Τηλεσκόπιο Τζέιμς Γουέμπ: Το τεχνολογικό «θαύμα» που ξεκλειδώνει τα μυστικά του σύμπαντος

Το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb (JWST) είναι ένα ισχυρό διαστημικό τηλεσκόπιο που σχεδιάστηκε ως ο διάδοχος του Διαστημικού Τηλεσκοπίου Hubble και αναμένεται να εμπλουτίσει τις γνώσεις μας και την κατανόησή μας για το σύμπαν. Το τηλεσκόπιο εκτοξεύθηκε στις 25 Δεκεμβρίου 2021, από τη Γαλλική Γουιάνα. Ήταν μια πολύ αναμενόμενη και πολύπλοκη αποστολή λόγω του μεγέθους και της ευαισθησίας του τηλεσκοπίου. Μετά την εκτόξευση, το τηλεσκόπιο ξεδίπλωσε την αντηλιακή ομπρέλα του για να λειτουργεί σωστά. Ένα μήνα περίπου αργότερα έφτασε στο δεύτερο σημείο Lagrange (L2). Σε αυτήν την τροχιά περίπου 1,5 εκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά απο τη Γή και μπορεί διατηρεί μια σταθερή θέση σχετικά με τη Γη καθώς παρατηρεί το σύμπαν.

Η σχεδίαση του είχε ξεκινήσει το 1996 ως “τηλεσκόπιο Νέας Γενιάς” ενώ τα πλάνα για την εκτόξευση υπήρχαν από το 2007, με το μπάτζετ να είναι στο ένα δισεκατομμύριο αμερικάνικα δολάρια. Ο Τζέιμς Γουέμπ ήταν ο δεύτερος διορισμένος διοικητής της Νάσα.

 

Το JWST διαθέτει έναν κύριο καθρέφτη που αποτελείται από 18 ξεχωριστά τμήματα ή “πάνελ”, τα οποία συνδυάζονται για να δημιουργήσουν το συνολικό φωτοδιακριτικό του καθρέφτη. Αυτή η διάταξη επιτρέπει στο JWST να έχει έναν μεγάλο καθρέφτη με τη διαμέτρου του κατόπτρου να είναι περίπου 6.5 μέτρων. Αυτός ο καθρέπτης επιτρέπει τη συλλογή και την εστίαση του φωτός για τις παρατηρήσεις στο διάστημα του JWST.

Η κύρια εστίαση του JWST είναι στο υπέρυθρο (0.6–28.3 mm) από μπορεί να βλέπει μέσα από του σύννεφα σκόνης και αερίων, δίνοντας πιο σαφείς εικόνες αντικειμένων και καλύτερη ανάλυση σε μακρινά αντικείμενα. Αυτό επιτρέπει τη μελέτη των πρώτων γαλαξιών, του σχηματισμού των αστέρων και τον εντοπισμό απομακρυσμένων εξωπλανητών.

Η δυνατότητα του τηλεσκοπίου να βλέπει το ιπέρυθρο φώς το κάνει να βλέπει πράγματα που στο ανθρόπινο ματι δεν μπορεί , του επιτρέπει επίσηε να βλέπει θερμογραφικά πισω ατο την αστρική σκόνη , έτσι επιτρέπει στους αστρονόμους να κοιτάξουν πίσω στον χρόνο περισσότερο από ποτέ, τότε που σχηματίστηκαν τα πρώτα αστέρια και οι γαλαξίες, πριν από 13.7 δισεκατομμύρια χρόνια, κάτι που ήταν αδύνατο για τα παλαιότερα επίγεια και διαστημικά όργανα μέτρησης. Ένας άλλος στόχος της αποστολής είναι η κατανόηση του σχηματισμού των αστέρων και των πλανητών, κάτι που συμπεριλαμβάνει και απευθείας απεικόνιση εξωπλανητών, ενώ θα αναζητήσει σημάδια εξωγήινης ζωής.

