Neljapäev, 9. september 2021

James Webbi kosmoseteleskoop on stardiks valmis

Autor: Üllar Kivila

25 aastat pärast projekteerimise algust ning rohkem kui 10 aastat pärast ehituse algust on tulevane suurim kosmoseteleskoop lõpuks stardiks valmis. Augustis lõppesid edukalt viimased stardieelsed katsetused USAs Californias ning järgmiseks viiakse teleskoop läbi Panama kanali ja üle Kariibi mere Euroopa Kosmoseagentuuri kosmodroomile Prantsuse Guajaanas, kust (eeldatavasti) detsembris viib ESA Ariane 5 kanderakett selle kosmosesse.

Kunstniku nägemus James Webbi kosmoseteleskoobist valmiskujul. Tegelikkuses saab kogu siin nähtav pealmine külg ja teleskoobi peegel olema püsivalt varjus ning Päike valgustab vaid varjuki alumist külge.

James Webbi kosmoseteleskoopi (JWST) on sageli nimetatud Hubble’i kosmoseteleskoobi järeltulijaks või mantlipärijaks ning mitmel moel on see tõsi, kasvõi projekti ambitsioonikuse ja keerukuse poolest. Ka Hubble’i teleskoop jõudis orbiidile alles 18 aastat pärast projekteerimise algust ning üle 4 korra kallimana kui algselt planeeritud. Sarnane on ka mõlema teleskoobi taga olev idee: näha asju, mida varasema tehnikaga pole võimalik näha. Hubble’i teleskoobi kandev idee oli pääsemine Maa atmosfääri segavast mõjust, mis hägustab maapealsete teleskoopide nähtavat pilti. Alles mitu aastakümmet hiljem jõudis arvutite võimekus lõpuks tasemeni, kus suurte maapealsete teleskoopide peeglite kuju sai hakata reaalajas kohendama, kompenseerimaks atmosfääri turbulentse. Tänapäeval saavad suurimad maapealsed teleskoobid juba Hubble’ist parema lahutusvõimega pilte, kuid kosmoseteleskoobil on endiselt eelis alatise pilvitu taeva ja valgusreostuse puudumise näol. JWST läheb ühe sammu veel kaugemale ning hakkab Universumit uurima põhiliselt infrapunases valguses, mis Maa atmosfääris suurel määral neeldub ning maapealsete teleskoopidega kuitahes moodsa tehnikaga vaadeldav ei ole.

JWST ja Hubble on astronoomia arengule võrreldava tähtsusega, kuid sisu poolest üpris erinevad. Uue kosmoseteleskoobi keskendumine infrapunavaatlustele tuleneb otseselt Hubble’i teleskoobi avastustest. Universumi paisumise tõttu nihkub kaugematelt objektidelt pärinev nähtav valgus just pikema lainepikkusega infrapunasesse spektrialasse. JWST tundlikkus koos Hubble’ist üle 6 korra suurema valgusjõudlusega peegliga võimaldab meil näha Universumi kõige vanemaid galaktikaid kuni esimeste galaktikate moodustumise ajani välja. Vähemalt nii me arvame – ka Hubble üllatas meid korduvalt, leides asju, mida keegi ei osanud oodata ning kohati mitte leides asju, mida astronoomid ootasid. Ühe enneolematult võimeka teleskoobi suurim võlu ongi lootus praegu ebakindlaid teadmisi ja arvamusi kinnitada või ümber lükata.

Valmis JWST pärast viimaste kontrollide läbimist kokkupakituna transpordiks ESA Prantsuse Guajaana kosmodroomile. Niimoodi mahub teleskoop Ariane 5 raketi ninakoonusesse ning kosmoses peab see end iseseisvalt lahti pakkima. August 2021.
Peale Universumi varase nooruse uurimise võimaldab JWST infrapunatundlikkus „läbi piiluda“ muidu nähtavas valguses läbipaistmatutest gaasi- ja tolmupilvedest, millest sünnivad uued tähesüsteemid ning nende ümber tiirlevad planeedid. Ka meie Päikesesüsteemi kaugemate ja külmemate alade uurimisel on infrapunavalgusest palju abi – komeedid, Kuiperi vöö objektid ja Päikesest kaugel olevad asteroidid peegeldavad oma tumedate pindade ja kauguse tõttu üpris vähe nähtavat (Päikese)valgust teleskoopidesse tagasi, kuid infrapunast valgust, st soojuskiirgust kiirgavad kõik taevakehad.
Infrapunase soojuskiirguse vaatlemisel tekib analoogne probleem nähtava valguse ja valgusreostusega. Samamoodi nagu suure linna seest on teiste valgusallikate segava mõju tõttu raske või võimatu tuhmimaid tähti või udukogusid vaadelda, segab infrapunavaatlusi teleskoobi enda soojuskiirgus. Seetõttu peavad JWST optika ja kaamerad olema püsivalt väga külmad – probleem, mida Hubble’i teleskoobil ei ole. Vajaliku temperatuuri saavutamiseks ja säilitamiseks saadetakse teleskoop mitte Maa-lähedasele orbiidile, vaid Maa-Päikese 2. Lagrange’i punkti orbiidile, mis asub umbes 1,5 miljoni km kaugusel Maa „taga“ (Päikese poolt vaadates). Sinna jõudnud, suunatakse teleskoobi umbes tenniseväljaku suurune päikesevarjuk Päikese poole; peale Päikese varjab see ära ka Maalt ja Kuult pärineva soojuskiirguse. Niimoodi, igaveses pimeduses ning jahutusseadmete abiga hoitakse teleskoobi optika temperatuuril 50 K (-223°C) ning kõige tundlikum kesk-infrapuna spektrograaf (MIRI) temperatuuril 7 K (-266°C). Samal ajal on päikesevarjuki Päikese-poolse esikülje temperatuur umbes 360 K (85°C).

