• benchmark.pl
  • Ciekawostki
  • Nauka
  • Skoro Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest już rozłożony, to dlaczego na obserwacje poczekamy jeszcze pół roku?
Nauka

Skoro Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest już rozłożony, to dlaczego na obserwacje poczekamy jeszcze pół roku?

przeczytasz w 4 min.

Pomyślne rozłożenie i napięcie osłony termicznej, rozłożenie wspornika zwierciadła wtórnego i złożenie zwierciadła głównego to milowe kroki w drodze do rozpoczęcia obserwacji teleskopem Webb. Jednak tych kroków czeka nas jeszcze wiele zanim zobaczymy pierwsze zdjęcia

Dlaczego, jak to? Pewnie takie pytania rodzą się wam w głowie, skoro wszyscy wokół trąbią, że teleskop rozłożył się pomyślnie. A to chyba oznacza, że jest gotów do obserwacji. Gotów owszem, ale jeszcze nie w pełni i w tym materiale wyjaśnimy sobie, dlaczego trzeba co najmniej pół roku zanim Webb rozpocznie na dobre pracę.

Webb orbita Ziemi
Webb opuszcza orbitę Ziemi. Sam teleskop nie ma kamer, które pozwalają mu się podejrzeć. Zdecydowano, że ich instalacja tylko skomplikuje konstrukcję

Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba - to już zrobiono

W ciągu ostatnich dwóch tygodni zrealizowano następujące punkty planu wdrożenia teleskopu Webb do pracy.

Kontrola misji Webb
Centrum sterowania teleskopem Webb, czyli STScI w Baltimore

Samo rozłożenie struktury teleskopu i osłony przeciwsłonecznej obejmowało kilkadziesiąt działań, z których najważniejsze to:

  • 25 grudnia 2021 - wystrzelenie teleskopu na orbitę Ziemi,
  • 25 grudnia 2021 - rozłożenie paneli słonecznych,
  • 25 grudnia 2021 - pierwszy manewr orbitalny, by skierować teleskop w kierunku punktu L2, 14 godzin po starcie w odległości 133 tysięcy km od Ziemi,
  • 26 grudnia 2021 - uruchomienie głównej anteny do komunikacji z Ziemią, będzie ona dwa razy dziennie przesyłać dane (w sumie co najmniej 28,6 gigabajta),
  • 28 grudnia 2021 - rozłożenie „kręgosłupa” teleskopu, czyli elementów struktury obserwatorium przed i za zwierciadłem (konstrukcja osiągnęła długość 21,3 metra),
  • 29 grudnia 2021 - odseparowanie poprzez rozsunięcie części z teleskopem i instrumentami od części z osłoną przeciwsłoneczną i nie chronioną przez nią częścią całego pojazdu, tak by możliwe było rozłożenie i naprężenie osłony przeciwsłonecznej,
  • 30 grudnia 2021 - rozłożenie tylnej klapy stabilizującej pozycję teleskopu w przestrzeni,
  • 30 grudnia 2021 - usunięcie osłon chroniących osłonę przeciwsłoneczną na czas startu,
  • 31 grudnia 2021 - rozłożenie bocznych wysięgników, tak by osłona przeciwsłoneczna mogła się rozsunąć na boki (szerokość 14,3 metra),
  • 4 stycznia 2022 - zakończenie rozkładania i napinania osłony przeciwsłonecznej.

Zwierciadło główne teleskopu kosmicznego Webb o średnicy około 6,5 metra ma powierzchnię zbierającą światło około 6,25 razy większą niż w przypadku teleskopu Hubble

Następnie przystąpiono do złożenia wspornika zwierciadła wtórnego i złożenia zwierciadła głównego. Zajęło to kolejne kilka dni. Pierwsze ze skrzydeł zwierciadła złożono 7 stycznia, drugie 8 stycznia 2022 roku. Po zakończeniu tych operacji teleskop znajdował się około miliona kilometrów od Ziemi.

