jwst_1

Pre tačno tri ipo godine pisao sam o svemirskom teleskopu koji je dobio ime po bivšem Nsinom direktoru Jamesu E. Webbu (JWST). Sećam se da se još tada vodila borba oko toga da li će ovaj, u neku ruku naslednik Hablovog svemirskog teleskopa (HST), ikada uspeti da se izbori sa enormnim budžetskim problemima (pominjalo se $4,5 milijarde!) ali i sa onim nemalim tehničkim i logističkim.

Kako sada stvari stoje, ova laboratorija, u čijoj gradnji i opremanju Nasi pomažu svemirske agencije Evrope i Kanade, biće lansirana tek za 6 godina. Francuzi su za tu rabotu ponudili svoju Gijanu i teretnu raketu „Ariane 5", koja bi trebalo da teleskop odnese na do sada neviđenu orbitu - u Lagranžovu tačku L2 sistema Sunce-Zemlja. O čemu se radi?

jwst_2

Lagranžove tačke sistema Zemlja-Sunce. Novi JWST teleskop će se nalaziti u tački L2, tako da će Zemlja i Sunce sve vreme da se nalaze direktno iza njega, i tako mu omoguće idealne uslove za skeniranje neba.

 

Naime, primarni zadatak JWST će biti da pokuša da „ulovi" svetlost prvih zvezda i galaksija nastalih nakon Velikog praska. Zbog velikog crvenog pomaka, smetnji kosmičke prašine, i niskih temperatura posmatranih objekata, teleskop će morati da radi strogo u infracrvenom opsegu, između 0,6 i 28 mikrometra. Da bi koliko je god to moguće umanjio štetne uticaje Zemlje i Meseca, a naročito Sunca, na svoj rad, čitav teleskop će biti zaštićen višestrukim štitovima od njihovog toplotnog zračenja, i tako pokušati da ogledalo održi na temperaturi od makar 40 K (-233,15° C). Ali to nebi bilo dovoljno da se nije pribeglo još jednom triku - odabiru praktično idealne putanje za teleskop ovakvog tipa. To znači da će teleskop da se nalazi na takvoj orbiti da će sva nabrojana tri objekta biti praktično na istoj udaljenosti od njega. Ta tačka se nazina L2. Ona se nalazi na preko milion kilometara od Zemlje[1], što će, naravno, biti praktično nepremostiv problem u slučaju da teleskopu ikada zatreba bilo kakav servis[2].

jwst_3

Northtrop-Grummanov suncobran. Na ovom upola manjem modelu vidi se način na koji će Vebov teleskop biti zaštićen od negativnih uticaja Zemlje, Mesesa i Sunca. Metalizovani štit će se nalaziti između teleskopa i Zemlje-Sunca.

 

Ono što će u tehničkom smislu ovaj teleskop činiti jedinstvenim jeste njegova optika. Iako će teleskop biti upola lakši od Habla[3], površina njegovog primarnog ogledala biće bezmalo šest puta veća. Ogledalo će biti ne samo znatno veće od Hablovog, nego i od bilo kojeg ugrađenog u zemaljske opservatorije u vreme Hablovog lansiranja. Da bi uštedeli neki dolar, i bar donekle umanjili neverovatnu cenu koštanja ovog giganta[4], čelnici misije su 2001. godine smanjili projektovanu površinu ogledala za trećinu, a odlučeno je i da se preskoči faza dodatnog poliranja ogledala, čime se odustalo od šanse za pravljenje izuzetno jasnih slika na talasnim dužinama kraćim od od 1,7 μm - taj zamašni posao prebačen je na buduće velike zemaljske teleskope.

Samo ogledalo predstavlja neverovatan tehnološki i inženjerski poduhvat.

