ISTRAŽIVANJE SVEMIRA

Dr Vladica Božić

Teleskop “Džejms Veb”

Oči za beskonačno

Svemir (takođe i kosmos, univerzuum ili vasiona) je beskonačno veliki prostor koji nas okružuje i u kojem se nalazi veliki broj nebeskih tela. U manja nebeska tela spadaju zvezde, planete iprirodni sateliti, a u veća galaksije, crne rupe i kvazari. Zvezde su grupisane u zvezdane sisteme (koje se sastoje od miliona zvezda) koje su organizovane u zvezdane populacije, zvezdane asocijacije i zvezdana jata i superjata. Između nebeskih tela je najčešće prazan prostor-vakuum sa malo čestica, među kojima dominiraju plazma vodonika i helijuma i kosmička prašina (sastavljene uglavnom od čestica ugljenika i silikata) ali, na nekim mestima, međuzvezdana materija ima jako veliku gustinu i sačinjava magline. U tom prostoru ima i elektromagnetnog zračenja, magnetnih polja, neutrina i kosmičkih zraka.  

Teleskopi često mogu biti opremljeni dodatnim instrumentima kao što su fotometar, interferometer i spektroskop, zbog čega se prema opsegu elektromagnetskih talasa koje proučavaju dele na: optičke, radio, rendgenske, gama teleskope, kao i teleskope za infracrveno i ultraljubičasto zračenje, i dr.Zahvaljujući tome dobijaju se informacije koje nikada ne bi bile dostupne putem klasičnih optičkih posmatranja. Da bi se umanjili uticaji vremenskih prilika i svetlosnog zagađenja na astronomska posmatranja, opservatorije u kojima se nalaze ovi instrumenti grade se na pustim mestima koji imaju mnogo vedrih dana u godini. I pored toga, posmatranja iz opservatorija na Zemlji ograničeno je filtriranjem i atmosferskim efektima koji izazivaju izobličenje elektromagnetskog zračenja (scintilacija ili treperenje), iako se to može smanjiti pomoću prilagodljive optike.
Kada je potrebno izvesti precizna posmatranja astronomskih objekata bez ikakvih atmosferskih uticaja, filtriranja i izobličenja elektromagnetskog zračenja, ili kada se za istraživanja koriste elektromagnetski talasi za koje je Zemljina atmosfera slabo propusna ili nepropusna, teleskopi se mogu postaviti na veštačke satelite koji se lansiraju u svemir. To je prvi predložio američki teorijski fizičar Liman Spicer (Lyman Spitzer) 1946. godine da bi 1965. godine Sovjetski Savez lansirao prvi satelit „Proton 1“ sa gama teleskopom i scintilatorom namenjenim za proučavanje visokoenergetskih čestica i kosmičkog zračenja. Prva američka orbitalna astronomska opservatorija OAO-2Proučavalac zvezda („Stargazer”) lansirana 1968. godine bio je prvi uspešan ultraljubičasti svemirski teleskop, a 1971. godine lansiran je prvi sovjetski ultraljubičasti teleskop „Orion 1“ na svemirskoj stanici „Saljut 1“. Od tada do danas lansiran je veliki broj svemirskih teleskopa koji su podeljeni na dva tipa: one koji mapiraju celo nebo (astronomsko istraživanje) i one koji se fokusiraju na odabrana astronomska tela ili određene delove neba. Svemirski teleskopi se razlikuju od satelita namenjenih za osmatranje Zemlje, koji se primenjuju za špijunažu, prognozu vremena, ekološki nadzor, kartografiju, geologiju i prikupljanje podataka u druge civilne svrhe.

Jato osmatrača oko Zemlje

Nebeska tela zrače na različitim talasnim dužinama (učestalostima), ali većinu ovih fotona apsorbuje atmosfera Zemlje. Zbog toga je svemirska astronomija naročito važna za frekventne opsege koji su izvan optičkog prozora i radio prozora, jedina dva opsega talasnih dužina elektromagnetskog spektra koji nisu ozbiljno prigušeni atmosferom. Optički prozor obuhvata vidljivu svetlost (od 400 nm do 700 nm), infracrveno zračenje kraćih talasnih dužina (do 20 μm) kao i ultraljubičasto zračenje blisko optičkom dijapazonu (od 300 nm) dok radio-prozor obuhvata zračenja od 3 mm do 30 m. Na primer, astronomiju sa rendgenskim zracima je skoro nemoguća raditi sa Zemlje, ali je velikiznačaj postigla zahvaljujući orbitalnim rendgenskim teleskopima kao što su opservatorije „Čandra“ („Chandra”) namenjene proučavanju kvazara i „XMM-Njutn“ („Newton”) koja je namenjena proučavanju crnih rupa. Infracrveno i ultraljubičasto zračenje takođe su u velikoj meri ograničeni Zemljinom atmosferom koja upija veliki deo njihovog spektra koji dolazi iz svemira, pa je i ova astronomija moguća samo pomoću odgovarajućih teleskopa postavljenih u svemiru.
Iako je do danas u svemir lansirano preko 110 teleskopa i opservatorija, oni su mnogo skuplji za izradu od zemaljskih - a zbog svog položaja izuzetno ih je teško održavati. Zbog toga su mnogi završili svoju misiju, mada još uvek ima dosta onih koji i dalje rade, a više od deset je planirano da se lansira u budućnosti. Svemirske opservatorije su do sada lansirane satelitima koje kontrolišu svemirska agencije: NASA (SAD), ISRO (Indija), JAXA (Japan), Roskosmos (SSSR/Rusija) i ESA (Evropska svemirska agencija).

