Na startu! Vesmírný dalekohled Jamese Webba míří do vesmíru

V roce 2002 padlo oficiální rozhodnutí, že se připravovaný vesmírný dalekohled bude jmenovat James Webb Space Telescope (JWST). Do té doby se používalo označení NGST neboli Next Generation Space Telescope – tedy „kosmický teleskop nové generace“. Nová observatoř se zaměří na výzkum vesmíru v oboru infračerveného záření a dokáže studovat až 1 000× slabší objekty než současné dalekohledy. 

Po více než dvaceti letech vývoje a konstrukčních prací je nový kosmický teleskop připravený ke startu. Aktuální datum odletu teleskopu JWST do vesmíru je nyní plánováno na 25. prosince (13:20 SEČ). Zařízení má předpokládanou životnost pět let a zásoby pohonných hmot na jeho palubě pro potřebné korekce dráhy by měly vystačit na deset roků. Pokud budeme mít štěstí, může JWST svoji životnost překročit. Jeho funkci by nemělo ohrozit ani malé poškození objektivu v důsledku srážky s kosmickým smetím.

Pohled k počátkům kosmu

Teleskop bude pracovat v oboru infračerveného záření o vlnové délce 0,6–28 µm (mikrometrů), což je výhodné například při sledování velmi vzdálených objektů s velkým rudým posuvem nebo těles s nízkou povrchovou teplotou. Infračervené záření dokáže proniknout skrz oblaka kosmického prachu, která jsou pro viditelné světlo neprostupná. JWST nám tak umožní lépe studovat vzdálené mlhoviny, molekulární mračna v místě rodících se hvězd, prachoplynné disky mladých stálic se vznikajícími planetami, jádra aktivních galaxií apod.

Díky velkému objektivu teleskopu pak získáme zcela netušené, unikátní poznatky. Přístroj zvládne soustředit přibližně 7× víc světla než Hubbleův vesmírný dalekohled (HST). Zvýšení citlivosti umožní astronomům nahlédnout zpět v čase do minulosti kosmu, kdy se po Velkém třesku začaly formovat první galaxie. Teleskop se stane přínosem pro všechny obory astronomie a způsobí doslova revoluci například při studiu vzniku a vývoje hvězd a planetárních systémů. Zaměří se rovněž na pátrání po případných projevech života ve vesmíru.

Na místo určení

JWST bude po startu naveden do oblasti tzv. Lagrangeova libračního bodu L2 ve vzdálenosti přibližně 1,5 milionu kilometrů od Země (v opačném směru, než se nachází Slunce), tedy asi 4× dál, než obíhá Měsíc. Kolem libračního bodu bude kroužit po dráze o poloměru 800 000 km s dobou oběhu zhruba 90 dnů. Při umístění teleskopu do oblasti L2 odpadla nutnost použít u jeho konstrukce tubus, čímž se snížila i hmotnost a cena přístroje. Veškeré jeho součásti však musejí fungovat spolehlivě po dlouhou dobu, neboť nebude možné provádět žádnou údržbu ani opravy jako u HST.

Tři měsíce v napětí

Aktuální datum odletu teleskopu JWST do vesmíru je nyní plánováno na 25. prosinec. Vyloučit ale nelze ani další odklad startu – NASA před několika dny oznámila posun startu teleskopu z původně plánovaného 22. prosince na 25. prosince 13:20 SEČ. Důvodem jsou práce na odstranění problémové komunikace mezi teleskopem a raketou. Co bude následovat v prvních dnech mise?

Observatoř se od nosiče oddělí asi půl hodiny po startu a bezprostředně poté se rozvinou panely slunečních baterií. Dvě hodiny po vzletu se vyklopí a aktivuje hlavní komunikační anténa. Deset a půl hodiny po startu překoná teleskop vzdálenost Měsíce od Země a uskuteční první korekci dráhy pomocí svých malých raketových motorů. Dva a půl dne po vzletu bude následovat druhá korekce a začne se rozkládat přední i zadní část slunečního štítu, načež se uvolní zbývající subsystémy upevněné kvůli vibracím při startu. Během šestého dne se rozloží nosná konstrukce se sekundárním zrcadlem.

