Svemirski teleskop Džejms Veb (James Webb) vrijedan 10 milijardi dolara sada je na putu ka Legrendžovoj tački zemlja-sunce L2 gdje će početi da snima najudaljenije regije poznatog svemira. Mnogi naslovi tvrde da će posmatrati milijarde godina u prošlost kako bi se vidjelo formiranje prvih galaksija nakon velikog praska. Ali šta je to u ovom teleskopu što je toliko inovativno i šta će zaista otkriti?
Istorijska pozadina
Kasnih 1980-ih, inženjeri i astronomi su počeli raspravljati o nasledniku Habl (Hubble) svemirskog teleskopa. U idealnom slučaju, ovaj naslednik bi trebao biti znatno veći od Habla, što bi mu dalo povećanu snagu i rezoluciju prikupljanja svjetlosti – čineći slike udaljenih objekata svjetlijim i jasnijim od Habla. Do 1996. godine, konsenzus je bio da kamere ovog novog teleskopa treba da rade prvenstveno u infracrvenom dijelu spektra – talasne dužine predugačke da bi ih ljudske oči mogle direktno da vide. Ovo se razlikuje od Habla koji prvenstveno radi u vidljivom opsegu (vidi ono što bismo mi vidjeli), iako takođe može detektovati ultraljubičasto i blisko infracrveno. Ova promjena je značila da bi ovaj novi teleskop trebao biti dizajniran nešto drugačije nego što je Habl, a zahtijevaće i drugačiji tip orbite.
Sjećam se kako sam razgovarao o planovima za ovaj nevjerovatni instrument na jednom od predavanja na postdiplomskim studijama 1998. Tada se teleskop zvao „Svemirski teleskop sledeće generacije“. Moji kolege studenti i ja bili smo impresionirani predloženim dizajnom i bili smo nestrpljivi da vidimo kakve će divne slike i zanimljive podatke prikupiti ovo novo čudo inženjerstva. Ali žalili smo se što ćemo na lansiranje morati čekati do 2007. godine. Da, to je bio prvobitno planirani datum lansiranja! Nismo znali da ćemo morati čekati dodatnih 14 godina. Ali stvari često traju duže nego što planiramo, posebno kada je u pitanju potpuno nova tehnologija, kao i kada je finansiranje u pitanju.
Do 2002. godine dizajn je bio spreman i NASA je odabrala timove koji će izgraditi različite komponente. U septembru iste godine, svemirski teleskop sledeće generacije službeno je preimenovan u „Svemirski teleskop Džejms Veb“ (JWST).[1] Džejms Veb (7. oktobar 1906. – 27. mart 1992.) bio je na čelu NASA-e od 1961. do 1968. godine. Uspješno se zalagao za federalno finansiranje programa Apolo. Većina pojedinačnih djelova JWST-a je završena do 2013. Ovi djelovi su kombinovani i testirani u naredne tri godine. Ogledala su na sličan način sastavljena do 2016. Godine 2017. naučni instrumenti su integrisani u sklop teleskopa. Oni su zatim testirani na mehanički integritet pod vibracijama, a takođe su testirani u vakuumskoj komori niske temperature kako bi se što bliže simuliralo radno okruženje.
Svemirski teleskop nove generacije
Jedna značajna razlika između svemirskog teleskopa Habl (HST) i JWST je veličina. Glavno ogledalo teleskopa Habl je prečnika 2,4 metra (7 stopa i 10 inča). Cijeli HST se lijepo uklopio u ležište Spejs šatla. Međutim, glavni sklop ogledala na svemirskom teleskopu Džejms Veb ima prečnik od 6,5 metara (21 stopu). Dakle, umjesto da koriste samo jedno ogledalo, dizajneri su koristili 18 manjih šesterougaonih ogledala, od kojih se neka mogu rotirati i sklopiti jedno od drugog kako bi se uklopili u raketu. Kada se teleskop pusti u svemir, oni se otvaraju i spajaju u uzorak oblika saća kako bi formirali kompletno primarno ogledalo od 6,5 metara.
Heksagonalna ogledala su napravljena od berilijuma jer je lakši i jači od aluminijuma, manje je sklon vibracijama i doživljava manje promjene zapremine sa promjenama temperature. Berilijumske ploče su presvučene slojem zlata, debljine samo 700 atoma! Zlato se koristi jer bolje reflektuje infracrvene zrake od srebra ili aluminija. Šestougaone ploče moraju se međusobno poravnati do precesije od oko 1/10000 promjera ljudske kose.
