ΓΡΑΠΤΗ ΙΣΤΟΡΙΑ ΓΙΑ ΝΕΑ CBS & ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΕΙΤΑΙ ΜΕ ΑΔΕΙΑ
Τριάντα ημέρες εξερχόμενο από τη Γη, το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb θα γλιστρήσει στην τροχιά στάθμευσης του ένα εκατομμύριο μίλια μακριά τη Δευτέρα, ένα ιδανικό σημείο για να σαρώσει τους ουρανούς αναζητώντας αμυδρό υπέρυθρο φως από την πρώτη γενιά αστεριών και γαλαξιών.
Αλλά το να φτάσετε εκεί - και να αναπτύξετε με επιτυχία ένα τεράστιο σκίαστρο, καθρέφτες και άλλα εξαρτήματα στην πορεία - ήταν μόνο η μισή διασκέδαση.
Επιστήμονες και μηχανικοί πρέπει τώρα να μετατρέψουν το Webb των 10 δισεκατομμυρίων δολαρίων σε ένα λειτουργικό τηλεσκόπιο, ευθυγραμμίζοντας με ακρίβεια τα 18 κύρια κατοπτρικά του τμήματα, ώστε να συνεργάζονται ως ένας ενιαίος καθρέφτης πλάτους 21.3 ποδιών, μακράν ο μεγαλύτερος που έχει εκτοξευθεί ποτέ.
Νωρίτερα αυτή την εβδομάδα, η ομάδα επιχειρήσεων αποστολής ολοκλήρωσε εξ αποστάσεως μια πολυήμερη διαδικασία για να ανυψώσει κάθε τμήμα και τον δευτερεύοντα καθρέφτη του τηλεσκοπίου πλάτους 2.4 ποδιών, μισή ίντσα από τις κλειδαριές εκτόξευσης που τα κράτησαν σταθερά στη θέση τους κατά την ημέρα των Χριστουγέννων του αστεροσκοπείου ανεβείτε στο διάστημα πάνω από έναν ευρωπαϊκό πύραυλο Ariane 5.
Τώρα πλήρως αναπτυγμένα, τα 18 τμήματα είναι επί του παρόντος ευθυγραμμισμένα σε απόσταση περίπου ενός χιλιοστού περίπου. Για να επιτύχει το τηλεσκόπιο μια αιχμηρή εστίαση, αυτή η ευθυγράμμιση πρέπει να ρυθμιστεί με ακρίβεια στο 1/10,000 του πλάτους μιας ανθρώπινης τρίχας χρησιμοποιώντας πολλαπλούς ενεργοποιητές για κλίση και ακόμη και αλλαγή του σχήματος ενός τμήματος εάν απαιτείται.
"Ο κύριος καθρέφτης μας είναι τμηματοποιημένος και αυτά τα τμήματα πρέπει να ευθυγραμμιστούν σε ένα κλάσμα του μήκους κύματος του φωτός", δήλωσε ο Lee Feinberg, διευθυντής στοιχείων οπτικού τηλεσκοπίου στο Goddard Space Flight Center της NASA. «Δεν μιλάμε για μικρά, μιλάμε για ένα κλάσμα του μήκους κύματος. Αυτό είναι το δύσκολο με τον Webb».
Μόλις ευθυγραμμιστεί και βαθμονομηθούν τα όργανά του, το Webb θα είναι 100 φορές πιο ισχυρό από το Hubble, λέει η NASA, τόσο ευαίσθητο στο υπέρυθρο φως που θα μπορούσε να ανιχνεύσει την αμυδρή θερμότητα μιας μέλισσας τόσο μακριά όσο το φεγγάρι.
Κάθε τμήμα καθρέφτη λειώθηκε σε μια συνταγή που λαμβάνει υπόψη τις παραμορφωτικές επιδράσεις της βαρύτητας κατά την κατασκευή τους στη Γη και την αναμενόμενη συρρίκνωσή τους στις εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες του διαστήματος. Ήταν τόσο ακριβείς που, αν κάποιος ανατινάχτηκε στο μέγεθος των Ηνωμένων Πολιτειών, τα Βραχώδη Όρη ύψους 14,000 ποδιών θα ήταν λιγότερο από 2 ίντσες ύψος.
Αλλά αν ο Webb στόχευε σε ένα φωτεινό αστέρι σήμερα, το αποτέλεσμα θα ήταν 18 ξεχωριστές εικόνες «και θα φαίνονται τρομερές, θα είναι πολύ θολές», είπε ο Feinberg σε μια συνέντευξη, «επειδή τα κύρια τμήματα καθρέφτη δεν έχουν ευθυγραμμιστεί ακόμα."
