NAUKA I EDUKACJA

Teleskop Webba - wielkie koszty i ambicje. Czy JWST będzie legendą na miarę Hubble'a? [RAPORT]

Rysunek koncepcyjny Teleskopu Kosmicznego Jamesa Webba
Fot. NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez

Po ponad trzydziestu latach funkcjonowania słynnego Teleskopu Kosmicznego Hubble'a, środowisko naukowe całego świata jest już bardzo blisko zapoznania się z możliwościami kolejnego instrumentu, który ma przesunąć granice badań Wszechświata. Teleskop Jamesa Webba, nazwany tak na cześć dawnego administratora NASA - jednego ze współautorów sukcesu programu Apollo - bywa określany też wprost następcą popularnego, ale wiekowego już "Hubble'a"... choć w przeciwieństwie do tego mniejszego, ale dwukrotnie cięższego obiektu (działającego głównie w paśmie widzialnym), JWST będzie prowadził swoje obserwacje przede wszystkim w bliskiej podczerwieni. Dzięki temu jednak będzie w stanie zajrzeć dalej i głębiej, także poza obłoki pyłów i gazów, odsłaniając jedne z najbardziej tajemniczych i niedostatecznie poznanych rejonów widzialnego Wszechświata. Po tym, jak z pomocą Europejskiej Agencji Kosmicznej i ciężkiej rakiety Ariane 5, zamknięto etap naziemnych przygotowań obserwatorium do działania, rozpoczyna się weryfikacja wieloletnich starań tysięcy osób, które przyłożyły rękę do powstania tego teleskopu.

Start

Sobota 25 grudnia 2021 r. przeszła do historii jako długo wyczekiwany moment zakończenia długotrwałych i żmudnych przygotowań do wyniesienia Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (James Webb Space Telescope - JWST) w przestrzeń kosmiczną. Odpalenie rakiety nośnej Ariane 5 z cennym, sześciotonowym ładunkiem nastąpiło o godzinie 13:20 czasu polskiego. Start miał miejsce z należącego do Europejskiej Agencji Kosmicznej kosmodromu Kourou w Gujanie Francuskiej, położonego w dogodnej lokalizacji pod względem wynoszenia ciężkich ładunków kosmicznych - z racji swojego położenia bardzo blisko równika. Dzięki niemu system nośny może w niemal stu procentach skorzystać z "darmowego" pędu wynikającego z rotacji planety wokół własnej osi.

Udane wyniesienie nie oznacza przy tym końca zasadniczych wyzwań stojących przed inżynierami misji na drodze do uruchomienia teleskopu - a właściwie, jest dopiero ich początkiem, zważywszy na skomplikowaną procedurę rozkładnia i kalibracji urządzenia na orbicie, składającej się na ponad 300 zdefiniowanych kroków warunkowych w sekwencji działań przygotowawczych. JWST ma przy tym do przebycia jeszcze półtora miliona kilometrów, zanim dotrze do docelowego punktu libracyjnego (Lagrange'a) L2, dającego możliwość zrównoważonego grawitacyjnie zakotwiczenia obiektu w układzie Ziemia-Słońce. Tamże, po blisko miesiącu podróży i kolejnych pięciu miesiącach potrzebnych do odpowiedniego schłodzenia lustra i przygotowania optyki, teleskop Jamesa Webba rozpocznie (jak mamy nadzieję) przesyłanie na Ziemię ogromu danych i zdjęć ukazujących Wszechświat w początkowych stadiach powstawania jego obiektów (czyli do czasów relatywnie bliskich Wielkiemu Wybuchowi, zaledwie kilkaset milionów lat po jego szacowanym wystąpieniu).

Rakieta nośna Ariane 5
Fot. NASA/Bill Ingalls

Rozwijany od połowy lat 90. XX wieku JWST pomoże tym samym przesunąć granice zdolności poznawczych, które w dziedzinie astronomii są przedmiotem niesłabnącego ludzkiego zainteresowania od zarania dziejów.

