Teleskop koji je pojeo astronomiju

Zašto je lansiranje teleskopa Džejms Veb toliko puta odlagano?

Nalik na sočno saće pčela, ili na oko insekta uveličano do apsurda, u sterilnoj sobi Nasinog Centra za svemirske letove Godar udobno se smestio monstrum od teleskopa i čeka svoju neizvesnu sudbinu. Kako su ga tokom poslednje dve decenije njegovog sve skupljeg postojanja nervozno prozvali, „Džejms Veb“ je teleskop koji je pojeo astronomiju.

Zamišljen 1996. kao udruženi projekat NASA, Evropske (ESA) i Kanadske svemirske agencije, trebalo da ponudi nešto što ni jedan teleskop pre njega nije – pogled u najranije faze kosmičke evolucije koje su van domašaja oštrih očiju današnjih svemirskih i zemaljskih teleskopa. Osim optičke osetljivosti i rezolucije koja je apsolutno bez presedana u istoriji istraživanja svemira, Džejms Veb je opremljen i neverovatnom količinom entuzijazma svog projektnog tima, koji je još pre nekoliko godina bio spreman da ga lansira u istoriju. Međutim, jedina istorija u koju je za sada upisan je rekordno visok budžet čitavog projekta.

Nazvan u čast jednog od najpoznatijih administratora Nase, koji je kao zaveštanje ostavio program Apolo i mnogo drugih svemirskih misija, Džejms Veb je u konstantnoj trci sa vremenom. Od svojih ranih faza, kada je krajem prethodnog milenijuma bio zamišljen kao infracrveni teleskop prečnika od skromna četiri metra, koji bi koštao svega pola milijarde dolara, evoluirao je u moćnu opservatoriju fantastičnih tehnoloških kapaciteta, gutajući usput finansijske resurse namenjene drugim Nasinim projektima.

U svom konačnom obliku prečnik Vebovog primarnog ogledala pruža se na izuzetnih šest i po metara kako bi mogao da prikupi što više svetlosti. U poređenju sa do sada najmoćnijim svemirskim teleskopom koji je čovečanstvo iznedrilo, Hablom, a čije je primarno ogledalo prečnika svega 2,4 metra, jasno je kakva je tehnološka grdosija u pitanju. Sunčani štit Džejms Veba ima površinu teniskog terena, i samo je duplo manji od Boinga 737.

Međutim, teleskop ovakvih dimenzija ne staje ni u jedno postojeće svemirsko vozilo, što je dovelo do briljantnog ali tehnološki vanredno zahtevnog rešenja: ogledalo će se sastojati iz više delova koji će biti sklopljeni u svemiru, nakon lansiranja. Ogledalo je podeljeno na osamnaest manjih celina heksagonalnog oblika, koji se iz više razloga nametnuo kao idealno rešenje.

Naime, oblik pojedinačnih delova je morao biti takav da omogućava da sklopljena površina bude bez praznih prostora između delova. Ovo je automatski isključilo kružne segmente koji se, jednom sastavljeni, ne bi dodirivali u dovoljnoj meri. Sa druge strane, finalni izgled sklopljenog primarnog ogledala morao bi biti kružan, kako bi svetlost posmatranih objekata bila prikupljena i fokusirana na način na koji naučnici žele. Heksagon je pobedio, zadovoljivši sve kriterijume.

Kako bi se zaštitio od pregrevanja, što je od izuzetnog značaja za infracrvene teleskope, Veb će biti opremljen pomenutim sunčanim štitom dimenzija teniskog terena. Štit se sastoji od 5 tankih slojeva, od kojih će svaki biti hladniji od onog ispod njega. Vakuum između njih će takođe služiti kao dobar izolator, pa će temperatura na daleko efikasniji način napuštati teleskop nego što bi bio slučaj kada bi imao samo jedan, debeli sloj. Planirano je da štit finalno rasklopi tek kada teleskop stigne na svoje odredište, što nas dovodi na sledeću interesantnu temu – gde će, zapravo, biti Džejms Vebov dom?

Mnogima od nas je Habl prva asocijacija na svemirski teleskop; poznati, pouzdani autor čuvenih astrofotografija svemirskih maglina jarkih boja, koje držimo kao pozadine na ekranima računara. Ali, dok je Hablova ekspertiza u oblasti vidljive svetlosti, Vebova će biti u opsegu infracrvene. I dok Habl kruži oko planete Zemlje u niskoj orbiti na približno 570 kilometara visine, Veb će otići značajno dalje.

Naime, Veb uopšte neće orbitirati oko Zemlje, već oko Sunca. Za razliku od Habla koji je upravo zbog svoje lokacije mogao biti lansiran Nasinim svemirskim šatlom, Veba će poneti moćna raketa Arijana 5, koja će ga odneti milion i po kilometara dalje od naše planete, i ostaviti ga Drugoj Lagranžovoj tački (L2).