Αυτό είναι το επόμενο σημαντικό εμπόδιο για την ομάδα του Webb, χαρτογραφώντας και στη συνέχεια γέρνοντας κάθε τμήμα σε μικροσκοπικά βήματα, συγχωνεύοντας αυτές τις 18 εικόνες για να σχηματίσουν ένα ενιαίο ακριβώς εστιασμένο σημείο φωτός. Είναι μια επαναληπτική διαδικασία πολλαπλών βημάτων που αναμένεται να διαρκέσει αρκετούς μήνες για να ολοκληρωθεί.
Αλλά πρώτα, το τηλεσκόπιο πρέπει να μπει σε τροχιά γύρω από το Σημείο Lagrange 2, 930,000 μίλια από τη Γη, όπου η βαρύτητα του Ήλιου και της Γης συνδυάζονται για να σχηματίσουν έναν θύλακα σταθερότητας που επιτρέπει στα διαστημόπλοια να παραμένουν στη θέση τους με ελάχιστη κατανάλωση καυσίμου.
Είναι επίσης ένα σημείο όπου το σκίαστρο μεγέθους γηπέδου τένις του Webb μπορεί να λειτουργήσει στο μέγιστο πλεονέκτημα, εμποδίζοντας τη θερμότητα από τον ήλιο, τη Γη, το φεγγάρι και ακόμη και τη θερμή διαπλανητική σκόνη που διαφορετικά θα κάλυπτε τους ευαίσθητους υπέρυθρους ανιχνευτές του τηλεσκοπίου.
Από το Σάββατο, τα τμήματα του καθρέφτη είχαν κρυώσει σε περίπου μείον 340 Φαρενάιτ, καθ' οδόν για θερμοκρασία λειτουργίας περίπου μείον 390, ή ελαφρώς λιγότερο από 40 βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν.
Ενώ η διαδικασία ψύξης συνεχίζεται, προγραμματίζεται πυροδότηση διόρθωσης πορείας 4 λεπτών 58 δευτερολέπτων τη Δευτέρα στις 2 μ.μ. EST για να αλλάξει η ταχύτητα του διαστημικού σκάφους κατά 3.4 μίλια/ώρα, αρκεί για να το βάλει σε μακρινή τροχιά γύρω από το Σημείο 2 Lagrange .
Εάν όλα πάνε καλά, το τηλεσκόπιο θα παραμείνει σε αυτήν την εξάμηνη τροχιά για το υπόλοιπο της λειτουργικής του ζωής, πυροδοτώντας περιοδικά τον προωθητή φύλαξης σταθμών για να παραμείνει στο σταθμό.
Με την εισαγωγή της τροχιάς να καίγεται πίσω τους, οι μηχανικοί θα προχωρήσουν με την ευθυγράμμιση καθρέφτη, μια από τις πιο περίπλοκες πτυχές της ήδη πολύπλοκης ανάπτυξης του Webb.
Κάθε εξαγωνικό τμήμα πρωτεύοντος καθρέφτη πλάτους 4.3 ποδιών διαθέτει έξι μηχανικούς ενεργοποιητές σε διάταξη «εξάποδου» στην πίσω πλευρά, επιτρέποντας την κίνηση προς έξι κατευθύνσεις. Ένας έβδομος ενεργοποιητής μπορεί να σπρώξει ή να τραβήξει το κέντρο ενός τμήματος για να παραμορφώσει τόσο ελαφρά την καμπυλότητά του εάν χρειαστεί.
Αφού η κάμερα Near Infrared του Webb ή NIRCam κρυώσει στη θερμοκρασία λειτουργίας της, το Webb θα στοχεύσει σε ένα φωτεινό αστέρι, ώστε το όργανο να μπορεί να χαρτογραφήσει τις αντανακλάσεις και από τα 18 τμήματα, δημιουργώντας ένα μωσαϊκό που δείχνει το σχετικό μέγεθος και τη θέση τους.
Στη συνέχεια, τα τμήματα καθρέφτη θα προσαρμόζονται ένα κάθε φορά, χρησιμοποιώντας έναν ενεργοποιητή και μετά έναν άλλο, για να στοχεύουν σωστά το καθένα. Θα γίνουν επιπλέον μωσαϊκά καθώς η διαδικασία συνεχίζεται και ανάλογα με τα αποτελέσματα, ενδέχεται να χρειαστεί να επαναληφθεί η διαδικασία ευθυγράμμισης.
«Το μεγάλο πράγμα είναι να δείχνουν τα 18 κύρια τμήματα καθρέφτη με παρόμοιο τρόπο, έτσι ώστε οι εικόνες τους να έχουν περίπου το ίδιο μέγεθος», είπε ο Feinberg. "Μερικά από αυτά μπορεί να είναι πολύ αποεστιασμένα και έτσι μπορεί να έχετε ένα μεγάλο σημείο (θολή εικόνα αστεριού) στο τμήμα 5 και ένα μικρό σημείο στο τμήμα 3."
