Inovacijos

NASA ruošiasi James Webb teleskopo paleidimui. Kodėl tai taip svarbu?

2019 gruodžio 30

Prieš beveik 30 metų Žemės orbitą pasiekė vienas svarbiausių mokslinių prietaisų žmonijos istorijoje. Garsusis Hubble teleskopas astrofizikoje sukėlė ne vieną svarbų proveržį. Pavyzdžiui, būtent jo dėka patvirtinta, kad Visata tikrai plečiasi (ir daro tai vis greičiau) ir netgi apskaičiuotas jos amžius. Ką jau kalbėti apie smulkesnius atradimus: daugybę galaktikų, kosminius kūnus Saulės sistemoje ir už jos ribų. Tačiau technologijos juk nestovi vietoje. Koks pažangus bebūtų Hubble, su visomis šiandienos galimybėmis jis būtų dar geresnis. Galų gale, jis ir paprasčiausiai dėvisi. Skaičiuojama, kad jam beliko 10–20 eksploatacijos metų. O kas tada? Dar prieš tai kosmosą pasieks pamaina. 2021 m. kovą NASA planuoja paleisti James Webb teleskopą. Jis žada būti keliskart galingesnis už Hubble ir atverti dar didesnį kosminių tyrinėjimų potencialą. Kuo jis toks ypatingas ir kokių atradimų iš jo galime tikėtis?

Ilgas ir skausmingas kūrybinis procesas

Apie tai, kas pakeis Hubble, galvoti buvo pradėta nuo jo paleidimo praėjus ne tiek ir daug laiko. Projektas startavo 1996 m. Tuo metu buvo planuojama, kad teleskopas į orbitą bus pakeltas jau 2007 m., bet tokias prognozė pasirodė esanti gerokai per optimistiška. Projektas nuolat atidėliotas, o 2005 m. pradėtas praktiškai iš naujo, iš esmės pakeičiant jo dizainą. Kaina taip pat vis pūtėsi ir galiausiai turėtų pasiekti apie 10 mlrd. dolerių. Dėl ko visas šitas vargas ir ar buvo verta? Tvirtą galutinį atsakymą gausime tik James Webb pradėjus veikti ir siųsti pirmąsias nuotraukas, bet jo pažadas mažų mažiausiai intriguoja. Jeigu Hubble teleskopas turi vieną 2,4 m skersmens veidrodį, tai jo įpėdinį sudaro aštuoniolika atskirų iš berilio pagamintų ir auksu dengtų veidrodžių, kurių bendras skersmuo siekia 6,5 m. Dėl to jis gebės pamatyti daug retesnio dažnio šviesą ir identifikuoti objektus, kurie Hubble buvo tiesiog per tolimi arba per seni. Kitaip tariant, astrofizikai galės pažvelgti į gerokai tolimesnius Visatos kampelius nei buvo įmanoma iki šiol.

Dar šiek tiek apie James Webb galimybes

Kaip geriau suvokti tas milžiniškas 6,5 m „akies“ galimybes? Įsivaizduokite, kad esate musė, skraidanti virš Mėnulio paviršiaus (Mėnulis neturi atmosferos, tad musei ten skraidyti būtų labai sudėtinga, bet tiek jau to…). James Webb teleskopas galėtų jus matyti. Taip, jis pasižymi tokiomis įspūdingomis artinimo galimybėmis. Kokie sprendimai daro šį teleskopą tokiu ypatingu? Jo aštuoniolika aštuoniakampių veidrodžių, sujungtų į vieną, yra valdomi 126 specialių motorų, kurie gali ypatingai tiksliai koreguoti kiekvieno iš jų poziciją. Kaip tiksliai? Kiekvienas veidrodis savo šviesos gaudymo kampą gali taisyti atstumu, kuris prilygsta vienai dešimttūkstantajai lelijos žiedadulkės skersmens. Toks preciziškumas reiškia, kad vienu metu veidrodžiai geba „surinkti“ 25 kvadratinius metrus šviesos – 50 kartų daugiau nei šiuo metu sugeba didžiausias NASA naudojamas infraraudonųjų spindulių teleskopas. Skriedamas kiek didesniame nei 1,6 km aukštyje James Webb teleskopas kasdien į Žemę parsiųs apie 458 gigabitus duomenų.