Joonis JWST asukohast Maa-Päikese 2. Lagrange'i punkti orbiidil. Selles asukohas tiirleb teleskoop ümber Päikese Maaga sünkroonis, võimaldades päikesevarjukil püsivalt nii Päikese, Maa kui ka Kuu segav kiirgus ära varjata. L2 punkti ümber olev orbiit on metastabiilne, st sellel püsimiseks tuleb aeg-ajalt veidi kütust kulutada, mis seab teleskoobi elueale ülempiiri. Tõenäoliselt ei saa sellest aga teleskoobi tööle takistust, kuna pardal olevat kütusevaru jätkub orbiidi säilitamiseks mitmeks aastakümneks.

JWST asukoht tähendab seda, et erinevalt Hubble’i teleskoobist ei ole seda ühegi praegu olemasoleva mehitatud kosmoselaevaga võimalik hooldada ega parandada. Seepärast peab kogu see keerukas süsteem esimesel katsel veatult töötama ning selle kindlustamine ohtra kontrollimise ja katsetamisega on üks peamiseid põhjuseid, miks projekt oma esialgsest plaanist pikalt hilinenud on. Plaani kohaselt peaks teleskoop töötama vähemalt 10 aastat, kuid kui suuremaid rikkeid vältida õnnestub, võib see aeg tunduvalt pikeneda. Teadustöödest ja vaatlustest, mida uuelt teleskoobilt loodetakse, igatahes puudu ei tule – isegi Hubble’i teleskoobil tuleb 30 aastat pärast starti vaatlusaja saamiseks karm konkurentsisõel läbida. JWST vaatlusaegade jagamiseks loodi uus topeltpime süsteem, kus ettepanekute läbivaatajad ei tea taotlejate isikuid, võimaldamaks otsuseid teha vaid pakutava projekti olulisuse põhjal.
Loodetavasti läheb kõik plaanipäraselt ning juba varsti (loe: umbes 6 kuud pärast teleskoobi starti, kui kõigi süsteemide kontroll ja kalibratsioon on valmis) saame näha enneolematuid vaateid meie salapärasest Universumist.

Ülevaade JWST projekti viivitustest ja kasvavast eelarvest. Kõige esialgsema projekti järgi pidi teleskoop startima 2007. aastal ning maksma 500 miljonit USD. Tasub arvestada, et esialgse projekti loomise ajal ei olnud mitmeid teleskoobi toimimiseks vajalikke tehnoloogiaid veel olemas - need tuli enne leiutada, mis põhjustas pika projekteerimisaja ja esialgsest tunduvalt suurema eelarve.

All saab näha videot, mis hakkab teleskoobiga toimuma pärast starti. Selle observatooriumi lahtivoltimine on tõeline kosmiline origami. (12 min)



Oktoober 2016 - peapeegli ehitus on valmis ning optika kontrollitud. Järgmiseks tuli vaid kogu ülejäänud kosmoselaev juurde ehitada. Peapeegli ees on kokku volditud sekundaarpeegli tugiraam.

JWST peegli osad. Kuna vajaliku suurusega peeglit pole ühes tükis võimalik kosmosesse lennutada, koosneb teleskoobi peapeegel 18 kuusnurksest elemendist. Berülliumist peeglid on kaetud õhukese kullakihiga, mis peegeldab väga hästi infrapunavalgust, kuid nähtavale valgusele lisab kollase tooni. Seetõttu ei saa JWST ka "tõelistes värvides" pilte teha. Pildil on näha üks kullaga kaetud ja teine katmata peegli element. September 2014.
Sekundaarpeegli joonduse ja mehaanika kontroll. August 2019.

Valmis teleskoobi osa katsetati vaakumkambris, et veenduda selle toimimises kosmoses. Detsember 2017.

JWST päikesevarjuk täielikult lahti voldituna nii nagu see kosmoses olema saab (peegel on endiselt transpordiasendis). See 5-kihiline kaptonist soojusisolaator hoiab kosmoses päikesepoolse ja varjukülje vahel ligi 300-kraadist temperatuurierinevust. Varjuki suurus on umbes 22 x 10 m ning kihtide pakus 0,025 kuni 0,05 mm. Oktoober 2019.






Kommentaare ei ole:

Postita kommentaar