Датум је, напокон, потврђен. Свемирски телескоп „Џејмс Веб“ (James Webb Space Telescope), највећи свемирски телескоп који је човек досад конструисао, биће лансиран пут своје орбите 18. децембра. Док читате овај текст, „Веб“ се, упакован у специјални контејнер, налази на једном од бродова који пролазе Панамским каналом и иде ка космодрому у Француској Гвајани. Почетком ове године, главни астрономи задужени за мисију „Веб“ упозорили су да би овај товар, вредан неколико десетина милијарди долара, могао да се нађе на мети пирата (!), па је одједном цела прича око лансирања „Џејмсa Веба“ искочила из научних, и ушла у детективске токове. Сам „Џејмс Веб“ телескоп ће заиста бити један велики свемирски детектив. Његови конструктори говоре како ниједан инструмент није имао могућност да досегне толико детаљно у прошлост свемира као „Веб“. Зато је једна од тврдњи којa се често може чути како међу научницима тако и у медијима, да ће „Веб“ револуционаризовати наше схватање свемира. Ипак, шта то тачно значи? Како ће изгледати и како ће бити искоришћени подаци са овог телескопа? Да ли је „револуција у науци“ сувише лаконски састављена синтагма која не осликава праве размере изазова и циљева са којима ће се астрономија срести након што „Веб“ започне своја снимања? Нека од претходних Орбитирања су у сегментима помињала главне научне планове ове грандиозне свемирске опсерваторије, и сада је право време да „Веб“ детаљно представимо и одговоримо на нека од споменутих питања.
Игра свемирских детектива
Почетак приче о „Џејмс Веб“ телескопу је сличан многим причама о великим астрономским открићима. Средином деведесетих година прошлог века, НАСА је, на крилима успешних резултата свог „Хабл“ телескопа, схватила да су свемирске опсерваторије кључне за астрономска истраживања. Разлога за то је било много. Први је био тај да са Земље није могуће сагледати цео спектар зрачења који објекти у свемиру емитују. Водена пара и угљен-диоксид у нашој атмосфери ефикасно заклањају велики део ултраљубичастих, х, гама и инфрацрвених зрака који емитују звезде и галаксије у универзуму. Да бисмо разумели колика је јачина тих зрачења, потребно је опсерваторије послати ван наше планете како би се ефекат атмосфере анулирао. Други разлог је био неумитна научна знатижеља. Астрономија је последње декаде 20. века доживела несвакидашњи напредак, број откривених галаксија надмашио је десетине милиона, а појавили су се и пионирски радови о планетама ван Сунчевог система, сугеришући да негде далеко, изван Земљиног блиског комшилука, можда постоји живот налик оном на њој. Пажљивим анализама физичких процеса у свемиру, научници су израчунали и да је свемир стар око 13,77 милијарди година. Недуго затим су увидели још једну важну ствар – број откривених галаксија које су формиране у изузетно раној историји свемира (на пример мање од милијарду година након Великог праска) статистички је безначајан, и не поклапа се довољно добро са теоријским предвиђањима.
Док читате овај текст, „Веб“ се, упакован у специјални контејнер, налази на једном од бродова који пролазе Панамским каналом и иде ка космодрому у Француској Гвајани.
Легендарни свемирски телескоп „Хабл“ дао је важне смернице у решавању овог космолошког проблема. Тако је настао један од најпознатијих примера потраге за неоткривеним и далеким галаксијама – чувено „Хаблово“ дубоко поље, малени регион чак 20 милиона пута мањи од површине небеске сфере! Сићушан део неба чинио се као неадекватни материјал за истраживање далеког космоса, поготово што на снимцима који су били начињени неким земаљским телескопима у том делу простора није било нити видљивих звезда, нити галаксија. Другим речима, деловало је узалудно тражити било шта у пољу које се чинило потпуно празно. Ипак, дуготрајно снимање те области „Хабл“ телескопом у видљивом делу електромагнетног спектра, открило је невероватне детаље који ће окренути нове странице историје науке у годинама које су долазиле. Мапе „Хабловог“ дубоког поља откриле су више од три хиљаде галаксија различите старости, удаљености, величине и облика! Неке од тих структура су показивале знаке скорашњих експлозија, друге су примећене како се међусобно сударају, док су неке биле ухваћене на самом крају свог еволутивног циклуса, незадрживо уклањајући сав преостали градивни материјал, свој хладан гас. Истраживачи су се запитали – ако се у тако малој запремини простора крију све те разнолике космичке структуре, каква нас тек изненађења чекају ако у свемир пошаљемо још моћнији телескоп? Мотивација да се „Џејмс Веб“ напокон заврши, додатно се појачала када су Паскал Оеш и Габријел Брамер 2016. године открили објекат за који се испоставило да је тренутно најдаља позната галаксија. Њена светлост је до телескопа путовала 13,4 милијарде година, што говори да је галаксија настала свега 400 милиона година након Великог праска. Научни тимови широм света верују да се овај рекорд у космичкој удаљености може срушити. За његово обарање, сагласни су, потребна је само једна „ситница“ – лансирање телескопа „Џејмс Веб“.
