Patrzeć dalej, widzieć wcześniej. Po co ludzkości teleskopy w kosmosie?

Autor: Mariusz Lewandowski, związany od dekady z KIRE, kierownik ds. rozwoju IT|

Nowy początek

    25 grudnia 2021, o 13:20 czasu polskiego z kosmodromu w Gujanie Francuskiej wystartowała europejska rakieta ciężka Ariane 5, wspomagana dwoma boosterami. W ładowni kosmiczny teleskop Jamesa Webba, skonstruowany do obserwacji w świetle podczerwonym najodleglejszych obszarów wszechświata, jakie ludzkość może zobaczyć. Kto słyszał o teleskopie Hubble’a (a ktoś nie słyszał?), ten wie, że żadne obserwatorium na Ziemi nie dostarczyło tak dokładnych zdjęć kosmosu, jak właśnie poruszający się na niskiej orbicie okołoziemskiej (od 612 do 620 km) teleskop pracujący w zakresie światła widzialnego. Od wystrzelenia w 1990 do 2011 roku dostarczył dane, które posłużyły do napisania ponad 10 tys. prac naukowych, zdjęcia planet Układu Słonecznego, które pamiętamy z podręczników, to również jego zasługa. Pozwolił „sięgnąć wzrokiem” dalej, niż to dotychczas było możliwe, ponieważ znajdował się (i znajduje nadal) ponad ziemską atmosferą, skutecznie utrudniającą obserwację. To czyni z niego najbardziej przełomowe urządzenie dla rozwoju astronomii. Czy wystrzelony niedawno teleskop ma szansę mu dorównać, a może pokonać w tej kategorii? Zobaczymy. Jego misja zaplanowana na 5 lat z możliwością przedłużenia o kolejne 5 również może okazać się przełomowa.

Ważna uwaga. Poniżej będę się posługiwał terminami i jednostkami pozwalając sobie na uproszczenia i zaokrąglenia, aby w możliwie jasny i ciekawy sposób przedstawić zagadnienie, nie rozwodząc się nad szczegółami, które mogłyby utrudnić zrozumienie istoty tego, o czym mowa. Teraz miłośnicy astronomii piszą w komentarzach jaka to profanacja, a ja zapraszam na dalszą część artykułu :).

Bardzo daleko, czyli jak daleko?

    Stosowana przez nas na co dzień jednostka metr (także z przedrostkiem kilo), dla opisania odległości ziemskich, nie sprawdza się do tych astronomicznych. O ile jeszcze całkiem dobrze możemy sobie wyobrazić odległość Księżyca od Ziemi – to średnio 384 400 km (jeszcze trochę i mój samochód dojedzie na Księżyc, ma teraz 320 tys. przebiegu :) ), o tyle do najbliższej po Słońcu gwiazdy – Proxima Centauri mamy z Ziemi 40 200 000 000 000 km (ponad 40 bilionów, czyli 40 tysięcy miliardów). Nawet światło, które w próżni porusza się z prędkością 300 000 km na sekundę potrzebuje ponad 4 lat, aby taką odległość przebyć, dokładnie 4,24. I to jest właśnie odpowiednia jednostka odległości – rok świetlny.

1 ly (light year) » 9,5 biliona kilometrów (9 500 000 000 000)

Możemy też uznać, że odległość Ziemi od Słońca będzie dobrą pozaukładową jednostką odległości – jednostką astronomiczną.

1 au (astronomical unit) » 150 milionów kilometrów

Teraz wiedząc, że np. Jowisz jest 5,2 raza bardziej oddalony od Słońca, niż Ziemia, łatwiej sobie wyobrazić te odległości.

Na schemacie zachowane są proporcje wielkości planet i odległości od powierzchni Słońca.

Astronomiczny wehikuł czasu

Naukowcy mówią, że nowy teleskop umożliwi im obserwację odleglejszych fragmentów wszechświata, niż kiedykolwiek wcześniej, a co za tym idzie będą obserwować to, jak wyglądała materia miliardy lat temu, bliżej początku istnienia wszechświat. Ale zaraz, jak to? Oni cofają się w czasie, czy tylko sobie patrzą na odległe galaktyki? No to zastanówmy się na czym polega proces patrzenia na jakiś obiekt:

