Już są i powodują opad szczeny - zdjęcia z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba

By nie trzymać dłużej w niepewności – oto to zdjęcie:


Dlaczego jest takie wyjątkowe? Wszystko przez obszar nieba, jaki został tu sfotografowany. By zrozumieć skalę, weź ziarnko piasku, połóż je na palcu, wyciągnij przed siebie rękę i zasłoń kawałek nieba owym ziarenkiem piasku. Niewiele się zasłoniło, prawda? Praktycznie tyle, co nic. No i właśnie na tym zdjęciu mówimy o takim fragmencie nieba. Czy teraz zaczyna to robić wrażenie? Mało? To jedziemy dalej. Te rozmazane punkciki (te mgiełki) to galaktyki. Na zdjęciu jest ich 48. W każdej z nich jest od 50 do nawet 600 miliardów gwiazd! A to wszystko w wycinku nieba wielkości ziarnka piasku. Czy to wszystko? Skądże! Jedna z tych galaktyk widocznych na tym zdjęciu (NASA nie ujawniła która) wygląda tak jak 13,1 miliarda lat temu. Tyle lat potrzebowało światło, aby z niej dotrzeć do teleskopu. Wiek wszechświata szacuje się na 13,8 miliarda lat. Więc na tym zdjęciu obserwujemy prawdopodobnie jedną z najstarszych galaktyk, która być może już dawno nie istnieje. Jednak z całą pewnością jest to najstarszy obiekt zaobserwowany przez człowieka. I dopiero teraz widać prawdziwy sens tego zdjęcia. Ale zanim doszło do jego wykonania, musiało wiele się wydarzyć. Zatem zapraszam na krótką historyczną podróż.

I od razu uprzedzam. Nie jestem jakimś tam wielkim ekspertem od astronomii, astrofizyki i takich tam. Po prostu lubię gapić się w niebo przez teleskop i trochę czytam na te tematy. Ot, zwyczajnie amatorsko się nimi interesuję. Dlatego też bardzo proszę o wybaczenie nieścisłości czy niedopowiedzeń. Jeżeli gdzieś popełniłem błąd – proszę, wyślijcie uściślenie poprzez link pod artykułem. Chętnie owe błędy naprawię i uściślę.

Zatem cofnijmy się do roku 2007

Wtedy to podjęto decyzję o zbudowaniu kolejnego kosmicznego teleskopu (kolejnego, bo od roku 1990 w przestrzeni kosmicznej unosi się teleskop Hubble'a). Kolejny teleskop nazwano Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (James Webb Space Telescope, JWST). Został nazwany na cześć Jamesa Webba, drugiego administratora NASA, który odpowiadał m.in. za realizację programu Apollo. Sam teleskop jest naprawdę duży.

Zwierciadło główne

Główne zwierciadło jest zbudowane z 18 sześciokątnych elementów ułożonych w formie plastra miodu. Pojedynczy element mierzy 1,32 m od krawędzi do krawędzi. Razem formują sześciokąt o rozpiętości 6,5 m i powierzchni zbierającej światło równej 25 m². System optyczny teleskopu składa się z 4 zwierciadeł, które są wykonane z berylu i pokryte złotem oraz krzemionką. Beryl zapewnia lekkość całej konstrukcji – zwierciadło główne waży 705 kg, dodatkowo zaletą berylu jest jego wyjątkowo niski współczynnik rozszerzalności w temperaturach rzędu 30-80 K. Wypolerowane elementy zwierciadła zostały pokryte 100 nm warstwą czystego złota. Warstwa ta umożliwia pracę teleskopu w zakresie podczerwieni. Na złotą warstwę odbijającą naniesiono warstwę ochronną z amorficznej krzemionki, zabezpieczającą zwierciadło przed urazami mechanicznymi.

Osłona słoneczna

Aby obserwacje odległych obiektów astronomicznych były niezakłócane przez promieniowanie samego teleskopu, będzie on pracował w bardzo niskiej temperaturze – poniżej 50 K (−223°C). Urządzenie jest wyposażone w zaprojektowaną przez koncern Northon Grumman, osłonę blokującą światło i ciepło dochodzące ze Słońca, która po rozłożeniu ma rozmiar 21,197 m × 14,162 m. Składa się z pięciu warstw – każda kolejna jest chłodniejsza, a próżnia między nimi zapewni izolację. Największa z warstw (oznaczona cyfrą 1) jest zwrócona ku Słońcu, a najmniejsza (5) w stronę zwierciadła. Warstwy są tak ułożone, że Słońce oświetla prawie wyłącznie pierwszą i niewielką część drugiej, natomiast zwierciadło „widzi” jedynie warstwę 5 i czasem niewielki fragment 4. Brzegi warstw są dalej od siebie niż ich centra, co ułatwia wypromieniowywanie ciepła. Pierwsza warstwa zatrzymuje 90% energii.

