Ajándékozz éves hvg360 előfizetést!
Aligha a múltbanézés lenne az első, ami a legújabb, hipermodern űrtávcsőről bárkinek eszébe jutna, pedig valójában erről is szó van. A James Webb űrteleszkóp (JWST) minden eddiginél távolabbra fog látni, ami azt is jelenti, hogy minden eddiginél régebbi dolgokat fognak megismerni a tudósok.
Látótérbe kerülhetnek a fiatalnak minősített csillagok és galaxisok. Azért fiatalok, mert „mindössze“ 300 millió évvel az ősrobbanás, a big bang után léteztek. Ha a szemlélődés, fényképezés valóban így alakul, akkor – remélik a kutatók – olyasmiket lehet megtudni a világegyetem keletkezéséről, amiket eddig nem. Talán a sötét anyag és a sötét energia rejtélyeire is kicsit több fény vetülhet.
Nem könnyű belegondolni ebbe a múltba nézésbe, pedig valójában logikus. A JWST olyan messzelátó, amely 13,5 milliárd fényévnyire lát el. Egy fényév tudvalevőleg akkora távolság, amennyit a fény egy év alatt megtesz. Az a legtávolabbi fény, amely a JWST parabolaantennájába érkezhet, 13,5 milliárd éve indult útjára.
Amit tehát a JWST ez esetben láthat, az nem más, mint ahogyan a világegyetemnek a megcélzott szeletkéje 13,5 milliárd évvel ezelőtt kinézett.
Más kérdés, hogy azok a csillagok és galaxisok talán már évmilliárdok óta nem is léteznek. Hogy mi történt velük, csak milliárd évek múlva tudhatnánk meg, amikor történetük fénye ideér.
Pontosabban nem is a látható fényről van szó. Amit a JWST észlelni és fényképezni lesz képes, az valamicske gyenge infravörös sugárzás, valami nehezen érzékelhető enyhe langyosság a kozmikus fagyban. Ennek háttéréről azt kell tudni, hogy a távoli galaxisok nagy sebességgel távolodnak tőlünk. Fényük ezért ahhoz hasonlóan tolódik el a vörös, majd az infravörös felé, ahogyan a távolodó mentőautó szirénájának hangja (a Doppler-effektus miatt) mélyül.
Ilyen észlelésekhez minden eddiginél bonyolultabb berendezések kellenek, és a kutatók ezúttal biztosra akarnak menni. Nem ismétlődhet meg, ami a JWST elődjével, a Hubble űrtávcsővel történt. Annak a tükrét minden addiginál pontosabban csiszolták – csak rosszul. Egy műszer, a csiszolást vezérelő null-korrektor hibás összeszerelése volt az ok. Csak odafönt derült ki, hogy homályos a kép.
A Hubble lefotózta három galaxis „ölre menő" küzdelmét, és ez a mi sorsunkat is jelezheti
A tudósok eddig soha nem látták azt a jelenséget, amelynek létezését Albert Einstein általános relativitáselmélete már megjósolta. Most azonban egy véletlennek köszönhetően sikerült.
Mivel a Hubble alacsony földkörüli pályán kering, egy űrrepülőgéppel 1993-ban odamentek, és megjavították a hibát. Lényegében egyfajta szemüveggel vagy kontaktlencsével korrigálták a Hubble látását. (A Hubble a látható és az ibolyántúli fény tartományában szemlélődött, infravörös képeket alig készített.) Végül 2009-ig összesen ötször mentek szervizelni a Hubble-t.
A JWST-t viszont emberek aligha fogják tudni megközelíteni. A teleszkóp különleges helyen, jó messze fog állomásozni: az egyik Lagrange-ponton (a 2-es számún, az L2-n). Öt ilyen van (nevüket francia felfedezőjükről kapták), ezek azok, ahol a Nap és a Föld vonzereje egyensúlyban van, vagyis ezek kiválóan alkalmasak olyan űreszközöknek, amelyeknek a Naphoz és a Földhoz képest látszólag egy helyben kell állniuk. Az L2 a Földtől nagyjából másfél millió kilométernyire van, a JWST egy hónapig repül, amíg odaér.