Do Ziemi, czyli do obserwatoriów na powierzchni planety, na orbicie (takich jak Hubble), czy bardziej oddalonych, jak Webb (w punkcie libracyjnym L2 układu Słońce-Ziemia) dociera światło odbite przez ciała niebieskie znajdujące się wiele lat świetlnych od obserwatora, a zatem jest to ich wygląd sprzed wielu lat, ale także wielu tysięcy lat, wielu milionów lat, wszystko zależy od tego, jak daleko jest obiekt i jak dobrze uda się go zaobserwować. Teleskop Hubble’a w latach 2002 – 2012 wykonał ponad 2 tys. zdjęć niewielkiego obszaru z gwiazdozbioru Pieca (taki tam, daleko od nas), które zostały połączone, tworząc obraz znany jako Ekstremalnie Głębokie Pole Hubble’a. Jest tam wiele galaktyk, a te najbardziej odległe – 13,2 mld lat świetlnych od nas. Czyli widzimy coś, co istniało sobie 13,2 mld lat temu. Wysłało światło, które dotarło do nas właśnie teraz (ale mamy szczęście :) ). Szacowany wiek Wszechświata liczony od Wielkiego Wybuchu, to 13,82 mld lat. Im dalej patrzymy, tym bliżej nam do tego okresu – okresu kształtowania się materii, a to pozwala zrozumieć wiele procesów zachodzących teraz oraz przewidywać to, co będzie się działo w przyszłości.

Po co to wszystko

Mamy (my – ludzkość) pewną teorię powstania wszechświata, ale to właśnie takie misje, jak wystrzelenie teleskopu Howarda Webba mogą nas przybliżyć do potwierdzenia tej i innych teorii lub odkrycia czegoś nowego. To dlatego są nie do przecenienia dla świata nauki. Dostarczają danych (empirycznych), które pozwalają na wyciąganie wniosków i formułowanie teorii popartych obserwacjami. To coś, czego nie mieli genialni fizycy i astronomowie w przeszłości. Ich pracowitość, niezwykły talent i wytrwałość musiała wystarczać – i wystarczała, czasem zaskakująco dobrze. Dziś to ciekawość i lenistwo (no dobrze – dążenie do ułatwiania sobie życia), są i były motorem postępu naszej cywilizacji w ostatnich 100 latach. Niezbędne do tego obserwacje naukowe, takie jak teleskopów kosmicznych, dostarczają danych i pozwalają dochodzić do nowych, zaskakujących odkryć. Misja teleskopu Howarda Webba może potrwać 10,5 roku (na tyle wystarczy paliwa do manewrowania), chyba, że rakieta Ariane 5 tak dobrze umieściła ładunek na właściwej trajektorii, że uda się uniknąć trzeciego odpalenia silników manewrujących teleskopu i tym samym zaoszczędzić sporo paliwa i dać szansę na przedłużenie misji. Pisząc ten artykuł wiem już, że poszło dobrze, jak dobrze – zobaczymy.

Jeśli ktoś z Was liczył, że będzie więcej o samym teleskopie, to w ramach pocieszenia zamieszczam zdjęcie i wizualizację tych fantastycznych, przełomowych konstrukcji. Pierwszy od góry to teleskop Hubble’a, a poniżej Webba.

Jeśli przypadł Wam do gustu ten artykuł o poważnych zagadnieniach, ale utrzymany w humorystycznej konwencji, to dajcie znać w komentarzach.

Pozdrawiam ciepło wszystkich miłośników nauki.

 

Źródła

1. https://pl.wikipedia.org/wiki/Kosmiczny_Teleskop_Jamesa_Webba [dostęp: 7.01.2022]
2.  https://pl.wikipedia.org/wiki/Ariane_5 [dostęp: 7.01.2022]
3. https://pl.wikipedia.org/wiki/Kosmiczny_Teleskop_Hubble%E2%80%99a [dostęp: 7.01.2022]
4. https://scroll.morele.net/technologia/jaki-jest-wiek-wszechswiata-jak-go-obliczono-co-o-nim-wiemy [dostęp: 8.01.2022]
5. https://tech.wp.pl/naukowcy-znalezli-uklad-planetarny-nadajacy-sie-do-zamieszkania-jest-bardzo-blisko-6529497819100801a [dostęp: 8.01.2022]
6. https://astronomia.fandom.com/pl/wiki/Rok_%C5%9Bwietlny [dostęp: 8.01.2022]
7. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/82/Solar-system.png [dostęp: 8.01.2022]
8. https://spidersweb.pl/2021/12/kosmiczny-teleskop-jamesa-webba-idealny-start.html[dostęp: 8.01.2022]
9. https://astronet.pl/wszechswiat/co-wlasciwie-zobaczy-teleskop-webba [dostęp: 8.01.2022]