Jde o nejdokonalejší astronomickou observatoř, kterou kdy lidstvo vyslalo do vesmíru, a o nejdražší vědeckou aparaturu, kterou kdy NASA nechala zhotovit. Přišla na 10 miliard dolarů! Obdobnou sumu si vyžádal třeba vývoj raketoplánu Space Shuttle. Webbův teleskop umožní pohled do časů tak vzdálených, že to míjí lidskou představivost - do časů vzniku vesmíru, snad až do momentu velkého třesku.
Nový zázrak pozemské techniky, Vesmírný dalekohled Jamese Webba, je v zásadě velkou astronomickou vesmírnou observatoří. Ta, jak věří její konstruktéři i astronomové, podstatně rozšíří už i tak velmi zajímavé a zásadní objevy Hubbleova vesmírného dalekohledu (HST), který od roku 1990 obíhá Zemi ve výšce cca 569-600 km a postupně dosluhuje. Webbův teleskop však bude pracovat v kosmickém prostoru ve vzdálenosti 1,5 milionu km od Země, tedy čtyřikrát dále než je Měsíc, v libračním centru L2, kde se gravitační síly Země a Slunce vyrovnávají.
Teleskop se na cestu do kosmu vypravil 25. prosince 2021 z kosmodromu Kourou ve Francouzské Guyaně s pomocí rakety Ariane 5. Jeho cesta do místa určení ovšem trvala celý měsíc, do 24. ledna. Prvních skutečně pracovních snímků, zhotovených v infračerveném spektru, se dočkáme až v létě po zahájení provozu. Očekávání vědecké obce jsou veliká: Webb je navržen tak, aby umožnil mnohem lepší rozlišení v infračerveném spektru než HST a zobrazoval objekty s až 100× slabším vyzařováním.
Pro koho a co chytá JWST
Jeho aparatury umožní širokou škálu výzkumů napříč obory astronomie a kosmologie: pozorování rudého posuvu nejstarších a nejvzdálenějších objektů, detailní charakterizaci atmosféry potenciálně obyvatelných exoplanet, a studium hvězd v raném stáří či tvorby galaxií. Kromě exoplanet rozšíří JWST možnosti pozorování raných galaxií a hvězd, o kterých se vědci domnívají, že vznikly jen sto milionů let po velkém třesku.
Odborníci očekávají, že infračervené schopnosti JWST umožní nahlédnout zpět v čase k prvním galaxiím a že jejich světlo, prodloužené kosmickým červeným posuvem, dorazí do zrcadla dalekohledu a bude analyzováno na palubě. Na Deep space pozorování se soustředí díky primárnímu zrcadlu o průměru 6,6 m, které je složeno z 18 hexagonálních segmentů vyrobených z pozlaceného berylia a pokrytých zlatem. Zrcadlo tvoří 25,37 m2 sběrné plochy, která je 5,5× větší než u Hubbleova dalekohledu.
Pro maximalizaci přesnosti zaměření je každý segment poháněn samostatně a umožňuje nastavit orientaci v rozmezí 6°. Sekundární zrcadlo má průměr 0,74 m a součástí optiky je také přesné řídicí zrcadlo s funkcí rychlé stabilizace obrazu. Pasivní chlazení zajišťuje pětivrstvá sluneční clona z Kaptonu E s vrstvami hliníku a dotovaného křemíku, která udržuje teploty pro infračervené pozorování na ultrané nízké úrovni. Kryochladič MIRI udržuje teplotu -6 K (−267 °C) pro středně až dlouhé infračervené vlnové délky.
Vědecké nástroje a jejich role
V JWST je integrován ISIM (Integrated Science Instrument Module), který poskytuje energii, výkon a stabilitu pro vědecké přístroje. V něm jsou čtyři vědecké přístroje a naváděcí kamera. Infračervená kamera NIRCam pokrývá spektrum od 0,6 μm do 5 μm a má 10 snímačů s 4 miliony pixelů každý. Zaměřuje se na detekci světla z blízkých galaxií, hvězd a objektů Kuiperova pásu.
NIRSpec (Near Infrared Spectrograph), vyvinutý Evropskou kosmickou agenturou v Noordwijku, provádí spektroskopii ve stejném rozsahu jako NIRCam a dokáže detekovat „první světlo“ vesmíru emitované primordiálními hvězdami. Slitless spektrograf Slitless Spectrograph posiluje možnosti detekce exoplanet i jejich atmosfér, včetně vody a oxidu uhličitého, a režim pro více objektů umožňuje současné pozorování stovek objektů najednou.
Dalším zařízením je kamera pro střední infračervenou oblast a MIRI, která měří vlnové délky od 5 do 27 μm. MIRI je klíčový pro studium prachových mračen, hvězdotvorných disků a jádra aktivních galaxií. Teplota MIRI musí zůstat nízká a chlazení zajišťuje plynný helium. Kanadská aparatura FGS/NIRISS slouží ke stabilizaci zorného pole a přesnému navádění teleskopu během vědeckých pozorování, zejména při pozorování z L2.
Jako vědecké a provozní středisko JWST byl vybrán STScI v Baltimore na Johns Hopkins University, které bude zodpovědné za vědecký provoz dalekohledu a distribuci dat světové komunitě. Náklady na celý provoz JWST odhaduje NASA na 9,7 miliardy USD, z nichž 8,8 miliardy USD stál vývoj a výroba a 861 milionů připadá na pětiletý provoz.