Džin zvani Džejms Veb

Najnoviji i do sada najveći, najmoćniji i najsloženiji svemirski teleskop „Džejms Veb“ lansiran je 25. decembra 2021.godine raketom „Ariane 5“ iz Svemirskog centra „Gvajana“, kraj grada Kourou, u Francuskoj Gvajani. Teleskop je dobio ime po Džejmsu E. Vebu (James E. Webb) koji je bio administrator NASA-e od 1961.do 1968. godine, i imao ključnu ulogu u programu „Apolo“. Njega je razvila NASA u saradnji sa Evropskom svemirskom agencijom i Kanadskom svemirskom agencijom.
Teleskop „Džejms Veb“ ima tri ogledala od kojih se primarno sastoji od 18 šestougaonih segmenata izrađenih od pozlaćenog berilijuma koji, kada se kombinuju, stvaraju ogledalo prečnika 6,5 m. Nasuprot njemu postavljeno je zakrivljeno sekundarno (prečnika 0,74 m) i tercijarno ogledalo koja poništavaju optičke aberacije u širokom polju posmatranja. Opremljen je sa 3 instrumenta kojima će većinu astronomskih posmatranja izvoditi u infracrvenom delu spektra: „NIRCam” - kamera i „NIRSpec” - spektrograf za posmatranja u blisko infracrvenom području (0,6-5,0 μm) i „MIRI” - infracrveni instrument za posmatranje u srednjem području (5–28,3 μm). Zbog osobine infracrvenog zračenja da mnogo lakše prolazi kroz gas i prašinu od vidljive svetlosti, „NIRCam” će istraživati astronomske objekte i fenomene od onih bliskih unutar Sunčevog sistema do onih koji zbog svoje udaljenosti i starosti imaju visoki kosmički crveni pomak, kao što su prve zvezde i galaksije nastale na početku nastajanja svemira, nedugo posle Velikog praska.
„NIRSpec” će omogučiti spektroskopiju na jedanaest načina, od kojih svaki kombinuje upotrebu različitih filtera i detektora. Time će istovremeno moći da se sazna hemijski sastav, gustina, rastojanje i temperatura desetina različitih svemirskih tela (zvezda ili galaksija). Instrument „MIRI” ima i kameru i spektrograf koji će proučavati objekte u srednjem infracrvenom elektromagnetnom području, kao što je kosmička prašina, da bi se utvrdilo kako ona doprinosi formiranju, evoluciji i raznolikosti zvezda i planetarnih sistema. Takođe će analizirati sastav i strukturu međuzvezdane materije, hladnih molekularnih oblaka koji kolabiraju i formiraju zvezde, kao i gasa i prašine izbačenih iz umirućih zvezda. Pored toga zajedno su ugrađeni i „NIRISS”-spektrograf bez proreza koji će otkrivati egzoplanetarnu svetlost nasuprot svetlosti zvezda, kao i „FGS” - senzor preciznog navođenja koji je u osnovi osetljiva kamera koja snima navigacijske slike i prenosi ih sistemima za kontrolu položaja.

Status na 1,5 miliona km

Odmah posle lansiranja u svemir,razvijeni su solarni paneli i komunikaciona antena, a segmenti primarnog ogledala su počeli da se raspoređuju tako da ono dobije svoj konačni sferni oblik. Posle toga su postavljeni štitnik od Sunca i raspoređenoa su sekundarno i tercijarno ogledalo, da bi posle mesec dana teleskop uspešno stigao do svog odredišta u halo orbitu u blizini L2 Lagranžeove tačke sistema Sunce-Zemlja. Ona se nalazi oko 1,5 miliona kilometara od Zemlje, i u njoj bi teleskop sa raspoloživom gorivom trebalo da ostane sledećih 20 godina. U prvih mesec dana su se i naučni instrumenti ohladili do temperature od 120K (-153°C) čime su stvoreni uslovi da se njima može bezbedno upravljati.
Posle toga je počeo višemesečni proces pripreme za naučne operacije, koji je počeo pozicioniranjem 18 segmenata primarnog ogledala kako bi formirali unformnu površinu. Početkom februara 2022. godine teleskop je uspešno uhvatio svetlost zvezde HD 84406 kroz svaki segment primarnog ogledala, čime je u suštini stvorena slika od 18 nasumičnih, zamućenih tačaka svetlosti.Posle toga je vršeno poravnanje svakog od segmenata koje se odvijalo u sedam faza.
Poslednja faza usklađivanja, poznata kao „fino faziranje”, u kojoj je da bi se otklonile preostale greške pozicioniranja svaki od 18 segmenata poravnat u okviru dela talasne dužine bliske infracrvenoj svetlosti (1 nanometar), završena je 11. marta. U isto vreme su sva četiri instrumenta usklađivani sa ogledalima i to je završeno krajem aprila. Od tada su poravnata ogledala počela da usmeravaju potpuno fokusiranu svetlost koja se emituje iz svemira na svaki instrument, a svaki instrument je počeo da savršeno koristi ovo svetlo za snimanje oštre i dobro fokusirane slika. Zahvaljujući tome, početkom maja, počela je završna faza priprema naučnih instrumenata za rad - kalibracija za snimanje ultravisoke rezolucije koja će trajati otprilike dva meseca. Posle ove faze, sva četiri instrumenta moći će da snimaju oštre, fokusirane slike u punoj rezoluciji, što se očekuju 12.jula 2022. godine.

Dr Vladica Božić

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"