(GENERATOR) James Webb: Misija na dobri poti, da premakne meje neznanega

Vesoljski teleskop James Webb je 14 let po sprva načrtovani izstrelitvi in po tem, ko je njegov proračun s 500 milijonov dolarjev narasel na skoraj deset milijard ameriških dolarjev, končno v vesolju. Vesoljski teleskop je bil uspešno izstreljen 25. decembra 2021 ob 13.20 po srednjeevropskem času (SEČ). Teleskop je v vesolje iz izstrelišča Kourou v Francoski Gvajani ponesla raketa Ariane 5. Nekaj minut po izstrelitvi je zemeljska ekipa začela dobivati telemetrične podatke in 27 minut po izstrelitvi se je teleskop na višini 1400 kilometrov ločil od nosilne rakete.

Trideset minut po izstrelitvi je teleskop razvil solarne plošče. V začetku je bila poraba energije v teleskopu sicer nekaj višja od predvidene, a z optimizacijo solarnih plošč so težavo rešili. Šestindvajsetega decembra ob 1.50 po SEČ je teleskop izvedel prvega od treh predvidenih popravkov smeri na poti proti Lagrangeevi točki L2, ki je od Zemlje oddaljena 1,5 milijona kilometrov. Spomnimo naj, da so v L2 gravitacijski vplivi Sonca in Zemlje izenačeni, zaradi česar je orbitalna hitrost telesa okoli Sonca v tej točki enaka Zemljini. V praksi to pomeni, da bo teleskop vedno poravnan z Zemljo in Soncem, zaradi česar bo hkratna zaščita pred toplotnim sevanjem iz obeh teles olajšana. Vendar pa bo na taki razdalji servisiranje teleskopa v primeru morebitnih nepravilnosti pri delovanju praktično nemogoče. Sedemindvajsetega decembra 2021 ob 13.20 po SEČ so izvedli še drugi popravek smeri potovanja teleskopa.

Senčenje s kaptonskimi senčniki je ključno

Naslednjega dne ob 19.21 po SEČ so začeli občutljivo fazo razpiranja zaščite pred toplotnim sevanjem Sonca, Zemlje in Lune, ki bo skrbela za dodatno pasivno hlajenje senzorjev. Sestavlja jo pet velikih slojev iz kaptona, tankih kot las, ki jih prekriva plast aluminija. Sloji so bili v raketi zloženi, v razprtem stanju pa je njihova velikost 14 krat 21 metrov. Prva faza razpiranja senčnika je vsebovala razteg stolpa v obliki cevi, s katerim sta se razmaknila dva glavna dela observatorija: optični del z znanstvenimi instrumenti in sklop z elektroniko in pogonom. V tej fazi se je ustvarila potrebna vrzel med obema sklopoma, v katero se je kasneje razprla zaščita pred toplotnim sevanjem. Na zadnji dan leta 2021 sta se raztegnila dva teleskopska sredinska droga, ki sta razpela vseh pet membran toplotne zaščite. Razteg levega sredinskega droga se je nekoliko zavlekel, saj kontrola na Zemlji ni dobila potrditve o uspešnem zaključku postopka. Končno razpenjanje solarne zaščite je bilo prestavljeno za en dan, saj je kontrola želela optimizirati delovanje solarnih plošč. Ta faza je bila ena najbolj kritičnih, saj so bili kaptonski senčniki skrbno zloženi na čim manjši volumen in bi se pri razpenjanju lahko poškodovali. Razpenjanje prvega sloja senčnika na končno velikost je potekalo 3. januarja 2021 in se je zaključilo ob 21.48. Drugi in tretji sloj sta bila raztegnjena 4. januarja v jutranjih urah po našem času, zvečer pa je bil razprt še peti, zadnji senčnik. Naj kot zanimivost omenimo, da je pri razpiranju in napenjanju senčnikov "sodelovalo" 139 od 178 sprostitvenih mehanizmov na teleskopu, 70 sklopov tečajev, osem motorjev, 400 jermenic in okoli 400 metrov kablov. Ker bo teleskop najbolj osredotočen na infrardeči del spektra, torej na tako imenovano toplotno sevanje, je pomen popolnega delovanja senčnikov toliko večji. Pomembno je namreč, da so senzorji dovolj ohlajeni, saj bi v nasprotnem primeru termični šum, ki bi ga zaznavali senzorji, bil previsok, zaradi česar bi se koristne informacije v infrardečem spektru popolnoma izgubile. Na proti Soncu obrnjeni strani bodo senčniki prejeli okoli 200 wattov, skozi vseh pet kaptonskih senčnikov pa naj bi prodrlo za manj kot watt sevanja. NIRcam, NIRSpec in FGS/NIRISS bodo tako delovali na delovni temperaturi 50 K (-223 °C), medtem ko bo četrti senzor - kamera MIRI - ohlajena celo na 7 K (-266 °C). V primeru težav s senčnikom bi vsaj prvi trije našteti senzorji po besedah Billa Ochsa, upravitelja celotnega projekta, vseeno pridobivali uporabne podatke.