Το νέο διαστημικό τηλεσκόπιο, πολύ μεγαλύτερο και ισχυρότερο από όλα τα προηγούμενα, αποσκοπεί να προχωρήσει την αστρονομική παρατήρηση από το Διάστημα, πέρα από το σημείο που την έφτασαν οι προκάτοχοί του. Το ΔΤΤΓ έρχεται να καλύψει ένα κενό στην αστρονομική παρατήρηση χωρίς τα εμπόδια που βάζει η γήινη ατμόσφαιρα και συγκεκριμένα να παρατηρήσει τον ουρανό στο εγγύς και μέσο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος. Επειδή τα πιο μακρινά ουράνια σώματα φαίνονται με μετατόπιση της ακτινοβολίας τους προς το ερυθρό, εκπέμπουν φως με περισσότερη εγγύς υπέρυθρη ακτινοβολία και μπορούν να παρατηρηθούν μόνο με τηλεσκόπια που την ανιχνεύουν. Επιπλέον, η υπέρυθρη ακτινοβολία μπορεί να διαπεράσει νέφη σκόνης και αερίων, αποκαλύπτοντας τι υπάρχει μέσα και πίσω απ’ αυτά.

Το μάζας 6,5 τόνων «Γουέμπ» έχει ευαισθησία σε πολύ αχνά ουράνια σώματα συγκριτικά με το «Χαμπλ». Επιπλέον, έχει μεγαλύτερο οπτικό πεδίο, καλύπτοντας 15 φορές μεγαλύτερη περιοχή του ουρανού. Το πρωτεύον κάτοπτρο του ΔΤΤΓ αποτελείται από 18 εξαγωνικά τμήματα, τα οποία ξεδιπλώνουν και προσαρμόζονται, ώστε να σχηματίζουν ένα κάτοπτρο διαμέτρου 6,5 μέτρων, μετά την εκτόξευση. Τα κάτοπτρα είναι κατασκευασμένα από το πολύ ελαφρύ χημικό στοιχείο βηρύλιο και επικαλυμμένα με χρυσό, που ανακλά πολύ καλά το υπέρυθρο φως. Στον χρυσό οφείλεται το κίτρινο χρώμα τους. Το μεγαλύτερο εξάρτημα του ΔΤΤΓ είναι η ηλιακή ασπίδα πέντε στρωμάτων, που μειώνει την ηλιακή ακτινοβολία που φτάνει στο τηλεσκόπιο κατά ένα εκατομμύριο φορές και είναι η κύρια αιτία του μεγάλου μεγέθους του (20 επί 14 μέτρα). Στο L2, από τη μεριά που βλέπει τον Ήλιο, η ασπίδα θα έχει θερμοκρασία 85 oC και από την άλλη μεριά, από κει που θα κάνει τις αστρονομικές παρατηρήσεις το τηλεσκόπιο, θα έχει -233 oC!

Space Series E8: Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb

Το «JWST - Γουέμπ» περιφέρεται γύρω από τον Ήλιο σε απόσταση 1,5 εκατομμυρίου χιλιομέτρων μακριά από τη Γη, στο σημείο που ονομάζεται δεύτερο σημείο Λαγκράντζ ή L2, όπου θα φτάσει ένα μήνα μετά την εκτόξευσή του. Στα σημεία Λαγκράντζ η βαρυτική έλξη της Γης και του Ήλιου εξισορροπείται από τη φυγόκεντρο δύναμη και έτσι τα σώματα που βρίσκονται εκεί, μπορούν να παραμείνουν σταθερά. Για την ακρίβεια, τα σημεία L1, L2 και L3 παρουσιάζουν ασταθή ισορροπία και απαιτείται τακτική διόρθωση με πυροδότηση των ακροφυσίων διόρθωσης πορείας, αλλά με μικρή κατανάλωση καυσίμου. Στο σημείο L2 η ηλιακή ασπίδα του «JWST - Γουέμπ» θα εμποδίζει τόσο το φως από τον Ήλιο, όσο και το ανακλώμενο από τη Γη και τη Σελήνη. Έτσι το «Γουέμπ» παραμένει κρύο, προϋπόθεση απαραίτητη για ένα υπέρυθρο τηλεσκόπιο (η ακτινοβολούμενη θερμότητα είναι υπέρυθρες ακτίνες, οι οποίες θα παραμόρφωναν το σήμα των υπέρυθρων ακτίνων που στέλνουν τα παρατηρούμενα από το τηλεσκόπιο ουράνια σώματα). Καθώς η Γη περιφέρεται γύρω από τον Ήλιο, το «Γουέμπ» θα περιφέρεται κι αυτό μαζί της, παραμένοντας όμως στην ίδια απόσταση σε σχέση με τη Γη και τον Ήλιο.

