NASA-IN svemirski teleskop James Webb, revolucionarni instrument, trebao bi biti lansiran u subotu iz Francuske Gvajane i otvoriti novo doba astronomskih istraživanja.

Snažni infracrveni teleskop, koji je NASA predstavila kao premijerni opservatorij za svemirsku znanost sljedećeg desetljeća, poletjet će u svemir u raketi Ariane 5 koja će biti lansirana u 13:20 po srednjoeuropskom vremenu iz lansirne baze Europske svemirske agencije u Francuskoj Gvajani.

Ako sve bude po planu, instrument težak 6350 kg bit će pušten iz rakete nakon 26-minutne vožnje u svemir.

Teleskopu će nakon toga trebati mjesec dana da se doveze do svog odredišta u solarnoj orbiti otprilike milijun milja od Zemlje, što je oko četiri puta dalje od Mjeseca. 

Za usporedbu, Webbov prethodnik, svemirski teleskop Hubble, kruži oko Zemlje s udaljenosti od 340 milja, ulazeći i izlazeći iz sjene planeta svakih 90 minuta.

Ovaj teleskop, nazvan po čovjeku koji je nadzirao NASA-u tijekom 60-ih, oko sto puta je osjetljiviji od Hubblea i očekuje se da će duboko promijeniti razumijevanje svemira i mjesta čovjeka u njemu.

Webb će uglavnom promatrati svemir u infracrvenom spektru, što će mu omogućiti da prodre kroz oblake plina i prašine gdje se rađaju zvijezde, dok je Hubble djelovao prvenstveno na optičkim i ultraljubičastim valnim duljinama.

Projekt težak 11 milijardi

Projekt je težak 11 milijardi dolara iako je prema početnim projekcijama trebao stajati jednu. Doduše, u takve projekcije od početka je malo tko vjerovao. Na ideji o ovom teleskopu znanstvenici i inženjeri počeli su raditi već godinu dana prije lansiranja njegova prethodnika, Hubblea 1989. Promjer njegova zrcala, koje se sastoji od 18 šesterokutnih dijelova presvučenih zlatom, iznosi 6.5 metara, dok je promjer Hubbleova 2 metra. Golemo zrcalo složeno je nalik na origami kako bi stalo u letjelicu. Webbov zaklon od sunčeva svjetla ima površinu teniskog terena. Opremljen je brojnim sofisticiranim instrumentima, među kojima i uređajem za hlađenje kojim će se temperatura detektora infracrvene svjetlosti (MIRI) spuštati na samo 7 Kelvina, odnosno 7 Celzijevih stupnjeva iznad apsolutne nule.

Naš ugledni astronom, stručnjak za svemirske letove Ante Radonić kaže da teleskop ima masu od 6.5 tona, što je blizu maksimalne mase koju Ariane 5 može ubrzati do brzine oslobađanja kako bi teleskop stigao na 1.5 milijuna km od Zemlje.

"Ondje će kružiti oko Lagrangeove točke L 2 sustava Sunce - Zemlja, u kojoj se izjednačavaju privlačne sile Sunca i Zemlje", kaže Radonić.

Izjednačenost sila gravitacije te centrifugalne sile u L 2 omogućit će da se teleskop parkira i ostane vezan uz tu točku. Budući da se ta točka nalazi na liniji Sunce - Zemlja, ali u produžetku te linije, dalje od Zemlje i Sunca, teleskop će se trajno nalaziti s noćne strane našeg planeta (video dolje).

"Površina velikog zrcala teleskopa je 25 kvadratnih metara. Ima žarišnu daljinu od 131 metra. Štitnik od Sunca ima dužinu od 20 m i širinu od 14 m. Moći će snimati i u jednom dijelu spektra vidljive svjetlosti, u žutom, narančastom i crvenom, iako će najviše informacija prikupljati u infracrvenom dijelu spektra", kaže naš popularizator astronomije.

Snimanje u infracrvenom dijelu spektra, koji Hubble nije mogao registrirati, omogućit će mu da zabilježi zrake koje bi inače bile blokirane svemirskom prašinom te zrake iz udaljenih dijelova svemira koje su njegovim širenjem razvučene tako da su iz vidljivog svjetla pretvorene u infracrveno. Također će moći proučavati prašinu koja obavija područja stvaranja zvijezda, kao i plin između zvijezda, koji se ne može vidjeti na kraćim valnim duljinama. Nadalje, moći će snimati spektre astronomskih objekata, što znači da će njihovu svjetlost moći rastavljati na komponente kako bi odredio od kojih su materijala napravljeni.

Najveća svemirska kocka

Činjenica da će se nalaziti na tako velikoj udaljenosti od Zemlje onemogućit će da se do njega pošalje misija koja bi eventualno popravila neki mogući kvar, kao što je to napravljeno u slučaju Hubblea. Naime, stručnjaci su na zrcalu Hubblea uočili aberacije koje su onemogućavale stvaranje oštrih slika. Astronauti su ga popravili 1993. No, on je bio i zamišljen kao prvi teleskop koji će se moći popravljati i servisirati kako bi što duže obavljao svoju misiju.

