JAMES WEBB: MAȘINA TIMPULUI

Telescopul spațial James Webb este o „mașină a timpului” care își propune să detecteze primele galaxii care au existat în Univers acum aproximativ 13 miliarde de ani.

Telescopul spațial James Webb (JWST) este un telescop spațial dezvoltat de NASA, Agenția Spațială Europeană (ESA) și Agenția Spațială din Canada (CSA). Este destinat să succcedă telescopului spațial Hubble ca misiune emblematică a NASA în astrofizică.

JWST a fost lansat la 25 decembrie 2021 pe o rachetă Ariane 5 VA256. Durata misiunii planificate este de 10 ani.

Oglinda principală a JWST este formată din 18 segmente hexagonale de oglinzi din beriliu placate cu aur, care atunci când sunt combinate, creează o oglindă cu un diametru de 6,5 metri, considerabil mai mare decât oglinda principală de pe Hubble care are 2,4 metri. Spre deosebire de telescopul Hubble, care observă în spectrul ultraviolet apropiat, vizibil și infraroșu apropiat (0,1–1,0 μm), JWST va observa într-un interval de frecvență mai scăzut, de la lumina vizibilă cu lungime de undă lungă (roșu) până la infraroșu mediu (0,6–28,3 μm).

JWST este conceput să ofere o rezoluție și o sensibilitate îmbunătățite în infraroșu față de Hubble și va permite o gamă largă de investigații în domeniile astronomiei și cosmologiei, inclusiv observații ale unora dintre cele mai îndepărtate evenimente și obiecte din Univers, cum ar fi formarea primelor galaxii. Permite caracterizarea atmosferică detaliată a exoplanetelor potențial locuibile.

Telescopul spațial James Webb reprezintă un pas uriaș înainte în înțelegerea Universului și a originilor noastre. Cu tehnologia sa revoluționară, JWST va studia fiecare fază a istoriei cosmice, de la primele străluciri după Big Bang până la formarea galaxiilor, stelelor și planetelor, până la evoluția propriului nostru sistem solar.

Lucruri importante de știut despre James Webb

1. Telescopul Spațial James Webb (JWST), azi un proiect comun al NASA (principalul „actor”), al Agenției Spațiale Europene și Agenției Spațiale Canadiene, a fost 25 de ani în stadiul de proiect și fabricație, iar la finalul lui decembrie 2021 va fi, în fine, trimis în spațiu (în punctul Lagrange nr. 2, aflat la 1,5 milioane de kilometri de Terra, de circa 4 ori distanța Terra - Lună; călătoria va dura o lună). Responsabilul pentru proiect de 25 de ani este fizicianul John Cromwell Mather, căruia i s-a decernat Premiul Nobel pentru fizică în anul 2006.

2. Proiectat inițial la un cost de 500 de milioane dolari, a ajuns să coste circa 10 miliarde. Lansarea era inițial programată pentru acum 14 ani. Au fost momente în care finanțarea proiectului a fost pusă sub semnul întrebării. Cu o dimensiune de 21x14 m, acum gata de lansare, JWST este destinat să înlocuiască faimosul Telescop Spațial Hubble și se speră că va revoluționa cunoașterea despre universul timpuriu. Are o masă de 6.215 kg.

3. JWST este cel mai mare și mai puternic telescop trimis în spațiu vreodată. Este construit pentru a capta cele mai slabe semnale de radiație în infraroșu generată de cele mai vechi galaxii și stele. Radiația în infraroșu permite captarea luminii de la obiecte cosmice vechi (mai aproape de începutul universului) pentru că, pe fondul expansiunii universului, lumina care călătorește prin spațiu suferă un proces de „deplasare spre roșu”, lungimea de undă a acesteia crescând și de 20 de ori (vezi imaginea de mai jos). De asemenea, telescopul are capacitatea de a capta lumină din segmentul vizibil (pe care o „înțelege” ochiul uman, care are valori între 0,39 - 0,75 micrometri) al spectrului electromagnetic.

Dacă universul are 13,8 miliarde ani, primele stele s-au format acum circa 13,6 miliarde ani, primele găuri negre acum 13,5 miliarde ani, Calea Lactee acum circa 12,7 miliarde ani, JWST va putea recepționa lumină emisă acum 13,6 miliarde ani, deci foarte aproape de începutul universului.