Nem kizárt, hogy a JWST élettartamának vége felé fejlettebb lesz a technika. Ha javításra nem számítanak is a fejlesztők, mindenesetre elhelyeztek egy olyan csatlakozót, amelyen át föl lehet tölteni az üzemanyagtartályt. Hátha valamilyen robot odarepülhet majd utántöltésre, ha egy évtized elteltével szükség lesz rá.
Most azonban csak úgy lehet elkerülni a Hubble fiaskójához hasonló kellemetlenséget, ha mindent sokszorosan ellenőriznek. Nem is hiába: rengeteg dolog szorult tökéletesítésre. Egyebek mellett ez az oka a több mint tíz éves késésnek és annak is, hogy még a legutóbb december 22-re tervezett felbocsátást is elhalasztották 24-re. [Frissítés: A távcső végül december 25-én indult útjára.]
Ha a JWST végül eléri úticélját, a biztos helyzete a Lagrange-ponton megkönnyíti, hogy a szerkezet egyik oldala mindig árnyékban legyen. Az űreszköz Nap (és Föld) felőli oldalát nagyjából teniszpálya méretű, többrétegű vitorla árnyékolja, a másik oldala így nem melegszik fel, nem zavarja saját melegével az infravörös sugárzás figyelését.
Az erre legérzékenyebb érzékelőnek (a közép-infravörös berendezésnek, a MIRI-nek) ez sem elég. A kívánatos mínusz 267 Celsius-fokra alacsony fogyasztású hűtőgép hűti, amely napelemekből kap áramot. Ez annyira új és bonyolult szerkezet, hogy a késés és a költségnövekedés egyik komoly oka volt.
A teleszkópot hihetetlen pontossággal kellett gyártani és működtetni. A 6,5 méter átmérőjű tükör például olyan sima, hogy egy hasonlat szerint ha kontinensnyi méretű lenne, az egyenetlenségei akkor is legfeljebb bokavastagságúak lennének. A 18 hatszögből álló főtükör elemeit finom motorok annyira precízen képesek beállítani, hogy akár egy vírus méretével felével is képesek elmozdulni. A tükröt menet közben is bármikor igazítani lehet, illetve kell is. A motorok hétféle módon képesek elmozdítani a hatszögeket: a háromféle forgatás és háromféle eltolás mellett feszíteni is tudják őket.
Mivel sem a tükör, sem az árnyékoló vitorla nem fér be a rakétába, ezek összehajtogatva utaznak, és útközben, apránként csomagolódnak ki és állítódnak be. Ráadásul úgy – említ további szempontot Detre Örs Hunor fizikus és csillagász, a munkálatok egyik németországi irányítója –, hogy a felbocsátás közben a rakéta óhatatlanul összerázza az alkatrészeket. Célba érés után további két hónapot kell szánni a beállításokra.
Detre Heidelbergben, a Max Planck-hálózathoz tartozó Csillagászati Intézetben a MIRI elektronikájának egyik vezető fejlesztője. (A JWST az USA, Európa és Kanada közös vállalkozása, a MIRI-nek fele-fele arányban az USA és Európa a gazdája.) „Ilyen sok mechanikai alkatrésszel még sohasem ment fel űreszköz“ – érzékelteti a feladat bonyolultságát.
„Az ISS-nek vagy a marsjáróknak van még ezzel összehasonlítható mennyiségű mechanikájuk. Ha a marsjárónak kicsit másképp áll vagy nyikorog az egyik kereke, az probléma lehet, de nem áll meg a misszió; a teleszkóp sikeréhez viszont optikai pontosságra van szükség.“
Nehezíti a feladatot, hogy kriogenikus (extrém alacsony hőmérsékletű) állapotban még nehezebb a mechanikus szerkezetek működtetése. Nem lehet például olajozni a csúszó alkatrészeket, hanem szilárd kenésre van szükség. Az anyagok is különlegesek. Detre példája szerint: „folyékony nitrogénnel mínusz 180 Celsius-fokra hűtve bármilyen masszív lakat is kalapáccsal a szilánkjaira törhető“. A mechanikákat maximális stabilitással, viszont minimális energiával kell müködtetni, nem felmelegítve a nagy nehezen lehűtött MIRI-t.
