Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (γνωστό ως JWST ή απλά Webb) των NASA, ESA και CSA είναι ένα εκπληκτικό επίτευγμα της ανθρώπινης εφευρετικότητας και ο διάδοχος του Hubble. Πρόκειται για ένα διαστημικό παρατηρητήριο νέας γενιάς που κατασκευάστηκε με τη συμβολή χιλιάδων επιστημόνων, μηχανικών και άλλων επαγγελματιών από περισσότερες από 14 χώρες, σε εννέα διαφορετικές ζώνες ώρας! Μετά από πολλές καθυστερήσεις πλησιάζει επιτέλους η στιγμή της εκτόξευσης του, εκτός απροόπτου, τον Νοέμβριο ή Δεκέμβριο του 2021.
Το πρόγραμμα για το νέο διαστημικό τηλεσκόπιο ξεκίνησε από τη NASA πολλά χρόνια πριν (το 1996, ως Next Generation Space Telescope) αλλά η κατασκευή του έγινε τελικά μεταξύ 2011-2019, από τη Northrop Grumman και την Ball Aerospace & Technologies. Πήρε το όνομά του προς τιμήν του Τζέιμς Ε. Γουέμπ, ο οποίος διετέλεσε δεύτερος διευθυντής στην ιστορία της NASA και είχε κεντρικό ρόλο στο πρόγραμμα Απόλλων. Ο αρχικός προϋπολογισμός της NASA για το νέο τηλεσκόπιο ήταν 500 εκατ. δολάρια, που αργότερα ανέβηκε στα 1.5 δισ. δολάρια, και πλέον το συνολικό κόστος του υπολογίζεται ότι έχει φτάσει τα 10 δισ. δολάρια!
Στα τέλη του Αυγούστου 2021, το James Webb πέρασε με επιτυχία τις τελικές δοκιμές στις εγκαταστάσεις της Northrop Grumman στην Καλιφόρνια των ΗΠΑ, για να διασφαλιστεί ότι το θα λειτουργεί όπως έχει σχεδιαστεί όταν βρεθεί στο διάστημα. Πλέον έχουν ξεκινήσει οι προετοιμασίες για να έχει ένα ασφαλές ταξίδι προς το ευρωπαϊκό κοσμοδρόμιο στη Γαλλική Γουιάνα, στη βορειοανατολική ακτή της Νότιας Αμερικής, από όπου θα εκτοξευθεί.
Μόλις το τεράστιο και πανάκριβο τηλεσκόπιο φτάσει στη Γαλλική Γουιάνα, ομάδες τεχνικών θα το προετοιμάσουν για την πτήση του στο διάστημα. Εκεί θα γίνει ένας τελευταίος έλεγχος του τηλεσκοπίου και η φόρτωση των καυσίμων στις δεξαμενές του διαστημικού πυραύλου Ariane 5 της ESA που θα το θέσει σε τροχιά. Τέλος, οι μηχανικοί θα το τοποθετήσουν μέσα στο όχημα εκτόξευσης και θα κάνουν μια τελευταία «πρόβα» πριν το James Webb βγει στο χώρο εκτόξευσης (υπολογίζεται περίπου δύο ημέρες πριν από την εκτόξευση). Αξίζει να σημειωθεί το βάρος του τηλεσκοπίου που είναι 6500 κιλά.
Οι 6 μήνες μέχρι να λειτουργήσει το τηλεσκόπιο
Μετά την εκτόξευση του Webb, οι επιστήμονες και οι τεχνικοί θα ξεκινήσουν μια δύσκολη και πολύπλοκη διαδικασία ανάπτυξης για να θέσουν το τηλεσκόπιο σε πλήρη λειτουργία. Αυτή η διαδικασία θα διαρκέσει συνολικά έξι μήνες.
Λίγα λεπτά μετά την ολοκλήρωση της «βόλτας» 26 λεπτών πάνω στον πύραυλο Ariane 5, το Webb θα διαχωριστεί από τον πύραυλο και η ηλιακή του συστοιχία θα αναπτυχθεί αυτόματα. Αυτό θα του επιτρέψει να παράγει τα 2KW ηλεκτρισμού που χρειάζεται για τη λειτουργία και να σταματήσει να καταναλώνει ενέργεια από τις μπαταρίες του. Αμέσως μετά τον διαχωρισμό του Webb από τον πύραυλο, το δίκτυο σταθμών παρακολούθησης της ESA, ESTRACK, θα ακολουθήσει τις φάσεις της πρώιμης τροχιάς, χρησιμοποιώντας τον επίγειο σταθμό του Malindi, σε συνεργασία με το δίκτυο σταθμών της NASA.