Elektronika teleskopu:

NIRCam – Near InfraRed Camera, kamera bliskiej podczerwieni
NIRSpec – Near InfraRed Spectrograph, spektrograf bliskiej podczerwieni
MIRI – Mid-InfraRed Instrument, kamera i spektrograf działający w zakresie średniej do długiej podczerwieni
FGS/NIRISS – Fine Guidance Sensor and Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph. Ten instrument jest złożony z dwóch elementów połączonych fizycznie, ale oddzielnych optycznie. FGS wspiera teleskop w utrzymywaniu pozycji w przestrzeni i działa na zasadzie odnajdywania wybranych gwiazd przewodnich. NIRISS wykonuje spektrografię w zakresie 0,7-5,0 μm w polu widzenia o rozmiarach 2,2 x 2,2 minuty kątowej.

Jak widać, teleskop robi zdjęcia w podczerwieni, które są potem przetwarzane i koloryzowane po to, by mogły być przyjazne dla oglądającego. Ale nie martwcie się, nie są to przypadkowe kolory, a takie, które byłyby zarejestrowane, gdyby teleskop robił zdjęcia w świetle widzialnym.

Budowa teleskopu została ukończona w roku 2021, a całość prezentuje się tak:


Pozostało tylko wystrzelić teleskop w kosmos. A że waga teleskopu to 6,5 tony, to i rakieta wynosząca go w przestrzeń kosmiczną musiała być nie byle jaka...

Była nią Ariane 5 ECA, czyli najcięższy i najsilniejszy wariant z rodziny Ariane 5, czyli ciężkich rakiet nośnych. 25 grudnia 2021 roku teleskop rozpoczął swój lot w kosmos do punktu libracyjnego L₂. Punkt ten znajduje się około 1 500 000 km od Ziemi.
Co to jest za punkt i dlaczego tam? Przecież teleskop Hubble'a wisi około 620 km nad ziemią i dobrze mu tam. Otóż jak się okazuje, nie do końca dobrze, bo choć jego obraz jest o wiele bardziej szczegółowy niż na Ziemi, to jednak pewnych zakłóceń uniknąć się nie da.

Punkt libracyjny

Punkt libracji, punkt Lagrange’a – miejsce w przestrzeni, w układzie dwóch ciał powiązanych grawitacją, w którym ciało o pomijalnej masie może pozostawać w spoczynku względem ciał układu. Czyli raz wystrzelony po dotarciu na taki punkt pozostaje tam na zawsze. Pierwsza zaleta. I teraz do wyboru mamy dwa takie użyteczne punkty. L ₁ i L_2.

W układzie Ziemia–Księżyc
Punkt L ₁ może być cenną lokalizacją dla stacji kosmicznej z uwagi na położenie pomiędzy Ziemią a Księżycem. Punkt L₂ jest dobrym miejscem do umieszczenia radioteleskopu, ponieważ Księżyc chroni go przed zakłóceniami radiowymi z Ziemi.

W układzie Ziemia–Słońce
Punkt L ₁ znajduje się blisko Ziemi i jest ciągle oświetlany przez Słońce. Czyni go to użytecznym do prowadzenia obserwacji Słońca lub do pozyskiwania energii słonecznej. Na orbicie w pobliżu tego punktu zostało umieszczone obserwatorium SOHO.

Punkt L₂ znajduje się stale w półcieniu Ziemi, co czyni go dobrym miejscem do prowadzenia obserwacji planet zewnętrznych lub obszaru poza Układem Słonecznym. I dlatego też na orbitach w pobliżu tego punktu umieszczono m.in. Kosmiczne Obserwatorium Herschela, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba i satelitę Planck.

24 stycznia 2022 roku o godzinie 20:00 teleskop dotarł na miejsce. I rozpoczął się proces kalibracji luster. Do kalibracji została wykorzystana gwiazda HD 84406 w gwiazdozbiorze Wielkiej Niedźwiedzicy. I tak naprawdę pierwsze zdjęcie wyglądało tak jak poniżej. Widzimy tu HD 84406 odbitą przez każde zwierciadło osobno.