Wrodzona ludzka fascynacja tajemnicami kosmosu

Odwieczne dążenie do odkrywania i sięgania dalej w kosmiczną głębię znajduje swoje odzwierciedlenie w najstarszych znanych cywilizacyjnych zapisach i znaleziskach archeologicznych. W wielu miejscach na świecie napotykane są pozostałości po dawnych, prehistorycznych stanowiskach astronomicznych, takich jak położony w Egipcie Nabta Playa, dzierżący tytuł najstarszego z nich. Wielkie konstrukcje megalityczne i znajdujące się na dnie niegdyś istniejącego jeziora ich pozostałości były częścią funkcjonującego dziewięć tysięcy lat temu zegara słonecznego, wyznaczającego odpowiedni moment na przeprowadzenie obrzędów i praktyk kultu. W ciągu następnych tysięcy lat obserwacja nieba były nierozłącznym elementem w funkcjonowaniu starożytnych cywilizacji: od Egiptu, po Mezopotamię, Palestynę, cywilizację doliny Indusu, Chiny, Grecję, Rzym, ale także i wiele innych zorganizowanych ośrodków społeczno-państwowych, na każdym kontynencie.

Przez dalsze wieki i epoki podejście do pomiarów astronomicznych mocno ewoluowało - zmieniał się także sposób obserwowania nieboskłonu. Przez tysiące lat ludzkość spoglądała nań nieuzbrojonym okiem aż do momentu wynalezienia prawdopodobnie przez niderlandzko-niemieckiego optyka, Hansa Lipperheya (w 1608 roku) urządzenia zwanego teleskopem. Lipperhey przy jego opracowaniu korzystał z dobrodziejstwa z pradawnym rodowodem, czyli soczewek powiększających. Niedługo później w wielu miejscach Europy zaczęły pojawiać się teleskopy soczewkowe (refraktory), a liczni ich twórcy nie stronili od przypisywania sobie pionierskiej roli na tej ścieżce rozwoju obserwacji nieba - aczkolwiek najpopularniejszym pierwszym teleskopem astronomicznym w dziejach stał się ten stworzony przez Galileusza. Z jego pomocą wielki włoski uczony dokonywał znaczących odkryć, odkrywając m.in. cztery księżyce Jowisza (nazywane na jego cześć „galileuszowymi" – Io, Europa, Kalisto i Ganimedes), rozciągnięty kształt Saturna, a nawet dostrzegając ciemne plamy na tarczy słonecznej (jako pierwszy z Europejczyków). Tutaj warto też podkreślić, że wielki przewrót w astronomii dokonany niewiele wcześniej za sprawą Mikołaja Kopernika nastąpił jeszcze bez dostępu do tego typu bardziej zaawansowanych przyrządów (Kopernik korzystał w swoich obserwacjach głównie z kwadrantu, trójkąta paralaktycznego oraz astrolabium).

Wczesny holenderski teleskop
Wczesny holenderski teleskop
Fot. Adriaen van de Venne/Wikimedia (domena publiczna)
Fot. Giuseppe Bertini (domena publiczna

Znaczący postęp, jakim w dziedzinie astronomii dokonał się dzięki prostemu teleskopowi optycznemu, nastąpił nie tylko dzięki wynalezieniu, ale także późniejszemu ulepszeniu lunety Galileusza (nie była pozbawiona wad). Problemem teleskopów soczewkowych jest zauważalna aberracja (chromatyczna i sferyczna), której można jednak uniknąć, stosując zwierciadła odbijające światło w kierunku okularu. Otrzymano w ten sposób teleskop zwierciadlany (reflektor) - za jego pierwszego konstruktora uznaje się słynnego angielskiego fizyka Izaaka Newtona (ten rodzaj teleskopu zwykło się też określać mianem "newtonowskiego"). To właśnie jego konstrukcja dopełniła podwalin współczesnej astronomii obserwacyjnej, umożliwiając dalszy bujny rozwój instrumentów optycznych.