Składanie zwierciadła

W tym momencie można powiedzieć, że teleskop jest wstępnie przygotowany do pracy. To tak jakby w przypadku składanego peceta wyjąć z opakowania płytę główną, procesor, pamięci i połączyć je poprzez instalację procesora w podstawce, dołączenie radiatora, wsunięcie pamięci w sloty oraz usuniecie wszelkich elementów zabezpieczających na czas transportu.

Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba - to trzeba będzie jeszcze zrobić

Stosując powyżej przytoczoną pecetową terminologię, trzeba jeszcze to wszystko umieścić w obudowie, podłączyć do zasilacza i innych akcesoriów, ułożyć odpowiednio kabelki, a potem po uruchomieniu komputera wszystko skonfigurować. Analogiczne działania czekają obsługę teleskopu Webb. Można podzielić je na trzy etapy.

  • umieszczenie teleskopu we właściwym miejscu dla prowadzenia obserwacji, co będzie wiązało się z odpaleniem silników przed wejściem na tak zwaną orbitę halo wokół punktu L2, w odległości około 1,4 miliona kilometrów od Ziemi,
  • przygotowanie optyki do pracy, co wcale nie jest równoznaczne ze wstępnym złożeniem zwierciadła, każdy segment zwierciadła będzie dokładnie pozycjonowany,
  • schłodzenie i skalibrowanie instrumentów obserwacyjnych, testy poszczególnych trybów obserwacji. 

Gdyby teraz astronomowie zdecydowali się wykonać jakiekolwiek zdjęcie nieba z pomocą Webba byłoby one prawdopodobnie nieostre i bez wartości naukowej.

Sześć miesięcy. Czy nie można byłoby szybciej?

Niestety nie. Pewne manewry, takie jak wprowadzenie teleskopu na właściwą orbitę wokół punktu L2, które nastąpi pod koniec stycznia, to działania szybkie, ale odpowiednie wyjustowanie (ustawienie) optyki zajmie miesiące.

Webb konstrukcja
Tak wygląda Webb od strony obserwatorium i od strony skierowanej ku Słońcu

Konieczne będzie zgranie 18 segmentów zwierciadła, które dla ludzkiego oka wydawać się może już perfekcyjnie wyprofilowaną powierzchnią, ale nie dla instrumentów naukowych. W trakcie justowania każdy segment porusza się w tempie porównywalnym do wzrostu źdźbła trawy, jak to obrazowo określają naukowcy pracujący przy Webbie. Bardzo wolno, ale dzięki temu precyzja pozycjonowania każdego elementu zwierciadła sięga 1/10000 grubości ludzkiego włosa.

Gdy uda się odpowiednio zgrać położenie segmentów zwierciadła, dalsze korekty ostrości będą realizowane już za pomocą pozostałych elementów optycznych, instrumentów naukowych, a także poprzez odpowiednią korekcję uzyskanych już w trakcie obserwacji obrazów.

Nie tylko Webb wymaga wielomiesięcznych przygotowań zanim rozpocznie obserwacje. Również teleskopy naziemne po zakończeniu budowy przechodzą długotrwałe etapy przygotowania do pracy

Wolnym procesem jest także schłodzenie instrumentów naukowych. Nie chodzi tu tylko o odizolowanie ich od bezpośredniego wpływu Słońca, ale również o stopniowe, a nie gwałtowne obniżenie temperatury, by nie dopuścić do uwolnienia gazów zawartych w elementach konstrukcji, które mogą kondensować się potem na powierzchniach optycznych i elektronice.