Naukowcy wiedzieli, że to sukces, gdyż, jak się okazało, teleskop działa. Proces kalibracji przebiegał pomyślnie, na pewnym etapie zidentyfikowano nawet odbicia każdego z 18 fragmentów zwierciadła.



Aż w końcu ogłoszono sukces. Każdy fragment zwierciadła był skalibrowany idealnie.



I zaraz po tym teleskop nadesłał pierwsze próbne zdjęcie, czyli obraz gwiazdy 2MASS J17554042+6551277, w tle widoczne są odległe galaktyki.


I oto nadszedł 11 lipca 2022. I NASA opublikowała zdjęcie, które umieściłem jako pierwsze. Klikając tutaj, możesz otworzyć je w naprawdę dużej rozdzielczości. I jest jeszcze pewna ciekawostka odnośnie do tego zdjęcia. Pierwsze głębokie pole Webba to gromada galaktyk SMACS 0723, której okolice obfitują w tysiące galaktyk – w tym najsłabsze obiekty, jakie kiedykolwiek zaobserwowano w podczerwieni. Zdjęcie to maleńki fragment większości znanej jako Southern Massive Cluster Survey. Odkryto także, że potężne pole grawitacyjne gromady galaktyk może zaginać promienie świetlne z bardziej odległych galaktyk znajdujących się za nią, tak jak szkło powiększające ugina i wypacza obrazy (tak zwane soczewkowanie grawitacyjne). Na zdjęciu widać zakrzywione paski, które w rzeczywistości są odległymi galaktykami.

A by pokazać z jak wyjątkowym teleskopem mamy do czynienia - poniżej ten sam obszar (SMACS 0723) wykonany przez teleskop Hubble'a.


Jednak teleskop podesłał także inne zdjęcia. Na początek małe porównanie. Na zdjęciu NGC 3324 – mgławica emisyjna znajdująca się w konstelacji Kila w odległości około 7500 lat świetlnych. U góry zdjęcie z teleskopu Jamesa Webba, na dole to samo zdjęcie wykonane przez teleskop Hubble'a. I tu już chyba nie trzeba więcej słów...



Kwintet Stephana – zwarta grupa galaktyk powiązanych ze sobą grawitacyjnie. Została odkryta w 1877 roku przez Édouarda Stephana z Uniwersytetu w Marsylii.



NGC 3132 (znana również jako Rozerwana Ósemka lub Mgławica Pierścień Południowy) – mgławica planetarna znajdująca się w konstelacji Żagla. Została odkryta przez Johna Herschela 2 marca 1835 roku. Oba zdjęcia są zrobione przez JWST przez różne instrumenty przy różnej długości fali.



Dla porównania NGC 3132 zrobiona przez teleskop Hubble'a.


A na deser... Jowisz! I to w podczerwieni. Jak donosi Dziennik Naukowy:

Wcześniej, jeszcze przed oficjalną publikacją pierwszych obrazów z teleskopu Webba, pojawiały się zdjęcia testowe z kalibracji różnych instrumentów teleskopu. Okazuje się, że podczas tego procesu JWST wykonał także zdjęcia Jowisza.
Obrazy te zostały opublikowane jako część raportu z uruchomienia JWST. Dokument ten zawiera szczegółowe informacje na temat wszystkich testów, jakim zostały poddane instrumenty naukowe na pokładzie obserwatorium.
Zdjęcia pokazują planetę, jej pierścienie i trzy jej księżyce - Europę, Tebe i Metisa. Na lewym zdjęciu, tuż obok Wielkiej Czerwonej Plamy, widoczny jest również cień Europy.
Zdjęcia zostały zrobione kamerą bliskiej podczerwieni NIRCam używając dwóch różnych filtrów, aby skupić się na różnych długościach fal światła. Obraz powstał w ramach testu sprawdzającego, czy JWST może śledzić szybko poruszające się obiekty w Układzie Słonecznym. Jowisz był najwolniejszym, ale największym i najbardziej spektakularnym z dziewięciu ruchomych celów użytych w testach i pokazał, że Webb może śledzić obiekty nawet wtedy, gdy jasna planeta odbija światło.

Zdjęcia z teleskopu ukazują się na bieżąco na tej stronie NASA. I naprawdę - dla nas ludzi zaczyna się całkiem nowa era patrzenia w kosmos. To na koniec, wybaczcie, ale nie mogłem się powstrzymać... Dawno, dawno temu, gdzieś w odległej galaktyce...

Źródła: 1, 2, 3, 4