Samo da dobijete mali pregled i uvid i planiranje potrebno da bi ovaj teleskop ispravno radio, razmislite o širenju materijala s temperaturom. Većina supstanci, poput aluminija, lagano se šire kada se zagrijavaju. Povećanje temperature uzrokuje povećanje prosječnog razmaka između atoma. Nasuprot tome, tvari se lagano skupljaju kako se hlade. Berilijum takođe radi ovo, iako u manjoj mjeri od aluminijuma. A pošto je JWST dizajniran da radi u ekstremno hladnom okruženju, njegovi dizajneri su morali da kompenzuju blagu kontrakciju metala. Tako su šestougaona ogledala napravljena na zemlji malo prevelika, tako da će kada se skupe na hladnoći svemira biti prave veličine.
Druge velike razlike u odnosu na Habl nastaju zbog činjenice da je JWST dizajniran za snimanje infracrvenih talasnih dužina svjetlosti. Bilo koji predmet na sobnoj temperaturi emituje nešto infracrvenih emisija, a topliji objekti daju više. Možda ste vidjeli sliku ljudi sa infracrvene kamere i izgledaju kao da sijaju. Pa jesu – u infracrvenom. Stoga, JWST treba da radi na veoma niskoj temperaturi, inače bi njegove infracrvene kamere detektovale sopstvenu toplotu i šum elektrona. Tri od četiri instrumenta na JWST-u najbolje rade na temperaturi od 37 Kelvina (negativnih 200° Celzijusa).
Da bi se postigla ta niska temperatura, potrebne su posebne karakteristike. Prvo, JWST ima štitnik od sunca koji odbija dolaznu sunčevu energiju koja bi inače zagrijala teleskop. Štit ima pet slojeva koji će rezultirati temperaturnom razlikom od 315°C između dvije strane letilice. Ovaj štitnik za sunce je dugačak 69,5 stopa i širok 46,5 stopa – otprilike veličine teniskog terena. Budući da to neće stati ni u jednu postojeću raketu, štitnik od sunca je dizajniran da se sklopi za lansiranje, a zatim rasporedi u svemiru. Strana letilice koja je suprotna Suncu će pasivno pasti na temperature potrebne da bi tri instrumenta ispravno radila.
Tri instrumenta koji rade na 37 Kelvina dizajnirani su da detektuju talasne dužine između 0,6 i 5 mikrona, što odgovara bliskoj infracrvenoj i nešto vidljivoj svjetlosti na crvenom kraju spektra. Ali četvrti instrument je dizajniran za detekciju srednjeg infracrvenog zračenja sa talasnim dužinama između 5 i 28 mikrona. Ovo zahtijeva još niže temperature i najbolje funkcioniše na temperaturama ispod 7 Kelvina (negativnih 230°C). Za to je potreban aktivan sistem hlađenja. Dakle, JWST je opremljen kriohladnjakom. Budući da kriohladnjak ima pokretne djelove, posebno je dizajniran da smanji vibracije.
Neobična orbita
Svemirski teleskop Habl nalazi se u niskoj zemljinoj orbiti. To jest, kruži oko 550 km iznad površine zemlje. To je samo malo više od Međunarodne svemirske stanice. Ovo čini HST lako dostupnim. Poslano je nekoliko misija Spejs šatl da servisiraju HST i zamijene komponente. Ali budući da svemirski teleskop Džejms Veb radi prvenstveno u infracrvenom dijelu spektra, da je u niskoj zemljinoj orbiti, toplota koja zrači iz Zemlje bi ometala njegov rad. Ipak, da je JWST u dubokom svemiru, bila bi potrebna velika snaga za slanje signala koje mogu otkriti zemaljski instrumenti. Stoga se JWST ubacuje u orbitu oko Legrendžove tačke zemlja-sunce L2. Ovo zahtijeva određeno objašnjenje.
Džozef Luis Legrendž (Joseph-Loius Lagrange) je bio astronom i matematičar iz 18. vijeka. Jedan od njegovih značajnih doprinosa uključivao je „problem tri tijela“.[2] Ovo je pitanje šta se dešava kada se treći objekat doda sistemu dva tijela koja kruže u orbiti, poput Zemlje i Sunca. Legrendž je otkrio da postoji pet lokacija na kojima se gravitacija Sunca i Zemlje balansiraju na takav način da bi treći objekt postavljen na jednu od tih lokacija kružio oko Sunca potpuno istom brzinom kao i Zemlja. Ove lokacije su postale poznate kao Legrendžove tačke.