Historie, vývoj a rizika
JWST vychází z myšlenky NGST (Next-Generation Space Telescope) prezentované v roce 1989 a vyvíjené od roku 1996. První koncept měl 8m zrcadlo a postupně se z něho stal 6,6 m teleskop. NASA zapojila ESA a CSA a projekt čelil opožděním, kdy byl start několikrát odkládán: původně 2007, pak 2014, 2018, 2020 a konečně 2021. Start 25. prosince 2021 a následné uvedení do provozu vyžadovaly precizní a bezporuchový let; jakákoli chyba by mohla znamenat ztrátu „cíle“ v L2 a ztrátu miliard dolarů.
Hlubší paralely s Hubbleovým teleskopem připomínají i temné kapitoly špionáže: KH-11 (Kennan) byl tajný satelit s primárním zrcadlem 2,4 m, jehož vývoj a rozpočet a srovnání se HST bývá často zmiňováno. Na rozdíl od JWST však KH-11 nebyl určen pro vědecké zkoumání vesmíru veřejně, ale pro špionážní účely. Vkročení JWST do vesmíru představuje průlom realizovaného mezinárodního partnerství NASA, ESA a CSA, které dává vzniknout jediné největší kosmické observatoři pro infračervené zkoumání.
V době startu bylo jasné, že JWST bude čelit rizikům: spousta riskantních fází při rozbalování aparatury ze startovní kukly, včetně rozevření panelů, rozvinutí protisluneční clony a sestavení primárního zrcadla. Po vypuštění a postupném ochlazení čekají několik měsíců kalibrační a testovací procedury, než začne vědecký program. Jedinečná šance pozorovat exoplanety a rané hvězdy však vyžaduje i solidní obranu proti poruchám a výpadkům.
V roce 2023 ukázaly data JWST, že teleskop dokáže pracovat i pro hledání malých těles v hlavním pásu planetek - tím potvrzuje jeho univerzálnost. Studie popisuje, že JWST je schopný detekovat malé objekty ve vzdáleném Slunečním systému díky infračervenému vidění a metodě posunu a skládání (shift-and-stack). To umožňuje identifikovat stovky malých těles v hlavním pásu a dokonce i v okolí Jupiteru, včetně exoplanet a jejich atmosfér.
Podle vědců je pro planetární obranu důležité rychlé zjištění vážných hrozeb a rychlá spolupráce s dalšími observatořemi pro určení dráhy. JWST má významnou roli při posuzování velikosti, složení a potenciálního vlivu planetek, které by mohly sloužit k plánování případných zásahů nebo misí k jejich odklonění. NASA plánuje také zavedení nového dalekohledu Near-Earth Object Surveyor (NEO) pro specifické lovy planetek v infračerveném spektru a dokončení planetárního obranného balíčku pro 21. století.
Poznámky z české a evropské perspektivy
České astronomické kruhy se do projektu JWST zapojily i prostřednictvím pozorovacích prací a veřejných článků; například byly zveřejněny snímky JWST z českých observatoří a zástupci české astrofotografie představovali výsledky a zkušenosti spojené s tímto vesmírným projektem. JWST byl také natolik významný, že se stal zdrojem inspirace pro domácí a evropskou veřejnost a pro zlepšení povědomí o kosmických technologiích a výzkumu vesmíru.
Českým astronomům se podařilo zachytit start JWST a jeho trajektorii prostřednictvím místních observatoří, což ukazuje mezinárodní spolupráci a rozsah moderních pozorovacích kampaní. Do budoucna se očekává, že JWST spolu se zemskými observatořemi nabídne nová data o raných galaxiích, hvězdách a atmosféře exoplanet, a zároveň posílí přesnost záchrany a odklonu potenciálně nebezpečných planetek.
Ilustrace a vizuální doplňky
Všechna data a obrázky by měla být použita k podpoře vědeckého popisu a posílení veřejného porozumění o významu JWST pro poznání vesmíru a pro ochranu Země.
| Komponenta | Parametry | Role |
|---|---|---|
| Primární zrcadlo | 18 hex segmentů, 6,6 m průměr | Sběrná plocha a ostrost obrazu |
| Materiál zrcadla | beryllium, zlaté povrchování | stabilita při nízkých teplotách |
| Chlazení | MIRI: -6 K; kryochladič | infrarední detekce tepelného záření |
| Sluneční clona | Pětivrstvá Kaptonu E | pasivní chlazení a ochrana proti slunci |
Infračervená kamera NIRCam a NIRSpec, MIRI a FGS/NIRISS tvoří jádro vědecké kapacity JWST, která umožní detekci raných galaxií, analýzu atmosfér exoplanet a studium prachových mračen ve hvězdotvorbě. Společně s ISIM zajišťují energii, výkon a stabilitu, aby data byla spolehlivá pro mezinárodní vědeckou komunitu. Provozní centrum STScI v Baltimore zajišťuje řízení mise a publikaci výsledků světu a vyžaduje vysoké investice do budoucích misí a ochrany Země před možnými kolizemi.
tags: #vesmirny #dalekohled #na #nozickach