Laiko mašina

James Webb teleskopas astrofizikams turėtų leisti pažvelgti kaip niekada toli ne tik atstumo, bet ir laiko prasme. Čia verta prisiminti, kad žvelgdami į naktinį dangų mes matome ne ką kitą, o praeitį. Žvaigždės nuo mūsų yra taip toli, kad jų šviesa iki Žemės keliauja nuo keliolikos iki milijonų metų. Labai gali būti, kad kai kurios danguje jūsų matomos šviesos realybėje jau net ir nebegzistuoja. Mes paprasčiausiai matome jų praeitį. Tai reiškia, kad su pakankamai galingu teleskopu mes galime pamatyti pačias seniausias Visatos galaktikas ir gal net žvaigždes. Kaip kad Hubble teleskopas kažkada padėjo sukurti Didžiojo sprogimo modelį, taip James Webb turėtų leisti akies krašteliu pažvelgti į Visatą tuojau po jo (bent jau kosminiais standartais „po jo“). Kūrėjai žada galimybę pamatyti, kaip ji atrodė praėjus 100 mln. po Didžiojo sprogimo, kai galaktikos dar tik formavosi. „Šis teleskopas – tai tikra Laiko mašina. Mes pamatysime, kaip dalykai atrodė pačioje egzistavimo pradžioje, kai jie dar tik pradėjo skleisti šviesą“, – teigia projektui vadovaujantis Nobelio premijos lauretas John Mather.

Kaip kuriasi planetos ir kitos staigmenos

Prie daugiau nei 20 metų trunkančio kūrybinio proceso iš viso prisidėjo maždaug 10 000 mokslininkų ir inžinierių, pritaikytos pačios tobuliausios žmonijos technologijos. Ne vienas komponentas buvo sukurtas specialiai jam. Jau patį prietaiso pakėlimą ir sėkmingą veikimą bus galima vadinti neeiliniu pasiekimu. Tačiau jo kūrėjai gerokai ambicingesni. „Aš neabejoju, kad mes pamatysime dalykų, apie kurių egzistavimą mes net neįsivaizdavome“, – sako J. Mather. Jis yra vienas iš tų, kurie tiki, kad James Webb teleskopas gali priversti mus perrašyti astronomijos ir fizikos vadovėlius – tiek daug informacijos turėtumėme gauti. Stebėdami galaktikų ir planetų formavimąsi Visatos aušroje, geriau suvoksime, kaip veikia šis procesas, gal net pradėsime suprasti kokią rolę joje vaidina paslaptingosios Tamsioji energija ir Tamsioji medžiaga. Praktikai, kurie mano, kad mokslui mėtyti pinigų iš viso nėra reikalo, turėtų turėti omenyje, kad James Webb panaudotos technologijos ilgainiui bus panaudotos ir kasdieniškose srityse – kuriant optinius prietaisus, medicinoje, kompiuterijoje ir t. t.

Nežemiška gyvybė?

Hubble teleskopas padėjo žmonijai surasti pirmąsias egzoplanetas ir rimtai leistis į nežemiškos gyvybės paieškas. James Webb teleskopas jas turėtų tik dar labiau suaktyvinti. Kuriant Hubble teleskopą, tokia užduotis net nebuvo suplanuota – tam jis naudotas improvizuojant. Todėl ir pačios egzoplanetos aptinkamos gautus duomenis kombinuojant su sudėtingais matematiniais skaičiavimais. Nuo 2021–ųjų procesas turėtų būti gerokai lengvesnis, lankstesnis, tobulesnis. „Vienu iš mūsų prioritetų bus Tamsiosios energijos vaidmens tyrimai. Sieksime išsiaiškinti, kokia jos įtaka kosminių kūnų susidarymui. Tam reikės surinkti daug duomenų apie kitas žvaigždes besisukančius kūnus. Kas ten žino, galbūt taip atrasime ir dar vieną Žemę“, – sako astrofizikė Blake Bullock. Šiuo metu mes galime tik spekuliuoti apie egzoplanetose vyraujančias sąlygas, bet su James Webb teleskopu gausime patikimų duomenų netgi apie jų atmosferą, paviršiaus struktūrą ir pan. Kitaip tariant, nežemiškos gyvybės namų paieškos taps gerokai tikslesnės.