Tri Lengredžove tačke su duž prave linije koja sadrži zemlju i sunce. Prvi (nazvan L1) je između zemlje i sunca, ali mnogo bliže zemlji. Drugi (L2) leži na suprotnoj strani Zemlje kao sunce, udaljen oko 1.600.000 km. Treći (L3) je na suprotnoj strani Sunca kao Zemlja, i otprilike na istoj udaljenosti od Sunca (150 miliona km). L4 leži u zemljinoj orbiti, ali 60° ispred Zemlje, formirajući pravougaoni trougao sa Zemljom i Suncem. L5 takođe leži u zemljinoj orbiti, ali prati zemlju za 60° i takođe formira pravougaoni trougao sa Zemljom i Suncem. Bilo koji objekat postavljen na jedan od ovih položaja i zadata odgovarajuća brzina će kružiti oko Sunca za tačno godinu dana, baš kao što to čini i Zemlja, zadržavajući na taj način svoj relativni položaj u odnosu na Zemlju i Sunce.[3]
JWST će orbitirati u oreolu oko L2 koji se nalazi na udaljenosti od oko 1,6 miliona km od Zemlje. To može izgledati kao velika udaljenost, ali je mala po kosmičkim standardima i čini radio komunikaciju jednostavnom. Ovo postavlja teleskop daleko od zemljine toplote, a sunčani štit ionako blokira zemlju. A njegova orbita osigurava da nikada ne bude u Zemljinoj ili Mjesečevoj sjeni, tako da solarni paneli uvijek primaju energiju. Nedostatak ove orbite je što JWST neće biti upotrebljiv. Dakle, ako nešto krene po zlu, neće biti načina da se to popravi.
JWST može vidjeti samo polovinu neba u bilo kojem trenutku; druga polovina je blokirana suncobranima. Ali budući da svemirska letilica kruži oko Sunca jednom godišnje (kao što to čini Zemlja) i uvijek sa svojim štitnikom okrenutim prema suncu, tokom godine će moći vidjeti cijelo nebo. Polovina neba koja je vidljiva u bilo kojem trenutku je otprilike isto nebo koje vidite u ponoć.[4]
Lansiranje i vremenska linija
Nakon frustrirajuće serije kašnjenja, svemirski teleskop Džejms Veb lansiran je na raketi Ariana 5 na Božić 2021. Mjesto lansiranja u Francuskoj Gvajani je blizu ekvatora, što koristi prednosti Zemljine rotacije, čime se smanjuju potrebe za gorivom. Teleskop je istog dana izvršio srednju korekciju paljenja, a zatim ponovo 27., šaljući ga u pravom smjeru da stigne do L2. Do 4. januara 2022. godine, štitnik za sunce je bio potpuno aktiviran i doveden u odgovarajuću napregnutost. 8. januara 2022. glavno ogledalo je u potpunosti raspoređeno prema rasporedu. U naredna četiri mjeseca 18 šestougaonih ogledala će se uskladiti. Sledeće sedmice, planirano je dodatno ispravljanje na sredini kursa kako bi se JWST postavio u orbitu oko L2. Ako sve bude išlo po planu, prve potpuno kalibrirane slike sa JWST-a trebali bismo vidjeti u julu 2022. JWST je u potpunosti finansiran za petogodišnju misiju, ali NASA se nada da će to produžiti na 10 godina, a možda i više.
Predviđanja
Kakva otkrića treba da očekujemo? Između ostalog, JWST je optimiziran da zaviri što je dalje moguće u svemir sa trenutnom tehnologijom. Zbog toga je podešen da detektuje infracrvene talasne dužine. Galaksije na velikim udaljenostima od nas imaju crveni pomak. To znači da su talasne dužine njihove svjetlosti pomjerene na veće talasne dužine. To su upravo talasne dužine za koje je JWST dizajniran da detektuje. A budući da ima veću moć prikupljanja svjetlosti i rezoluciju od Habla, može otkriti galaksije na većim udaljenostima. Ono što očekujemo da ćemo naći na takvim udaljenostima uveliko zavisi od našeg pogleda na svijet, kao i od naših ideja o strukturi kosmosa.