Az is nehezíti a munkát, hogy szinte nincs súrlódás. A mozgó alkatrészek lassan kerülnek nyugvópontra. Detre büszkeségeinek egyike, hogy sikerült olyan vezérlést kiviteleznie, amellyel 20 helyett egy másodperc alatt lehet vezérelni az egyik mechanikát.
„A probléma ahhoz hasonlítható, mintha teniszütővel a pálya végéből pontosan akkorát kellene ütni, hogy a másik oldalon egy fal tövében maximum 1 centire megálljon a labda.“
Ezt a mechanikát a misszió 5–10 éve alatt több tízezerszer használják majd, ami így egy-két hónapnyi idő megtakarítását jelenti. Ez pedig sok pénz: a JWST-vel egyórányi kísérletezés körülbelül egymillió euróba kerül. A drága mulatságra most mintegy ötszörös a túljelentkezés. A kísérletekre szánható időt pályázatok alapján ítélik oda.
Ha már pénzről van szó: a költségtúllépés nagyjából hússzoros a tervezetthez képest. Amerikai adatok szerint a végső árcédulán majdnem 10 milliárd dollár szerepel. Igaz, a JWST így is néhány milliárddal olcsóbb, mint egy anyahajó.
A műhelytitkok között említi Detre a berilliumból készült, pár atomnyi vastagságú arannyal borított tükörszegmensek gyártását. A csiszolást csak szobahőmérsékleten lehet elvégezni, viszont a világűrben, mínusz 230 Celsius-fokon a felületük teljesen eltorzul. Ezért mínusz 230 fokon ezeket a torzulásokat nagyon pontosan kimérték, majd szobahőmérsékleten ezeknek a hibáknak a fordítottját csiszolták bele a tükrökbe. Így lesznek hidegben tökéletesek az elemek. „Gyakorlatilag melegben olyan pontatlanok, hogy borotválkozótükörnek még jók, de csillagászati képek készítésére alkalmatlanok.”
Vegye csak elő a telefonját, beleköltözött a NASA méregdrága űrteleszkópja
A Google és a NASA közösen ünnepli a James Webb közelgő indítását. A valaha készült legfejlettebb űrteleszkópot 3D-ben lehet vizsgálni a keresőben.
Ha minden jól megy, az infravörös kamerák színes – pontosabban álszínes – fotókat fognak küldeni. Az eljárás nagyon hasonlít a színes nyersanyagok előtti, korai színes fényképekére. Akkoriban háromféle színszűrővel készítettek három fekete-fehér képet, és azokból lehetett színes fotót összeállítani. A MIRI az infravörös tartomány 14 „színében“ tud fotózni, és mivel a csillagok általában nem mozdulnak be, van idő több felvételt készíteni egy képhez.
A JWST műszereinek érzékenysége a más csillagok körül keringő bolygók (exobolygók) légkörének vizsgálatát is lehetővé teszi, magában hordozva talán a Földön kívüli élet közvetett jeleinek érzékelését is. A tervezett program egyúttal azt is jelzi, hogy még a saját naprendszerünkben is bőven maradtak felfedezésre váró dolgok. A csillagászok új ismereteket várnak attól, hogy a teleszkóp célba veszi majd a Marson túli világ kisbolygóit és üstököseit is.
Ha minden jól megy, a teleszkóp 2022 közepén küldi a Földre az első használható adatokat.
Ha máskor is tudni szeretne hasonló dolgokról, lájkolja a HVG Tech rovatának Facebook-oldalát.
