Dwunastego lipca 2023 roku mieliśmy pierwszą rocznicę publikacji pierwszych wyników obserwacji przeprowadzonych przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, najbardziej zaawansowane obserwatorium astronomiczne, jakie kiedykolwiek zbudowano. JWST, nazywany często następcą teleskopu Hubble’a, w ciągu minionego roku przekroczył wszelkie oczekiwania, dostarczając danych, które nie tylko zmieniły nasze zrozumienie kosmosu, ale także zainspirowały następne pokolenie naukowców.
Co udało się już osiągnąć?
JWST zrealizował już setki badań, w tym wiele skoncentrowanych na obserwacjach najdalszych możliwych do zobaczenia galaktyk, które są także jednymi z najwcześniejszych galaktyk powstałych we wszechświecie. Teleskop zdołał uchwycić galaktyki zlokalizowane około trzynaście i pół miliarda lat świetlnych od Ziemi. Naukowcy oszacowali, że powstały zaledwie trzysta dwadzieścia milionów lat po Wielkim Wybuchu. Niektóre z nich charakteryzują się niespodziewanymi właściwościami, takimi jak wydawałoby się zbyt duże rozmiary czy szybsze tempo formowania się gwiazd, niż przypuszczano.
To odkrycie dostarczyło unikalnej możliwości zrozumienia, jak wyglądały galaktyki we wczesnych etapach ewolucji wszechświata. W przeciwieństwie do młodszych galaktyk, które obserwujemy w pobliżu, te wyjątkowo odległe galaktyki wydaje się być znacznie mniej zorganizowane, co pokazuje, że galaktyki ewoluują i zmieniają swój kształt na przestrzeni miliardów lat.
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, prawdziwy bohater na miarę XXI wieku
JWST przyczynił się także do postępów w badaniach nad egzoplanetami. Zrealizował dokładne pomiary atmosfer egzoplanet, w tym tych w systemie TRAPPIST-1, czyli grupie siedmiu egzoplanet, krążących wokół niewielkiej gwiazdy, czerwonego karła i oddalonych od nas o około czterdzieści lat świetlnych.
Ten system to największa znana grupa egzoplanet wielkości Ziemi, znajdujących się w ekosferze gwiazdy czyli obszarze, w którym naukowcy przypuszczają, że mogą panować warunki sprzyjające istnieniu życia. Badania opublikowane w marcu wykazały, że badacze, korzystając z danych o promieniowaniu podczerwonym z drugorzędnej fazy zaćmienia kiedy planeta przeszła za TRAPPIST-1, dowiedzieli się, że TRAPPIST 1-b, planeta najbliżej gwiazdy, nie posiada atmosfery.
Patronite
Zostań Patronem Astrofazy! Pomóż rozwijać projekt i zyskaj dostęp do bonusowych treści!Webb dokonał też dość zaskakującego odkrycia w naszym pasie asteroid. W maju opublikowano badanie, które pokazało, że dzięki JWST udało się zidentyfikować pierwszą znaną kometę otoczoną parą wodną znajdującą się w pasie asteroid. Do tej pory komety zawierające lód wodny obserwowano wyłącznie w Obłoku Oorta i Pasie Kuipera. Jak zauważyli badacze, obecność pary wodnej na pasie asteroid to ogromne odkrycie. Oznacza, że istnieje mechanizm, który umożliwia zachowanie lodu wodnego w obiektach przypominających asteroidy, znajdujących się tak blisko Słońca.
Jednak najbardziej zjawiskowym zdjęciem wykonanym przez Webba jest zdecydowanie Mgławica Carina której zdjęcie opublikowane zostało dwunastego lipca dwa tysiące dwudziestego drugiego roku podczas transmisji na żywo z Goddard Space Flight Center NASA w Greenbelt w stanie Maryland. Oprócz tego opublikowane zostały również: imponująca wizualizacja pięciu galaktyk w Kwintecie Stephana i mgławica pierścienia południowego.
