ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑΔΙΑΣΤΗΜΑ

Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb: ένα νέο κεφάλαιο στην εξερεύνηση του διαστήματος

Είναι γεγονός! Μετά από επανειλημμένες αναβολές, καθυστερήσεις λόγω προβλημάτων και εξονυχιστικούς ελέγχους, το πολυαναμενόμενο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (για συντομία JWST από το James Webb Space Telescope) πρόκειται αισίως να εκτοξευθεί στις 24 Δεκεμβρίου 2021, στις 14:20 ώρα Ελλάδος.

Γενικά

Το τηλεσκόπιο έλαβε το όνομά του από τον James Edwin Webb (1906-1992), ο οποίος υπήρξε επικεφαλής της NASA και διηύθυνε το ιστορικό πρόγραμμα εξερεύνησης της Σελήνης, Apollo. Πρόκειται για το αποτέλεσμα της διεθνούς συνεργασίας μεταξύ του Αμερικανικού Οργανισμού Αεροναυτικής και Διαστήματος (NASA), της Ευρωπαϊκής και της Καναδικής Υπηρεσίας Διαστήματος (ESA & CSA, αντίστοιχα) και για τον σχεδιασμό και την κατασκευή του συνεργάστηκαν χιλιάδες επιστήμονες και μηχανικοί και πάνω από 250 εταιρείες, πανεπιστήμια και υπηρεσίες. Η κατασκευή του ξεκίνησε το 1996 και το αρχικά προγραμματισμένο έτος εκτόξευσης ήταν το 2007. Μεγάλη απόκλιση υπήρξε και ως προς το κόστος του: σύμφωνα με το αρχικό πλάνο το τηλεσκόπιο υπολογιζόταν να φτάσει τα 500 εκατομμύρια δολάρια, ενώ τελικά έχει φτάσει τα 10 δισεκατομμύρια δολάρια!

Το JWST αποτελεί το ισχυρότερο τηλεσκόπιο στην μέχρι τώρα ιστορία της ανθρωπότητας και είναι σχεδιασμένο για να δώσει μέσα από τις εξερευνήσεις του απαντήσεις σε θεμελιώδη ερωτήματα που αφορούν την αστρονομία και το διάστημα. Είναι ο διάδοχος του τηλεσκοπίου Hubble το οποίο λειτουργεί εδώ και 30 χρόνια και το έργο του αναμένεται να φτάσει και να ξεπεράσει το έργο του Hubble.

Στόχοι & αναμενόμενα αποτελέσματα

Εφόσον το JWST τεθεί σε τροχιά, θα χρειαστούν μερικοί μήνες για την ευθυγράμμιση των οπτικών του και την βαθμονόμηση των οργάνων του πριν ξεκινήσει την εξερεύνηση των θαυμαστών αντικειμένων του διαστήματος.

Με 100 φορές μεγαλύτερη ευαισθησία από το Hubble, θα μπορέσει να παρατηρήσει τους αρχαιότερους και πιο μακρινούς γαλαξίες που σχηματίστηκαν λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, πριν 13.5 δισεκατομμύρια χρόνια, εμπλουτίζοντας τις γνώσεις μας σχετικά με τον σχηματισμό και την χρονική εξέλιξη των γαλαξιών στο σύμπαν. Για να κατανοήσει κανείς την σπουδαιότητα αυτού, αρκεί να αναλογιστεί ότι όσο πιο μακρινό το παρατηρούμενο αντικείμενο, τόσο περισσότερος χρόνος απαιτείται για να φτάσει το φως του σε έναν ανιχνευτή στη γειτονιά της Γης. Το φως δηλαδή που λαμβάνει ένα τηλεσκόπιο από έναν γαλαξία έχει ταξιδέψει για μερικά δισεκατομμύρια χρόνια και συνεπώς, μας δίνει μια εικόνα του αντικειμένου πριν δισεκατομμύρια χρόνια. Έτσι, θα έλεγε κανείς ότι τα τηλεσκόπια λειτουργούν σαν «χρονομηχανές», κοιτάζοντας πίσω στον χρόνο!

