Το τηλεσκόπιο James Webb – Νέα εποχή στην παρατηρησιακή Αστροφυσική
Ξεκίνησε η αντίστροφη μέτρηση για την εκτόξευση του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb, καθώς μετά από πέντε αναβολές το γεγονός θα λάβει χώρα ανήμερα των Χριστουγέννων, στις 25 Δεκεμβρίου 2021. Πρόκειται για μια συνεργασία της Αμερικανικής (NASA), της Ευρωπαϊκής (ESA), και της Καναδικής (CSA) Διαστημική Υπηρεσίας, με κύρια συνεισφορά από την πρώτη, που θα διαδεχθεί το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble στη μελέτη του διαστήματος. Θα παρέχει βελτιωμένη υπέρυθρη ανάλυση και ευαισθησία σε σχέση με το Hubble και θα χρησιμοποιηθεί σε ένα τεράστιο εύρος ερευνών στους τομείς της αστρονομίας, της αστροφυσικής και της κοσμολογίας, από τον ατμοσφαιρικό χαρακτηρισμό δυνητικά κατοικήσιμων εξωπλανητών, μέχρι την παρατήρηση μερικών από τα πιο μακρινά και παλαιότερα γεγονότα και αντικείμενα στο Σύμπαν, όπως ο σχηματισμός των πρώτων γαλαξιών.
Το James Webb έχει μάζα 6 τόνους και 6,25 φορές μεγαλύτερη συλλεκτική επιφάνεια, άρα και ευαισθησία, συγκριτικά με το Hubble. Επιπρόσθετα, έχει σημαντικά μεγαλύτερο οπτικό πεδίο, καλύπτοντας 15 φορές μεγαλύτερη περιοχή του ουρανού. Το πρωτεύον κάτοπτρό του αποτελείται από 18 εξαγωνικά τμήματα, που είναι κατασκευασμένα από επιχρυσωμένο βηρύλιο, τα οποία ξεδιπλώνουν και προσαρμόζονται σχηματίζοντας ένα κάτοπτρο διαμέτρου 6,5 μέτρων. Το μεγαλύτερο εξάρτημα του είναι η ηλιακή ασπίδα πέντε στρωμάτων, που μειώνει την ηλιακή ακτινοβολία που φτάνει στο τηλεσκόπιο κατά ένα εκατομμύριο φορές και είναι η κύρια αιτία του μεγάλου μεγέθους του (20 επί 14 μέτρα). Σε αντίθεση με το τηλεσκόπιο Hubble το οποίο πραγματοποιούσε παρατηρήσεις στο υπεριώδες, στο ορατό και πλησίον της υπέρυθρης περιοχής του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος (0,1 έως 1 μm), το James Webb θα μπορεί να λαμβάνει δεδομένα σε χαμηλότερη περιοχή συχνοτήτων, από ορατό φως μεγάλου μήκους κύματος έως το μέσο υπέρυθρο (0,6 έως 28,3 μm), γεγονός που θα του επιτρέψει να παρατηρεί αντικείμενα υψηλής μετατόπισης προς το ερυθρό, και συνεπώς πολύ παλαιότερα και πολύ μακρύτερα από αυτά που μπορούσε να παρατηρήσει το Hubble.
Το James Webb θα περιφέρεται γύρω από τον Ηλιο σε απόσταση 1,5 εκατομμυρίου χιλιομέτρων μακριά από τη Γη, στο σημείο του συστήματος Γης-Ηλίου που ονομάζεται δεύτερο σημείο Lagrange ή L2. Η χαρακτηριστική ιδιότητα των σημείων Lagrange είναι ότι η βαρυτική έλξη από τον Ήλιο και τη Γη εξισορροπεί τη φυγόκεντρο δύναμη λόγω της περιφοράς, με αποτέλεσμα τα σώματα που βρεθούν εκεί να παραμένουν μόνιμα σε αυτά. Έτσι, το James Webb θα περιφέρεται σε συγχρονισμό με τη Γη, μένοντας σε περίπου σταθερή απόσταση. Επειδή τα σημεία Lagrange είναι σημεία ασταθούς ισορροπίας, απαιτείται τακτική μικρή διόρθωση της θέσης μέσω των ακροφυσίων διόρθωσης πορείας, τα οποία όμως έχουν πολύ μικρή κατανάλωση καυσίμου. Η μεγάλη απόσταση (χιλιάδες φορές μεγαλύτερη από αυτή του Hubble που ήταν μόλις 550 km πάνω από την επιφάνεια της Γης) καθιστά την επισκευή ή την αναβάθμιση του Webb σχεδόν αδύνατη με τη σημερινή τεχνολογία.
