Foto:UnSplash
Istorija nauke velikim delom je istorija naučnih uređaja i instrumenata. Na samom kraju prošle (2021.) godine i na početku ove, verovatno najznačajnije vesti iz nauke bile su vezane za lansiranje novog svemirskog teleskopa, zvanično nazvanog Svemirski teleskop Džejms Veb (eng. James Web Space Telescope, od čega potiče univerzalno korišćena skraćenica JWST) i njegov put do svog odredišta.
Nakon uspešnog lansiranja 25. decembra 2021. godine i niza od preko stotinu manevara koji su izvedeni bez greške, ova ambiciozna opservatorija stigla je u svoj novi dom – u blizini gravitaciono posebnog mesta zvanog L2 – za vrhunski pogled na Univerzum. Vebov teleskop je saradnja između Nase, Evropske svemirske agencije (ESA) i Kanadske svemirske agencije.
Svemirski teleskop Džejms Veb dobio je ime po jednom od Nasinih direktora; originalno, projekat se zvao Svemirski teleskop nove generacije (eng. New Generation Space Telescope, odnosno NGST). Džejms Veb (1906-1992) je bio direktor u dva mandata u ključnom periodu Merkjuri, Džemini i Apolo programa, od 1961. do 1968. godine. Njegovo vođenje jedne od najuspešnijih svemirskih agencija na svetu, započelo je baš u vreme čuvenih Apolo misija koje su imale cilj spuštanje čoveka na Mesec i njegov bezbedan povratak na našu planetu.
Danas, u doba kada se nova raketa kao što je SLS o kojoj smo pisali u ovoj rubrici razvija i testira po 10+ godina, teško je i zamisliti tempo inovacija i razvoja koji je karakterisao 1960-te godine i kojima je Veb aktivno predsedavao. Na mesto direktora agencije postavio ga je tadašnji predsednik SAD Džon F. Kenedi koji je na početku Apolo programa 1962. godine održao čuveni govor na Rajs Univerzitetu:
Odabrali smo da odemo na Mesec u ovoj deceniji i da uradimo još puno stvari u svemiru, ne zato što je to lako, već baš zbog toga što je to teško!
U tom trenutku svi su gledali u gospodina Veba kojem se predsednik na početku svog obraćanja zahvalio. Džejms Veb bio je pravnik po struci, biznismen, i pre toga direktor Biroa za budžet SAD, dakle čovek sa ogromnim administrativnim iskustvom. Što je svakako bilo potrebno, pošto je postavljen za direktora samo 2 meseca nakon što je Gagarin napravio prvi uspešan orbitalni let. U tako teškoj situaciji, pod ogromnim pritiskom javnosti i političara, Veb je na kraju briljirao. Za vreme Apolo programa u Nasi je radilo više naučnika i inženjera nego ikada do tada ili od tada: ukupno 35 hiljada ljudi je bilo zaposleno u Nasi, dok je recimo poređenja radi danas taj broj oko 17 hiljada. O budžetu, kao i spremnosti na hrabro i inovativno prihvatanje rizika, ne treba ni trošiti reči.
Veb se zalagao za napredak i razvoj nauke i tehnologije na svakom koraku, kroz čitavu svoju karijeru, javno kao i privatno. Pre nego što je Apolo program započet, bio je predviđen budžet od nekoliko milijardi dolara, a Veb je bio prvi čovek koji je procenio da će Apolo program koštati SAD oko 22 milijarde dolara, podcenivši ukupan trošak na kraju za samo 3 milijarde (što je u istoriji megaprojekata ove vrste izuzetna preciznost).
Čak i nakon velikog neuspeha sa Apolo 1 misijom, kada su zbog požara u kapsuli poginuli astronauti Grisom, Vajt i Čefi, nastavio je da radi na Apolo programu i njegov mandat se završio nakon prve uspešne misije sa ljudskom posadom Apolo 7. Smatra se da je za razvoj svemirske nauke učinio više nego bilo koji drugi direktor Nase (verovatno više nego i bilo koji drugi politički nameštenik ikada). Danas jedna fantastična opservatorija nosi njegovo ime, iz poštovanja prema njegovom radu i zalaganju za nauku i vrednosti Prosvetiteljstva.