Prvo, da li će JWST zaista gledati „nazad u prošlost?“ U standardnom sekularnom pogledu, svjetlosti je potrebno vrijeme da stigne s udaljene lokacije do nas, pa se ono što danas vidimo u svemiru zapravo dogodilo davno. Ali pošto se brzina svjetlosti samo u jednom smjeru (kao što je zvijezda prema zemlji) ne može objektivno izmjeriti, takva pozicija nije dokaziva.[5] Umjesto toga je dogovorena. Ovo se zove Ajnštajnova sinhronijska konvencija (ESC). Alternativno, možemo slobodno odrediti da svjetlosti nije potrebno vrijeme da stigne do nas čak i iz najudaljenije galaksije. Ovo je konvencija o anizotropnoj sinhroni (ASC). Zaista zavisi o tome kako ćemo definisati „sada“ na velikim udaljenostima od nas. Dakle, vidimo li svemir kakav je sada (ASC) ili kakav je bio u prošlosti (ESC)? Prema Ajnštajnu, odgovor je „da“. Svaka opcija je prihvatljiva. Znam da je to kontra intuitivno. Ali to je rezultat velikog broja eksperimentalnih otkrića i racionalnih dedukcija. Imamo seriju članaka po ovom pitanju. Jednostavno ću istaći da Biblija očigledno koristi ASC sistem, u kom slučaju mi vidimo svemir u realnom vremenu – po istoj konvenciji.
Sekularni astronomi koriste prvenstveno ESC sistem, u kom slučaju je svjetlost iz veoma udaljenih galaksija otišla prije milijardi godina i tek sada stiže do Zemlje. U tom sistemu, najudaljenije galaksije koje vidimo su i najmlađe. Stoga sekularni astronomi očekuju da će JWST pokazati galaksije u najranijim fazama formiranja. Oni očekuju da će vidjeti najranije zvijezde u procesu formiranja i u procesu sastavljanja u galaksije.[6]
Oni dalje očekuju da će ove najudaljenije zvijezde biti zvijezde Populacije III: (trenutno) hipotetička zvijezda koja ima tačno nula elemenata težih od litijuma. Do sada, sve poznate zvijezde sadrže barem neke od težih elemenata. Ali budući da veliki prasak ne može proizvesti takve elemente čak ni u principu, sekularni naučnici smatraju da bi takvi elementi trebali biti potpuno odsutni u prvoj generaciji zvijezda.[7] JWST je opremljen spektroskopom koji može analizirati „atomski otisak prsta“ dolazeće svjetlosti i otkriti sastav izvora.
Šta kreacionisti očekuju da će pronaći? Ne mogu govoriti u ime svih naučnika o stvaranju. Ali lično očekujem da će JWST naći sasvim drugačiju situaciju. Umjesto da se galaksije tek počinju formirati, očekujem da ću vidjeti potpuno formirane (potpuno dizajnirane) galaksije na neviđenim udaljenostima. Ovo će natjerati sekularne astronome da prilagode svoje procjene kada su se formirale najranije galaksije, gurajući ih mnogo bliže navodnom Velikom prasku. Možda ćemo vidjeti naslove poput „Veb otkriva da su galaksije nastale mnogo ranije nego što se mislilo.“
Nadalje, očekujem signal nekih teških elemenata u ovim galaksijama. Odnosno, ne očekujem da ću vidjeti dokaze o pravim zvijezdama Populacije III – onima bez teških elemenata. Budući da odbacujem veliki prasak kao uzrok tri najlakša elementa, nemam razloga vjerovati da svemir nije stvoren sa nekim teškim elementima koji su već u njemu. Dakle, očekujem puno zvijezda Populacije II sa malim količinama teških elemenata, ali ne nula. Imajte na umu da bi neki sekularisti mogli pokušati „pomjeriti stativu“ redefinisanjem zvijezda Populacije III kao onih sa vrlo niskim udijelom teških elemenata. Ali predviđam da neće biti nula kako to zahtijeva model velikog praska.
Svemirski teleskop Džejms Veb takođe je opremljen za direktno snimanje nekih ekstrasolarnih planeta unutar naše galaksije. To su planete koje kruže oko zvijezde koja nije Sunce. Znamo za nekoliko hiljada egzoplaneta, ali samo nekoliko njih je direktno snimljeno. Veoma sam uzbuđen zbog mogućnosti da vidim planete koje niko drugi osim Boga nikada nije vidio. JWST će takođe pokušati analizirati spektralne karakteristike („atomski otisak prsta“) ovih planeta. Ovo će nam reći od čega su ove planete napravljene.
Predviđam da će mnoge od ovih planeta izazvati sekularne teorije o formiranju planeta i dubokom vremenu. Na primjer, očekujem da neke planete neće kružiti u ravni rotacije svoje zvijezde. Ipak, standardni scenariji sekularne formacije zahtijevaju blisko poravnanje zbog očuvanja ugaonog momenta. Možemo pronaći planete koje kruže oko binarnih zvijezda na lokaciji gdje se ne očekuje da se takva planeta formira. JWST bi mogao otkriti neke planete koje kruže oko svoje zvijezde unatrag – suprotno od rotacije zvijezde. Sastav nekih od ovih egzoplaneta mogao bi se razlikovati od planeta u našem Sunčevom sistemu, na način koji nije u skladu sa sekularnim modelom. Očekujem dokaze mladosti koja izaziva duboko vrijeme. Na primjer, možemo vidjeti dokaze jakih magnetnih polja u nekim od ovih sistema. Ipak, planetarna magnetna polja se vremenom raspadaju i ne traju milijarde godina.
