Rzeczy, których mogliście nie wiedzieć o Webbie. Na przykład, ile ma pamięci masowej

Teleskop Webb, czyli najdroższe obserwacyjne przedsięwzięcie naukowe, które powstawało we współpracy NASA, ESA i kilku innych agencji kosmicznych, od ponad pół roku jest w kosmosie. Pół roku spędził na docelowej orbicie i niedawno pochwalił się swoimi niesamowitymi możliwościami obserwacyjnymi.

O tym teleskopie pisaliśmy już wielokrotnie i pewnie będziemy jeszcze pisać, ale teraz pora na garść ciekawostek związanych z JWST, których mogliście być nieświadomi. Zacznijmy od pytania…

James Edwin Webb (zauważcie że drugie jego imię jest takie samo jak imię Hubble’a), był drugim w historii administratorem NASA. Piastował ten urząd od 14 lutego 1961 do 7 października 1968. Za jego kadencji realizowane były programy Gemini i Merkury, a także rozpoczęto program Apollo. Webb musiał stawić czoła jako szef NASA tragedii załogi Apollo 1. Ostatnią misją podczas jego administrowania był Apollo 7.

Loty księżycowe, w tym pierwszy lot na orbitę naszego satelity, odbyły się już po zakończeniu pracy Webba na stanowisku administratora. Niemniej to on przyłożył się w znaczący sposób do przyśpieszenia realizacji programu Apollo i udanego pierwszego lotu człowieka na orbitę księżycową (Apollo 8). Ze stanowiska, ze względów politycznych (zmiana partii rządzącej), zrezygnował na własne życzenie.

Biorąc pod uwagę rozmiary, to istotnie, Webb jest większy, choć różnica nie jest tak duża jak sugerują to rozmiary zwierciadeł. W zasadzie są to teleskopy o porównywalnych gabarytach. Powierzchnia zbierająca światło w przypadku mozaikowego zwierciadła Webba to 25 m2, a nie tylko 4,5 m2 jak to ma miejsce w przypadku teleskopu Hubble. Za to waga teleskopu jest znacznie mniejsza, bo Hubble waży ponad 11 ton, a Webb tylko 6,5 tony.

Określenie gwarancja należy oczywiście odpowiednio rozumieć. Sam teleskop dzięki zrealizowanym idealnie manewrom wprowadzenia na docelową orbitę ma wciąż zapasy paliwa na co najmniej 20 lat funkcjonowania. Będzie je powoli zużywał, na szczęście i tak spora część manewrów nie wymaga jego stosowania. Specyfikacja teleskopu zakładała zapas paliwa na 10,5 roku od momentu wyniesienia na orbitę. Natomiast za gwarancję można uznać okres 5 letni, w którym to teleskop ma zrealizować swoją podstawową misję.

Webb jak zapewne wiecie został umieszczony na orbicie wokół punktu L2, który zapewnia doskonałą pozycję dla obserwacji głębokiego kosmosu jak i dobre miejsce dla komunikacji z Ziemią. Oczywiście nie znajduje się w samym punkcie L2, a na orbicie wokół tego punktu o okresie 6 miesięcy. Teoretycznie co 3 tygodnie musi korygować swoje położenie. W praktyce jednak jego pozycja jest na tyle stabilna, że część tych manewrów jest pomijana.

Odległość 1.5, czy też 1.6 miliona kilometrów od Ziemi, która jest podawana często jako odległość Webba od Ziemi, to wartość uśredniona. Teleskop zmienią w rzeczywistości tę odległość poruszając się po wspomnianej orbicie, a zmiany mogą wynosić nawet kilkaset tysięcy kilometrów. Poza tym orbita Webba jest tak zaplanowana, by teleskop nigdy nie znalazł się w cieniu Ziemi lub Księżyca.

Całe główne zwierciadło ważyło na Ziemi 705 kg. Pojedynczy segment to masa 39,5 kg, a w tym berylowe zwierciadło to 20,1 kg, a reszta to szkielet je podtrzymujący i aparatura siłowników. Zwierciadło ma złoty kolor ze względu na pokrycie go warstwą tego pierwiastka o grubości 100 nanometrów (to nawet około tysiąca razy mniej niż grubość ludzkiego włosa). By to zrobić wystarczyło jedynie 48,25 grama złota. To tyle co około 10 łyżeczek cukru.