Trudne początki teleskopów kosmicznych i przełom "Hubble'a"

Obserwacje naziemne za pomocą reflektorów bądź refraktorów trwają do dnia dzisiejszego, aczkolwiek z poziomu gruntu poznawanie głębokiego kosmosu jest utrudnione. Przeszkodę stanowi sama ziemska atmosfera, która zniekształca, odbija lub wręcz całkowicie absorbuje docierające do Ziemi fale konkretnych pasm emisji elektromagnetycznej. W związku z tym, na początku dwudziestego stulecia zaczęto coraz poważniej rozważać pomysł umieszczenia teleskopu ponad gęstszymi warstwami ziemskiej atmosfery. Jednakże na przeszkodzie przez wiele dekad stały naturalnie jeszcze niedostateczne zdolności techniczne, dotyczące nie tylko samego przyszłego teleskopu kosmicznego, ale również i systemów nośnych. Do pomysłu w pewnym stopniu powrócono na przełomie lat sześćdziesiątych i siedemdziesiątych, w ramach pionierskiego okresu eksploracji kosmosu (przede wszystkim jako część amerykańskich programów Orbiting Astronomical Observatory i Large Space Telescope), jednakże z powodu cięć budżetowych programy musiały zostać anulowane.

Wizualizacja OAO-1 umieszczonego na orbicie
Fot. Autor nieznany/Wikimedia (domena publiczna)

Ponowne podejście przypadło na przełom lat siedemdziesiątych i osiemdziesiątych, wraz z poszukiwaniem wykonalnych koncepcji i szerszych funduszy na teleskop kosmiczny. Ostatecznie zdecydowano, że będzie on posiadał zwierciadło o średnicy 2,4 m (zamiast planowanych 3), co było podyktowane znacznie mniejszym budżetem NASA niż podczas programu Apollo. Dość szybko postanowiono, że nowe urządzenie będzie nosiło imię Edwina Hubbla – astronoma, który zaobserwował i mierzalnie opisał stwierdzone przez siebie rozszerzanie się Wszechświata. Przystąpiono również do prac w kilku ośrodkach: Centrum Lotów Kosmicznych im. George'a Marshalla (projekt, rozwój teleskopu), Centrum Lotów Kosmicznych im. Roberta Goddarda (kontrola nad misją) oraz laboratoriach Perkin-Elmer (zwierciadło i optyka). Firmie Lockheed zlecono z kolei zadania związane z operacjami pojazdu nośnego (do wyniesienia teleskopu posłużył wahadłowiec Discovery).

Czytaj też

Pionierski teleskop został wystrzelony 24 kwietnia 1990 roku z Przylądka Canaveral i został umieszczony na orbicie o perygeum 537 kilometrów, apogeum 540 km i nachyleniu około 28,5 stopnia. Dzięki tej wysokości kosmiczny teleskop znajduje się znacznie wyżej niż większość sztucznych obiektów wyniesionych przez człowieka w ostatnim trzydziestoleciu. Jednakże zaledwie po tym jak urządzenie wykonało pierwsze zdjęcie okazało się, że ze zdolność rozdzielcza Hubble'a odbiega znacznie od oczekiwanej, dając zdjęcia niskiej jakości.

Zwierciadło główne Hubble'a podczas produkcji
Fot. NASA (domena publiczna)

Mając na uwadze możliwości, jakie dawał prom kosmiczny, NASA zdecydowała się na wysłanie misji serwisowej (których sumarycznie było cztery), poczynając od pierwszej połowy grudnia 1993 roku. Wtedy to, podczas misji STS-61 (z udziałem promu Discovery) skorygowano skutek wadliwego zwierciadła głównego, montując moduł COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement).

Kolejne operacje serwisowe odbywały się średnio co kilka lat, aż do 2009 roku, kiedy to załoga promu Atlantis zaktualizowała znajdujące się w teleskopie instrumenty, wymieniając m.in. wspomniany COSTAR na spektrograf Cosmic Origins Spectrograph. Dodano zarazem specjalny port cumowniczy dla przyszłego spodziewanego urządzenia deorbitującego.