Ο στόχος είναι η κλίση των τμημάτων όπως απαιτείται για να ελαχιστοποιηθεί το μέγεθος των αποεστιασμένων εικόνων και στη συνέχεια να μετακινηθούν οι πολλαπλές αντανακλάσεις στο ίδιο σημείο στο κέντρο του οπτικού άξονα του τηλεσκοπίου, όλα στοιβαγμένα το ένα πάνω στο άλλο για να παραχθεί μια ενιαία δέσμη ευκρινώς εστιασμένου φωτός.
«Στο πολύ υψηλό επίπεδο, σκεφτείτε το ως 18 ξεχωριστά τηλεσκόπια ευθυγραμμισμένα στο ίδιο περίπου επίπεδο», είπε ο Feinberg. «Και μετά θα επικαλύψουμε 18 σημεία το ένα πάνω στο άλλο. Αυτό το ονομάζουμε στοίβαξη εικόνων. Είναι μια διαδικασία κλίσης των πρωτευόντων τμημάτων καθρέφτη έτσι ώστε οι εικόνες να πέφτουν η μία πάνω στην άλλη.»
Το κλειδί, είπε, είναι «χρειάζεστε πραγματικά πολύ καλό έλεγχο αυτών των ενεργοποιητών, πολύ ακριβείς κλίσεις, γιατί χρειαζόμαστε αυτά τα 18 σημεία για να επικαλύπτονται πολύ καλά το ένα το άλλο».
Οποιοδήποτε δεδομένο τμήμα μπορεί να χάσει έναν από τους έξι ενεργοποιητές κλίσης του χωρίς κρούση. Ακόμη και η απώλεια ενός κεντρικού ενεργοποιητή μπορεί να αντισταθμιστεί σε κάποιο βαθμό μετακινώντας ελαφρά το τμήμα προς τα πάνω ή προς τα κάτω.
Αλλά οι εξαντλητικές δοκιμές στο έδαφος έδειξε ότι οι ενεργοποιητές υψηλής τεχνολογίας είναι εξαιρετικά αξιόπιστοι. Οι διαδικασίες δοκιμάστηκαν πριν από την εκτόξευση χρησιμοποιώντας ένα υποκλίμακα μοντέλο του τηλεσκοπίου και ο Feinberg είπε ότι είναι βέβαιος ότι η διαδικασία ευθυγράμμισης θα λειτουργήσει όπως είχε προγραμματιστεί.
«Πότε θα έχουμε μια εικόνα ενός αστεριού που θα είναι σταδιακά (σωστά στοιβαγμένο και εστιασμένο); Νομίζω ότι αυτό θα είναι κάποια στιγμή τον Μάρτιο, ίσως στα τέλη Μαρτίου», είπε.
«Αλλά το επόμενο ερώτημα είναι, πότε θα έχουμε το τηλεσκόπιο πλήρως ευθυγραμμισμένο, συμπεριλαμβανομένου του δευτερεύοντος καθρέφτη, βελτιστοποιημένο και για τα τέσσερα όργανα; Το αρχικό σχέδιο μας έβαζε να το πετύχουμε τέσσερις ολόκληρους μήνες στην αποστολή. Έτσι θα ήταν σαν το τέλος Απριλίου».
Αυτό ακόμα δεν θα είναι αρκετό για να ξεκινήσουν οι επιστημονικές παρατηρήσεις.
Μόλις ευθυγραμμιστεί το οπτικό σύστημα, η ομάδα θα επικεντρωθεί στη δοκιμή και τη βαθμονόμηση του NIRCam, ενός συνδυασμού κάμερας και φασματογράφου και των τριών άλλων φασματογραφικών οργάνων του τηλεσκοπίου, ένα από τα οποία περιλαμβάνει τον ακριβή αισθητήρα καθοδήγησης που απαιτείται για να κρατήσει τον Webb κλειδωμένο στο στόχο.
Αυτή η διαδικασία θα διαρκέσει περίπου δύο μήνες για να ολοκληρωθεί. Μόνο τότε θα κυκλοφορήσουν στο κοινό εστιασμένες εικόνες «πρώτου φωτός».
«Θέλουμε να βεβαιωθούμε ότι οι πρώτες εικόνες που βλέπει ο κόσμος, που βλέπει η ανθρωπότητα, ανταποκρίνονται σε αυτό το τηλεσκόπιο των 10 δισεκατομμυρίων δολαρίων και δεν είναι αυτές ενός αστεριού», είπε η Τζέιν Ρίγκμπι, επιστήμονας του προγράμματος Webb. στο Goddard.
«Σχεδιάζουμε λοιπόν μια σειρά από εικόνες «ουάου» που θα δημοσιευτούν στο τέλος της θέσης σε λειτουργία, όταν ξεκινήσουμε τις κανονικές επιστημονικές λειτουργίες που έχουν σχεδιαστεί για να δείξουν τι μπορεί να κάνει αυτό το τηλεσκόπιο… και να χτυπήσουν πραγματικά τις κάλτσες όλων».