Vebov teleskop naslediće Hablov svemirski teleskop koji nam je od svog lansiranja 1992. godine do danas dao slike drugih zvezda, maglina i galaksija sa detaljima kakve je retko ko mogao i da zamisli kada je taj teleskop bio lansiran. Džejms Veb je sveukupno koštao oko 10 milijardi američkih dolara, što je daleko prevazišlo prve procene od oko jedne milijarde (čak i ako se koriguje za inflaciju), i mogao bi da uspešno funkcioniše 20 ili – optimistično gledano – i više godina, prikupljajući uvide bez presedana o Univerzumu, dok gleda u duboki svemir. Mada je projekat otpočeo još davne 1996. godine, beskonačna odlaganja, borba sa birokratijom, promene koje su imale cilj korišćenje savremenije tehnologije, novih materijala i slično su dovele do toga da je, eto, realizovan tek ovih dana.
Najočiglednija razlika između Hablovog i Vebovog svemirskog teleskopa, koja je očigledna iz doslovce svake slike, jeste činjenica da Habl uopšteno govoreći liči na zemaljske teleskope, prevashodno po jednoj ključnoj osobini, naime ima cev (tubus). Za razliku od toga, JWST liči na neku kosmičku jahtu, sa velikim primarnim ogledalom prečnika 6,5 metara, sastavljenom od segmenata, o kojem nešto više dole, ali bez klasične teleskopske cevi. Ovaj dizajn „teleskopa bez cevi“ uopšte nije nov – zapravo prvi ga je osmislio i realizovao genijalni holandski prirodnjak Kristijan Hajgens oko 1660. godine! – mada se na Zemlji retko koristi iz prostog razloga što na našoj planeti gotovo uvek i svuda postoji ogromna količina rasejane svetlosti na praktično svim talasnim dužinama od interesa za astronomiju.
Stoga teleskopska cev služi ponajviše da eliminiše te fotone koji se rasejavaju na zemaljskom pejzažu i atmosferi. Za uređaje u svemiru ovo, međutim, nije od velikog značaja, posebno kad se ne nalaze u niskoj orbiti oko Zemlje, kao što je bio slučaj sa Hablom, već u dubokom svemiru, kakav je slučaj sa Vebom. Ne samo što nema nekakvog pejzaža od kojeg bi se fotoni mogli rasejavati, već je i gustina materije u dubokom svemiru toliko mala – daleko manja nego u bilo kom vakuumu dostupnom na Zemlji – da je rasejanje na zrncima prašine ili molekulima zanemarivo.
Dakle, Džejms Veb svemirski teleskop ovih dana je stigao do svog konačnog odredišta – gravitaciono posebnog mesta u svemiru poznatog kao druga Lagranžova tačka, ili L2. Ka njoj se ovaj najsloženiji teleskop ikada konstruisan kretao od Božićnog lansiranja, popravljajući svoju putanju, odbacio je nekoliko raketnih potisnika i konačno stigao u orbitu oko tačke, oko koje će kružiti otprilike svakih šest meseci. L2 se nalazi na suprotnoj strani Zemlje od Sunca, udaljena je oko 1,5 miliona kilometara, ili četiri puta više od Meseca. Tamo je gravitaciona sila Sunca i Zemlje jednaka centripetalnoj sili potrebnoj da se Vebov teleskop kreće sa njima.
Povremeno će morati da troši raketno gorivo kako bi ostao u toj orbiti oko L2 tačke i na kraju kada ne bude bilo više goriva lagano će otploviti odatle. Lansiranje ovog teleskopa izvršeno je raketom Arijana 5, najpouzdanijim lansirnim sistemom Evropske svemirske agencije, sa ESA kosmodroma Kuru u Francuskoj Gijani. Zahvaljujući ekstremno detaljnim proračunima, i zahvaljujući nekoliko odlaganja lansiranja kako bi se „uhvatio“ savršeni trenutak, teleskop je stigao na svoje odredište sa minimalnim utroškom goriva što je prema nekim ranim procenama produžilo životni vek Vebovog teleskopa sa, zagarantovanih 5, na blizu 20 godina rada. Da bi ostao u ovoj orbiti, Veb treba da izvrši mala prilagođavanja otprilike jednom u tri nedelje, sagorevajući gorivo koje ima. U suprotnom, misija bi odlutala u međuplanetarni prostor, što će se na kraju i desiti.