Credit: NASA/Chris Gunn

Ακόμα, το JWST θα μελετήσει τα νέφη αερίων και σκόνης που αποτελούν περιοχές γέννησης νέων αστέρων και θα δώσει έτσι απαντήσεις σε ερωτήματα που αφορούν το πώς και γιατί ένα τέτοιο νέφος καταρρέει βαρυτικά  σχηματίζοντας νεαρούς αστέρες ή ακόμα αέριους γίγαντες πλανήτες ή καφέ νάνους. Θα εξετάσει την εξέλιξη των αστέρων, αλλά και το πώς επηρεάζουν το χώρο γύρω τους με τον θάνατό τους, όταν εξαντληθούν τα καύσιμά τους. Επιπλέον, θα μελετήσει εκρήξεις supernovae, με τις οποίες οι αστέρες στο τέλος της ζωής τους εμπλουτίζουν το διάστημα με βαρέα στοιχεία, τα οποία ακολούθως αποτελούν τη «μαγιά» για τη δημιουργία αστέρων νέας γενιάς.

Φυσικά, από τις παρατηρήσεις του τηλεσκοπίου James Webb δεν θα λείψουν οι εξωτερικοί πλανήτες του Ηλιακού Συστήματος, καθώς και πολυάριθμοι εξωπλανήτες σε τροχιά γύρω από άλλους αστέρες, εκτός του Ήλιου. Το JWST παρατηρώντας τους πλανήτες αυτούς τη στιγμή που περνούν μπροστά από το μητρικό τους αστέρα (φαινόμενο που ονομάζεται διάβαση) θα μπορέσει να συλλέξει το φως που διέρχεται από την ατμόσφαιρά των πλανητών. Το φως αυτό έχοντας αλληλεπιδράσει με τα συστατικά της ατμόσφαιρας «κρύβει» πολύτιμες πληροφορίες για την χημική σύσταση της ατμόσφαιρας του πλανήτη. Ακόμη, θα απαντήσει στο κατά πόσο οι ατμόσφαιρες αυτές μοιάζουν με τη γήινη, ελέγχοντας αν σε αυτές εντοπίζονται μεθάνιο, νερό, οξυγόνο, διοξείδιο του άνθρακα και άλλα μόρια. Έτσι, θα εξετάσει ταυτόχρονα το ενδεχόμενο να υπάρχουν και πέρα από τη Γη τα βασικά δομικά στοιχεία της ζωής.

Το JWST θα προσφέρει ακόμα, νέα γνώση σχετικά με την σκοτεινή ύλη και την σκοτεινή ενέργεια, οι οποίες αποτελούν το 27% και 68% της ύλης του σύμπαντος, αντίστοιχα και για τις οποίες δεν γνωρίζουμε πολλά μέχρι σήμερα.

Αυτά είναι μόνο μερικά από όσα αναμένουμε να προσφέρει το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb. Πόσα άλλα άραγε που δεν φανταζόμαστε καν θα αποκαλυφθούν στα χρόνια λειτουργίας του;

Χαρακτηριστικά της αποστολής & όργανα

Το νέο αυτό ισχυρό τηλεσκόπιο της ανθρωπότητας θα βρίσκεται στο σημείο Lagrange L2, σε απόσταση 1.5 εκατομμυρίων χιλιομέτρων από τη Γη. Τί είναι το σημείο Lagrange L2; Πολύ απλά, είναι ένα από τα σημεία όπου οι δυνάμεις που ασκούνται σε ένα αντικείμενο που θα βρεθεί εκεί δρουν έτσι ώστε να υπάρχει ευστάθεια, να υπάρχει ισορροπία. Σε αντίθεση με την περίπτωση του τηλεσκοπίου Hubble, στο σημείο όπου θα βρίσκεται το JWST δεν υπάρχει δυνατότητα επισκευής! Για να φτάσει εκεί θα χρειαστεί περίπου έναν μήνα, στη διάρκεια του οποίου θα «ξεδιπλώνονται» τα διάφορα τμήματά του (βλ. το παρακάτω βίντεο). Θα ξεδιπλωθούν διαδοχικά: το σκίαστρο, το πρωτεύον και το δευτερεύον κάτοπτρο, ενώ τα διάφορα όργανα που φέρει θα τεθούν σε λειτουργία.

Το σκίαστρο έχει μέγεθος όσο ένα γήπεδο τέννις και είναι σχεδιασμένο για να παρέχει προστασία από την υπερβολική θέρμανση λόγω της ηλιακής ακτινοβολίας, η οποία θα προκαλούσε επιπλέον υπέρυθρη εκπομπή από το ίδιο το τηλεσκόπιο λόγω υψηλής θερμοκρασίας. Έτσι, χάρη στο σκίαστρο το τηλεσκόπιο και τα διάφορα όργανα θα διατηρούνται σε θερμοκρασία περίπου -230° C.