Το Webb θα κινείται στο διάστημα μόνο του χάρη στις 2 πυραυλικές μηχανές του, και θα χρειαστεί να κάνει καμία αρχική περιστροφή γύρω από τη Γη. Ο Ariane θα το έχει ήδη βάλει σε απευθείας πορεία προς την προβλεπόμενη τροχιακή του θέση στο διάστημα, κοντά στο δεύτερο σημείο Λαγκράνζ (Lagrange 2 ή L2), που βρίσκεται στην αντίθετη κατεύθυνση από τον Ήλιο - σχεδόν ενάμιση εκατομμύριο χιλιόμετρα μακριά από τη Γη. Όμως, την πρώτη μέρα κιόλας θα πρέπει να γίνει η πιο σημαντική διόρθωση της πορείας του.
Το διαστημικό τηλεσκόπιο θα χρειαστεί ένα μήνα για να φτάσει κοντά στο L2 ενώ παράλληλα θα «ξεδιπλώνεται». Πρώτα θα ξεκινήσει η ανάπτυξη της ηλιακής ασπίδας, λίγες ημέρες μετά την εκτόξευση, και κάθε βήμα θα ελέγχεται από το έδαφος στη Γη που θα έχει τον πλήρη έλεγχο για τυχόν απρόβλεπτα ζητήματα με την ανάπτυξη. Δεν είναι εύκολη δουλειά, μια και η ηλιακή ασπίδα είναι μια πολύπλοκη δομή με 5 στρώσεις, σε σχήμα διαμαντιού, και μέγεθος όσο ένα γήπεδο του τένις!
Μόλις αρχίσει να αναπτύσσεται η ηλιακή ασπίδα, το τηλεσκόπιο και τα όργανα του θα μπουν στη σκιά και θα αρχίσουν να κρυώνουν με την πάροδο του χρόνου για να φτάσουν στους -220 βαθμούς Κελσίου. Η διαφορά θερμοκρασίας ανάμεσα στις δύο πλευρές του τηλεσκοπίου (ηλιακή ασπίδα και κάτοπτρα) θα είναι τεράστια - από την πλευρά της ηλιακής ασπίδας που βλέπει ο ήλιος η θερμοκρασία θα φτάνει στους 85 βαθμούς ενώ από την άλλη, κρύα, πλευρά θα μπορείς να παγώσεις άζωτο.
Τις επόμενες εβδομάδες, η ομάδα αποστολής θα παρακολουθεί στενά το χρόνο ψύξης του παρατηρητηρίου, χρησιμοποιώντας θερμαντήρες για τον έλεγχο των καταπονήσεων σε όργανα και δομές. Εν τω μεταξύ, το τρίποδο του δευτερεύοντος καθρέφτη θα ξεδιπλωθεί, ο κύριος καθρέφτης θα ξεδιπλωθεί, τα όργανα του τηλεσκοπίου σιγά-σιγά θα ενεργοποιηθούν και μικρές ωθήσεις θα βάλουν το Webb στην προκαθορισμένη τροχιά γύρω από το L2.
Αφού τηλεσκόπιο κρυώσει και σταθεροποιηθεί στην ψυχρή θερμοκρασία λειτουργίας του, θα περάσουν αρκετές μήνες για την ευθυγράμμιση των οπτικών του αλλά και για βαθμονομήσεις των επιστημονικών οργάνων του. Αν όλα πάνε καλά, οι επιστημονικές δραστηριότητες θα ξεκινήσουν περίπου έξι μήνες μετά.
