temperatura i vibracija.

U novembru 2016. svi delovi teleskopa bili su izrađeni, kada su spojeni i ponovo testirani zajedno.

Onda su 2017. poslati u Nasin Svemirski centar „Džonson” u Hjustonu. Tamo je jedna ogromna prostorija, Komora A,  korišćena za stodnevno testiranje sa krio-vakuumskom simulacijom svemira, što je podrazumevalo hlađenje na -217° C i stvaranje uslova koji vladaju u tački L2.

Posle zadovoljavajućih rezultata, 1. decembra su poslati u kompaniju Northrop Grumman u Redondo Bič u Kaliforniji gde su tokom 2019. uspešno prošli dodatne akustičke, vibracijske i termalno-vakuumske testove kojima je simulirano lansiranje i svemirski vakuum.

Prošle godine još jednom su urađeni testovi izdržljivosti pri lansiranju, a suncobran je, poslednji put na Zemlji, rasklopljen i sklopljen. Nakon 16-dnevnog putovanja morem, teleskop je 12. oktobra 2021. stigao iz Kalifornije do kosmodroma kod gradića Kuru u Francuskoj Gvajani. Ova lokacija odabrana je zbog blizine ekvatora, gde Zemljino ubrzanje može dodatno da „pogura” letelicu: brzina rotacije Zemlje na ekvatoru je oko 1670 kilometara na čas.

Sedmog decembra završena je 10-dnevna procedura točenja goriva: 168 kg goriva idrazina i 133 kg oksidatora dinitrogen teroksida.

Od 1996. do sada lansiranja su više puta prolongirana. Kao prvi zvanični datum pominjao se oktobar 2018. On je potom odložen na početak 2019, maj 2020, pa na mart 2021. Samo u poslednja dva meseca „Dan D” je pomeran u nekoliko navrata: 31. oktobar, „nekad u novembru”, a onda 18, 22. i 24. decembar.

Prvobitno predviđeni budžet od 500 miliona dolara, zaustavio se na sumi od blizu 10 milijardi. Najveću krizu program je doživeo 2011. godine kada je američki Kongres glasao protiv odobravanja dodatnih sredstava. No, pod pritiskom naučne zajednice odluka je bila preinačena.

Tako kako su ga sad spakovali, tako će da ode i – nadamo se najboljem

Iako je teleskop Džejms Veb uspešno lansiran, do prvih slika koje će poslati na Zemlju moraćemo da sačekamo još nekoliko meseci. Ukoliko sve prođe kako treba.

Putovanje Džejmsa Veba do tačke L2 traje mesec dana, u toku kojih će se teleskop postepeno raspakivati i pripremati za rad.

„Opservatorija Veb sastoji se od 50 krupnih tačaka rasklapanja… i 178 mehanizama koji učestvuju u rasklapanju tih delova“, objasnio je Majk Menzel u Nasinom videu 29 napetih dana (29 Days on the Edge), dodavši da postoji oko 300 mogućih tačaka u kojima nešto može da krene loše, „bez šanse za popravni“.

„Rizici uopšte nisu zanemarivi i to praćenje ove misije čini posebno napetim i uzbudljivim. Imajući u vidu da je preciznost potrebna za njegovo sklapanje veoma velika, to takav poduhvat čini složenim i za zemaljske prilike, a kamoli za upravljanje tim procesom na velikoj udaljenosti, ma koliko on bio delom i automatizovan“, kaže Branko Simonović.

Za razliku od Habla koji je bio lociran u Zemljinoj orbiti i do koga su slate misije spejs šatl programa zbog popravki i unapređivanja instrumenata, sa Džejms Vebom to neće biti moguće.

„Tako kako je bio spakovan, tako je otišao i – nadamo se najboljem“, poručuje dr Jurković.

Nakon već pomenutih 29 kritičnih dana imaćemo prvo važno prolazno vreme kada ćemo znati da li je sve u redu.