Hubble na orbicie
Fot. NASA/ESA (domena publiczna

Pasmo podczerwieni ścieżką do nowych odkryć astronomicznych

Teleskop Hubble'a, pomimo swoich imponujących odkryć i dalece dłuższej przydatności niż zakładana gwarancja operacyjna, niebawem przejdzie do historii – szczególnie po poważnych awariach żyroskopów i komputerów pokładowych, jakie miały miejsce na przestrzeni kilkudziesięciu ostatnich miesięcy. Ograniczeniem jest też "niedzisiejsza" już technologia, która w wypadku HST pochodzi w dużej mierze z lat osiemdziesiątych. Ponadto możliwości obserwacji dalszych zakątków Wszechświata, a zarazem jego początków za pomocą teleskopu Hubble są ograniczone – głównie ze względu na niewystarczający rozmiar zwierciadła, jak i sam fakt zainstalowanych instrumentów, rejestrujących głównie fale światła widzialnego.

Dodatkowo obserwacje tego typu nie pozwalają na uwypuklenie szczegółów odległego obiektu, gdyż pewna część fotonów jest absorbowana przez obłoki gazu i pyłu, utrudniając badania. Rozwiązaniem na takich dystansach (gdzie następuje znaczne już przesunięcie fal ku czerwieni - redshift) jest detekcja fal podczerwonych, także dlatego, że fotony z zakresu tego widma elektromagnetycznego bez przeszkód przenikają przez „kosmiczne przeszkody" (chmury pyłu i gazu). W ten sposób dzięki kosmicznemu teleskopowi obserwującego w podczerwieni można zauważyć to, co do tej pory pozostawało poza zasięgiem zdolności obserwacyjnych, a w szczególności obiekty skryte za mgławicami bądź te emitujące niewiele fotonów w zakresie fal światła widzialnego, czyli m.in. pierwsze masywne gwiazdy pochodzące z okresu młodego Wszechświata, powstałe ok. 100 milionów lat po Wielkim Wybuchu.

Ekstremalnie Głębokie Pole Hubble'a - najdalej sięgające zdjęcie w zakresie fal światła widzialnego
Fot. NASA/ESA (domena publiczna)

Pomysł budowy teleskopu działającego w podczerwerwieni nie jest wymysłem nowym - co więcej, urządzenia takie trafiały już w kosmos (jak teleskop Spitzera - od nazwiska amerykańskiego astrofizyka Lymana Spitzera, który w latach 40. XX w. jako jeden z pierwszych zaproponował koncepcję umieszczania teleskopu w przestrzeni kosmicznej). Zamysł stworzenia samego JWST był podejmowany już we wczesnych latach dziewięćdziesiątych, tj. w momencie trwania pierwszej misji serwisowej Hubble'a, gdy zaniepokojeni astronomowie zrzeszeni w HST & Beyond Committee zaczęli wyrażać swoje obawy na wypadek ewentualnego niepowodzenia misji, a zarazem utraty teleskopu.

Kręta droga JWST

W połowie lat dziewięćdziesiątych zaczęły powstawać pierwsze szkice koncepcyjne Teleskopu Kosmicznego Nowej Generacji (Next Generation Space Telescope), umieszczonego w oddalonym o półtora miliona kilometrów od Ziemi punkcie libracyjnym L2 układu Ziemia-Słońce. Jest to o tyle korzystny punkt zakotwiczenia w przestrzeni kosmicznej, że umieszczony tamże obiekt niewielkiej masy może pozostawać w spoczynku względem masywnych ciał układu, bez obawy o ewentualne zdryfowanie satelity w nieokreślonym kierunku. Co równie ważne, instrument jest tam całkiem dobrze izolowany (m.in. dzięki tarczy księżycowej) od zakłóceń widma elektromagnetycznego pochodzących z Ziemi.

Szkic koncepcyjny NGST
Fot. STSI (domena publiczna)

Przez kolejne kilka lat prac, Centrum Lotów Kosmicznych imienia Roberta H. Goddarda oraz Naukowy Instytut Teleskopów Kosmicznych zajmowały się analizowaniem poszczególnych projektów. Niedługo później do prac przystąpiły spółki takie jak TRW (część firmy odpowiedzialna za produkowanie statków kosmicznych została później przejęta przez Northrop Grumman) i Ball Aerospace, czy zagraniczne agencje kosmiczne takie jak europejska czy kanadyjska.