Μεταξύ των επιστημονικών στόχων του «Γουέμπ» είναι η παρατήρηση των πιο μακρινών γαλαξιών, ώστε να σχηματιστεί καλύτερη εικόνα για την εξέλιξη του ορατού σύμπαντος σε σχέση με τις κυρίαρχες θεωρίες που την περιγράφουν, τον ρόλο των υπερμεγέθων μαύρων τρυπών στο σχηματισμό ή την εξέλιξη των γαλαξιών. Θα κάνει, επίσης, παρατηρήσεις σχετικά με τον σχηματισμό άστρων και νέων πλανητικών συστημάτων, αστρονομικά φαινόμενα που συμβαίνουν μέσα σε πυκνά νέφη και γι’ αυτό σπανίως είναι ορατά. Οι επιστήμονες αναμένουν την ανακάλυψη πολλών εξωπλανητών από το «Γουέμπ». Ιδιαίτερος στόχος του θα είναι οι καφέ νάνοι, ουράνια σώματα μεταξύ άστρου και πλανήτη, με χαρακτηριστικά και των δυο, που ακτινοβολούν κυρίως στο υπέρυθρο.

Αντικείμενο επισταμένης μελέτης του νέου τηλεσκοπίου θα γίνουν οι ατμόσφαιρες των πλανητών του ηλιακού συστήματος και των δορυφόρων τους που έχουν ατμόσφαιρα, αλλά και οι ατμόσφαιρες των πιο κοντινών εξωπλανητών που έχουν ανακαλυφθεί, καθώς τα φασματόμετρα του ΔΤΤΓ θα είναι ικανά να αναλύσουν το φως των άστρων που περνάει μέσα απ’ αυτές, ώστε να εντοπίσουν τη φασματική υπογραφή των χημικών στοιχείων που τις σχηματίζουν. Ακόμη και οι δακτύλιοι του Κρόνου, του Ποσειδώνα, του Ουρανού και του Δία είναι πολύ καλύτερα ορατοί στο υπέρυθρο. Οι δακτύλιοι ειδικά του Κρόνου αποδείχτηκε ότι είναι ένα σύστημα καταστροφής και αναδημιουργίας δορυφόρων από τα υλικά προηγούμενων φεγγαριών και το «Γουέμπ» θα δείξει αν συμβαίνει το ίδιο με τους δακτυλίους και των άλλων πλανητών.

Θα κάνει επίσης παρατηρήσεις του Δία και των δορυφόρων του, του Γανυμήδη και της Ευρώπης με τους πιθανούς ωκεανούς κάτω από την παγωμένη επιφάνεια, της Ιούς με τα «κρυφά ηφαίστεια» θειαφιού, των άλλων εξωτερικών πλανητών και του δορυφόρου του Κρόνου Τιτάνα, που είναι το μόνο άλλο σώμα στο ηλιακό σύστημα πέρα από τη Γη που διαθέτει υγρές λίμνες και θάλασσες (έστω κι αν δεν αποτελούνται από νερό). 

Οι συμπληρωματικές παρατηρήσεις του JWST πάνω στα ευρήματα του διαστημικού τηλεσκοπίου υπερύθρων «Σπίτζερ» θα δώσουν περισσότερα στοιχεία σχετικά με την ανακάλυψη υδρατμών σε τουλάχιστον τα μισά από τα μέχρι σήμερα γνωστά πρωτοπλανητικά νεφελώματα, δίνοντας κάποιες απαντήσεις και για την προέλευση του νερού στη Γη.