„Za tih mesec dana teleskop bi trebalo da se u potpunosti otpakuje: da suncobran funkcioniše i da teleskop bude razvijen sa svih 18 segmenata uspešno postavljenih i učvršćenih kako treba. Posle toga počinje period od oko šest meseci kada instrumenti treba da se fokusiraju i kalibriraju. Tek onda bi mogla da počnu da se rade prva naučna testiranja, tako da pretpostavljam da će za oko osam meseci stići prve slike za koje bi se moglo reći da su naučne“, objašnjava dr Monika Jurković.

Prikupljeni podaci biće dostupni i široj javnosti. Pretpostavlja se da će životni vek Džejmsa Veba biti od pet do deset godina.

Uverena sam da će, zahvaljujući Vebu, moji unuci jednog dana moći da pogledaju u nebo, upere prst ka nekoj zvezdi i kažu, ’tamo ima života’

Različita su mišljenja o opravdanosti ovakvog poduhvata – je li vredan uloženog novca i vremena? Magazin Nature nazvao ga je „teleskopom koji je pojeo astronomiju“; britanski profesor Martin Vord, član naučnog konzorcijuma za izgradnju instrumenta MIRI, izjavio je da je malo verovatno da će jedna ovako skupa i višefunkcionalna opservatorija u doglednoj budućnosti ponovo biti konstruisana.

Dr Monika Jurković tvrdi da se to „nikad ne zna”.

„Ja verujem da su ljudi dovoljno ambiciozni i da imaju želje da rade ambiciozne stvari. Nadam se da ovo neće biti poslednji ovako veliki instrument. Možda saznamo neke stvari za koje čak i nismo pretpostavili da možemo da ih saznamo; onda će Džejms Veb inspirisati nove generacije ljudi da budu još ambiciozniji“, poručuje naša sagovornica.

Jedna od članica Nasinog tima naučnika je i dr Natali Batalja, profesor astronomije i astrofizike na Univerzitetu Kalifornije u Santa Kruzu (UCSC). Bila je jedan od vodećih istraživača na Nasinoj misiji Kepler (2009-2018) tokom koje je oktriveno na hiljade egzoplaneta. Batalja je danas predsednica odbora Astrobiološke inicijative pri UCSC, interdisciplinarne grupe koja radi na razumevanju nastanka života u univerzumu.

Ona je i na čelu tima koji će analizirati podatke koje Džejms Veb bude poslao a tiču se atmosfera potencijalno nastanjivih egzoplaneta. Natali se nada da će joj ovaj teleskop pomoći da otkrije koje su planete u galaktički nastanjivoj zoni analogne Zemlji.

„Uverena sam da će, zahvaljujući Vebu, moji unuci jednog dana moći da pogledaju u nebo, upere prst ka nekoj zvezdi i kažu, ’tamo ima života’. Mislim da će to biti možda i značajniji trenutak od onog kada je Kopernik izvukao Zemlju iz centra univerzuma, jer će staviti tačku na kosmičku usamljenost i iz korena promeniti ono što vidimo kada se zagledamo u noćno zvezdano nebo“ , ocenila je ona u intervjuu za Quanta magazine. — ⊗

Ako vas je ovaj tekst inspirisao da se dublje zagledate u nebo, podsećamo da se u Srbiji nalazi najveći teleskop u regionu, sa ogledalom prečnika 1,4 m. Nazvan je po Milutinu Milankoviću i postavljen je na jednom od retkih mesta u našoj zemlji sa mračnim noćnim nebom, u astronomskoj stanici na planini Vidojevica, 25 km od Prokuplja.

Pročitajte još

Blato, krv i telegraf

Da li je ljudski um zaista nalik vrlo naprednom računaru, ili je to samo poslednja u nizu metafora kojima smo kroz istoriju objašnjavali svest?

Izdanja

Paket - prvih pet brojeva

Ako vam nedostaju stare Odiseje, obiđite sajt knjižare Makart i naručite prvih pet brojeva u paketu po promotivnoj ceni.

5

brojeva

1300 RSD