Czytaj też

Początek XXI wieku upłynął pod znakiem określania kolejnych kamieni milowych w programie NGST. W sierpniu 2002 roku nadano nazwę teleskopowi – patronem został zmarły przed dekadą, drugi w kolejności historycznej administrator NASA - James E. Webb, który przyłożył swoją rękę do sukcesu księżycowego programu Apollo. Dwa lata później rozpoczęły się faktyczne prace nad JWST, produkując pierwsze elementy instrumentów i luster, mając w nadziei, że uda się przeprowadzić start w 2007 roku, a cały budżet produkcji urządzenia zamknie się w kwocie miliarda USD. Tak się jednak nie stało, a w międzyczasie NASA została zmuszona przenieść swoją główną uwagę na badanie przyczyn katastrofy promu Columbia czy też zainicjowane przez administrację prezydenta Busha prace nad programem Constellation.

James Edwin Webb
Fot. NASA

Rozwój teleskopu kosmicznego Jamesa Webba postępował powoli. Przyszedł rok 2007 i rozpoczęcie kluczowych prac nad poszczególnymi instrumentami, w tym produkcją 18 luster, szkieletu dla zintegrowanego modułu naukowego ISIM, a ostatecznie także poszczególnych urządzeń naukowych. W ciągu kilkunastu lat pracy nad teleskopem niejednokrotnie dochodziło do krytycznych momentów.

Jeden z nich miał miejsce w 2011 roku, po niemal dekadzie prac rozwojowych nad JWST, ze strony parlamentarnego komitetu ds. handlu, sprawiedliwości i nauki padła propozycja anulowania prac nad teleskopem, argumentując wniosek złym zarządzaniem pieniędzmi przez główny organ nadzorujący budowę, czyli NASA. Agencja miała ponadto w 2012 roku otrzymać mniejszy o kilka miliardów USD budżet, co potencjalnie mogłoby wpłynąć na rozwój innych programów. Ostatecznie, po paromiesięcznej batalii odstąpiono od tego pomysłu, a w niedługo potem w ISIM (Integrated Science Instrument Module) zaczęto sukcesywnie dodawać nowe urządzenia – wraz z kolejnymi etapami montażu instrumentów badawczych data startu coraz bardziej jednak odsuwała się w czasie.

Moduł ISIM
Fot. NASA

Zakończenie składania głównych komponentów teleskopu obwieszczono ostatecznie w 2016 roku, rozpoczynając kampanię testową całego urządzenia, co miało zapewnić zielone światło do lotu w październiku 2018 roku. Jednakże ta data także okazała się nietrwała - głównie ze względu na zauważenie niepokojących anomalii, które za wszelką cenę należało zniwelować ze względu na charakter docelowej orbity, która uniemożliwia obecnie wysłanie misji serwisowej. To wiązało się natomiast z potrzebą wykonania kolejnych serii testów. Polegały one m.in. na sprawdzeniu jak teleskop zachowa się podczas startu, gdzie mamy do czynienia z dość wysokim poziomem wibracji i natężenia dźwięku (w granicach 150 decybeli), a na późniejszym etapie – także podczas wystawienia na trudne warunki w przestrzeni kosmicznej. Do tego celu użyto specjalnej komory kriogenicznej, która schłodziła teleskop do temperatury zaledwie kilkudziesięciu Kelwinów.