Samo nekoliko svemirskih misija je do sada otputovalo u L2, koja je jedna od ukupno pet Lagranžovih tačaka u sistemu Sunce-Zemlja. Ali planirano je više takvih programa za blisku budućnost, jer je lokacija posebno dobra za osetljive astronomske opservatorije kao što je JWST. Postoji nekoliko jedinstvenih stvari u vezi sa L2 koje ga čine idealnim za astronomske misije.
Pre svega, to uključuje mogućnost nesmetanog gledanja velikog dela neba. Teleskopi koji kruže oko Zemlje, kao što je Hablov svemirski teleskop, imaju veliki deo pogleda koji planeta blokira veći deo vremena. Okrenut od Sunca, Vebov teleskop drži i Zemlju i Mesec, iza sebe. Vebov teleskop poseduje veliki štit koji ga štiti bleštavila ova tri tela dok posmatra duboki svemir, a sa druge strane štit uz pomoć solarnih panela koji su stalno okrenuti ka Suncu, proizvodi oko 2 kilovata električne energije što je dovoljno za napajanje većine instrumenata. Njegov štitnik od Sunca veličine teniskog terena uvek blokira Sunce, dok njegovo primarno ogledalo široko 6,5 metara gleda u tamu svemira. Veb će proučavati niz astronomskih objekata, uključujući najudaljenije galaksije u Univerzumu, atmosfere vansolarnih planeta i zvezdana porodilišta obavijene prašinom.
Druga velika prednost L2 tačke jeste što je tamo prilično hladno. Misije oko Zemlje ulaze i izlaze iz Sunčeve svetlosti na svakoj orbiti, doživljavajući ogromne temperaturne promene koje uzrokuju da se oprema širi i skuplja. Naučni instrumenti koji moraju da ostanu hladni da bi funkcionisali bolje rade u okolini L2, gde je temperatura mnogo stabilnija. Četiri Vebova naučna instrumenta rade na temperaturama od oko minus 233 stepeni Celzijusa, ili samo 40 stepeni iznad apsolutne nule, da bi uočili slabi sjaj koje dolazi od zvezda, galaksija i drugih kosmičkih objekata. JWST ne zalazi u Mesečevu senku, i na taj način njegovi solarni paneli mogu da ostanu konstantno pod uticajem Sunca, a antene mogu stalno da komuniciraju sa Zemljom.
Lagranžove tačke su nazvane po velikom matematičaru 18. veka Žozefu Lagranžu, koji ih je 1772. otkrio kao lokacije gde malo telo može da orbitira zajedno sa dva tela veće mase. To čini L1 i L2, najbliže Lagranžove tačke Zemlji, očiglednim mestima za istraživanje svemira, posebno što one – za razliku od recimo L4 i L5 tačaka, ne sakupljaju „kosmički otpad“, odnosno male asteroide, međuplanetsku prašinu i slično.
Prva svemirska letelica koja je putovala do neke Lagranžove tačke bila je Nasina međunarodna misija Sun-Earth Explorer 3, koja je lansirana 1978. godine i otišla do L1 tačke, koja se stalno nalazi između Zemlje i Sunca. Ta misija je pokazala da je moguće poslati svemirsku letelicu u orbitu oko Lagranžove tačke. ESA je poslala solarnu opservatoriju u orbitu oko L1, gde zajedno sa još nekoliko drugih misija u istoj tački, još uvek proučavaju Sunce.
Prva misija koja je radila iz L2 bila je Vilkinsonova mikrotalasna anizotropna sonda (eng. Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, poznata pod skraćenicom WMAP), misija Nase koja je proučavala kosmičko pozadinsko zračenje. ESA je poslala nekoliko svemirskih letelica na L2, uključujući sada već nefunkcionalnu Heršelovu svemirsku opservatoriju. Trenutno postoje još dve misije na L2: Esin svemirski teleskop GAIA, najsavremenija opservatorija za mapiranje Mlečnog puta, sa misijom da detaljno izmeri kretanje i položaje nekih 2 milijarde zvezda, i druga rusko-nemačka astrofizička opservatorija Spektra-RG. Sve su u različitim orbitama, tako da nema opasnosti da se sudare, izjavili su Nasini inženjeri, dodajući da je „prostor ogroman“ (čak i ako ga mi kolokvijalno zovemo „tačkom“).
