Rakieta Ariane 5 wyniosła w przestrzeń kosmiczną Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba - największe w historii kosmiczne obserwatorium astronomiczne zbudowane przez człowieka.
Rakieta wystartowała w historycznej misji 25 grudnia 2021 r. o 13.20 czasu polskiego - na samym początku trwającego tego dnia 32 minuty okna startowego. Start został przeprowadzony ze stanowiska ELA-3 na kosmodromie Kourou w Gujanie Francuskiej.
Rakieta była początkowo napędzana przez silnik dolnego stopnia Vulcain 2 zasilany kriogeniczną mieszanką ciekłego tlenu i wodoru oraz dwiema rakietami bocznymi na paliwo stałe. Już po 47 sekundach rakieta przekroczyła prędkość dźwięku w powietrzu.
Około 2,5 minuty po starcie swoją pracę zakończyły rakiety boczne i oddzieliły się od reszty zestawu. Minutę później owiewka chroniąca ładunek została odrzucona od rakiety - nie była już potrzebna na wysokości ponad 110 km, gdzie atmosfera jest już bardzo rzadka. Dolny człon działał jeszcze przez kilka minut, rozpędzając coraz bardziej rakietę. Niecałe 9 minut po starcie silnik Vulcain 2 zamilkł i stopień został odłączony.
Krótko po tym uruchomił się silnik HM7B górnego stopnia. Ten działał przez 16 minut, co pozwoliło osiągnąć prędkość ucieczki z grawitacyjnego uścisku naszej planety. Rakieta wraz z teleskopem weszła na okołosłoneczną orbitę w kierunku punktu Langrange’a L2 układu Ziemia-Słońce.
Teleskop JWST został wypuszczony przez górny stopień rakiety 27 minut i 7 sekund po starcie.
O teleskopie JWST
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba to urządzenie budowane od końca lat 90. wspólnym wysiłkiem agencji NASA, ESA oraz CSA. JWST (oficjalny akronim teleskopu) to kolejny z wielkich teleskopów kosmicznych, który w założeniu miał znacznie uzupełnić możliwości obserwacyjne Kosmicznego Teleskopu Hubble'a. Teleskop będzie obserwował Wszechświat w podczerwieni. Dzięki zastosowanym technologiom będzie można z niespotykaną dotąd dokładnością obejrzeć obiekty w Układzie Słonecznym, zbadać skład atmosfer planet pozasłonecznych oraz po raz pierwszy zobaczyć najodleglejsze znajdujące się w granicach obserwowalnego Wszechświata galaktyki i gwiazdy, które powstały zaledwie 400 mln lat po Wielkim Wybuchu!
Skomplikowaną konstrukcję teleskopu można podzielić na trzy główne komponenty: platformę satelitarną (Spacecraft Element), moduł naukowy (Integrated Science Instrument Module) oraz moduł optyczny (Optical Telescope Element). W skład platformy satelitarnej wchodzą wszystkie podsystemy odpowiedzialne za funkcjonowanie i lot całego statku. Platformę oddziela od części teleskopowej ogromna rozkładana osłona przeciwsłoneczna. Osłona zapewnia przede wszystkim ochronę od ciepła promieniowania pochodzącego od Słońca, Ziemi czy Księżyca, ale także od samej platformy satelitarnej.
Sercem teleskopu jest oczywiście jego część optyczna wraz z instrumentami naukowymi. Sam teleskop jest zbudowany w architekturze trójzwierciadłowego teleskopu Korscha. Największe rozkładane zwierciadło główne jest zbudowane z 18 berylowych segmentów pokrytych bardzo cienką warstwą złota. Całe zwierciadło główne ma po rozłożeniu średnicę 6,5 m i powierzchnię zbierającą światło, przekraczającą ponad 25 metrów kwadratowych. Światło po odbiciu od zwierciadła głównego, a potem wtórnego trafia do zestawu zwierciadeł w instrumentalnej części teleskopu.
Moduł naukowy składa się z czterech instrumentów, które mają za zadanie rejestrować obrazy celów naukowych i dokonywać analizy ich widma (rozbijać światło na różne częstotliwości), dzięki czemu można poznać skład chemiczny i fizyczną charakterystykę badanych obiektów. Moduł naukowy będzie pracował w temperaturze około 40 K, dodatkowo jeden z instrumentów (MIRI) będzie aktywnie chłodzony do temperatury zaledwie kilku Kelvinów.