Koncem prvního měsíce v kosmu dojde na třetí korekci trajektorie, která zajistí navedení přístroje na plánovanou dráhu kolem libračního bodu L2. Aparatura ISIM (viz Základní části teleskopu) bude zahřívána z preventivních důvodů, aby se zabránilo případné kondenzaci vodní páry. Třiatřicet dnů po vzletu se uvedou do provozu aparatury FGS, NIRCam a NIRSpec. O 11 dnů později započne rozkládání a seřizování segmentů primárního zrcadla – a 60–90 dnů po startu bude ukončeno přesné ustavení rozkládacích segmentů hlavního zrcadla tak, aby mohlo fungovat jako celistvá optická plocha. Dalekohled bude schopen pořídit první vědecké snímky.

Přibližně v 85. dni se ukončí optimalizace kamery NIRCam. Další měsíc a půl se budou kalibrovat ostatní vědecké přístroje. Po šesti měsících v kosmu zahájí JWST vědeckou část mise a budou probíhat rutinní pozorování.

Observatoř s největším objektivem

Celková hmotnost JWST dosáhne 6 500 kg. Pro zajištění pozorování v oboru infračerveného záření bude teleskop pracovat při teplotě kolem −233 °C. Hlavní zrcadlo má průměr 6,5 m (tak velký objektiv se nevejde pod aerodynamický kryt rakety, proto se musel vyrobit jako rozkládací). Větší sběrná plocha soustředí víc světla, což umožní nahlédnout hlouběji do kosmického prostoru a sledovat mnohem slabší objekty. Velké zrcadlo také dovolí pořizovat snímky s mimořádným rozlišením.

Porovnání velikosti zrcadel HST a JWST (foto: NASA, CC0)

Objektiv se skládá z 18 šestiúhelníkových pozlacených segmentů o průměru 1,32 m, vyrobených z berylia. Díky použití zmíněného prvku bude přitom každý vážit pouze 20 kg (nebo 40 kg včetně použitých aktuátorů). Důležité je, že segmenty nebudou k nosné konstrukci připojeny pevně: Budou mít vlastní kalibrační systém, který umožní drobné korekce jejich polohy podle potřeby, a tím i změny zakřivení zrcadla a nastavení přesné optické plochy.

Důležitou součást optického systému tvoří kruhové sekundární zrcadlo o průměru 0,74 m, odrážející zachycené záření do ohniska optické soustavy. Tam pak bude instalováno ještě třetí naklápěcí zrcadlo, jež bude posílat záření na jednotlivé vědecké přístroje. Povrch zrcadla je tak kvalitní, že při pozemních zkouškách teleskopu při pracovní teplotě −233 °C zaznamenali odborníci odchylky od ideální plochy v hodnotě pouhých několika miliontin milimetru!

Bez sluneční clony to nejde

Jelikož bude výzkum vesmíru probíhat v oboru infračerveného záření, musejí se všechny přístroje co nejvíc odstínit od slunečních paprsků. Zajistit to má pět vrstev izolačních fólií tenčích než lidský vlas, vyrobených z tzv. kaptonu, se speciální povrchovou úpravou z hliníku a křemíku, jež udrží teplotu zrcadel kolem −233 °C. Ochranný štít se rozloží brzy po startu, před celkovou konfigurací objektivu.

Rozložená sluneční clona pro JWST (foto: NASA, Northrop Grumman, CC BY 4.0)

Sluneční štít o velikosti tenisového kurtu (asi 22 × 12 metrů) bude tvořit nepřehlédnutelnou součást JWST. Jeho úkolem je chránit teleskop nejen před zářením Slunce, Země a Měsíce, ale také před teplem z pomocného modulu. Bude tak zajišťovat teplotní režim dalekohledu a napomáhat k zachování ideálního tvaru optické plochy zrcadla. Na spodní straně štítu se bude nacházet panel slunečních baterií dodávajících potřebnou elektrickou energii.