Поред чињенице да је „Хабл“ телескоп успео да идентификује неколико галаксија насталих у тако далеком космосу, данас такође знамо да наше разумевање њиховог настанка није потпуно. Разлог за то је био што је „Хабл“ телескоп конструисан да посматра таласе у видљивом и блиском инфрацрвеном делу спектра. Застанимо на тренутак и замислимо једну врло удаљену галаксију која емитује своје зрачење ка нама. Како се свемир убрзано шири, а самим тим и „развлачи“ дужину тог емитованог таласа, зрачење које до нас долази више није у истом делу спектра као кад је кренуло ка нама. Његова енергија опада, а таласна дужина се „растегљује“ више или мање, у зависности од удаљености тог објекта од нас. За веома далеке објекте, то „тегљење“ таласа иде од неколико стотина нанометара до неколико десетина микрометара. Говорећи језиком електромагнетне теорије, оно је из ултраљубичастог дела спектра померено ка средини инфрацрвеног дела спектра. Тај ефекат се у науци зове црвени помак. Уколико телескоп није опремљен камерама које могу да открију објекте са значајно великим црвеним помацима, врло је изгледно да ћемо пропустити несвакидашњу шансу да пронађемо неку од најдаљих галаксија у свемиру! Ту на сцену ступа „Џејмс Веб“. Не само да ће његове камере моћи да сниме опсег таласних дужина и до неколико десетина пута већи него у случају „Хабла“, већ ће и осетљивост и прецизност уређаја знатно надмашити „Хабловe“. Поврх тога, „Веб“ ће имати изузетно софистициране фотометријске и спектроскопске уређаје. Први ће бити задужени да снимају интензитет зрачења, док ће други бити задужени да нам дају одговоре на питање која хемијска једињења и елементи су одговорни за његов настанак. Склапањем те две врсте комплементарних података у једну целину, имаћемо прилику не само да сазнамо колико су милиони појединачних галаксија или звезда удаљени од нас, већ и од каквог материјала су сачињени! Ове драгоцене информације помоћи ће у схватању неколико отворених питања, међу којима су најважнија: где да тражимо воду ван Земље и како изгледају најстарије структуре настале у свемиру.
„Џејмс Веб“ –од земаљске до ванземаљске епопеје
Када је НАСА одобрила његову изградњу, пре више од 20 година, „Веб“ телескоп је имао радни назив „Свемирски телескоп нове генерације“. Нимало инвентивно име замењено је са „Џејмс Веб“. Име је додељено у контроверзној дебати, у част готово анонимног чиновника НАСА који је био активан за време мисија Аполо, и који се залагао да се једног дана у свемир лансира велики оптички уређај који би снимао космос. Питање је да ли ће оно остати и крајње име телескопа, с обзиром на то да поново расте незадовољство научника овим избором. Првобитна процена је била да ће „Веб“ телескоп коштати око 400 милиона долара, а иницијални план је сугерисао лансирање почетком 2007. године! План је био нереалан!
Уколико телескоп није опремљен камерама које могу да открију објекте са значајно великим црвеним помацима, врло је изгледно да ћемо пропустити несвакидашњу шансу да пронађемо неку од најдаљих галаксија у свемиру! Ту на сцену ступа „Џејмс Веб“.