Iako je Vebov teleskop tek stigao u L2 tačku, kao što rekosmo udaljenu 1,5 miliona kilometara, gde malo ko očekuje da će biti moguće uraditi ikakvu popravku kao što je to slučaj bio sa Hablovim „stavljanjem naočara“, inženjeri i astronomi već smišljaju načine na koji bi raketno gorivo moglo biti dopremljeno do svih letelica u L2 tački i na taj način produžiti radni vek ovih opservatorija. Znamo na primer da je Hablov teleskop, ostao funkcionalan evo u ovom trenutku već 31. godinu, što je mnogo duže nego što je bilo očekivano, jer do sada nije imao nijedan katastrofalni kvar.
Ukoliko tako bude i sa Vebovim teleskopom, očekivano je da se pronađe način da se do ovih opservatorija u budućnosti dopremi dodatno gorivo za funkcionisanje. SpaceX-ov Zvezdobrod, koji ovih dana treba da bude testiran u orbitalnom letu – o čemu će svakako biti reči u ovoj rubrici – budi potencijalno velike nade u ovom pogledu. Buduće planirane misije koje će biti smeštene u oblasti oko L2 tačke uključuju Nasin svemirski teleskop Nensi Grejs Roman, koji bi trebalo da bude lansiran 2027. godine, i Esinu misiju za istraživanje ekstrasolarnih planeta PLATO, koje bi trebalo da budu lansirane 2026. i 2029. godine.
Dana 8. januara ove 2022. godine, Vebov teleskop je prešao bitnu prekretnicu kada je otvorio i poslednji segment svog primarnog ogledala. Od tada, sa mnogo olakšanja, inženjeri podešavaju poravnanje ukupno 18 šestougaonih segmenata koji čine ogledalo. Slede četiri meseca hlađenja i kalibracije četiri naučna instrumenta, pre nego što počne da šalje prve snimke u junu ove godine. Već sada je vreme za sve pohvale za ovaj naučni i inženjerski podvig decenije. Čovek do sada nikada nije napravio tako moćnu mašinu za istraživanje svemira. Sa ogromnim ogledalom i izuzetno osetljivim instrumentima JWST će u infracrvenom delu spektra moći da posmatra najudaljenije galaksije u Univerzumu, do crvenog pomaka od oko 15, što je svega oko 270 miliona godina nakon Velikog praska (manje od 2% današnje starosti svemira!).
Naravno, brojni posmatrački ciljevi i programi koji će se realizovati tokom narednih godina i – nadamo se! – decenija nisu nužno kosmološki i usmereni ka najudaljenijim i najstarijim objektima u univerzumu. JWST će, na primer, moći da posmatra i molekule ugljen-dioksida i vode u atmosferama udaljenih vansolarnih planeta, što je nešto za šta se koliko 1990-tih smatralo da će biti ostvarivo u 22. veku (!) ili kasnije. Otkriće nam tajne nastanka zvezda gledajući kroz oblake prašine i gasa u kojima one nastaju.
Takođe, vrlo je moguće da ćemo korišćenjem upravo infracrvene spektroskopije uskoro otkriti kompleksne organske molekule poput amino kiselina ili polipeptida na malim telima poput kometa ili objekata iz Kajperovog pojasa. Zbog svega toga – ali i zbog one vrste otkrića koja se sad ne mogu predvideti, a koje svaka nova generacija astronomski uređaja nužno donosi, takoreći nepoznatih nepoznatih – sa nestrpljenjem očekujemo spektakularne rezultate koje će nam Vebov teleskop pružiti.
JWST je istinska opservatorija 21. veka u višestrukom značenju te reči. Moglo bi se sporiti koji je veliki teleskop obeležio 20. vek i sva veličanstvena otkrića na nebu učinjena tokom prošlog veka – ali je nesporno da je njegov završetak bio u znaku Hablovog svemirskog teleskopa. U današnjim promenjenim okolnostima, ne moramo čekati kraj veka za radikalno nov prozor u fizičku realnost: od početka ove, 2022. godine, spremni smo za njega.
Autori: dr Milan M. Ćirković i dr Milan Stojanović