Η ηλιακή ασπίδα του Webb, η οποία θα διατηρεί σταθερό προσανατολισμό, θα εμποδίζει τόσο την ακτινοβολία του Ηλίου, όσο και την ανακλώμενη από τη Γη και τη Σελήνη, διατηρώντας το επαρκώς κρύο, προϋπόθεση απαραίτητη για ένα υπέρυθρο τηλεσκόπιο, ώστε το υπέρυθρο σήμα από τα μακρινά αντικείμενα να μην επηρεάζεται από τον θερμικό θόρυβο. Επομένως, στην πλευρά που βλέπει τον Ηλιο, η ασπίδα θα έχει θερμοκρασία 85 oC, αλλά από την πίσω μεριά, από εκεί δηλαδή που θα πραγματοποιεί τις παρατηρήσεις το τηλεσκόπιο, η θερμοκρασία θα διατηρείται
στους -223 oC.
Τα διαστημικά τηλεσκόπια μπορούν να πραγματοποιούν παρατηρήσεις χωρίς το εμπόδιο της ατμόσφαιρας της Γης. Έτσι, το James Webb θα δύναται να παρατηρήσει γαλαξίες που εκπέμπουν με σημαντική ερυθρά μετατόπιση. Λόγω της διαστολής του Σύμπαντος, όσο μακρύτερα βρίσκεται ένας γαλαξίας τόσο παλαιότερα εξέπεμψε το φως του, και επομένως τόσο μεγαλύτερη μετατόπισηπρος το ερυθρό θα έχει το φάσμα εκπομής του. Συνεπώς, το James Webb θα μπορεί να παρατηρεί τα πιο μακρυνά αντικείμενα στο παρατηρούμενο Σύμπαν, βλέποντας 13,5 δισεκατομμύρια χρόνιαπίσω στο χρόνο, καταγράφοντας το φως των πρώτων αστέρων και γαλαξιών μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, επιτρέποντας τον έλεγχο των κοσμολογικών και βαρυτικών θεωριών που το περιγράφουν. Επιπλέον, θα μπορεί να παρατηρεί τις υπερ-βαρείες μαύρες τρύπες που υπάρχουν στα κέντρα των γαλαξιών, παρέχοντας στοιχεία για το σχηματισμό και την εξέλιξή τους. Επίσης, θα συλλέξει στοιχεία σχετικά με τον σχηματισμό άστρων και νέων πλανητικών συστημάτων, φαινόμενα που επειδή συμβαίνουν μέσα σε πυκνά νέφη είναι δύσκολα ορατά.
Μία κατηγορία παρατηρήσεων που θα κάνει το James Webb είναι οι σχετιζόμενες με τους εξωπλανήτες, τόσο με την ανακάλυψη μεγάλου πλήθους νέων, όσο και με την ποιοτική παρατήρηση και κατηγοριοποίησή τους. Συγκεκριμένα, τα φασματόμετρα που διαθέτει είναι ικανά να συλλέξουν και να αναλύσουν την ακρινοβολία που διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα των εξωπλανητών, ώστε να εξάγουμε συμπεράσματα για τη χημική τους σύσταση καθώς και πιθανώς για την προέλευση της ζωής. Επιπροσθέτως, θα δύναται να μελετήσει τους «καφέ νάνους», ουράνια σώματα που έχουν μεγάλη μάζα για πλανήτες αλλά όχι τόσο μεγάλη ώστε να ενεργοποιηθούν οι πυρηνικές αντιδράσεις και να γίνουν άστρα, οι οποίοι ακτινοβολούν κυρίως στο υπέρυθρο. Ακόμη, οι παρατηρήσεις του Webb θα δώσουν περισσότερα στοιχεία σχετικά με τους υδρατμούς στα πρωτοπλανητικά νεφελώματα, συνεισφέροντας στις θεωρίες για την προέλευση του νερού στη Γη.