Сачињен од 18 комплексних, хексагоналних огледала од позлаћеног берилијума, која се механички склапају у један складан и гломазан оптички систем пречника 6,5 метара, „Џејмс Веб“ је све само не обичан телескоп. Брзо се увидело да менаџмент пројекта мора да се прилагођава скоковитим технолошким променама, те да ће буџет бити десетоструко већи од предвиђеног како би адекватно испратио сложеност нове свемирске опсерваторије. Најкритичнији период за судбину телескопа била је 2011. година. Тада је амерички Сенат гласао да се не одобре додатна средства за комплетирање телескопа, што је изазвало жестоку реакцију астрономске научне заједнице. Администрација је, под притиском, невољно променила своју одлуку током 2011. Занимљиво, али нису сви научни и научнопопуларни часописи благонаклоно гледали на овај исход. Тако је часопис Nature у једном од својих издања писао како „Телескоп ’Веб’ једе астрономију“, алудирајући на превелике трошкове којима је цео пројекат изложен. Чак ни тадашњи амерички председник Барак Обама није крио фрустрацију због спорости пројекта и његове нејасне користи. Изградња савремене и никад коришћене технологије која се први пут шаље у свемир, и која треба да служи човечанству бар десет година, није могла да протекне без снажне спољашње сарадње, чак и кад је у питању тако моћна организација као што је НАСА. Од самог почетка пројекта, у реализацију плана су биле укључене и Европска свемирска агенција (ESA), као и Свемирска агенција Канаде (CSA). Примера ради, Европа је пројекту допринела изградњом спектроскопских уређаја, обезбеђивањем ракете „Аријана 5“ која ће „Веб“ понети у орбиту, као и великим тимом научника који у центрима у Шпанији, Италији и Великој Британији припремају софтвере за обраду података. Заузврат, Европа је добила могућност да њени научници равноправно сарађују на пројекту са својим америчким колегама.
Шта након лансирања?
Процена је да ће, након лансирања, бити потребно скоро месец дана да телескоп дође у Лагранжову L2 тачку са које ће започети свој космички живот. Та крајња позиција, изабрана да буде дом „Веб“ телескопа у наредним годинама, удаљена је око 1,5 милиона километара од Земље. То је још једна разлика између „Хабл“ и „Веб“ телескопа. „Хабл“ се налази у орбити око Земље, на око 600 km далеко од нас, док ће „Веб“ бити позициониран у стационарној тачки на три пута већој удаљености. Када једном дође у своју крајњу, стабилну позицију, „Џејмс Веб“ телескоп ће отворити свој огромни сунцобран величине тениског терена (!), који ће инфрацрвене инструменте штитити од Сунчевог зрачења, обезбеђујући им приближно константну температуру рада на -233 степена Целзијуса! У Балтимору, центру америчке државе Мериленд, налази се главни центар целе мисије. Овај центар се бави регулисањем свих техничких детаља око самог телескопа, као и базама будућих података, њиховим коришћењем и симулацијама. Када „Веб“ буде почео да шаље своје прве пакете података ка компјутерима на Земљи, он ће врло брзо достићи све своје претходнике по количини информација послатим из свемира.
Процењује се да ће за само један сат посматрања „Веб“ генерисати 30 GB података. Подаци ће се из свемира дистрибуирати преко специјалне мреже назване NASA Deep Space Network. Посматрања свемира „Џејмс Веб“ телескопом биће и најскупљи пакет података у деценији пред нама. Због тога је доста тежак и пут који ће научници прећи, почевши од планирања својих пројеката и посматрања свемира, па до прелепих фотографија које ће „Веб“ послати и које ће свима бити доступне на интернету. Наиме, астрономи немају загарантовану могућност да приступе посматрањима на овом свемирском телескопу. Да би до те могућности дошли, морају да се такмиче. Баш као и у најквалитетнијим спортским надметањима, и у астрономији тимови научника сваке године конкуришу за време на савременим опсерваторијама како би добили могућност да реализују своја истраживања. Места, међутим, има само за мали број врхунских тимова, а тај број је још мањи када су у питању вишефункционални технички претраживачи космоса, попут „Веба“. Прошле године је отворен први конкурс за пројекте који предлажу коришћење телескопа „Џејмс Веб“. Пријавило се више од хиљаду тимова из целог света, од чега је тек сваки десети прихваћен. Они који буду имали шансу да телескопом „Веб“ посматрају свемирска пространства, имаће и једногодишње ексклузивно право на коришћење и објављивање прикупљених података. То даје предност тимовима да објаве резултате свог рада пре других. Након што истекне једногодишњи мораторијум, подаци са интерних пројеката више неће бити заштићени и биће пребачени на отворени сервер. Њима ће тада моћи да приступи свако, са било које тачке наше планете.