Mgławica Carina o oznaczeniu katalogowym NGC 3372 to mgławica emisyjna znajdująca się w odległości około siedmiu i pół tysiąca lat świetlnych stąd w gwiazdozbiorze Kila. Odkryta została w roku tysiąc siedemset pięćdziesiątym pierwszym przez francuskiego astronoma Nicolasa Louisa de Lacaille. Mgławica Carina jest jedną z największych i najjaśniejszych odkrytych mgławic. Jej średnicę szacuje się na dwieście sześćdziesiąt lat świetlnych, ale jeśli uwzględnić jej słabsze zewnętrzne obszary, wówczas byłoby to aż trzysta lat świetlnych. W jej centrum znajduje się całe mnóstwo młodych gwiazd. Fragment, który widać na zdjęciu z Kosmicznego Teleskopu James Webba, jest fragmentem Mgławicy nazwany Kosmicznymi Klifami o numerze katalogowym NGC 3324. Obraz wykonany został przez kamerę NIRCam.
Wszystkie te niesamowite zdjęcia, które stały się dla nas w pewnym sensie codziennością, miały być rejestrowane już kilkanaście lat temu. Być może część z was już o tym zapomniała, ale pierwotnie start JWST planowano na rok dwa tysiące siódmy, data startu była jednak wielokrotnie przekładana, ale w końcu doczekaliśmy się tego wielkiego dnia. Po prawie trzydziestu latach od czasu pierwszych koncepcji, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba wystartował dwudziestego piątego grudnia z należącego do ESA kosmodromu w Gujanie Francuskiej o godzinie siódmej dwadzieścia 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 dziesięć miliardów dolarów teleskopem.
Rakieta Ariane 5, to na jej pokładzie Webb został wyniesiony w przestrzeń kosmiczną. Źródło: ESANa szczęście wszystko poszło gładko i nieco ponad dwie minuty po wystrzeleniu dwa 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 i wyruszył w długą podróż do punktu libracyjnego L2. Skąd cały czas prowadzi swoje przełomowe obserwacje.
Czym jest punkt lagrange’a? I dlaczego JWST umiejscowiony został właśnie tam?
Punkty Lagrange’a określane również punktami libracyjnymi, zostały nazwane tak na cześć Josepha-Louisa Lagrange’a, wybitnego osiemnastowiecznego matematyka włosko-francuskiego pochodzenia, który napisał o nich w artykule w roku tysiąc siedemset siedemdziesiątym drugim. Artykuł dotyczył tego, co Lagrange nazwał „problemem trzech ciał”. (Tu przy okazji może polecić książkę o tym samym tytule autorstwa CIxin Liu)
Są to unikatowe miejsca w przestrzeni kosmicznej, w których połączone siły grawitacyjne dwóch dużych ciał, na przykład Ziemi i Słońca lub Ziemi i Księżyca, są w równym stopniu odczuwalne przez trzecie ciało o pomijalnej masie. Oddziaływanie sił dwóch masywnych obiektów tworzy punkt równowagi, w którym dajmy teleskop 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 czemu do utrzymania stabilnej orbity teleskop potrzebuje jedynie niewielkiej ilości paliwa niezbędnego do przeprowadzania korekty od czasu do czasu.
Pierwszy punkt czyli L1 znajduje się około półtora 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. Z kolei punkt L2, dzięki temu, że znajduje się po drugiej stronie, jest cały czas w półcieniu Ziemi można więc uzyskać stamtąd 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 sześć miesięcy. W przeciwieństwie na przykład do Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, który, co dziewięćdziesiąt minut naprzemiennie wchodzi i wychodzi z cienia. Webb będzie więc miał możliwość prowadzenia niezakłóconych obserwacji dwadzieścia cztery godziny na dobę, siedem dni w tygodniu.
Punkt L2 nie jest jednak stabilny w stu procentach, co jakiś czas trzeba dokonywać korekty orbity. Silniki Webba zlokalizowane są tylko po stronie zwróconej ku Słońcu. Konstruktorzy nie chcieli, aby gorące silniki nagrzewały zimną stronę z delikatnym zwierciadłem, 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.
Co czyni JWST tak wyjątkowym? W porównaniu do Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, Teleskop Jamesa Webba jest prawie o połowę lżejszy, jednak jego lustro o wiele, wiele większe. W przypadku Hubble’a ma ono średnicę dwóch i pół metra, główne lustro Webba ma aż sześć i pół metra i składa się z osiemnastu mniejszych luster, cała ich powierzchnia jest aż pięciokrotnie większa niż Hubble’a.
Lustra Webba wykonane zostały z berylu pokrytego bardzo cienką warstwą złota. Beryl wybrano ze względu na jego właściwości w bardzo niskich temperaturach, a złoto to po prostu swego rodzaju warstwę ochronną mająca za zadanie odbijać promieniowanie podczerwone.
