Mokslo ir technologijų pasaulis

Bendras NASA, Europos kosmoso agentūros (ESA) ir Kanados kosmoso agentūros (CSA) James Webbo kosminis teleskopas skries gerokai toliau nei garsusis Hablo kosminis teleskopas – kodėl taip toli?

10 milijardų dolerių vertės Webbas yra daug didesnis, sudėtingesnis ir galingesnis nei Hablo kosminis teleskopas, kuris daugiau nei tris dešimtmečius tyrinėjo dangų iš Žemės orbitos.

Naujoji observatorija, kuri iškelta gruodžio 25 d., skries gerokai toliau nei jos pirmtakė – Saulės-Žemės Lagranžo antrajame taške (L2), apie 1,5 mln. kilometrų) nuo Žemės.

Lagranžo taškai yra gravitaciniu požiūriu stabilios vietos, kuriose erdvėlaiviai gali daugiau ar mažiau „parkuotis“, išlaikydami tą pačią santykinę padėtį, neišeikvodami daug degalų. Bet Webbas nesiruošia į L2 kuro išsaugojimo tikslais. Jis ten keliauja, kad liktų vėsus.

Langranžo taškai

Lagranžo taškai – padėtys tarp dviejų, vienas aplink kitą besisukančių kūnų (Žemės ir Mėnulio, Saulės ir Žemės), kuriuose trečiasis mažos masės objektas (tarkim, kosminis laivas) gali neribotą laiką išbūti nenaudojant jokių papildomų jėgų jo padėčiai stabilizuoti.

Lagranžo taške abiejų kosminių kūnų gravitacijos jėgos kompensuojasi, todėl ten esančio objekto padėtis jų atžvilgiu nesikeičia.

Lagranžo taškus apie 1772 m. matematiškai atrado žymus italų kilmės prancūzų matematikas Joseph Louis Lagrange, nagrinėdamas apribotą trijų kūnų sąveikos uždavinį. „Apribotą“ šiuo atveju reiškia jog trečiojo kūno masė nepalyginamai daug mažesnė nei kitų dviejų.

Matematiškai galimi penki Lagranžo taškai, tačiau pirmieji trys (L1-L3) yra nestabilūs: nežymus nukrypimas nuo taško padėties gali ir nesukurti atgal į tašką grąžinančių jėgų. L1 ir L2 yra labai nestabilūs — be kurso taisymų palydovas ten išsilaikytų vidutiniškai apie 23 dienas. L3 yra stabilesnis: palydovas ten ko gero pasiliktų apie 150 dienų. Tačiau galimos stabilios orbitos apie šiuos taškus: orbita aplink Saulės – Žemės L2 tašką, nuo mūsų nutolusį apie 1,5 mln. km.

L2 svarba

Webbas yra optimizuotas stebėti visatą infraraudonųjų spindulių (IR) šviesoje, ilgose bangose, kurias jaučiame kaip šilumą. (Priešingai, Hablas visatą daugiausia stebi regimojoje švieose ir ultravioletiniu bangų diapazone). Kad sugautų silpniausius IR signalus, Webbo moksliniai instrumentai turi išlikti neįtikėtinai šalti.

Taigi observatorijoje yra penkių sluoksnių apsauginis skydas nuo Saulės, kuris bus maždaug tokio paties dydžio, kaip teniso kortas, kai jis bus visiškai išskleistas.

Tačiau skydas nuo Saulės nesuteiks reikiamos apsaugos. Ir tam reikalingas tampa L2 taškas.

„Ši orbita yra ypatinga tuo, kad leidžia teleskopui išlikti vienoje linijoje su Žeme, kai jis juda aplink Saulę“, – L2 svarbą paaiškina NASA pareigūnai.

„Tai leidžia dideliam palydovo skydui apsaugoti teleskopą nuo Saulės ir Žemės (ir Mėnulio) šviesos bei šilumos“, – pridūrė jie. „Štai kodėl teleskopas bus antrajame Lagranžo taške."

Tęsinys kitame puslapyje:

Jei viskas vyks pagal planą, Webbo prietaisai veiks maždaug -225 °C temperatūroje. Tuo tarpu karštojoje teleskopo pusėje – kur yra Webbo Saulės baterijų plokštės, ryšio antena ir kita nemokslinė įranga – temperatūra svyruos apie +88 °C temperatūra.

„Temperatūros skirtumas tarp karštosios ir šaltosios teleskopo pusės yra didžiulis – karštojoje pusėje beveik užverda vanduo, o šaltojoje – užšąla azotas!“, - rašė NASA pareigūnai.

Atstumas iki L2 išryškina dar vieną esminį skirtumą tarp Hablo ir Webbo. Senesnis Hablo teleskopas buvo skirtas aptarnauti astronautams, kurie nuo 1993 m. iki 2009 m. penkis kartus taisė ir atnaujino Hablą. Pirmoji iš šių misijų buvo ypač svarbi – ištaisė pagrindinio Hablo veidrodžio trūkumą, dėl kurio pirminiai užfiksuoti vaizdai buvo nuviliančiai neryškūs.

Tačiau 1,5 mln. km yra per toli siųsti astronautus, todėl Webbas, kurio pagrindinis veidrodis yra 6,5 metro, beveik tris kartus platesnis nei Hablo veidrodis, orbitoje bus vienas.

Po paleidimo, Webbui prireiks maždaug 30 dienų, kol pasieks L2 tašką. Bet jame jis nestovės vietoje, o skries orbita aplink L2. Webbas, be daugelio kitų užduočių, ištirs kai kurias pirmąsias visatos žvaigždes ir galaktikas bei netoliese esančių egzoplanetų atmosferą, ieškodamas galimų gyvybės ženklų.

Ne pirmasis lankytojas

Webbas nebus pirmasis erdvėlaivis, pasiekęs L2. Ten veikė NASA Wilkinsono mikrobangų anizotropijos zondas (2001–2010 m.), Europos kosmoso agentūros (ESA) Herschelio kosminis teleskopas (2009–2013 m.) ir Plancko zondas (2009–2013 m.).

Taip pat  NASA-ESA Saulės ir heliosferos observatorija ir Giliojo kosmoso klimato observatorija – bendras JAV nacionalinės vandenynų ir atmosferos administracijos ir NASA projektas.