Webb ma do dyspozycji cztery instrumenty naukowe, wszystkie przeznaczone do obserwacji w podczerwieni. Są to:

  • Mid-Infrared Instrument (MIRI), czyli kamera i spektrograf do obserwacji w średniej podczerwieni (długości fal od 4,9 do 28,8 um), którą wyposażono w kriogeniczną chłodziarkę, w przypadku tego instrumentu procedura schładzania jest wyjątkowo krytyczna i potrwa około 100 dni,
  • Near-Infrared Camera (NIRCam), czyli kamera do obserwacji w bliskiej podczerwieni (długości fal od 0,6 do 5 um), podobnie jak MIRI wyposażona w koronografy
  • Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph/Fine Guidance Sensor (NIRISS/FGS), czyli połączenie sensora do pozycjonowania teleskopu z instrumentem obserwacyjnym (kamera/spektrograf bezszczelinowy) dla bliskiej podczerwieni,
  • Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec), czyli spektrograf bliskiej podczerwieni.

Webb instrumenty
Zakres pracy poszczególnych instrumentów Webba. Zakres światła widzialnego, w którym większość obserwacji prowadzi Hubble, po lewej

Każdy z tych instrumentów to skomplikowane połączenie elektroniki, optyki i mechaniki, które wymaga precyzyjnej kalibracji po atrakcjach jakimi był start i lot do okolic punktu L2. Ten etap przygotowania aparatury do pracy rozpocznie się, gdy wszystkie elementy optyczne zostaną już odpowiednio dostrojone, czyli 4 miesiące po starcie (3 miesiące po przybyciu na miejsce obserwacji).

Ostatni miesiąc przed rozpoczęciem obserwacji naukowych zajmie stopniowe przekazywanie do pracy kolejnych instrumentów. Teoretycznie po 180 dniach, czyli w okolicach najbliższego przesilenia letniego, Webb powinien być gotów do poważnych obserwacji. To oczywiście najbardziej optymistyczny scenariusz, ale biorąc pod uwagę jak udanie realizowane są kolejne etapy misji, możemy być dobrej myśli.

Źródło: Webb, NASA, STScI, inf. własna, fot. wejściowe: NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez

Komentarze

16
Zaloguj się, aby skomentować
avatar
Komentowanie dostępne jest tylko dla zarejestrowanych użytkowników serwisu.
  • avatar
    JaYmZ
    10
    @Karol Żebruń Jak zawsze ciekawy i merytoryczny news. Mega props!

    Od siebie dodam, że na stronie NASA https://www.jwst.nasa.gov/content/webbLaunch/whereIsWebb.html można śledzić status rozkładania i trasy teleskopu do punktu libracyjnego L2.
    • avatar
      Janisz
      5
      Liczę, że w tym morzu beznadziei chociaż Webb da popatrzeć na cuda wszechświata. Oby wszystko szło dalej zgodnie z planem.
      • avatar
        saser
        4
        Trzymam kciuki. Jeśli wszystko pójdzie ok to czeka nas rewolucja podobna jak przy teleskopie Hubble'a. Ciekawy jestem pierwszej fotki. Co wybierze NASA na pierwszy ogień?
        • avatar
          Mario2k
          4
          Proxima i jej układ planetarny będą jednymi z pierwszych celów
          • avatar
            Gnom_Z_Piany2
            4
            @Wojtku, z całym szacunkiem, ale przy tak ogromnej dostępności materiałów, nieco się zawiodłem. Jednak świetnie że piszesz, to twój osobisty wkład o ogromne podniesienie jakości technologicznej tego portalu.

