Co się działo z Teleskopem Jamesa Webba? – Podsumowanie

Zobacz odcinek:

No i stało się. Coś na co wszyscy wspólnie czekaliśmy od początku istnienia kanału Astrofaza. Coś w co wiele osób wątpiło, że kiedykolwiek nastąpi. Start Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Najbardziej zaawansowany, najdroższy i prawdopodobnie jeden z najczęściej krytykowanych projektów NASA (może poza rakietą SLS), w końcu rozpoczął swoją misję. Od startu minęło już trochę czasu, emocje powoli opadają, nadszedł więc odpowiedni czas, aby na spokojnie podsumować całe to wydarzenie.

Jeśli chcecie dowiedzieć się więcej na temat samego teleskopu to zachęcam do sprawdzenia odcinka na jego temat, który nagraliśmy kilka dni przed startem. Zaś teraz skupimy się nie na historii czy budowie teleskopu, ale na tym, co działo się po starcie i jak wyglądać będzie najbliższa przyszłość.

Teleskop Jamesa Webba wystartował

Po prawie 30 latach od czasu pierwszych koncepcji, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba nareszcie wystartował i obecnie jest cały czas w drodze do punktu libracyjnego L2. Start odbył się 25.12.2021r. z należącego do ESA kosmodromu w Gujanie Francuskiej o godzinie 7.20 rano lokalnego czasu. W centrum kontroli lotów musiały panować naprawdę niezwykłe emocje, gdy rakieta Ariane V uruchomiła silniki i zaczęła wznosić się w powietrze z wartym 10 miliardów dolarów i kilkadziesiąt lat pracy teleskopem na pokładzie.

Na szczęście wszystko poszło gładko i już nieco ponad 2 minuty po wystrzeleniu, 2 silniki rakietowe na Ariane 5 oddzieliły się od pojazdu, a następnie spadły do oceanu. Następnie, kilka minut później odrzucona została specjalnie zaprojektowana owiewka. Zmodyfikowano ją o dodatkowe otwory wentylacyjne, aby umożliwić płynne obniżenie ciśnienia podczas lotu. Po jej odrzuceniu, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba został po raz pierwszy wystawiony na bezpośredni kontakt z przestrzenią kosmiczną. W momencie gdy osiągnięta została prędkość 16 tysięcy mil/h co w przeliczeniu na kilometry daje nam około 25,5 tysiąca, odrzucony został dolny stopień Ariane 5. Przez kolejne 16 minut, za napęd miał posłużyć górny stopień rakiety, kierując teleskop w drogę do jego punktu docelowego – punktu libracyjnego L2. Po osiągnięciu prędkości 35 tysięcy kilometrów/h, górny stopień został odrzucony i nastąpiło to zaledwie 26 minut od chwili startu. Cztery minuty później Webb zaczął rozkładać panel słoneczny, aby mógł zacząć wytwarzać energię elektryczną ze słońca i przestać rozładowywać baterię. A czeka go długa droga do pokonania – w ciągu 30 dni jest to 1,5 miliona kilometrów.

Następne dni

W kolejnym dniu po starcie, dokładnie 12 i pół godziny później nastąpił drugi, zaraz po rozkładaniu paneli słonecznych, kluczowy manewr, a mianowicie korekta trajektorii lotu wykonana przy użyciu małych silników rakietowych znajdujących się już na pokładzie samego Webba. Wszystko zostało zaprojektowane w ten sposób, aby rakieta Ariane 5 nie dała teleskopowi zbyt dużego rozpędu, ponieważ teleskop nie byłby w stanie sam zniwelować zbyt dużego ciągu. Mógłby wejść na złą orbitę, albo co gorsza obrócić się i wystawić optykę na działanie promieni słonecznych, doprowadzając tym samym do bardzo szybkiego przegrzania. Dlatego też ciąg celowo był nieco mniejszy, tak żeby teleskop mógł dzień po starcie odpalić własne silniki i lekko skorygować kurs. Manewry trwały 65 minut i co ciekawe, wszystko przebiegło wzorowo, a nawet lepiej niż można było się tego spodziewać. Udało się zaoszczędzić spore ilości paliwa i naukowcy szacują, że dzięki temu misja Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba będzie mogła trwać dobre kilka lat dłużej niż pierwotnie zakładano. Zaoszczędzone paliwo będzie w późniejszych latach wykorzystywane do utrzymywania Webba na odpowiedniej orbicie wokół punktu L2. Oprócz tego, rozłożona i aktywowana została również antena umożliwiająca przesyłanie danych z pełną prędkością.