Instrumenty naukowe wchodzące w skład obserwatorium:
- NIRCam - kamera bliskiej podczerwieni
- NIRSpec - spektrograf bliskiej podczerwieni
- MIRI - detektor średniej podczerwieni
- FGS/NIRISS - czujnik precyzyjnej orientacji, detektor i spektrograf bezszczelinowy bliskiej podczerwieni
Teleskop JWST poleciał na orbitę wokółsłoneczną wokół punktu libracyjnego L2 układu Ziemia-Słońce. Jest to orbita znajdująca się w odległości około 1,5 mln km od Ziemi, umożliwiająca odpowiednie ustawienie teleskopu, chroniąc przed niebezpiecznymi temperaturami jego aparaturę naukową.
Na potrzeby tak zaawansowanego technologicznie obserwatorium powstało wiele odkryć, już teraz wykorzystywanych na Ziemi w innych dziedzinach. Żeby zbudować JWST trzeba było pierwszy raz w historii zbudować tak lekkie i wypolerowane z atomową precyzją lustra, wykorzystać struktury kompozytowe dopasowane w ekstremalnych temperaturach z dokładnością milionowych części milimetra, detektory promieniowania podczerwonego wykorzystujące nowe techniki obserwacyjne czy rewolucyjną kosmiczną chłodnicę.
Więcej szczegółowych informacji na temat teleskopu JWST możecie przeczytać w najnowszym numerze naszego czasopisma Urania - Postępy Astronomii.
Jak będzie przebiegała teraz misja?
Pierwszą informację na jaką czekamy jest potwierdzenie rozłożenia paneli słonecznych, które powinno nadejść krótko po wypuszczeniu teleskopu przez górny stopień rakiety. Dwie godziny po starcie JWST powinien wypuścić antenę wysokiego zysku HGA do wydajnej komunikacji z Ziemią. W nocy z soboty na niedzielę teleskop czeka pierwszy krytyczny manewr - główna korekcja trajektorii - jedna z trzech planowanych korekcji. Poprawi on trajektorię lotu do punktu L2 i skoryguje ewentualne błędy wynikające z lotu rakietowego.
Na pierwsze wyraźne, publicznie dostępne zdjęcia z teleskopu Webba będziemy musieli poczekać około pół roku. Po starcie, teleskop będzie przez około 6 miesięcy leciał na swoją docelową orbitę. W czasie tego lotu nastąpi ostrożne rozkładanie teleskopu. W pierwszych dniach rozkładana będzie osłona przeciwsłoneczna. W drugim tygodniu lotu rozpocznie się rozkładanie samego teleskopu - skrzydeł zwierciadła głównego oraz struktury wspierającej zwierciadło wtórne.
Około miesiąca po starcie JWST wykona ostatni manewr korekty, wprowadzający go na docelową orbitę. Rozpocznie się wtedy faza przygotowywania optyki teleskopu do pracy. Teleskop będzie musiał stygnąć za osłoną przeciwsłoneczną, aż będzie można uruchomić wrażliwą na ciepło kamerę NIRCam, która pomoże w kalibracji teleskopu.
Po wielu tygodniach wychładzania NIRCam zostanie uruchomiona, by rozpocząć ustawianie poszczególnych segmentów zwierciadła głównego, aby zaczęły działać jak jedno wielkie lustro. Inżynierowie oceniają, że ustawianie segmentów zakończy się około 4 miesiące po starcie.
Potem czekać nas jeszcze będzie jedna, ostatnia faza przygotowania teleskopu do pracy - kalibracja instrumentów naukowych. Przez kolejne tygodnie obserwowane będą wybrane cele kosmiczne. W ten sposób przetestowane zostaną wszystkie metody obserwacji i zapewnione zostanie, by detektory wykonywały wiarygodne i dokładne pomiary. Różne kalibracje trwać będą przez około rok, ale już 6 miesięcy po starcie JWST powinien zacząć wykonywać pierwsze obserwacje naukowe.
Więcej informacji:
- blog NASA z aktualizacjami nt. startu teleskopu JWST
- Urania nr 6/2021 z artykułami o teleskopie JWST
Na podstawie: NASA/ESA
Opracował: Rafał Grabiański
Na zdjęciu: Rakieta Ariane 5 startująca z Kosmicznym Teleskopem Jamesa Webba z Kourou w Gujanie Francuskiej. Źródło: NASA.