Naime, sposobnost svakog teleskopa da sakuplja svetlost sa udaljenih objekata, u direktnoj je korelaciji sa veličinom primarnog ogledala: što je ono veće, to će hvatati više svetlosti. Zato su inženjeri NASA Goddard Space Flight Centera, Northrop Grumman Aerospace Systems, Ball Aerospace & Technologies Corp., SSG-L3 Tinsley laboratorije i AXSYS Technologiesa iz Cullmana u Alabami, gde se ogledalo trenutno nalazi, napravili izuzetno veliko ali lagano kriogeno ogledalo. Zahvaljujući svojoj veličini, moćiće brže da sakupi više svetlosti nego bilo koji prethodni teleskop, a imaće i znatno veću rezoluciju, što će naučnicima pružiti jedinstvenu priliku da prouče kako nastaju i evoluiraju zvezde i planetni sistemi.

Novo ogledalo, sastavljeno od 18 šestougaonih segmenata ukupne površine od 25 m2, biće skoro šest puta veće od Hablovog, ponosno ističe John Decker, predstavnik direktora projekta u Nasi. „Ogledalo predstavlja jednu od najrevolucionarnijih tehnologija koje će se na dan lansiranja naći na JWST," izjavljuje Decker. „Biće izuzetno lagano, sa vrlo preciznom optičkom površinom."

Za razliku od Habla, koji radi u vidljivom i ultraljubičastom delu spektra, Nasin novi teleskop će studirati dubine svemira u infracrvenom spektru. Radi što idealnijih uslova za to, nalaziće se u stacionarnom položaju u odnosu na Zemlju i Sunce, 1,51 milion kilometara daleko od Zemlje, što je skoro četiri puta dalje od Meseca. Radiće na neverovatno niskoj temperaturi (od 30 do 55 Kelvina), da njegova sopstvena temperatura nebi remetila slabe signale objekata koje naučnici žele da posmatraju. Za razliku od njega, Hablov teleskop se nalazi na orbiti oko Zemlje i ima stakleno ogledalo stabilno na toj temperaturi, ali nebi bilo na temperaturama Vebovog teleskopa.

Ogledalo novog teleskopa biće napravljeno od berilijuma, jednog od najlakših metala na svetu. Ovaj materijal ima izuzetne termičke osobine, što će omogućiti odličnu stabilnost optičkih performansi u širokom temperaturnom rasponu. Berilijum je takođe i izuzetan provodnik toplote, što znači da će prenositi toplotu duž čitavog ogledala, eliminišući temperaturne razlike na njegovim različitim delovima. Svi segmenti će biti presvučeni tankim slojem zlata.

Ipak, to neće biti prvi put da taj materijal putuje u kosmos. Primarno ogledalo Spitzerovog svemirskog teleskopa, koji je lansiran avgusta 2003. godine, takođe je napravljeno od berilijuma, ali ono ima samo tri četvrti metra u prečniku. S druge strane, ogledalo Vebovog teleskopa će imati prečnik od 6,6 metara, što predstavlja veliki izazov za njegove izvođače, kaže Lee Feinberg, menadžer JWST teleskopa u Nasi.

Susrevši se sa ekstremnim dimenzijama ogledala, inženjeri su ga podelili u 18 posebnih komada, sa prečnikom svakog od 1,32 metra. Segmenti će prilikom lansiranja biti zapakovani zajedno, da bi se nakon prispeća na zadatu destinaciju otvorili i zauzeli svoje mesto (14.7 MB .mov, 53 MB .mov). Žižina daljina tako dobijenog ogledala biće 131,4 metra (HST 57,6 m).

Inženjeri preduzimaju dodatne mere kako bi izbegli nezgodu koju je imao Hablov teleskop, čije ogledalo je polirano na pogrešan način[5]. Kao rezultat svega, slike koje je slao Habl su bile mutne i nedovoljno jasne, a Nasa je bila primorana da organizuje dodatnu i skupu misiju šatla „Endeavour" (STS-61), i instaliranjem nove Field and Planetary Camere 2, reparira postojeću optiku[6]. Obzirom da će ogledalo Džems Vebovog teleskopa biti napravljeno od berilijuma a ne od stakla, specifična metoda njegove proizvodnje biće suštinski različita od one koja je korišćena za proizvodnju Hablovog ogledala. „Da bi izbegli bilo kakvu moguću grešku, planirano je da pre lansiranja sva JWST ogledala budu podvrgnuta višestrukim i nezavisnim metodama merenja," ističe Decker.