Najnowsze filmy

Równo 60 godzin po starcie, rozpoczął się drugi manewr korekcyjny. Trwał dużo krócej niż poprzedni, bo zaledwie 9 minut i 27 sekund. Tym razem również nie potrzeba było dużych ilości paliwa rakietowego, a kurs teleskopu był bardzo stabilny. Była to także druga z trzech zaplanowanych korekt kursu. Kolejna ma odbyć się 29 dnia, a więc pod sam koniec lotu.

Kolejnym kluczowym momentem było rozłożenie osłony termicznej. Za jej sprawą Teleskop znalazł się w cieniu i nigdy więcej nie ujrzy bezpośredniego światła słonecznego. To jest właśnie jedna z unikalnych cech Webba, który może prowadzić obserwacje w podczerwieni, dzięki zastosowaniu pasywnego chłodzenia przez pięciowarstwową osłonę przeciwsłoneczną. Pozwala to osiągnąć temperaturę roboczą teleskopu, wynoszącą – 380 stopni Fahrenheita, co daje nam -229 stopni Celsjusza. Ogromna pięciowarstwowa osłona, o wymiarach 21 na 14 metrów była złożona w sposób, który możemy porównać do złożonego spadochronu. Jej rozkładanie trwało kilka dni i rozpoczęło się 31.12.2021r. Całość składa się z 70 zawiasów, 140 mechanizmów zwalniających, 90 kabli o łącznej długości prawie 400 metrów. Poza tym – silniczków, mnóstwa łożysk, kół zębatych i sprężyn. Proces rozkładania i napisania osłony jest więc dość skomplikowany. Korzystając z faktu, że harmonogram wykonywania kolejnych etapów rozkładania osłon jest dość elastyczny, zespół kontroli misji postanowił na jeden dzień wstrzymać się z napinaniem rozłożonych osłon, a zamiast tego przyjrzeli się optymalizacji systemów zasilania i upewnili, że teleskop jest w idealnym stanie do rozpoczęcia kolejnych krytycznych etapów misji. W rezultacie, napinanie rozpoczęło się w poniedziałek 03.01.2022r. i zakończyło się powodzeniem dzień później.

05 stycznia została rozłożona przypominająca statyw struktura – wspierająca lustro wtórne. Kiedy światło z najodleglejszych zakątków wszechświata, będzie padać na 18 pokrytych złotem i berylem głównych luster Webba, odbije się i trafi prosto w mniejsze lustro wtórne. Stąd skierowane zostanie bezpośredniego do instrumentów naukowych. Trójnóg podtrzymujący lustro wtórne ma długość 25 stóp czyli dokładnie 7 metrów i 62 centymetry. Do jego rozłożenia zastosowane zostały specjalne systemy podgrzewania złączy i silniczków. Musimy pamiętać, że osłona termiczna jest już rozłożona i temperatura po stronie lustra bardzo szybko spada.

Przed nami jeszcze krytyczny moment – rozłożenie bocznych paneli zwierciadła teleskopu, a potem prosta droga do punktu libracyjnego L2, z jednym manewrem korekcyjnym przed wejściem na orbitę. A co jest takiego niezwykłego w tym konkretnym miejscu w przestrzeni, wokół którego orbitować ma Teleskop?

Czym jest punkt lagrange’a?