Οι δυνατότητες του Webb
Οι δυνατότητες του νέου διαστημικού τηλεσκοπίου θα κάνουν εφικτές πολλές νέες έρευνες στα πεδία της Αστρονομίας και της Κοσμολογίας. Το Webb θα προσφέρει άνευ προηγουμένου αναλύσεις και λεπτομέρεια από το εύρος του μακρού μήκος κύματος (πορτοκαλί-ερυθρό) του ορατού φωτός, έως το κοντά στο υπέρυθρο με μέσο υπέρυθρο (0.6 με 28.3 μικρόμετρα). Σε σύγκριση με το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble του οποίου ο καθρέπτης έχει διάμετρο 2.4 μέτρα, ο κυψελοειδής καθρέπτης του James Webb έχει διάμετρο 6.5 μέτρα και αποτελείται από 18 εξαγωνικά επιμέρους τμήματα με επίστρωση χρυσού που του δίνουν συνολικό εμβαδό 25.4 τετραγωνικά μέτρα.
Για σύγκριση των τροχιών, το Hubble βρίσκεται σε τροχιά 550 χλμ γύρω από τη Γη ενώ το φεγγάρι απέχει περίπου 400.000 χλμ από τον πλανήτη μας. Το Webb όμως θα φτάσει στα 1.5 εκατ. χλμ μακρυά από τη Γη, κοντά στο σημείο L2, όπου ουσιαστικά θα εκτελεί τροχιά γύρω από τον Ήλιο, σε συγχρονισμό με τον πλανήτη μας, ώστε να είναι δυνατή η παραμονή του σε αυτήν την απόσταση με πολύ μικρές παρεμβάσεις. Η μεγάλη απόσταση ήταν απαραίτητη ώστε να χρειάζεται μόνο μία ηλιακή ασπίδα για να μπλοκάρει τη θερμότητα και το φως από τον Ήλιο και τη Γη. Για το Webb είναι κρίσιμο η θερμοκρασία του να μείνει κάτω από τους -220 βαθμούς Κελσίου που είναι προϋπόθεση για υπέρυθρες παρατηρήσεις...
Το Webb δε θα βρίσκεται ακριβώς στο σημείο L2, αλλά θα κάνει κύκλους γύρω από αυτό σε μια τροχιά halo, όπως φαίνεται στην παρακάτω προσομοίωση:
Στο παρακάτω βίντεο της NASA φαίνεται πολύ καλά ότι το διαστημικό τηλεσκόπιο Webb θα εκτελεί τροχιά γύρω από τον Ήλιο, όπως ακριβώς η Γη, ενώ θα περιστρέφεται γύρω από το L2 με την ηλιακή του ασπίδα να το προστατεύει από το φως και τη θερμότητα. Η τροχιά γύρω από το L2 (που θα χρειάζεται 6 μήνες για μια πλήρη περιστροφή), είναι απαραίτητη για να κρατά το διαστημικό παρατηρητήριο έξω από τις σκιές της Γης και της Σελήνης. Έτσι, αντίθετα με το Hubble που μπαινοβγαίνει στη σκιά της Γης κάθε 90 λεπτά, το Webb θα έχει απρόσκοπτη θέα που θα του επιτρέπει να κάνει παρατηρήσεις 24/7.
Οι «εμβληματικές» αποστολές όπως το James Webb είναι έργα μιας ολόκληρης γενιάς. Το νέο διαστημικό τηλεσκόπιο βασίστηκε τόσο στην κληρονομιά όσο και στα διδάγματα των αποστολών πριν από αυτό, όπως το Hubble, και με τη σειρά του θα αποτελέσει τη βάση πάνω στην οποία κάποια μέρα θα αναπτυχθούν μελλοντικά μεγάλα αστρονομικά παρατηρητήρια του διαστήματος.
Το Webb είναι το επόμενο μεγάλο παρατηρητήριο της διαστημικής επιστήμης, σχεδιασμένο να απαντήσει σε ερωτήματα σχετικά με το Σύμπαν και να κάνει ανακαλύψεις σε όλους τους τομείς της αστρονομίας. Θα δει πιο μακριά για την προέλευσή μας - από τον σχηματισμό άστρων και πλανητών, μέχρι τη γέννηση των πρώτων γαλαξιών στο πρώιμο Σύμπαν.
Το νέο διαστημικό παρατηρητήριο James Webb είναι μια διεθνής συνεργασία μεταξύ της NASA, της ESA και του Καναδικού Διαστημικού Οργανισμού (CSA).
Οι εικόνες προέρχονται από τη NASA και την ESA.