Ogledala će imati sedam stepeni slobode kretanja, i svako od njih će moći da se pojedinačno kontroliše, omogućujući naučnicima da svaki pojedinačni segment pokreću, naginju i fokusiraju koristeći novu tehnologiju projektovanu posebno za ovaj teleskop. Međutim, kada se uz pomoć osetljivih mikromotora i tzv. wavefront senzora inicijalna konfiguracija bude jednom uspostavila, ona će se vrlo retko menjati. Takan način kalibracije je potpuno različit od onog koji se primenjuje kod Keckovih zemaljskih teleskopa, koji svoje segmente ogledala moraju neprestano da koriguju u pokušaju da anuliraju negativne efekte gravitacije i vetra[7].

jwst_4

Ispod ogledala teleskopa vidi se samo deo elektronske opreme čiji će nezahvalni zadatak biti kalibracija ogledala, tj. postavljanje svih segmenata u pravilan položaj. Očekuje se da će jednog dana za to u orbiti biti potrebno oko pola godine.

 

Nasa je objavila da će u sistem teleskopske optike, tačnije u 8-megapikselskom detektoru Near InfraRed spektrografa, biti inkorporirano i 62.000 mikroblendi, prečnika od 100 do 200 mikrometara. One treba da simuliraju isti onaj efekat koji stvara i ljudsko oko kada pogledamo u Sunce i „škiljimo". Tada trepavice donekle blokiraju snažnu svetlost; na isti način će i mikroblende blokirati previše sjajne objekte, ali ipak omogućiti teleskopu da ulovi slabu svetlost udaljenih zvezda i galaksija.

Glavni potpisnik ugovora za sva pitanja optičke opreme sa Godardovim centom u Merilendu je „Ball A&T Corp." i njegovi kooperanti. Očekuje se da će svih 18 segmenata primarnog ogledala, ali i sekundarna i tercijarna ogledala biti dovršena do 2010. godine. Nakon toga, biće montirana na laganu ali snažnu konstrukciju i podvrgnuta funkcionalnim testiranjima.

jwst_5

Članovi razvojnog tima pakuju "sirovi" segment ogledala pre nego što će biti poslat u Tinsleyevu laboratoriju, gde će biti podvrgnuto ultrapreciznom sečenku, asfernom poliranju i testiranju na ambijentne temperature.

jwst_6

Ovaj mladi inženjer ima retku priliku da se ogleda na sekundarnom ogledalu novog teleskopa. U budućnosti, tu će se ogledati samo zvezde i galaksije udaljene 13 milijardi svetlosnih godina.

jwst_7

Na slici se vidi deo noseće konstrukcije i tri ogledala JWST prilikom testiranja u X-ray & Cryogenic Facility u Marshall Space Flight Centeru u Hantsvilu 30. jula ove godine. Nosač će u vakuumu biti izložen temperaturi od -240° C. Testovi sa tri ogledala će potrajati do sredine novembra, a do januara će stići još 6 komada, čija testiranja će potrajati do 2011. godine.

jwst_8

Prikaz modela u razmeri 1:6 u Ball Aerospaceu, napravljen radi testiranja wavefront senzora i kontrolne tehnike koja će omogućiti naučnicima da upravljaju sa svakim segmentom ogledala posebno.

jwst_9

Na ovom umanjenom modelu u laboratoriji, nučnici pokušavaju da sve moguće probleme oko nove tehnologije vezane za JWST svedu na nulu. Popravnog ispita nema, jer će novi teleskop na vide četiri puta dalju od Zemlje nego Mesec.

jwst_10

U nameri da narodu pokaže pravu veličinu i složenost satelita, u maja 2007. u Vašingtonu je prikazan model u razmeri 1:1. Ipak, model se znatno razlikovao od originala, jer je zbog gravitacije i atmosferilija morao da bude napravljen od čelika i aluminijuma. Dimenzije su 24 ×12 × 12 m, a težina oko 5,5 tona. Model je prikazivan širom Amerike i Kanade, a u Evropi je bio u Parizu, Dablinu i Minhenu.

