Teleskop, ki bo opazoval rojstvo prvih galaksij

Vesolje je zelo veliko, do galaksij je daleč. S tem ne mislim v smislu od Maribora do Portoroža daleč. Potovanje do najbližje zvezde s sedanjo tehnologijo bi trajalo 100.000 let in tudi misija Orion, s katero naj bi ljudje potovali na Mars, ne bo veliko hitrejša. Optimistično gledano bi se v daljni prihodnosti z novimi odkritji jedrske fizike morda lahko približali desetim odstotkom svetlobne hitrosti ali 100.000.000 kilometrom na uro. Potovanje do najbližje zvezde (razen Sonca) bi tako trajalo 40 let. S svetlobno hitrostjo pa štiri leta. In prišli smo šele do druge zvezde.

Astronomi to »počasnost« svetlobe uporabljamo, da opazujemo zgodovino vesolja. Svetloba od Sonca potuje osem minut, torej vsakič, ko pogledamo proti naši zvezdi (seveda s posebnimi inštrumenti ali zaščitnimi očali), jo vidimo takšno, kakršna je bila pred osmimi minutami. Naslednjo zvezdo po oddaljenosti (Proksima Kentavra) vidimo štiri leta v preteklost, naslednjo veliko galaksijo pa že kar 2,2 milijona let nazaj.

 

Pogled v nastanek vesolja

Ukvarjam se z opazovanji prvih galaksij, ki so nastale v vesolju. Njihova svetloba je do nas potovala več kot 13 milijard let. Veliko je neodgovorjenih vprašanj o prvih korakih vesolja in prav s tem namenom smo astronomi zasnovali teleskop James Webb Space Telescope (JWST). V vesolje ga bo ponesla raketa Ariane 5, predvidoma sredi leta 2021 iz Francoske Gvajane. Teleskop bo svoje komponente razvil na tridesetdnevnem potovanju do končne pozicije.

Ker so prve galaksije tako oddaljene, povrhu vsega pa imajo manj zvezd kot naša, je njihova svetloba, ki pride do nas, zelo šibka. In šibkost svetlobe ni edini vzrok, zakaj so opazovanja teh galaksij otežena. Naše vesolje se namreč širi in svetloba teh prvih galaksij se premakne proti infrardečemu delu svetlobe. Podobno kot se ton (frekvenca) sirene spremeni, ko se od nas oddaljuje reševalno vozilo, se tudi frekvenca svetlobe pri oddaljenih galaksijah pomakne proti rdeči.



Opazovanja prvih galaksij bodo prinesla veliko pomembnih odkritij o našem vesolju − so predhodnice naše Mlečne ceste in pomagala nam bodo poiskati odgovore, kako je nastala naša galaksija. Te prve galaksije so tudi pripomogle, da je vesolje postalo prepustno za vidno svetlobo. Pred tem je bilo vesolje polno nevtralnega vodika, ki ga je prekrivalo kot megla. Šele ko zasvetijo prve zvezde in s tem tudi prve galaksije, te ionizirajo nevtralni vodik in omogočijo, da do nas prodrejo prvi žarki vidne svetlobe. Vse to se je zgodilo pred več kot 13 milijardami let, ko je bilo vesolje staro le nekaj odstotkov sedanje starosti.

Daleč od Zemlje, daleč od mehanikov

Medtem ko Hubblov vesoljski teleskop kroži na orbiti, ki je od Zemlje oddaljena le 570 kilometrov, bo teleskop James Webb krožil na razdalji 1,5 milijona kilometrov. To je skoraj štirikrat dlje kot naša Luna. Razdalja ni naključna; teleskop je namenjen opazovanju v infrardeči svetlobi in mora zato ostati na kar se da nizki temperaturi. Webb bo opazoval pri temperaturi 225 Celzija pod ničlo. Eden od inštrumentov za opazovanja pri najdaljši valovni dolžini (MIRI) pa bo ohlajen celo do 266 stopinj Celzija pod ničlo.



Da lahko vzdržuje to temperaturo, teleskop potrebuje sončni ščit − sistem več ponjav z velikostjo 21-krat 14 metrov. Ta ščit mora biti vedno obrnjen proti Soncu, zato bo Webb krožil tako daleč od Zemlje na točki, imenovani Lagrange 2. To je stabilna točka, na kateri Webb in Zemlja lahko enakomerno krožita okoli Sonca, in Webb s tem ohranja lego sončnega ščita. Hubblov teleskop nasprotno kroži zelo blizu Zemlje in spreminja lego glede na Sonce. V 97-minutni orbiti polovico časa preživi izpostavljen Soncu in velikim temperaturnim nihanjem (od minus 250 stopinj Celzija do plus 100 stopinj). Za Webbov teleskop bi bila takšna nihanja usodna, zato bo poslan v točko L2, čeprav to pomeni, da možnosti za popravila ne bo.

Prav zato se strokovnjaki Nase trudijo, da bi vse delovalo, kot mora. In ker so pri testiranjih odkrili kar nekaj manjših napak, so misijo večkrat preložili, nazadnje so kot rok izstrelitve določili leto 2021. Vsaka zamuda misijo tudi podraži, trenutna cena znaša 9,66 milijarde ameriških dolarjev (8,3 milijarde evrov). Levji delež pri tem imajo Nasa in ameriški davkoplačevalci, nekaj pa tudi evropska in kanadska vesoljska agencija. Zadnja preložitev izstrelitve bo zagotovila nova testiranja in popravila sončnega ščita, ki je ključen za delovanje teleskopa.

Teleskop, na katerega se izplača počakati

Astronomi bomo naše težko pričakovano darilo tako čakali še kar nekaj časa. Pred zadnjo preložitvijo smo že pisali prijave za projekte; za vsako opazovanje se moramo namreč prijaviti in le tiste projekte, za katere Nasa odobri opazovanja, bo mogoče opraviti z Webbom. Le nekaj tednov pred potekom roka za prijavo je prišla vest, da se vsi roki preložijo, torej bomo čez kako leto vajo ponavljali. Tudi projekti, ki imajo že zagotovljena opazovanja, pri katerih tudi sama sodelujem, so na čakanju.

Ampak Webb je teleskop, na katerega je vredno čakati. Če se skoraj deset milijard dolarjev zdi zelo veliko, v bistvu ni, ko pomislimo, da je to zanemarljiv delež denarja, ki ga ZDA plačujejo za obrambo in vojsko. Osnovno znanost je treba podpreti, kje pa bi bili, če bi tistemu, ki je izumil kolo, pred tem odvzeli orodje. Takrat še sam ni vedel, čemu bo to koristilo. Zdaj pa namesto kolesa nadgrajujemo sončni ščit in tehnologijo, ki bo v vesolje ponesla šest ton težek teleskop, ki nam bo odgovoril na vprašanja, kako smo nastali in ali je morda mogoče živeti na planetih zunaj našega osončja.