Teleszkóp, ami a legrégebbi galaxisokat is látja

Riccardo Giacconi, az Űrteleszkóp Tudományos Intézet (Space Telescope Science Institute, STScI) 1981-ben kinevezett igazgatója már a nyolcvanas években, tehát még a Hubble űrtávcső pályára állítása előtt indítványozta, hogy a kutatók kezdjenek el dolgozni a Hubble utáni következő nagy küldetésen, amelynek célja egy UV tartományban is működő űrteleszkóp fejlesztése lett volna. Néhány évvel később módosultak a tervek, mivel ekkorra világossá vált, hogy az ultraibolya sugárzást is mérni képes eszköz építése nem lenne praktikus, bár addigra már léteztek olyan teleszkópok, amelyek az UV tartományban végeztek megfigyeléseket aranyozott tükreikkel és a Hubble is rendelkezik ilyen mérőeszközökkel, de az új teleszkópot sokkal inkább az infravörös sugárzás érzékelésére szánták.

A távcső eleinte javasolt négy méteres nagysága a tervezés ideje alatt igencsak kinőtte magát, a kész tükör átmérője végül 6,5 méter lett, amely 18 különálló egységből áll. 1998-ban már elkészült a jelentés egy olyan következő generációs teleszkópról, amely azokba az időkbe tudna 'visszatérni', amikor a galaxisok még nagyon fiatalok voltak, és egy évvel később a NASA felkérte a Lockheed Martint és a TRW-t, hogy mérjék fel a kivitelezés költségeit. A NASA nem egyedül dolgozott a terveken, a küldetést az Európai Űrügynökséggel és a Kanadai Űrügynökséggel közösen valósítják meg, akik a távcsövön lévő eszközök fejlesztésében is részt vettek már a kezdetektől.

Ki volt James Webb?

Az egyszerűen csak Következő Generációs Űrteleszkóp néven emlegetett eszköz 2002-ben kapta meg végleges nevét, ekkor keresztelték el James Webb Űrteleszkópnak a NASA igazgatója, James Edwin Webb után, aki 1961-től 1968-ig irányította az ügynökséget. Webb ugyan nem tudományos körökből érkezett a NASA élére és egy későbbi interjúban bevallotta, hogy eleinte nem is érezte magát megfelelőnek a feladatra, de John F. Kennedy mégis őt nevezte ki. Bár az elnök akkori legfontosabb terve a holdraszállás mielőbbi megszervezése volt, de Webb, egy 1962-ben lezajlott találkozó felvételének tanúsága szerint mindenképpen amellett kardoskodott, hogy az ügynökség nem keltheti azt a benyomást, hogy csak és kizárólag egy célja van, mégpedig az, hogy embert juttasson a Holdra, hiszen a tudományos munkák is éppen olyan fontosak.

Kennedy szerint a többi projektet el lehetett volna halasztani hat-nyolc hónappal is, de a NASA igazgatója azzal érvelt, hogy ha már van lehetőség arra, hogy közvetlen közelről tegyenek megfigyeléseket az űrben, akkor ezt fel lehet használni az űreszközök tökéletesítésére és jobb berendezésekkel a későbbiekben szélesebb körű megfigyeléseket lehet majd végezni, emiatt a visszaható pozitív hatás miatt a tudományos felmérések pedig semmiképpen sem másodlagosak. Mikor az elnök rákérdezett, hogy az Apollo-program a legfontosabb prioritása-e az ügynökségnek, a NASA vezetője egyenesen azt felelte, hogy

"Nem, nem hiszem. Úgy gondolom, hogy ez egyike a legfontosabb programoknak."

Webb tudomány iránti elkötelezettsége és az egyetemek kutatási munkáit támogató hozzáállása miatt kapta végül a teleszkóp az ő nevét, a NASA 2002-ben, a névadás idején szolgáló vezetője, Sean O'Keefe szerint ő fektette le az alapjait a legsikeresebb csillagászati felfedezéseket biztosító misszióknak, melyeket most többek között a Hubble-lal végeznek a szakemberek.

Miben különbözik a Hubble-tól a James Webb űrteleszkóp?