Stała pamięć masowa wbudowana w teleskop ma pojemność 68 GB. Około 3% tej pamięci przeznaczone jest na dane inżynieryjne i telemetryczne. Pamięć jest zabezpieczona przed wpływem promieniowania kosmicznego, ale i tak będzie w czasie misji ulegała degradacji, również ze względu na zwykłe obciążenie dysku operacjami zapisu. Zakłada się, że po 10 latach, dostępna pojemność skurczy się do około 60 GB.

Przepustowość systemu zapisu danych wynosi około 48 Mbps, co odpowiada zapisowi w interwałach około 11 sekundowych paczek danych odpowiadających obrazom o rozdzielczości 24 Mpix (w praktyce sześć obrazów o rozdzielczości 4 Mpix każdy). Takie tempo dotyczy trybu szybkiego zapisu i zapełniło by całą pamięć w niespełna 3 godziny. W praktyce Webb dysponuje dużo wolniejszymi trybami pracy i ze względu na charakter obserwacji to raczej one będą stosowane częściej.

Dane przesyłane są na Ziemię w trakcie dwóch dwugodzinnych okien komunikacyjnych z wykorzystaniem pasma Ka (częstotliwość 25,9 GHz) z maksymalną prędkością 28 Mbps (3,5 MB/s). Dziennie można w ten sposób zgrać 57,2 GB danych, godzina transferu to 12,6 GB. To pierwsza misja, która korzysta z tak pojemnego pasma transferowego do przesyłania dużych ilości danych.

Dane inżynieryjne i telemetryczne mają mniejszą objętość, dlatego do ich przesyłania, podobnie jak wgrywania aktualizacji oprogramowania, wystarczają dużo wolniejsze łącza komunikacyjne.

Z czterech głównych instrumentów Webba, trzy chłodzone są pasywnie. Tylko MIRI, który obserwuje w średniej podczerwieni, wymaga chłodzenia aktywnego. Chłodziwem jest hel, jednakże podlega on procesowi odzyskiwania w kriochłodziarce, co pozwala MIRI funkcjonować tak samo długo jak i innym instrumentom.

Przeszkodą może być fizyczne uszkodzenie kriochłodziarki lub inne szkodzące formie teleskopu czynniki jak uderzenia meteoroidów. Jedno takie mocne (dla teleskopu, nie dla człowieka) uderzenie już miało miejsce, co widać na obrazach inżynieryjnych z teleskopu, ale obsługa teleskopu jest w stanie przeciwdziałać złym skutkom takich uszkodzeń poprzez odpowiednią modyfikację pracy zwierciadeł jak i obróbkę zarejestrowanego obrazu.

W tekście o pierwszych obserwacjach Jowisza z pomocą teleskopu Webb pojawia się informacja o umiejętności śledzenia obiektów poruszających się z prędkością do 67 milisekund łuku na sekundę. Z taką prędkością po niebie dla Webba poruszał się obiekt 2004 JX20, czyli asteroida o numerze 464798. Zaliczamy ją do pobliskich Ziemi, ale nie niebezpiecznych asteroid. Jej odległość od Słońca zmienia się w zakresie od 0,66 do 1,14 jednostki astronomicznej (jedna jednostka do odległość Ziemia Słońce, czyli 150 mln km). Okres obiegowy 2004 JX20 to 313 dni.

Oprócz tej asteroidy Webb testował refleks także na innych, wolniejszych obiektach. Jowisz jest tu stosunkowo powolnym ciałem niebieskim, bo w trakcie testów poruszał się mniej więcej w tempie 3,3 milisekundy łuku na sekundę.

W tym pytanie nie chodzi o precyzję pozycjonowania, a o to jak udane są akcje, w których teleskop podejmuje śledzenie gwiazd i jest ono udane. W astronomii obserwacyjnej wybór obiektu, który posłuży do utrzymywania prawidłowej pozycji teleskopu, jest bardzo istotny. Webb jak się okazuje, skuteczność śledzenia ma na poziomie porównywalnym z teleskopem Hubble.

Liczne problemy, które towarzyszyły próbom śledzenia podczas testów teleskopu, są prawdopodobnie konsekwencją nie najlepiej przygotowanej listy obiektów referencyjnych dla śledzenia. Niebawem teleskop otrzyma zaktualizowany katalog.

Choć pierwsze głębokie pole Webba zostało uzyskane z ujęć trwających efektywnie 12,5 godziny, sam teleskop nie może tak długo integrować światła. Ograniczeniem jest tu konieczność periodycznego korygowania ustawienia pozycji anteny nadawczej wysokiej mocy. Korekta musi być przeprowadzana raz na 10 tysięcy sekund, czyli mniej więcej co niespełna 3 godziny. I to jest limit długości pojedynczej ekspozycji.

Źródło: NASA, inf. własna