Παράλληλα, το James Webb θα πραγματοποιεί παρατηρήσεις και στο δικό μας ηλιακό σύστημα, όπως λεπτομέρειες σχετιζόμενες με τις ατμόσφαιρες των πλανητών και όσων δορυφόρων τους διαθέτουν ατμόσφαιρα. Παράλληλα, θα μπορεί να εστιάσει στη μελέτη του Δία και των δορυφόρων του, ειδικά του Γανυμήδη και της Ευρώπης, με τους πιθανούς ωκεανούς κάτω από την παγωμένη επιφάνεια, της Ιούς με τα κρυφά ηφαίστεια θειαφιού, αλλά και του δορυφόρου του Κρόνου Τιτάνα με τις λίμνες υδρογονανθράκων. Τέλος, καθώς οι οι δακτύλιοι του Κρόνου, αλλά και αυτοί του Ποσειδώνα, του Ουρανού και του Δία, είναι πολύ καλύτερα παρατηρούμενοι στο υπέρυθρο, το Webb αναμένεται να προσφέρει πλήθος στοιχείων σχετικά με τον σχηματισμό τους.
Το James Webb αναμένεται να φτάσει στο σημείο L2 ένα μήνα μετά την εκτόξευσή του. Στη συνέχεια, θα υπάρξει μια περίοδος εγκατάστασης και προσαρμογής που θα διαρκέσει έξι μήνες, η οποία περιλαμβάνει ψύξη των οργάνων, ευθυγράμμιση, βαθμονόμηση, και συνολικό τελικό έλεγχο. Όλα τα παραπάνω βήματα θα μπορούν να ελεγχθούν από τη Γη σε περίπτωση που υπάρξουν προβλήματα. Μετά το πέρας αυτών των διαδικασιών, το Webb θα αρχίσει να συλλέγει δεδομένα και να διεξάγει τις πρώτες του παρατηρήσεις, που αναμένονται στα μέσα του 2022.
Η εκτόξευση θα πραγματοποιηθεί με πύραυλο Αριάν-5 από το διαστημοδρόμιο της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος (ESA) στη Γαλλική Γουϊάνα, στις 25 Δεκεμβρίου στις 14:20 ώρα Ελλάδας, και θα μεταδοθεί ζωντανά.
Το James Webb πρόκειται για μια τεράστια επιτυχία των Δημόσιων Υπηρεσιών Διαστήματος. Κόστισε περίπου 10 δισεκατομμύρια δολάρια, με το μεγαλύτερο ποσό να καλύπτεται από τη NASA, και στο συνολικό Πρόγραμμα συμμετείχαν χιλιάδες επιστήμονες, τεχνικοί και μηχανικοί από 14 χώρες. Την ώρα που ιδιωτικές εταιρείες πανηγυρίζουν που μπορούν να στέλνουν υπερήλικες μεγιστάνες για «αναψυχή» σε υψόμετρο μόλις 500 χιλιομέτρων από την επιφάνεια της Γης, η συλλογική προσπάθεια χιλιάδων επιστημόνων υπό το σχεδιασμό και τον έλεγχο των δημοσίων οργανισμών των ΗΠΑ, της ΕΕ και του Καναδά, μέσω εξαιρετικά ανώτερης τεχνολογίας, στέλνει ένα απίστευτης ακρίβειας και δυνατοτήτων τηλεσκόπιο 1,5 εκατομμύριο χιλιόμετρα μακριά, ανοίγοντάς στην ανθρωπότητα ένα νέο παράθυρο για να κοιτάει το Σύμπαν. Και είμαστε σίγουροι ότι θα το εκμεταλλευτεί στο ακέραιο.