Főtükrök:

A James Webb teleszkóp a legnagyobb és legbonyolultabb az eddigi űrtávcsövek közül: míg a Hubble főtükrének átmérője 2,4 méter, addig a James Webbé nagyjából 6,5 méter, amely 25 négyzetméteres fénygyűjtő térrel rendelkezik. A Hubble tükre egy egységből áll, a JW-é 18 különálló szegmensből, amelyek vékony arany bevonatot kaptak, hogy jobban tükrözzék az infravörös fényt. A tükrök berilliumból készültek, hogy nagy mérete ellenére mégis könnyű maradhasson, ami lényeges szempont a szállításnál. A berillium ezenkívül rendkívül erős is és ellenálló a hőmérsékletingadozással szemben, vagyis a belőle készült eszközök jól tartják az alakjukat az űr extrém környezetében.

Infravörös:

A Hubble az elektromágneses spektrum széles tartományában tud méréseket végezni a fedélzetén lévő eszközök segítségével, így képes infravörös megfigyelésekre is, de csak a 0,8 mikrontól 2,5 mikronig tartó spektrumban, ezzel szemben a James Webb fő feladata az infravörös sugárzás érzékelése, ezért a négy mérőműszere 0,6-28 mikron hullámhosszon mér majd. A NASA leírása szerint a teleszkóp képes lesz észlelni a látható fény egy kis tartományát is, de ez főként a vörös és sárga színek hullámhosszára korlátozódik.

Az infravörös sugárzás mérésének jelentősége az űrtávcső fő céljában keresendő: mivel legfőképpen a nagyon fiatal galaxisok formálódásának tanulmányozására hozták létre, az égitesteket pedig ilyenkor olyan sűrű por fedi el, amelyen a látható fény nem tud áthatolni, viszont az infravörös igen, ezért az IR eszközök sokkal pontosabb képet adnak ezekről a régiókról. A különbség a Hubble által készített felvételeken is jól megfigyelhető.

Elhelyezkedés:

A Hubble nagyjából 570 kilométerre a bolygónktól, Föld körüli pályán kering, de a James Webb teleszkóp nem fog csatlakozni hozzá, ugyanis sokkal hosszabb útra készül: végső állomása a második Lagrange-pontnál, a Földtől 1,5 millió kilométerre lesz. A Lagrange-pontok, vagyis librációs pontok, amelyből összesen öt van Nap-Föld viszonylatban, az űrbeli térnek egy olyan területét jelölik, ahol egy adott test, az Európai Űrügynökség szavával élve, lebeghet, mivel ezen a helyen a két, közelében lévő, egymás körül keringő nagyobb égitest gravitációs erői egyaránt hatnak rá, olyan módon, hogy a helyzete azokhoz képest többé-kevésbé változatlan marad. Mivel az égitestek gravitációs vonzása megegyezik a centripetális erővel, ami ahhoz szükséges, hogy a kisebb test velük haladjon, ezért ezeket a pontokat kihasználhatják űreszközök leparkolására, amelyek így sokkal kevesebb üzemanyagot fogyasztanak.

A teleszkóp nem fog azonban mozdulatlanul ülni a helyén, hanem kering majd a második Lagrange-pont körül. Az L2, ahová a James Webb teleszkóp is indul, különösen jó megfigyelési helynek számít, mivel itt nem kell a Föld körüli pálya problémáival, a Föld miatti leárnyékolással számolni. A nagy távolság miatt azonban a javítási munkálatok is nehezebben kivitelezhetőek, mikor például a Hubble számítógépe először meghibásodott, az akkor még használatban lévő űrsikló, az Atlantis fedélzetén utaztak oda az asztronauták, hogy kicseréljék a gépet. Ez volt az ötödik és utolsó emberes karbantartási küldetés a Hubble-lal kapcsolatban, a nemrégen bekövetkező meghibásodása alkalmával már nem lehetett volna így megoldani a javítást, de a James Webb esetében eleve kizárható minden ilyen megoldás.

Élettartam:

A Hubble már 31 éve kering az űrben és készíti a látványos felvételeit a távoli csillagokról és más égi jelenségekről, és, bár voltak ideiglenes problémák és leállások a szolgálati ideje alatt, de továbbra is működik és az ESA leírása szerint nincs kitűzve az időpontja a nyugdíjba vonulásának. Elképzelhető, hogy nem csak évekig, hanem további egy-két évtized is bírni fogja a munkát, bár ez az alkatrészei állapotán múlik.

A James Webb űrteleszkóp életének tartalmát rövidebb időben határozták meg, a küldetése legalább öt évig, de lehetséges, hogy tízig tart majd. A NASA úgy tervezte meg a megfigyelőeszközeinek kialakítását, hogy a meghibásodás se okozzon megoldhatatlan akadályt: minden kritikus fontosságú alrendszerből kettő van rajta, hogy amennyiben az egyik használhatatlanná válik, a másikkal lehessen folytatni a munkát. Az időnként előforduló manőverekhez és korrekciókhoz szükséges üzemanyag szintén legalább tíz évre elegendő.

