Teleskopy, od samego początku swojego istnienia, poszerzały ludzkie horyzonty wiedzy. Pozwalały na odkrywanie tajemnic naszego układu słonecznego, gwiazd, galaktyk, a nawet pozwoliły na powstanie teorii Wielkiego wybuchu. Zarówno naziemne teleskopy, jak i te wysyłane w orbitę okołoziemską, są nieodzownym elementem obserwacji kosmosu.
Teleskopy naziemne niestety zmagają się z wieloma niedogodnościami związanymi choćby z pogodą, zaburzeniami promieniowania elektromagnetycznego, zanieczyszczeniem światła, czy rozdzielczością kątową.
Teleskopy obserwują różne zakresy widma – prócz zakresu światła widzialnego, obserwują fale ultrafioletowe, podczerwone, promieniowanie gamma i rentgena. Każde z tych widm pozwala np. na obserwowanie różnych właściwości gwiazd, a w zestawieniu dają nam pełniejszy ich obraz.
Foto: James Webb Space Telescope
W październiku 2021 roku NASA planuje wysłać w przestrzeń kosmiczną James Webb Space Telescope – nowej generacji teleskop, pozwalający na obserwowanie fal podczerwieni. Jego głównymi zadaniami będą:
-poszukiwanie najstarszych galaktyk powstałych ponad 13 bilionów lat temu, tuż po Wielkim Wybuchu;
-obserwowanie ewolucji galaktyk oraz zdeterminowanie jak powstają i jak zmieniają się wraz z wiekiem;
-obserwowanie jak formują się gwiazdy i systemy planetarne;
-mierzenie fizycznych i chemicznych właściwości systemów planetarnych (łącznie z naszym), w szczególności pod kątem możliwości powstawania w nich życia;
Foto: Jeden z segmentów lustra teleskopu.
Teleskop Webb’a ma w swoim zanadrzu kilka nowinek technologicznych. Najważniejszą z nich jest nowoczesna optyka. Teleskop ten będzie miał składane lustro zbudowane z 18 6-kątnych berylowych segmentów, naśladujących wyglądem plaster miodu. Każdy z tych segmentów będzie miał ok. 1.32m średnicy, a sześciokątny kształt pozwala na łączenie bez przerw, dając w efekcie jednolita powierzchnię. Całkowity kształt lustra natomiast pozwoli na uzyskanie bardzo precyzyjnego obrazu.
Zanim lustra mogą być użyte, muszą przejść bardzo restrykcyjną obróbkę powierzchni. Proces wygładzania i polerowania musi być powtarzany dotąd, aż ich powierzchnia będzie niemal perfekcyjna. Muszą one również być wytrzymałe na niezwykle niskie temperatury, jakim będa poddane w przestrzeni kosmicznej. Powlekane są cienką warstwą czystego złota (grubości 100 nanometrów), które pomaga odbijać promieniowanie podczerwone.
Drugim nowoczesnym rozwiązaniem technologicznym jakim szczyci się teleskop Webb’a są osłony znajdujące się pod teleskopem. Ich zadaniem jest ochrona teleskopu i jego optyki przed promieniowaniem cieplnym, w szczególności słonecznym. Osłony te zbudowane są z kaptonu i aluminium, z dodatkiem silikonu. Każda z nich ma kształt latawca, powierzchnię równą kortu tenisowego i działają jak parasol. Pięć warstw takich osłon (grubości zaledwie 0.05mm) ustawionych zawsze między teleskopem, a słońcem/ziemią, zapewni cień i pozwoli zachować odpowiednią temperaturę teleskopu (-223℃), krytyczną do do jego właściwej pracy.
Foto: osłony teleskopu Jamesa Webb’a
Głównym zadaniem teleskopu Webb’a będzie wychwytywanie niezwykle słabego promieniowania podczerwonego. Gdyby temperatura teleskopu była wyższa niż ‘kriogeniczna’, kosmiczne promieniowanie podczerwone ‘zginęłoby’ w promieniowaniu cieplnym samego teleskopu. Tak niska temperatura zachowana będzie dzięki nowoczesnym systemom chłodzenia, zamontowanym pod lustrami.
Kolejnym ważnym elementem teleskopu Webb’a są jego detektory, umożliwiające wyłapywanie bardzo słabego promieniowania podczerwieni: pierwsze, zbudowane z rtęci, kadmu i telluru, mają 4 miliony pikseli każdy i pozwalają na wyłapywanie promieniowania bliskiej podczerwieni, natomiast detektory zbudowane z silikonu z arszenikiem zbierają promienie średniej podczerwieni (te mają milion pixeli każdy). Razem dadzą niezwykłej jakości obrazy najstarszych galaktyk.
Supernowoczesne mikromigawki spektroskopu, wielkości 100×200 mikronów, zamontowane w teleskopie Webb’a pozwalają na wyłapywanie promieni światła bliskiej podczerwieni jedynie z wyselekcjonowanego obszaru nieba. Każda z 250 tyś. mikromigawek działa autonomicznie, pozwalając na wysokiej rozdzielczości zdjęcia i obserwowanie do 100 obiektów w tym samym czasie. Skonstruowanie tak precyzyjnego aparatu zajęło inżynierom ponad sześć lat i jest to pierwsze tego typu urządzenie.
Teleskop James’a Webb’a jest najnowocześniejszym teleskopem, z ogromnymi możliwościami obserwowania niewidzialnego promieniowania podczerwonego. Pozwoli on na badanie najstarszych galaktyk, ich genezy i ewolucji, jak również przybliży zrozumienie rozwoju życia we wszechświecie.