Testy kriogeniczne luster teleskopu
Fot. NASA

Pasmo opóźnień i ostatnie testy

Wyczekiwana data była przekładana także w finalnej fazie przygotowań startowych - w 2021 roku co najmniej pięć razy. Wcześniej, na podstawie zalecenia specjalnej i Niezależnej Rady Opiniującej, złożonej z grona ekspertów różnych ośrodków akademickich NASA przyjęła jako ostateczną datę startu termin 30 marca br. - jednak w obliczu wybuchu pandemii koronawirusa pojawiły się dodatkowe komplikacje, a datę przesunięto na październik. Co istotne, każda taka decyzja nakładała przymus opłacania dodatkowych transz za bezpieczne magazynowanie i opiekę nad cennym sprzętem, a także kosztownych testów upewniających o działaniu wszystkich podzespołów. Tym samym rosły znacząco koszty całkowite programu, przekraczając narzucony przez Kongres w 2011 roku limit 8 miliardów USD i wywołując po stronie organu prawodawczego oznaki konsternacji i głosy krytyki względem NASA.

Czytaj też

Zdarzały się również przypadki incydentalne - jak ten związany z konserwacją podzespołów napędowych (a dokładniej, zaworów silników korekcyjnych) niewłaściwą substancją, co w wyniku kontaktu "rozpuszczalnika" ze skomplikowanymi mechanizmami powodowało domniemane uszkodzenia. Ponadto ekspertyzy wykazały nietrwałość łączeń w instalacji elektrycznej teleskopu, a to z kolei w konsekwencji skutkowało przerwaniem obwodów oraz skokami napięcia w instalacji, co w warunkach kosmicznych i braku możliwości serwisowania skazywałoby jedno z najkosztowniejszych urządzeń na świecie na bezpowrotny przepadek.

Fot. NASA

Incydenty trapiły projekt aż do końca przygotowań naziemnych. Dość groźnie wyglądająca sytuacja przydarzyła się pod koniec listopada br., gdy w toku przygotowań do połączenia teleskopu z adapterem transportowym znajdującym się na szczycie zespołu nośnego doszło do samoczynnego wyczepienia się zacisku mocującego. Wymusiło to kolejny, ale jednak krótkotrwały przestój, który wiązał się z dodatkowym testem kontrolnym - na szczęście w jego trakcie nie stwierdzono jakichkolwiek uszkodzeń.

Ostatecznie po wyeliminowaniu wszelkich problemów z teleskopem, zakończeniu wieloletnich testów i upewnieniu się, że teleskop nie posiada żadnych wadliwych elementów, europejski partner NASA i operator rakiety Ariane 5, czyli Europejska Agencja Kosmiczna oraz spółka Arianespace, mogły skupić się na zadaniu dostarczenia cennego instrumentu na zadaną orbitę. W końcowym epizodzie przygotowań pewne utrudnienia spowodowała jeszcze pogoda, jednak ostatecznie zapowiadany na grudzień start udało się zrealizować.

Ariane 5 z JWST na pokładzie oczekujący na start
Fot. NASA

Charakterystyka instrumentów teleskopu

Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba po rozłożeniu ma mieć wymiary 20x14 metrów z 6,6 metrowym zwierciadłem składającym się z 18 sześciokątnych segmentów zbudowanych z berylu i złota (jako warstwa wierzchnia luster). Ten pierwszy pierwiastek został wybrany nieprzypadkowo – beryl charakteryzuje się dogodnymi właściwościami w temperaturach rzędu zaledwie kilku, kilkudziesięciu Kelvinów, zaś złoto doskonale odbija podczerwień. Zwierciadło główne, moduł ISIM (Integrated Science Instrument Module) oraz zamontowane na wysięgniku zwierciadło pomocnicze wchodzą w skład Optical Telescope Element i umiejscowione są prostopadle do specjalnej, pięciowarstwowej osłony słonecznej, chroniącej lustro główne oraz instrumenty przed nadmiernym wpływem promieniowania słonecznego i temperatury.

Fot. NASA

Część konstrukcji wystawiona na działanie Słońca (i w kierunku Ziemi) obejmuje takie elementy jak: antena, panel słoneczny, systemy komputera pokładowego, silniki korekcyjne, żyroskop oraz szukacz gwiazd. Co ciekawe, planowano również instalację węzła cumowniczego, mając w nadziei, że przyszłe misje NASA na statku Orion będą mogły mieć charakter serwisowy (tak jak w wypadku Hubble'a), aczkolwiek plan, prawdopodobnie ze względu na koszty, zarzucono.