Credit: NASA/Chris Gunn

Το πρωτεύον κάτοπτρο του JWST έχει διάμετρο 6.5 μέτρα και δεν είναι ενιαίο, αλλά αποτελείται από 18 εξαγωνικά μικρότερα κάτοπτρα. Συγκριτικά, το Hubble έχει κάτοπτρο διαμέτρου 2.4 μέτρων. Όσο πιο μεγάλη διάμετρο έχει το κάτοπτρο ενός τηλεσκοπίου, τόσο περισσότερο φως μπορεί να συλλέξει και άρα, τόσο βαθύτερα στο διάστημα μπορεί να «δει». Καθένα από αυτά τα κάτοπτρα διαθέτει λεπτή επίστρωση χρυσού, η οποία συμβάλει στην βέλτιστη ανάκλαση της υπέρυθρης ακτινοβολίας, που αντιστοιχεί και στα κύρια μήκη κύματος στα οποία θα παρατηρεί το τηλεσκόπιο. Πρακτικά αυτό σημαίνει ότι το τηλεσκόπιο θα μπορεί να «βλέπει» μέσα από την μεσοαστρική σκόνη.

Για την κατανόηση του τι σημαίνει παρατήρηση σε υπέρυθρα μήκη κύματος, δίνονται παρακάτω ως παράδειγμα δύο φωτογραφίες στις οποίες απεικονίζεται το Νεφέλωμα της Τρόπιδος (γνωστό και ως NGC 3372). Οι φωτογραφίες αυτές προέρχονται από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble τις οποίες και τράβηξε συλλέγοντας ακτινοβολία στο ορατό τμήμα του φάσματος (αριστερά) και στο υπέρυθρο (δεξιά), αντίστοιχα. Είναι προφανές, ότι στη δεξιά φωτογραφία φανερώνονται πολλοί αστέρες που στην αριστερή φωτογραφία αποκρύπτονται από το νέφος σκόνης.

Credit: NASA, ESA, M. Livio and the Hubble 20th Anniversary Team (STScI)

Τα διάφορα όργανα που φέρει το JWST περιλαμβάνουν ισχυρές κάμερες, φασματογράφους και στεμματογράφους, τα οποία θα παρέχουν στους επιστήμονες τα δεδομένα που απαιτούνται για την μελέτη των υλικών που συνθέτουν τους αστέρες, τους γαλαξίες, καθώς και τις ατμόσφαιρες των πλανητών του Γαλαξία μας. Πιο αναλυτικά:

Ένας στεμματογράφος χρησιμοποιείται για να καλύψει έναν αστρικό δίσκο και έτσι να αποκόψει την έντονη ακτινοβολία, ώστε να μπορούν να παρατηρηθούν γειτονικά αντικείμενα που αλλιώς θα χάνονταν στην λάμψη του αστέρα και δεν θα ήταν παρατηρήσιμα.

Ένας φασματογράφος χρησιμοποιείται για να αναλύσει το φως του παρατηρούμενου αντικειμένου -διαδικασία παρόμοια, θα λέγαμε, με αυτή της εμφάνισης ουράνιου τόξου όταν το φως αναλύεται από τις σταγόνες της βροχής. Μέσα από το φάσμα που προκύπτει μπορούν να εξαχθούν πληροφορίες για τη χημική σύσταση της ατμόσφαιρας του πλανήτη κ.α.

Πρακτικά, ο φασματογράφος μας δείχνει από τι αποτελείται ένα αντικείμενο του διαστήματος (π.χ. αστέρας, νεφέλωμα, γαλαξίας, κλπ), συμπληρώνοντας το «έργο» μιας κάμερας που μας δείχνει τη μορφή του αντικειμένου αυτού.

Παρακολουθήστε ζωντανά την εκτόξευση

Κάντε κλικ εδώ για να παρακολουθήσετε την εκτόξευση του πυραύλου Ariane 5, που θα μεταφέρει το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb στο διάστημα. Συντονιστείτε παραμονή Χριστουγέννων, μετά τις 14:00, σε απευθείας μετάδοση από το διαστημικό κέντρο του Κουρού της Γαλλικής Γουιάνας της Νότιας Αμερικής.

Επιμέλεια: Όλγα Παπαδοπούλου, MSc Αστροφυσικής

Back to top button