5,6-krat večji od Hubbla

Fazi razpiranja senčnikov je sledila še ena kritična faza: razpiranje optičnih delov teleskopa. Zaradi omejene velikosti rakete Ariane 5 so morali optični del teleskopa zložiti na primerno velikost. Primarno zrcalo, ki zbira svetlobo, je sestavljeno iz 18 manjših zrcal šestkotne oblike in širine 1,32 metra. Skupni premer primarnega zrcala bo tako 6,5 metra, skupna površina pa 25,4 metra (primarno zrcalo Hubblovega vesoljskega teleskopa ima premer 2,4 metra in skupno površino 4,5 kvadratnega metra, torej za 5,6-krat manjšo površino). Sekundarno zrcalo ima premer 0,74 metra, goriščna razdalja teleskopa pa je 131 metrov. Sekundarno zrcalo je s tremi zložljivimi konzolami povezano s primarnim zrcalom. Razpiranje konzol s sekundarnim zrcalom je brez težav potekalo v sredo, 5. januarja, zvečer. Dan kasneje je bil uspešno nameščen poseben sklop Aft Deployable Instrument Radiator (ADIR), ki je potreben, da Webbovi znanstveni instrumenti dosežejo zahtevane nizke in stabilne delovne temperature. Gre za pravokotno ploščo velikosti štiri krat osem metrov, sestavljeno iz manjših aluminijastih delov, prekritih s pobarvanimi celicami iz satovja, ki ustvarjajo izjemno črno površino. Funkcija radiatorja je odvajanje toplote iz instrumentov.

Sledila je še zadnja faza - razpiranje primarnega zrcala, ki je vsebovala odpiranje levega in desnega bloka (vsakega sestavljajo trije šestkotni deli), ki se bo poravnal s preostalimi dvanajstimi segmenti. Sedmega januarja popoldne so začeli razpiranje zrcalnega krila na levi strani primarnega zrcala. Kontrola je morala najprej sprostiti mehanizme, ki so krilo držali na mestu pred izstrelitvijo, da se je lahko razmaknilo. Plošča se je nato zavrtela v svoj položaj, kar je postopek, ki ga poganja poseben motor in traja približno pet minut. Ko je bilo krilo raztegnjeno, so inženirji začeli skrben, dveurni postopek, v okviru katerega so ga varno pritrdili na svoje mesto. Na enak način so v soboto, 8. januarja, razprli še zrcalno krilo na desni strani. Postopek so začeli po 15. uri po našem času in ga uspešno zaključili ob 16.28. Proces razpiranja treh desnih šestkotnih segmentov je trajal okoli štiri minute. S tem se je faza mehanskega razpiranja in sestavljanja segmentov teleskopa končala. Vesoljski teleskop James Webb je bil v soboto na koncu sestavljanja primarnega zrcala na razdalji 1,069.042 kilometrov od Zemlje (to je skoraj tri četrtine poti do L2), njegova hitrost pa je bila 0,4 km/s. Zanimivo je bilo spremljati, kako so se spreminjale temperature na površini nekaterih vitalnih delov teleskopa. Tretjega januarja popoldne je bila temperatura na površini še ne razprtega prvega senčnika 55 stopinj Celzija, na površini primarnega zrcala pa -116 stopinj Celzija. Tri dni kasneje, torej po razgrnitvi vseh senčnikov, je temperatura na površini primarnega zrcala padla na -157 stopinj Celzija, v soboto, 8. januarja, zvečer pa je znašala -172 stopinj Celzija.

Časovni stroj bo prve informacije podal spomladi

Kaj bo doživljal vesoljski teleskop James Webb v naslednjih tednih in mesecih? Teleskop in senzorji v senci solarne zaščite se bodo še naprej ohlajali na delovno temperaturo, vendar bo ta faza trajala nekaj tednov. Testiralo se bo premikanje segmentov primarnega zrcala in premikanje sekundarnega zrcala. Ob koncu januarja je predviden še zadnji - tretji - popravek poti v optimalno orbito okoli L2. V tem času bodo vklopili sisteme znanstvenih instrumentov. Preostalih pet mesecev zagona bo namenjenih pregledu optike in poravnavi teleskopa, tako da bo vseh 18 segmentov primarnega zrcala delovalo kot eno zrcalo. V tej fazi bodo izvedli potrebna umerjanja senzorjev. Ob koncu šestmesečnega umerjanja in dokončevanja zagona teleskopa naj bi tudi MIRI-senzor bil ohlajen na delovno temperaturo, testirali pa bodo še sposobnost sledenja "gibljivim tarčam", to je bližnjim telesom, kot so asteroidi, kometi, lune in planeti v našem osončju. Kot kaže, so kritične faze v začetni fazi delovanja teleskopa za nami, zdaj pa je pred nami potrpežljivo čakanje na konec pomladi, ko naj bi vesoljski teleskop James Webb postregel s prvimi posnetki in informacijami. Verjamemo, da čakanje ne bo zaman.