Lagranžove tačke su pozicije u sistemima dvaju velikih tela u kojima treće, malo telo može zadržati svoj položaj gotovo trajno. U slučaju Veba, ova tačka se nalazi u sistemu Sunce-Zemlja. Gravitacioni uticaj ovih velikih tela će gotovo u potpunosti fiksirati teleskop u jednom mestu, koji će onda pratiti Zemlju dok ova orbitira oko Sunca. Sva tri tela će biti pozicionirana u jednoj pravoj liniji, sa Zemljom između Sunca i teleskopa. Na ovaj način, Veb će svojim sunčanim štitom moći da se zaštiti od toplote oba susedna nebeska tela istovremeno, što je krucijalno za uspešnu operaciju njegovih kamera. S obzirom na to da će kombinovane gravitacione sile dva veća tela držati teleskop skoro fiksiranim u tački L2, biće potrebno vrlo malo goriva za održavanje i korekciju njegove orbite.

Infracrveni teleskop može kompromitovati svoje rezultate čak i toplotom sopstvenih instrumenata, i upravo je iz ovog razloga bilo neophodno smestiti ga dovoljno daleko od bilo kakvog izvora toplote, na lokaciju na kojoj će Sunce i Zemlja uvek biti u istom položaju u odnosu na njega, kako bi gigantski štit neometano vršio svoju ulogu. Temperatura na kojoj će optimalno operisati je svega oko 50 stepeni iznad apsolutne nule (-223° C).

Zbog izuzetne udaljenosti od matične planete, a za razliku od Habla za čije je funkcionalno operisanje popravka imala suštinsku važnost, Džejms Veb neće imati mogućnost servisiranja. Druga Lagranžova tačka nalazi se daleko izvan domašaja letelica sa ljudskom posadom, te će gigantski teleskop, jednom nakon lansiranja, biti prepušten sam sebi, vakumu i ograničenim mogućnostima kontrolnog tima sa Zemlje.

Međutim, zašto nam je toliko bitno da teleskop posmatra baš taj specifični deo spektra? Da li su njegove infracrvene kamere vredne rizika koji pozicioniranje na tako dalekoj lokaciji sa sobom nosi?

Primarni cilj Džejms Veba je da izučava formiranje galaksija, zvezda i planeta. Što su stariji objekti koje bude uspeo da detektuje, to uzbudljivije i bolje po astronomiju. Teleskop je dizajniran tako da bude u stanju da vidi kako je univerzum izgledao svega oko četvrt (a možda i manje) milijarde godina nakon Velikog praska, kada su nastajale prve galaksije.

Kada jednom svetlost najudaljenijih i najstarijih galaksija konačno stigne do ogledala teleskopa, videćemo onakvima kako su izgledali kada ih je ta svetlost napustila – dakle pre oko 13,6 milijardi godina. Opšta teorija relativnosti nas uči da se svemir širi tako što se zapravo „rasteže“ prostor između galaksija, čineći da se one udaljavaju jedne od drugih. Zajedno sa tim prostorom, „rasteže se“ i svetlost koja njime putuje, pomerajući pritom svoje talasne dužine od kraćih ka dužim, preciznije – ka crvenom delu spektra, kroz proces u fizici poznat kao crveni pomak.

Crveni pomak znači da će ono što je nekada bila vidljiva ili ultraljubičasta svetlost izuzetno starih galaksija do nas stići kao infracrvena svetlost. Dakle, ukoliko želimo da posmatramo najstarije galaksije nastale u ranim fazama evolucije svemira, potreban nam je teleskop koji posmatra svetlost u infracrvenom delu elektromagnetnog spektra.

Nakon dve decenije napornog rada, menjanja planova, promena koncepta, ekstremnog rasta budžeta, temeljnog testiranja te ponovnog pomeranja datuma lansiranja i suštinskog pristajanja na sve kako dosadašnji ogroman trud i izuzetno mnogo sredstava ne bi bili protraćeni, Vebovo lansiranje je zakazano za 2021. godinu, a njegov budžet procenjen na oko 9 milijardi dolara. Mnogi mediji smatraju da je Veb suviše veliki da bi propao, i da će koalicija svemirskih agencija nastaviti da gura projekat koliko god bude trebalo. Američki kongres se na ovu ideju mršti. Novac se topi a datum lansiranja po ko zna koji put pomera.

Rizici su ogromni. Iako evropska raketa Arijana 5 ima fantastičan prosek uspešnosti, svako lansiranje sa Zemlje je rizično samo po sebi. Ukoliko taj deo prođe kako treba, počinju pravi izazovi. Rasklapanje sunčanog štita, podešavanje i kalibracija instrumenata te sklapanje primarnog ogledala daleko od domašaja ljudi i mogućnosti servisiranja su verovatno najveći potencijalni problemi projektnog tima. A onda, potrebno je da ni jedan veći meteorid ne presudi osetljivom štitu ogromne površine, da temperatura ostane optimalna za rad i da komunikacija između teleskopa i kontrolne sobe teče neometano. A to su samo najkrupniji i najočigledniji rizici. Džejms Veb je jedno od najvećih i najskupljih kockanja u istoriji istraživanja svemira, ali je potencijalno i projekat koji nam može otkriti neke od najvećih tajni univerzuma. A ljudi ne bi bili ljudi kada ne bi pristali na takve izglede. Opklade su otvorene. — ⊗