Dovidieť na kraj vesmíru

Veľké teleskopy sa často prirovnávajú k strojom času, pretože v kozmickom meradle platí, že čím ďalej dovidíte, tým dávnejšiu minulosť pozorujete. Vesmírny teleskop Jamesa Webba zájde ešte ďalej. Ak pôjde všetko, ako má, vedci sa dostanú doslova na dohľad k počiatku samotného času.

Foto NASA, STScI, JWST

Teleskop Jamesa Webba poskytne vedcom možnosť pozorovať kozmické objekty a deje relatívne krátko po veľkom tresku. To by bol naozaj pohľad do takých hlbín minulosti, kam sa ešte nik doteraz nepozrel.

Prelomový stroj času

Samozrejme, nejde iba o poéziu takejto predstavy. Webbov teleskop je určený na zodpovedanie základných otázok o vesmíre a na uskutočnenie prelomových objavov vo všetkých oblastiach astronómie. Umožní nahliadnuť ďalej do nášho pôvodu – od prvých galaxií vo vesmíre cez zrod hviezd a planét až po exoplanéty s potenciálom pre život, uvádza Európska vesmírna agentúra (ESA), ktorá sa na projekte podieľa spoločne s americkou NASA a kanadskou kozmickou agentúrou (CSA).
Prelomovosť naznačuje už jeho pomenovanie, ktoré dostal ešte v roku 2002 na počesť Jamesa Edwina Webba. Ten viedol americkú NASA v ére programu Apollo od februára 1961 do októbra 1968, teda v rokoch príprav prvého letu s ľudskou posádkou na Mesiac. Pôvodne mal projekt názov Vesmírny teleskop novej generácie (New Generation Space Telescope, NGST).

James E. Webb, po ktorom teleskop pomenovali, foto wikipédia/NASA Johnson Space Center Media Archive, public domain

Webb nie je iba ďalekohľad – je to celé veľké vesmírne observatórium. Býva označovaný za nasledovníka Hubblovho teleskopu, jeho zariadenia sú však stokrát citlivejšie. Jeho 6,5 metra veľké zrkadlo (v porovnaní s 2,4 metra Hubblovho teleskopu), zložené z 18 segmentov poskladaných podobne ako včelí plást, zozbiera takmer šesťkrát viac svetla ako Hubblovo zrkadlo. Ďalším rozdielom je, že Webbov teleskop je špecializovaný primárne na infračervené svetlo, ktoré je pre ľudské oči neviditeľné.
V tomto ide skôr v stopách Spitzerovho vesmírneho teleskopu NASA, ktorý ukončil svoju misiu v januári 2020 po 16 rokoch výskumu. Spitzerov teleskop priniesol mnohé objavy exoplanét mimo našej slnečnej sústavy a tiež galaxií, ktoré sú také vzdialené, že zachytávame ich obraz krátko po začiatku nášho vesmíru. Vďaka tomuto teleskopu máme veľa nových otázok o vesmíre, uviedol Michael Werner, pracovník projektu Spitzer z Laboratória prúdového pohonu NASA (JPL) na stránke JPL. Je veľmi potešujúce vedieť, že prichádza nový a výkonný prístroj, ktorý bude nadväzovať na to, čo sa nám podarilo začať so Spitzerovým teleskopom. Vďaka svojmu obrovskému zrkadlu je Webbov teleskop približne tisíckrát výkonnejší ako jeho infračervený predchodca.

Vidieť vznik svetov

Umelecká predstava plne rozloženého Webbovho teleskopu vo vesmíre, vizualizácia NASA/GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez

Po tisícročia ľudstvo pozorovalo oblohu iba vo viditeľných vlnových dĺžkach. Až v minulom storočí umožnili technológie sledovanie žiarenia z iných častí elektromagnetického spektra: v rádiovom pásme a vo vysokých energiách, ako sú röntgenové a gama žiarenie. Pozorovanie vesmíru v infračervenom pásme je v tomto relatívne novinkou, hoci samotné infračervené žiarenie objavil a pomenoval astronóm William Herschel už v roku 1800.
Výhodou infračerveného pásma je, že do obrazu zameraného objektu sa nemieša vesmírny prach, ktorý dokáže znemožniť pozorovanie vo viditeľnej časti spektra. Krátke a úzke vlnové dĺžky viditeľného svetla sa odrážajú od prachových častíc, takže viditeľné svetlo ťažko uniká z hustej hmloviny alebo planetárneho oblaku plynu a prachu. Dlhšie vlnové dĺžky infračerveného svetla cez prach prekĺznu.

Zostavený a zbalený teleskop, foto wikipédia/ NASA Goddard Space Flight Center/Chris Gunn, CC BY 2.0

Schopnosť odhaliť a pozorovať aj relatívne chladné vesmírne objekty umožní sledovať medzihviezdny plyn, planéty a prachové disky okolo iných hviezd, asteroidy a rodiace sa hviezdy. Vedci dúfajú, že Webbov teleskop dokáže pozorovať napríklad mladé protohviezdy, ktoré sa formujú uprostred hmloviny. Zrod hviezd takto priamo ešte nikto doteraz neskúmal. A to je len začiatok.