Moduł ISIM
Fot. NASA

Teleskop po stronie osłoniętej (ze zwierciadłem głównym) posiada moduł ISIM, będący w istocie urządzeniem naukowym integrującym w sobie wiele instrumentów badawczych, przechwytujących odbite przez zwierciadło wtórne światło odległych gwiazd. Najważniejszą aparaturą ISIM jest kamera bliskiej podczerwieni (Near-Infrared Camera), stworzona przez amerykański Uniwersytet w Arizonie. Jej zadaniem jest rejestrowanie obrazu głębokiego kosmosu w falach bliskiej podczerwieni (o długości od 0,6 do 5 mikrometrów) przy zastosowaniu dziesięciu detektorów rtęciowo-kadmowo-tellurowych. Zaletą tej kamery jest możliwości dostrzeżenia słabo świecących obiektów, które dodatkowo zostały przyćmione przez jaśniejszy za pomocą koronografu, co szczególnie może przysłużyć się łatwiejszej obserwacji planet pozasłonecznych.

NiRCam instalowany w ISIM
Fot. NASA

Obok kamery działa opracowany przez Europejską Agencję Kosmiczną spektrograf (Near-Infrared Spectrograph) badający widmo w bliskiej podczerwieni do 100 obiektów jednocześnie. Naukowcom analiza widma ujawni właściwości fizyczne, w tym masę, temperaturę czy skład chemiczny atmosfery. Pozwoli to na poznanie szczegółów fizycznych pierwszych gwiazd młodego Wszechświata, a także na poszukiwanie biosygnatur, czyli śladów życia na odległych światach.

YouTube cover video
Spektrograf NIRSpec

Z kolei Kanadyjska Agencja Kosmiczna opracowała dwa połączone mechanicznie urządzenia (lecz z odrębną optyką) Fine Guidance Sensor i Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS). Tak jak możemy powiedzieć o ziemskich teleskopach, że ich nierozłącznym elementem jest szukacz, który dzięki niewielkiemu przybliżeniu ułatwia nakierowanie tubusu na pożądany obiekt, tak w wypadku teleskopów kosmicznych jest podobnie – guider pozwala na szybkie nakierowaniu teleskopu na poszukiwane ciało niebieskie. NIRISS z kolei jest instrumentem łączącym NIRCam i spektrograf NIRSpec, aczkolwiek z przeznaczeniem tylko do badania egzoplanet.

Optyka modułu NIRISS
Fot. NASA

Wspólnym dziełem ESA i NASA JPL jest natomiast działający w średnim zakresie podczerwieni (długość fali elektromagnetycznej: 5-28 mikrometrów) Mid-Infrared Instrument. Jest to zintegrowany spektrograf z szerokokątną kamerą, pozwalającą na badanie odległych, słabo widocznych obiektów głębokiego kosmosu, zarówno galaktyk jak i bliższych ciał z Pasu Kuipera.

Moduł MIRI łączony z ISIM
Fot. NASA

Czy James Webb posiada ubezpieczenie?

Złożoność misji i jej sama wartość pieniężna, pomimo pieczołowitości i wysiłku włożonego w testowanie, składnia do stawiania pytań ewentualne zabezpieczenie finansowe niepowodzenia na którymś z rychłych etapów misji - i tego, w jaki sposób zaangażowane agencje kosmiczne są przygotowane do ewentualnej przedwczesnej utraty teleskopu, która może nastąpić na niemalże każdym etapie przygotowań i samej misji czy lotu systemu nośnego (zawsze o niezerowym prawdopodobieństwie porażki). Program Teleskopu Kosmicznego Jamesa Webba jest pod tym względem piątym najdroższym programem w dotychczasowej historii podboju kosmosu (wyższe koszty absolutne wygenerowały tylko: system GPS, program Apollo, stacja ISS i program wahadłowców kosmicznych).