 



[1] HST se nalazi na oko 600 km visokoj orbiti.

[2] HST je imao pet servisnih misija do sada. STS-61, STS-82, STS-103, STS-109 i poslednja, u maju ove godine, STS-125.

[3] JWST će biti težak oko 6,2 tone, dok je HST težak 11,1 tonu.

[4] Ukupni troškovi su više nego 30 puta veći od onih koje su napravili Kekovi teleskopi na Havajima, koji mogu da se pohvale sa dva najveća ogledala na Zemlji. Jedan od razloga tih enormnih troškova jeste izgradnja same svemirske letilice. Sama struktura ogledala, napravljena od 18 berilijumskih segmenata, jedinstvena je i nikad njije realizovana pre toga, kao ni višeslojni suncobran i sistem za njihovo razmeštanje. John. C. Mather, direktor misije, podseća da je kod Habla većina tehnologije pozajmljena od vojnih špijunskih satelita, a da kod Vebovog teleskopa nema šansi za tako nešto.

Od zacrtanih $4,5 mld., $3,5 će otići na troškove konstrukcije i 10 potpuno novih tehnoloških rešenja, a oko $1 mld. na planiranu 10-godičnju eksploataviju.

[5] Iako je u to vreme to ogledalo bilo najpreciznije ikada napravljeno - sa greškom od svega 10 nanometara - ipak se potkrala greška i na ivicama je imalo grešku od 2,2 mikrona. To je bilo katastrofalno jer je uzrokovalo nedopustivu sfernu aberaciju i nemogućnost fokusiranja. Čitav problem izazvala neverovatna i banalna ljudska greška, jer je glavni null corrector, elektronski laserski uređaj kojim se meri zakrivljenost ogledala, imao pogrešno montirana sočiva.

[6] Sistem za korigovanje sferne aberacije nazvan je "Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement" (COSTAR), i u osnovi je sadržavao dva dodatna sočiva. Sistem je radio svoj posao sve do ove godine, kada je vraćen na Zemlju.

[7] Taj metod se naziva "aktivna optika" i trenutno ga koriste Nordic Optical Teleskop, New Technology Teleskop i Keckovi telescopi, kao i svi veliki teleskopi napravljeni u ovom milenijumu.

Draško Dragović
Author: Draško Dragović
Dipl inž. Drago (Draško) I. Dragović, napisao je više naučno popularnih knjiga, te više stotina članaka za Astronomski magazin i Astronomiju, a učestvovao je i u nekoliko radio i TV emisija i intervjua. Interesuje ga pre svega astronautika i fizika, ali i sve teme savremenih tehnologija XXI veka, čiji detalji i problematika često nisu poznati široj čitalačkoj publici. Izgradio je svoj stil, lak i neformalan, često duhovit i lucidan. Uvek je spreman na saradnju sa svojim čitaocima i otvoren za sve vidove komunikacije i pomoći. Dragovićeve najpoznatije knjige su "KALENDAR KROZ ISTORIJU", "MOLIM TE OBJASNI MI" i nova enciklopedija "NEKA VELIKA OTKRIĆA I PRONALASCI KOJA SU PROMENILA ISTORIJU ČOVEČANSTVA"

Zadnji tekstovi:


Dodaj komentar


ŠTA DA GLEDAM?
 
KARTE NEBA
wikisky
KORISNO
Mere - Koliki ugao nebeske sfere zauzima ispružena šaka