Bližšie k veľkému tresku

Počas procesu nazývaného kozmologický červený posun sa svetlo pri rozpínaní sa vesmíru rozťahuje. Svetlo z hviezd, ktoré je najprv vyžarované v kratších ultrafialových a viditeľných vlnových dĺžkach, sa postupne rozťahuje na dlhšie vlnové dĺžky až do pásma infračerveného svetla. Približne polovica hviezdneho svetla vyžiareného v priebehu histórie vesmíru bola absorbovaná a znovu vyžiarená ako infračervené svetlo.
Observatórium s takými výkonnými prístrojmi, ako má Webbov teleskop, dokáže zachytiť infračervené svetlo generované galaxiami, ktoré vznikali pred viac ako 13,5 miliardy rokov. Dostávame sa tak blízko k samotnému veľkému tresku. Ďalej, ako dosiahol v pásme viditeľného svetla Hubblov teleskop: snímka s označením Hubblovo ultrahlboké pole zachytila svetlo z galaxií, ktoré existovali približne pred 13 miliardami rokov, teda asi 400 až 800 miliónov rokov po veľkom tresku.
Ak sa Webbovmu teleskopu podarí posunúť túto hranicu ešte o niekoľko stoviek miliónov rokov ďalej do minulosti, tak pomenovanie stroj času naozaj nie je iba floskula. Teleskop by poskytol pohľad na počiatky histórie vesmíru a formovania jeho súčasnej podoby.

Bez údržbárov

Teleskop pri pohľade z horného stupňa rakety krátko po oddelení, foto Arianespace, ESA, NASA, CSA, CNES

Pozorovanie v infračervenom pásme má aj jednu slabinu. Podobne ako pozemské teleskopy operujúce v oblasti viditeľného svetla trpia svetelným znečistením v atmosfére a na obežnej dráhe (neustále rastúci počet umelých satelitov), spoľahlivosť infračerveného teleskopu závisí od účinného blokovania emisií tepla v jeho okolí. Takýto teleskop je nevyhnutné vyniesť do vesmíru, pretože na Zemi by bol takmer nepoužiteľný. Zároveň musia vedci riešiť problém slnečného žiarenia, ktoré predstavuje najväčší zdroj rušenia na obežnej dráhe, ale aj blokovať teplo vyžarujúce z prístrojov na jeho palube. Webbov teleskop vyniesla do kozmu raketa Ariane 5 z kozmodrómu vo Francúzskej Guayane už na Vianoce 2021 a celé ďalšie mesiace trvalo zostavovanie jeho zrkadiel a prístrojov a ochladzovanie prístrojových sústav.
Teleskop bol vynesený do tzv. libračného bodu L2. Libračný bod, ktorý sa podľa francúzskeho matematika Josepha Louisa Lagrangea nazýva aj Lagrangeov bod, je taký bod v sústave dvoch telies rotujúcich okolo spoločného ťažiska (v tomto prípade Zeme a Slnka), v ktorom sa vyrovnávajú gravitačné a odstredivé sily. Teleso v libračnom bode nemení vzhľadom na sústavu svoju polohu. Inými slovami, visí akoby na mieste a nebude sa v našom prípade vzďaľovať ani od Zeme, ani od Slnka. Webbov teleskop sa nachádza v bode s označením L2 (spolu je ich päť), vzdialenom od nás takmer 1,5 milióna kilometrov. Parkovanie v L2 mu umožní spotrebovať minimum energie na udržanie sa na mieste a zároveň zostať dostatočne chladný na to, aby mohol robiť fotografie s dokonalou čistotou. Na druhej strane to znamená, že Webbov teleskop sa nemôže spoliehať na údržbárske misie tak, ako pred ním Hubblov teleskop vzdialený od Zeme menej ako tretinu vzdialenosti bodu L2. Musí byť plne sebestačný a dokonale zostavený od začiatku.

Webbov teleskop obieha okolo libračného bodu L2 sústavy Slnko – Zem. Vzdialenosti na obrázku nie sú v jednotnom meradle, ilustrácia NASA/WMAP Science Team.

Nepriateľské teplo

Ochranu pred Slnkom teleskopu poskytuje päťvrstvová slnečná clona, ktorá zaberá plochu veľkú asi ako tenisový kurt. Každá z piatich vrstiev vytvára vákuum pôsobiace ako izolačná vrstva. Reflexné strieborné vrstvy časť tepla dopadajúceho so slnečným žiarením blokujú a zvyšok odrážajú. Chladením pomocou tejto clony sa teplota Webbovho teleskopu znížila na 35 kelvinov, čo je -238,15 °C. Podľa vedeckej pracovníčky projektu Webb Jane Rigbyovej takéto ochladenie zodpovedá odmietnutiu všetkej slnečnej energie okrem jednej časti z milióna.
Ani takéto ochladenie však nie je konečné. Teleskop sa musí chrániť aj pred tým, aby detegoval tepelné žiarenie svojich vlastných prístrojov. Vylúčené sú dokonca aj vibrácie atómov v detektoroch, pretože aj tie môžu skresliť údaje a zakryť žiarenie zo vzdialených galaxií pri detekcii dlhších infračervených vlnových dĺžok.

Pokračovanie článku si môžete prečítať v časopise Quark 6/2022. Ak chcete mať prístup k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov, prihláste sa. Ak ešte nie ste naším predplatiteľom, objednajte si predplatné podľa vášho výberu tu.

R

Komentáre