Czytaj też

Kosmiczne ubezpieczenia są stosowane powszechnie w wypadku rutynowych misji rakietowych, obejmujących najczęściej satelity telekomunikacyjne lub obrazowania ziemskiego, chroniąc operatora przed bankructwem lub odpowiedzialnością cywilną. W wypadku NASA, instytucji państwowej, uzależnionej od budżetu nadanego przez Kongres, misje nie podlegają ubezpieczeniu w rozumieniu rynkowym, czyli na zasadach komercyjnej umowy z agencją ubezpieczeniową. Warto przy tym wspomnieć, że rekordowe ujawnione wartości polis sięgały nawet 400 mln USD, co stanowi niecałe 5 procent wartości całej misji Teleskopu Kosmicznego Jamesa Webba. To czyni ubezpieczenie takiego przedsięwzięcia jako całości praktycznie wykluczonym z komercyjnej realizacji.

Ewentualne niepowodzenie oznaczałoby zatem prawdopodobnie poważne konsekwencje dla reputacji i przyszłych projektów NASA - objawiające się w redukcji środków finansowych, jakie władze państwowe byłyby skłonne lokować w podobnych projektach naukowych. Skutkiem byłoby też powołanie specjalnych komisji badających zasadność podjętych środków zaradczych i ewentualną rolę czynnika ludzkiego w wystąpieniu danej anomalii - aczkolwiek bankructwo agencji w tym przypadku nie powinno mieć miejsca.

Opóźnienia i wzrost kosztów JWST. Źródło: Opening statement of Rep. Lamar Smith for July 25, 2018 hearing on James Webb Space Telescope: Program Breach and Its Implications. https://tinyurl.com/ybu3nzge

W oczekiwaniu na "nową erę" kosmicznych odkryć

Przygotowania do zebrania „pierwszego światła" będą trwały około pół roku. To oznacza, że już w drugiej połowie 2022 roku naukowcy będą mogli spojrzeć na jedną z galaktyk ESO-137, „zasysaną" grawitacyjnie przez gromadę innych tego typu obiektów, w celu zbadania materii gwiezdnej młodych galaktyk. Jednak zanim to nastąpi, teleskop będzie musiał zostać przygotowany do pracy, co oznacza ogrom zaangażowania zespołu kontroli lotu i napięcia związanego z niepewnością co do powodzenia procedury.

Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba powinien prowadzić swoje, miejmy nadzieję, przełomowe obserwacje astronomiczne przez minimum pięć lat. Historia pokazuje, że misje są wielokrotnie wydłużane, jak to miało miejsce w przypadku teleskopu Hubble'a, który przez bieżącą dekadę powinien być jeszcze w pewnym stopniu funkcjonalny (zakładając, że nie dojdzie do kolejnej poważnej awarii). Wciąż funkcjonujący poprzednik JWST od ponad 30 lat dostarcza ludzkości zapierające dech w piersiach zdjęcia głębokiego kosmosu - podobnie powinno być z "Webbem", który pozwoli bliżej przyjrzeć się narodzinom pierwszych gwiazd, zaglądając w chronologii Wszechświata niemal do granicy, poza którą sięgnięcie optyką jest nieomal fizycznie niemożliwe.

YouTube cover video

Należy się też spodziewać, że już niebawem pojawią się doniesienia o pierwszych przymiarkach do prac koncepcyjnych nad następcą teleskopu Jamesa Webba. Jeśli ich początek przypadnie na przełomie tej i kolejnej dekady, jest duża szansa, że kolejne przełomowe obserwatorium znajdzie się w kosmosie jeszcze przed końcem pierwszej połowy XXI wieku.

W międzyczasie światowe agencje kosmiczne współpracujące z NASA skupią prawdopodobnie swoją główną uwagę na programach eksploracyjnych: księżycowym i powiązanym z nim marsjańskim. Równolegle i w miarę możliwości teleskop JWST będzie eksploatowany do samego schyłku żywotności jego instrumentów i aż do wyczerpania zapasów paliwa potrzebnego do korygowania orbity zakotwiczonej w punkcie L2.

YouTube cover video
Komputerowa symulacja formowania się pierwszej gwiazdy

Komentarze