Револуција у науци: игра космичким перлама
У времену када је планиран, средином деведесетих година прошлог века, о „Вебу“ се причало као о митском инструменту који ће из темеља мењати схватање свемира доносећи нам прилику за нова знања кроз уплив најсавременије технологије. Двадесет година након тих великих речи, делује да очекивања нису умањена. Напротив! Ипак, да ли су она преоптимистична? Када покушавамо да дамо процену значаја неког инструмента за науку, не смемо га посматрати изоловано, већ у ширем контексту. То изискује да поменемо шта ће „Веб“ моћи да нам донесе у комбинацији са инструментима које већ користимо, како на Земљи тако и у свемиру. Основни научни циљеви који су постављени пред телескоп „Џејмс Веб“ могу се сврстати у две групе: (1) детекција светла које потиче са најдаљих звезда и галаксија у космосу; (2) подаци о пореклу живота. Ове циљеве има још неколицина активних уређаја који оперишу у другим деловима електромагнетног спектра. У претходним колумнама смо поменули те телескопе, од џиновске радио-области АЛМА у Чилеу, преко свемирских опсерваторија Чандра (која снима х-зраке из свемира), те Спицер и Хершел (који снимају инфрацрвене зраке из свемира), па све до будућих планетарних мисија на Марс и Венеру. Сви ови технички гиганти астрономије биће у служби научника при анализи и тумачењу првих података пристиглих са „Џејмсa Веба“. Теорија предвиђа да је од Великог праска до тренутка настанка првих звезда и галаксија протекло неколико фаза. Сматра се да је најпре потребно 400.000 година да првобитни облаци водониковог гаса колапсирају и почну да се удружују у грађењу већих формација. Због тога је и процењено да је за стварање најранијих звезда и галаксија требало да прође између 100 и 400 милиона година након Великог праска.
Ипак, у досадашњој историји астрономских посматрања, још ниједан научни тим није успео да директно утврди тачну временску границу. Разлог за то делимично лежи у техничким ограничењима, док је други разлог физичке природе. На пример, сматра се да су прве звезде у свемиру изузетно масивне, око 100 пута масивније него наше Сунце, али је њихов претпостављени животни век доста кратак, тек неколико милиона година (сетимо се да је Сунце тренутно старо око 4,5 милијарди година!). Тако масивне звезде свој кратак живот окончавају у експлозивним епизодама које се називају „парови нестабилних супернова“. Због своје велике удаљености они су тешко уочљиви било којим телескопом који је тренутно у употреби. Значај ових раних звезданих експлозија је многострук и управо су оне одговорне за обогаћивање простора тежим хемијским елементима чијим је каснијим удруживањем зачео органски живот.
Баш као и у најквалитетнијим спортским надметањима, и у астрономији тимови научника сваке године конкуришу за време на савременим опсерваторијама како би добили могућност да реализују своја истраживања. Места, међутим, има само за мали број врхунских тимова, а тај број је још мањи када су у питању вишефункционални технички претраживачи космоса, попут „Веба“.
Чињеница да је „Веб“ конструисан да досегне те ране експлозије и фонтане зрачења проистеклих из њих, говори у прилог тврдњама да је нова револуција у науци врло извесна. Историчари науке сагласни су да ће ово бити четврта астрономска револуција у последњих 100 година, чиме ова наука постаје јединствен пример по брзини свог развоја. Прва револуција се десила пре скоро 100 година, када је откривено ширење свемира. Друга је била повезана са сазнањем да то ширење није константно, већ се убрзава. Трећа револуција се десила пре пет година са открићем гравитационих таласа. С обзиром на чињеницу да је историја цивилизације јако млада у односу на историју космоса, узбудљиво је сазнање да ћемо бити сведоци још једне астрономске револуције у последњих неколико деценија – „Вебове“ игре космичким перлама.
Дарко Доневски је стипендиста италијанске владе у области космологије, у оквиру пројекта „Прашина у раном свемиру“. Докторирао је 2018. на Универзитету Aix-Marseille, у Француској, са темом „Еволуција далеких галаксија“. Као стипендиста, боравио је на институтима у Лајдену (Холандија) и Тулузу (Француска). Основне студије завршио је на Универзитету у Новом Саду. Стални је сарадник часописа Елементи.
Овај текст изворно је објављен у 26. броју часописа Елементи, у оквиру сталне рубрике Дарка Доневског Орбитирање.