Možda je najuzbudljivija perspektiva za mene otkriće novih fenomena koje niko nije predvidio. Bog je divno kreativan i uzbuđen sam što vidim koje je tajne stavio u daleki univerzum. Nauka nije samo oruđe za pobijanje evolucije i sekularizma. To je proučavanje Božjeg stvaranja i načina na koji On njime upravlja. Ispravan odgovor na naučna otkrića je uvijek davanje slave Gospodu.
Džejson Lajl, doktor astrofizike
________________________
[1] Nedavno su neki ljudi zatražili od NASA-e da ponovo promijeni ime jer se Veb očito protivio seksualnim perverzijama kao što su homoseksualnost i lezbejstvo. U njegovo vrijeme od državnih radnika se tražilo dobro moralno ponašanje. (Kako su se vremena promijenila!) Srećom, NASA je odbila njihovu peticiju.
[2] U kasnom 17. vijeku, Isak Njutn je matematički dokazao da će dvije mase, ako im je data dovoljna kinetička energija, kružiti oko zajedničkog centra mase. Kada je jedan objekt mnogo masivniji od drugog, manja masa čini većinu kretanja; to je razlog zašto Zemlja kruži oko Sunca. Njutn je bio u stanju da izračuna tačan oblik orbite i tačnu brzinu orbitera duž njegove putanje. Ali šta se dešava kada se u sistem uvede treći, mnogo manje masivni objekat? Niko nije bio u stanju da izračuna tačnu putanju kojom će ići.
[3] L4 i L5 Lengredžove tačke su stabilne. To znači da će se bilo koji objekt na jednoj od tih lokacija, ako se malo odmakne od Lengredžove tačke, na kraju vratiti prema toj tački. Pomalo je poput Weeblea ili balona na odbijanje koji je opterećen tako da kada ga pritisnete dolje, vraća se u prvobitni položaj. L1, L2 i L3 nisu potpuno stabilni. Stoga, letilice na takvim lokacijama zahtijevaju potisnike kako bi kompenzovali svaki neočekivani pomak.
[4] Ova aproksimacija je najbolja za niže geografske širine – lokacije blizu Zemljinog ekvatora.
[5] Samo povratna brzina svjetlosti može se objektivno izmjeriti bez kružnih pretpostavki. To jest, vrijeme koje je potrebno svjetlosti da pređe od A do B i nazad do A u vakuumu može se objektivno izmjeriti, a ukupna udaljenost podijeljena sa ukupnim vremenom je uvijek tačno c (299.792,458 km/s).
[6] Pojedinačne zvijezde neće biti lako vidljive na takvim udaljenostima. Ali astronomi će tražiti indirektne znakove formiranja zvijezda.
[7] U standardnom modelu, teži elementi bi se trebali formirati u najmasivnijim zvijezdama. Ovi teži elementi se raspršuju u svemir kada zvijezda eksplodira, a zatim kontaminiraju sledeću generaciju zvijezda.
Sam tekst o teleskopu je izvrstan. Dosta toga sam naucio sto nisam nasao u drugim izvorima. Bog neka vam blagoslovi trud.
Poštenje I istina se ne boje ni svetla ni mraka – čemu brisanje pitanja i komentara?
Brišem ti komentare dijelom i tebe da zaštitim jer lupaš takve gluposti da boli glava. Kao da ti nije dovoljno što se uhvatio u nebulozama ravnozemljaša nego još pokušavaš i da se praviš pametan sa njihovim doskočicama o izvorima svjetlosti prilikom stvaranja i sl. Treba da čitaš članak o novom teleskopu i da razmišljaš o onome što je izneseno za njegovu svrhu i funkciju. Dakle, očito nije napravljen da za ravnozemljaše fotografiše Zemlju. Čak i kad bi to bio slučaj, odmah bi posegli za teorijom zavjere kako je ovaj teleskop izmišljotina.
Pravo si rekao. I sam sam diskutovao sa ravnozemljasima i uvideo koliko je to uzaludan posao. Jos strasnije je sto izvrcu Biblijske tekstove ne bi li dokazali svoje bajke.