            o co mi chodzi, czego się czepiam?
            1. Teleskop został już całkowicie rozłożony, ale nie jest gotowy do pracy. On nadal leci przecież do L2. W dodatku w trakcie lotu, już teraz są justowane plastry zwierciadła głównego. Ten proces będzie kontynuowany po parkowaniu i ustabilizowaniu orbity w L2.
            2. Mimo wszystko i tak trzeba będzie wykonać testowe fotki. Dobrze by było aby podzielili się nimi ze światem.
            3. Analogia do składania peceta, z deka słaba. Ja bym tu założył, że pecet można uruchomić i że ruszy na nim ten nieszczęsny windows. Ale jeszcze peceta trzeba wstawić w odpowiednie miejsce na/pod biurkiem (pomińmy kable), oraz należy wykonać na nim odpowiedni tuning aby z jednej strony zanadto nie hałasował, a z drugiej wykazał się wydajnością. Teleskop ma się wykazać nieosiągalną do tej pory precyzją.
            4. Schładzanie, to nie następuje szybko. Szkoda że nie pisnąłeś słowa o temperaturze. Teleskop zasadniczo chłodzi się sam, pasywnie. Po rozłożeniu "parasolki" miał -199 C, teraz ma -201 C wg. ostatniego podanego odczytu. wyziębienie do ok. -220 C też trochę potrwa. ciekaw jestem ile uda się zbić temperaturę :) Im mniej tym lepiej. Temperatura nie jest podawana na bieżąco, NASA aktualizuje temperaturę dla widzów co jakiś czas.
            5. Nagłe wyziębienie i uwolnienie gazów? Przecież przy wyziębieniu gazy się skraplają, albo wręcz zestalają. O jakim uwolnieniu gazów mówisz? Ale schładzania i tak nie masz jak przyspieszyć. Ale to o tyle dobrze, że unika się termicznych zmian rozmiaru, co z kolei ułatwia justowanie segmentów, i zmniejsza naprężenia.
            6. Porównania do grubości włosa. To już dawno jest słabe. U człowieka najcieńsze włosy mają 0,02mm średnicy i nie o nich tu mówimy, często ich nawet nie zauważamy (meszek), zaś najgrubsze 0,4mm średnicy, te na głowie i brodzie i "tam". to niemal *pół milimetra*. dla porównania, typowa kartka papieru xero w standardowej gramaturze to grubość 0,09mm. Można przyjąć 1/10 mm grubości dla kartki A4, i ta grubość jest w miarę stabilna. Podsumowując, jak mówimy o małych rozmiarach, to włos jest baaaaaardzo gruby.

            Chętnie bym zobaczył twój artykuł, jakie instrumenty są umieszczone w tym teleskopie. Takie najłatwiejsze do znalezienia info, to kamery do fotografii w różn
            • avatar
              pawluto
              -12
              Trudno by od razu udostępnili teleskop skoro każdy chyba wie że NASA to wojskowy twór a nie cywilny - Najpierw zrobią swoje a jak skończą to udostępnią tylko wybrany kawałek dla mas by nie mówili i protestowali skoro to wszystko opłacane z podatków...
              • avatar
                myszka91
                -13
                NASA, Muski, Zuckenbergi mamy 2022 rok, a wy nadal dajecie się nabierać na te śmieszne twory?
                • avatar
                  KryptoBomba
                  -17
                  Daj mi i sobie zarobic ile mam spamowac! Zarejestruj sie w aplikacji Crypto Com i skorzystaj z mojego kodu polecajacego a otrzymamy po 25$ w kryptowalucie CRO!!! Nie badz zyla!!!
                  Jest inflacja i drozyzna i banki stana sie nie wyplacalne w ciagu paru miechow! Ja juz przenioslem swoje oszczednosci do stable coinow i trzymam je na ledgerze zamiast w banku i tylko ja mam dostep do swojej kasy!!! Dzieki kryptowalutom ty tez bedziesz wolnym finansowo obywatelem-obywatelka czy osobnikiem ono LGBT!!!
                  Skorzystaj z tego kodu w aplikacji Crypto Com i nie pozwol aby banki przejely twoja kase!!!
                  jjey2xxs9c
                  • avatar
                    mrocznysedes
                    0
                    Skoro tak dobrze im poszło i nabyli niezbędnego doświadczenia, może niech zaczną już projektować i budować kolejny i jeszcze większy. To może zdążą go wysłać w kosmos zanim JWST sięgnie kresu swego działania. ;-)