Punkty Lagrange’a są także określane punktami libracji, tak więc możecie spotkać się z zamiennym stosowaniem obu terminów. Zostały tak nazwane na cześć Josepha-Louisa Lagrange’a, wybitnego XVIII wiecznego matematyka włosko-francuskiego pochodzenia, który napisał o nich w artykule, w roku 1772. Artykuł dotyczył tego, co Pan Lagrange nazwał „problemem trzech ciał”.

Punkty te są więc unikatowymi miejscami w przestrzeni kosmicznej, w których połączone siły grawitacyjne dwóch dużych ciał, na przykład: Ziemia i Słońce bądź też Ziemia i Księżyc, są w równym stopniu odczuwalne przez trzecie ciało o pomijalnej masie. Oddziaływanie sił dwóch masywnych obiektów tworzy punkt równowagi, w którym przykładowo Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba może zostać „zaparkowany” – w celu prowadzenia obserwacji. W innych miejscach w przestrzeni, Webb wchodziłby na orbitę wokół jednego z dużych ciał, ale w punkcie libracji, gdzie siły grawitacyjne Słońca i Ziemi się równoważą, może utrzymywać względnie stałą pozycję. Dzięki temu do utrzymania stabilnej orbity, teleskop potrzebuje jedynie niewielkiej ilości paliwa – do przeprowadzania raz na jakiś czas korekty.

Patronite

Zostań Patronem Astrofazy! Pomóż rozwijać projekt i zyskaj dostęp do bonusowych treści!

Zobacz szczegóły!

Pierwszy punkt czyli L1, znajduje się około 1,5 miliona kilometrów stąd -między Ziemią a Słońcem. Z punktu L1 mamy nieprzerwany widok na Słońce i obecnie jest on zajęty przez SOHO oraz Deep Space Climate Observatory. Dla Teleskopu Jamesa Webba, który działa w podczerwieni, umiejscowienie go w tym punkcie nie miałoby najmniejszego sensu. Punkt L2, dzięki temu, że znajduje się po drugiej stronie i jest cały czas w półcieniu Ziemi – można uzyskać z niego wyraźny widok głębokiej przestrzeni kosmicznej. Dla Webba jest to idealnie środowisko do prowadzenia obserwacji. Nie będzie on jednak “wisiał” nieruchomo, a orbitował wokół tego punktu. A jest to orbita całkiem spora, podobna do orbity Księżyca. Wykonanie jednego pełnego obiegu wokół punktu L2 zajmie Webbowi około 6 miesięcy. Dzięki takiej orbicie, teleskop będzie ciągle utrzymywał się z dala od cienia naszej planety i Księżyca. W przeciwieństwie na przykład do Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, który, co dziewięćdziesiąt minut naprzemiennie wchodzi i wychodzi z cienia. Webb będzie miał więc możliwość prowadzenia niezakłóconych obserwacji 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu.

Punkt L2 nie jest jednak stabilny w stu procentach. Gdyby Webb dryfował w kierunku Ziemi, przy braku odpowiednich korekt orbity byłby coraz bliżej niej. Silniki Webba zlokalizowane są tylko po stronie zwróconej ku Słońcu. Konstruktorzy nie chcieli, aby gorące silniki zanieczyszczały zimną stronę z delikatnym lustrem niepożądanym ciepłem lub spalinami, które mogłyby skraplać się na zimnej optyce. A to oznacza, że silniki odpychające mogą odpychać Webba tylko w jedną stronę – od Słońca. Tak więc orbita oraz wszelkie manewry są zawsze projektowane w taki sposób, aby przypadkiem nie odepchnąć się zbyt mocno w drugą stronę, bo wówczas nie byłoby już powrotu.

Gdy już wszystkie elementy lustra zostaną rozłożone, a teleskop znajdzie się w odpowiednim miejscu, nadejdzie czas na testy i przeprowadzenie odpowiedniej kalibracji, co potrwa kilka miesięcy. Pełne uruchomienie teleskopu i rozpoczęcie obserwacji planowane jest zaś na lato bieżącego roku. Póki co, dalszy przebieg misji możecie śledzić na stronie NASA – Where is Webb.