Budući da je toliko skup da su neki stručnjaci postavili pitanje hoće li opravdati troškove koje najvećim dijelom snosi NASA te da se neće moći popravljati, neki su projekt nazvali kozmičkom kockom.

Zašto se Webb postavlja u svemir?

Zemljina atmosfera ometa većinu zemaljskih astronomskih studija, osobito u infracrvenom dijelu spektra. Stoga se teleskopi postavljaju u svemir. Svemirski teleskopi, kao što je ESA-in Herschel, koji je radio između 2009. i 2013., već su istraživali svemir u infracrvenom svjetlu. No, Webbovo ogromno zrcalo i skup osjetljivih instrumenata podrazumijevaju da će njegova otkrića nadmašiti sva prijašnja u tom dijelu spektra.

"To će promijeniti puno onoga što znamo o mnogim područjima astronomije", rekla je za Nature Jeyhan Kartaltepe, astronomkinja s Rochester Institute of Technology u New Yorku.

Pogled vrlo daleko u prošlost

Webb će moći registrirati vrlo blijede, crvene objekte, što znači da će biti sposoban promatrati neke od prvih zvijezda i galaksija koje su se formirale nakon što je svemir nastao u velikom prasku prije 13.8 milijardi godina. Gotovo je sigurno da će srušiti rekord za najudaljeniju ikad zabilježenu galaksiju, koji trenutno drži malena GN-z11, koja je od Zemlje udaljena 13.4 milijarde svjetlosnih godina.

U jednoj velikoj studiji Webb će promatrati područje neba veličine tri puna Mjeseca kako bi u njemu snimio oko pola milijuna galaksija. Ovo istraživanje, poznato kao COSMOS-Webb, temelji se na projektu koji se provodi već godinama, a u njemu je sudjelovao gotovo svaki veliki zemaljski i svemirski teleskop. To područje prostire se duž nebeskog ekvatora tako da se može vidjeti iz obje hemisfere. Webb će ga promatrati više od 200 sati kako bi prikupio gotovo svaki foton koji dolazi iz njega. To će biti najveći znanstveni projekt teleskopa u prvoj godini njegova rada, a trebao bi osigurati bogatu arhivu podataka koju će astronomi moći istraživati godinama.

Webbov infracrveni uređaj ispitat će, među ostalim, razdoblje od oko 400.000 godina do 1 milijarde godina nakon Velikog praska, kada su se formirale prve zvijezde i galaksije. Ova epoha, poznata kao era kozmičke reionizacije, postavila je temelje za razvoj današnjih galaksija. To znači da će znanstvenici dobiti uvid u vrlo rane faze evolucije svemira.

NASA ističe da bi Webb trebao dati odgovore na dva ključna pitanja:

- Kako su nastale prve galaksije u svemiru i jesu li svemir učinile prozirnim za svjetlost?

- Kako su kasnije galaksije proizvele i raspršile u svemir teže elemente koji su građevni blokovi zvijezda, planeta, pa čak i ljudi?

Promatranje ekstrasolarnih planeta i traženje uvjeta za život

Web će dobar dio vremena istraživati i planete, posebice neke od tisuća koji su otkriveni izvan Sunčevog sustava. Moći će ih pratiti dok prelaze preko diskova svojih matičnih zvijezda. To će mu omogućiti da provede spektralne analize svjetla koje je prošlo kroz atmosfere planeta kako bi odredio njihov sadržaj.

Astronomi se nadaju da bi u takvim analizama mogao otkriti molekule koje će biti znak postojanja života ili uvjeta koji bi ga mogli podržavati.

U prvoj godini rada proučavat će neke od najpoznatijih egzoplaneta, uključujući sedam njih veličine Zemlje koji kruže oko zvijezde TRAPPIST-1.

Istraživanje tamne tvari

Webb će također neizravno moći istraživati tamnu tvar.

Tamna tvar je misteriozni sastojak koji čini 27% svemira; vidljiva čini samo 5%, a ostatak otpada na tamnu energiju. Njezin sastav nije poznat jer ne emitira elektromagnetske valove i ne reagira s običnom, vidljivom tvari, osim preko gravitacije. Njezino postojanje potvrđuje činjenica da u galaksijama nema dovoljno vidljive materije koja bi gravitacijom držala na okupu zvijezde tijekom kruženja. Znanstvenici stoga znaju da u galaksijama, odnosno oko njih, mora postojati još neka nevidljiva masa koja je izvor dovoljne gravitacije. 

Fizičari koji rade na velikom hadronskom sudaraču (LHC) u Švicarskoj nastoje osmisliti eksperimente u kojima bi mogli izravno vidjeti tamnu materiju. Web bi to mogao učiniti neizravno. Naime, on će snimiti iznimno oštre slike na kojima će znanstvenici moći promatrati poremećaje uzrokovane tzv. gravitacijskim lećama. Gravitacijskim lećama naziva se pojava predviđena Einsteinovom općom teorijom relativnosti. U njoj putanje zrake svjetlosti postaju zakrivljene kada prolaze pored zvijezda ili galaksija jer masa zakrivljuje tkivo prostorvremena. Zahvaljujući fascinantnoj preciznosti Webb će moći zabilježiti iskrivljenja prostorvremena koja uzrokuje tamna tvar i tako odrediti gdje se ona nalazi i koliko je ima.