Najnowsze filmy
Naziemne obserwatoria muszą nieprzerwanie zmagać się z ziemską atmosferą, wiele znajdujących się w niej związków chemicznych takich jak np para wodna, utrudnia prowadzenie obserwacji w podczerwieni. Na tym polu obserwatoria kosmiczne mają ogromną przewagę. Otóż są one wolne od atmosfery absorbującej promieniowanie podczerwone i oferują nieporównywalnie dokładniejszy obraz niż najlepsze teleskopy naziemne. Istnieją jednak pewne ograniczenia związane z prowadzeniem obserwacji w podczerwieni. Głównym problemem jest wytwarzane ciepło, teleskop musi być więc zaprojektowany w taki sposób, aby w jak największym stopniu zminimalizować jego ilość. Hubble nie może prowadzić obserwacji na tych pasmach, ponieważ jego zwierciadło utrzymywane jest w temperaturze około piętnastu stopni, przez co samo dość mocno promieniuje. Z kolei lustro Webba musi być stale utrzymywane w dużo niższej temperaturze. I mam tu na myśli różnice ponad dwustu stopni. Jego temperatura utrzymywana jest w temperaturze poniżej minus dwustu dwudziestu trzech stopni celsjusza.
Aby było to możliwe, potrzebna jest ogromna osłona przeciwsłoneczna, która zasadą działania przypomina po prostu duży parasol, pozwalający zwierciadłu, optyce i instrumentom nie przegrzewać się. Składa się z pięciu cieniutkich, trapezoidalnych warstw, chociaż z pozoru wyglądają na identyczne to jednak kształt i rozmiar każdej z nich nieznacznie się od siebie różni. Wymiary tarczy to nieco ponad dwadzieścia jeden na czternaście metrów, zbudowana jest w głównej mierze z kaptonu.
Można powiedzieć, że misja Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, tak naprawdę dopiero się rozkręca. Przed nami jeszcze całe mnóstwo niesamowitych odkryć i zdjęć kosmosu jakiego nie widzieliśmy nigdy wcześniej. Z okazji rocznicy NASA opublikowała zjawiskowy obraz ukazujący narodziny gwiazd w jak dotąd niespotykany sposób.
Nowe zdjęcie z JWST przedstawia najbliższy Ziemi obszar formowania się gwiazd – kompleks chmur Rho Ophiuchi. Jest to niewielkie i stosunkowo spokojne miejsce, oddalone od nas o trzysta dziewięćdziesiąt lat świetlnych. Jeden z zespołu badaczy pracujących przy misji teleskopu powiedział, że zdjęcie Rho Ophiuchi pozwala nam zaobserwować bardzo krótki okres w cyklu życia gwiazd. I warto zauważyć, że taki sam etap przechodziło kiedyś nasze własne Słońce, a dziś, dzięki rozwojowi technologii jesteśmy w stanie obserwować takie procesy zachodzące w odległych środowiskach. I kto wie, być może rodzi się tam właśnie gwiazda, wokół której powstaną kiedyś planety, a na nich życie.
Co do samego obrazu, to można zobaczyć tu, jak strugi materii wydobywają się z około pięćdziesięciu młodych gwiazd, uderzając w otaczający je międzygwiezdny gaz i powodując świecenie wodoru w kolorze czerwonym. Można także dostrzec kształtowanie się protoplanetarnego dysku gazu i pyłu, z którego w końcu powstaną planety, w postaci cieni wokół niektórych młodych, niebieskich gwiazd. Z kolei najciemniejsze obszary widoczne na zdjęciu to regiony, w których wciąż powstają protogwiazdy.
Zdjęcie, które ukazuje narodziny gwiazd w zupełnie nowym świetle, pokazuje, że choć pierwszy rok działania JWST był niesamowity, początek drugiego roku badań sugeruje, że to, co do tej pory widzieliśmy, to dopiero początek. Jak stwierdził w swoim oświadczeniu administrator NASA Bill Nelson, w ciągu zaledwie jednego roku Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba przekształcił ludzkie spojrzenie na kosmos, zaglądając w głąb chmur pyłu i widząc światło z najdalszych zakątków wszechświata po raz pierwszy. A każde nowe zdjęcie to nowe odkrycie, umożliwiające naukowcom na całym świecie zadawanie pytań i szukanie na nie odpowiedzi, o których wcześniej nie mogli nawet marzyć.