Feladat:

A Hubble küldetésének célja az volt, hogy a Föld légkörét átlépve, az addig készült csillagászati felvételeknél sokkal jobb képeket alkosson az univerzumról. A James Webb űrtávcső ennél specifikusan feladatot kap, kifejezetten az első csillagok születésének, a galaxisok formálódásának, az első fények megjelenésének szemtanúja lesz majd, és általa olyan jelenségeket figyelhetünk majd meg, amire eddig nem nyílt lehetőség. A Hubble körülbelül az ősrobbanás után 500 millió évvel kezdődő időszakig tud visszanézni az időben, eddigre pedig már meglehetősen sok esemény lezajlott a világűrben, a James Webb ezért ezeket az ősi történéseket közvetíti majd és egészen a kezdetekhez tér vissza. Az univerzum nagyjából 13,8 milliárd éves, a teleszkóp 13,6 milliárd évre néz vissza, de a remények szerint akár azt is megmutathatja, hogy ősrobbanás utáni 100 milliomodik évtől kezdve milyen volt a világ.

Ezért is szükséges olyan messzire küldeni a Földtől, az L2 ponton a Föld, a Hold és a Nap melege nem hat rá annyira (és ez ellen védi még a teniszpályányi napellenzője is), így a nagyon halvány, nagyon távoli infravörös jelek, amelyeket elnyomhatna egy-egy melegebb, fényesebb objektum fénye, biztosan beérkeznek hozzá. Az eszközöknek is alapvetően fontos a minél alacsonyabb hőmérséklet: ezek mínusz 230 Celsius-fok körül működnek majd, míg a napellenző másik oldalán plusz 85 Celsius-fokos forróság várható majd.

Mikor indul a küldetés?

A James Webb űrteleszkóp szeptember nyolcadikai bejelentés szerint idén decemberben kezdi meg hosszú útját a Lagrange-pontra. December 18-án startol el az Európai Űrügynökség Francia Guyana-i űrállomásáról egy Ariene 5 rakéta hátán, majd a leválás után egy hónapig utazik egyedül rendeltetési helyére. Időközben az űreszközön található kisebb rakéta segítségével korrekciós manővereket végeznek az irányítóközpontból, valamint kibocsátják az antennát és napellenzőt is. A tudományos berendezések, köztük a négy infravörös érzékelő, a Közeli Infravörös Kamera, a Közeli-infravörös Spektrométer (színképelemző), a Közép-infravörös Eszköz és a Közeli Infravörös Képalkotó és Rés nélküli Spektrográf, hamarosan hűlni kezdenek, de még sok időbe telik, mire elérik a megfelelően hideg hőmérsékletet.

Egy hónap elteltével felveszi pozícióját az L2 körül és megkezdődhet a felkészülés a megfigyelésekre. Ez további öt hónapot vesz igénybe, ezalatt beállítják a tükör 18 egységét, és befejeződik a hűlés is. Valamikor az ötödik hónap környéken elkészül az első tesztfelvétel (bár a tükrök beállításához is szükség lesz képekre, de ez még nem számít tudományos munkának) és fél év után elindul a teleszkóp valódi tudományos munkája és kiderül, hogy milyen titkokat tud felfedni a teleszkóp az univerzum kezdeti, misztikus eseményeiről.

(Fotó: NASA, Flickr/ nasawebbtelescope/Chris_Gunn, Adriana_Manrique_Gutierrez)

További cikkek a témában:

Ennyivel többet fog látni a NASA új távcsöve az űrből, mint a Hubble A NASA új űrteleszkópja nagyságrendekkel több adatot gyűjt majd az űrről, mint amennyire a Hubble képes volt.
Európa Cheops nevű teleszkópja távoli planétákat fog megfigyelni Az Európai Űrügynökség új teleszkópja nem új bolygókat keres, hanem az eddig felfedezetteket figyeli meg. Hazai tudományos intézetek és még egy magyar magánvállalat is akadt a fejlesztők között.
Hiába a precíz tervezés, a Hubble űrtávcső hibásan kezdte meg szolgálatát A problémák már az első pár hétben jelentkeztek, a hatalmas alkatrész cseréje azonban lehetetlennek tűnt.