4. Telescopul are o rezoluție optică de 0,1 arcsecunde și dispune de 4 instrumente științifice la bord cu două obiective principale: captarea de imagini ale obiectelor cosmice și spectroscopie (separarea luminii în funcție de lungimea de undă și studiul proprietăților chimice și fizice ale materiei cosmice). JWST, pe lângă îmbunătățirea cunoașterii cu privire la universul timpuriu, va furniza date care vor adânci cunoașterea cu privire la exoplanete (temperatura și compoziția chimică a acestora). Telescopul este atât de sensibil, că, teoretic, ar putea detecta „amprenta” electromagnetică (căldura) a unei albine situate la distanța Pământ-Lună.

5. Cele patru instrumente științifice sunt:

1) Near-Infrared Camera (NIRCam) - care va capta fotoni cu lungimea de undă între 0,6 și 5 microni de la stele și galaxii în proces de formare, stele din galaxiile apropiate, stele tinere din Calea Lactee și obiecte din Centura Kuiper.

2) Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) - care va separa pe diverse lungi de undă radiația electromagnetică de la obiectele cosmice în plaja de valori între 0,6 și 5 microni. Analizarea spectrului unui obiect cosmic oferă date despre proprietățile fizice ale acestuia, precum temperatura, masa și compoziția chimică.

3) Mid-Infrared Instrument (MIRI) - constă dintr-o cameră și un spectrograf care vor capta și analiza lumina cu lungimi de undă între 5 și 28 de microni venind de la galaxii depărtate, stele în formare, comete și obiecte din Centura Kuiper.

4) Fine Guidance Sensor / Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph (FGS/NIRISS) - ajută la obținerea unor imagini de înaltă rezoluție, detecția exoplanetelor, precum și la spectroscopia tranzitului exoplanetelor.

6. Telescopul are o oglindă din beriliu de 6,5 m acoperită cu un strat de aur (care crește capacitatea de a reflecta și focaliza radiația în infraroșu), formată din 18 segmente hexagonale (pentru a putea fi strâns și pus într-o rachetă).

7. Pentru a elimina interferența luminii solare (care ar scădea dramatic performanțele telescopului), JWST are un scut protector format din mai multe straturi. Acesta se va încălzi de la Soare până la 110 °C, dar oglinda va rămâne la -236,6 °C. Telescopul va fi mereu în spatele Terrei (privit de pe Soare), iar scutul va fi mereu între Soare și oglindă.

Scutul protector este un element esențial pentru o bună funcționare a telescopului și, posibil, punctul slab al întregului echipament. Acesta este format dintr-un material foarte subțire, iar desfășurarea scutului în spațiu se poate lovi de probleme imposibil de prezis, oricâte teste s-au făcut la sol (căci desfășurarea scutului nu este deterministă, în sensul că nu poate fi calculată în detaliu de constructori). Dacă desfășurarea scutului va fi cu probleme, este foarte posibil ca telescopul să fie complet neoperațional, doar o „piesă de muzeu” în spațiu.

8. JWST are nevoie de 6 luni pentru a deveni pe deplin operațional. La 30 de minute după lansare va desfășura antena de comunicații și panourile solare, pentru a se putea alimenta cu energie. Apoi, după ce trece de Lună, în ziua a șasea, va desfășura scutul de protecție, folosind 400 de scripeți și 400 m de cablu. În a doua săptămână de la lansare se va instala și oglinda. După ajungerea în forma finală sunt necesare câteva luni pentru răcirea echipamentelor și calibrare. Cum spuneam, după 6 luni, dacă totul merge bine, telescopul va putea colecta date.

9. Una dintre dificultățile teoretice (care vor fi confirmate / infirmate de JWST) cu privire la calitatea datelor colectate de telescop se referă la o predicție a mecanicii cuantice: la scară foarte mică, scara Planck (10-35 m), spațiul este ca o spumă, particule virtuale apărând și dispărând fără încetare. Aceste particule virtuale exercită o minimă influență gravitațională locală, care curbează spațiu-timpul. Fotonii care călătoresc prin univers pe distanțe enorme (cum sunt cei de la primele obiecte cosmice de după apariția universului) sunt afectați de această distorsiune a spațiului. Temerea este că această influență gravitațională a fotonilor virtuali va influența calitatea imaginilor captate de JWST, vorbind aici despre o limită fundamentală a rezoluției imaginilor pe care le putem obține vreodată.

10. Dacă telescopul va avea probleme tehnice, acesta nu va putea fi reparat prin intervenție directă. Este prea departe pentru o atare intervenție. În cazul Telescopului Spațial Hubble, lansat în 1990, când a apărut o problemă la oglindă, imaginile trimise fiind neclare, NASA a trimis o echipă de astronauți care au reușit să aducă telescopul la starea dorită de funcționare.

JWST va funcționa cel puțin 5 ani, deși se dorește ca utilizarea acestuia să dureze mai mult de 10 ani.