Parker, Webb i inni kosmici

Tym razem znów odrywamy się od Ziemi, ale zerkamy daleko w kosmos. Tam latają niesamowite statki kosmiczne, dokonujące wielkich odkryć, a jeszcze wspanialsze niedługo do nich dołączą.

Perserverance i Ingenuity

Mars to ostatnio już nieco „oklepany” medialnie temat. Rozumiecie – podobnie jak to było z lądowaniem na Księżycu, po Apollo 11 zainteresowanie publiki lotami w kosmos zdecydowanie zmalało. Na Czerwoną Planetę poleciało już kilka łazików, sond kosmicznych i orbiterów, które zbierają informacje. Dla niektórych nie ma więc czym się interesować do momentu wysłania na Marsa człowieka. Rzeczywistość jest jednak zupełnie inna. Dopiero teraz dobrze wiemy co i jak chcemy badać. Dopiero teraz wysłany tam sprzęt pracuje w synergii i daje naukowcom wgląd w tajemnice tej planety. Tych natomiast okazuje się, że jest jeszcze całkiem sporo.

Po pierwsze Ingenuity, czyli malutki helikopter wysłany wraz z łazikiem Perserverance, zaliczył już ponad 33 minuty lotu. Miała być to jedynie demonstracja możliwości lotu na innej planecie i sprawdzenie technologii. Niewielu liczyło na jeden lot, jeszcze mniej na pięć. Teraz pojazd ma ich już osiemnaście i poza dalszymi testami pomaga też przeszukiwać teren dla łazika, pomagając identyfikować skały, mogące być wartościowymi próbkami.

Natomiast sam łazik Perserverance dokonał ostatnio bardzo ważnego i przełomowego odkrycia – odnalazł w marsjańskiej skale związki organiczne, innymi słowy związki zawierające węgiel. Co ciekawe nie jest to taka znów nowość, gdyż wcześniej podobnego odkrycia dokonał łazik Curiosity. Teraz jednak, zgodnie z planem misji, próbka z najnowszego łazika wróci transportem na Ziemię i tam będzie poddana kolejnym badaniom. Jakim? Ano związki organiczne mogą powstać w sposób „biologiczny”, czyli być wytworzone (konkretnie syntezowane) przez żywe organizmy albo pochodzić z ich szczątków. Człowiek potrafi jednak też sam stworzyć związki organiczne, czyli do ich powstania mogą prowadzić także niebiologiczne procesy. Jakie konkretnie w marsjańskich warunkach? Wybaczcie, ale nie wiem, nie jestem chemikiem. Próbka ma wrócić na Ziemię w 2031 i wtedy się dowiemy. Odnalezienie związków organicznych nie jest więc jednoznaczne ze znalezieniem śladów życia na Marsie. Jest za to kolejnym potwierdzeniem, że na Marsie istniały składowe potrzebne do powstania życia. Z resztą kolejne odkrycia wskazują, że tych składowych było całkiem sporo…

ExoMars

Europejska sonda ExoMars, a konkretnie jej instrument nazwany Trace Gas Orbiter, namierzył ogromne ilości wodoru w centralnej części największego kanionu w naszym Układzie Słonecznym. Wspomniany kanion, czyli Valles Marineris, ma długość 500 kilometrów, miejscami szerokość 200 km (to de facto system kanionów), a jego głębokość potrafi dobić do 11 km!

Okej, ale co z tego, że znaleziono duże ilości wodoru? Otóż wodór, jak na pewno wiecie, to jeden z dwóch pierwiastków tworzących cząsteczkę wody. Innymi słowy ogromne ilości wodoru oznaczają ogromne ilości wody. W warunkach panujących na Marsie będzie to konkretnie lód. Jednak jego ilości wielokrotnie przewyższają to, co wcześniej szacowali naukowcy. To, co zobaczyli w danych, pozwala im przypuszczać, że na Marsie są regiony podobne do ziemskiej wiecznej zmarzliny. Innymi słowy ogromne masy lodu, przykryte czasem tylko metrem naniesionej (m.in. przez wiatr) ziemi. W zbadanym regionie zawartość lodu w podłożu może dochodzić nawet do 40%!

Słońce

Słońce to fascynujący element naszego układu. Gwiazda doczekała się własnej dziedziny nauki i jest dla nas z jednej strony źródłem życia, a z drugiej nieodgadnioną zagadką, zupełnie niedostępną dla człowieka. Im więcej wiemy o Słońcu, tym więcej wiemy o przeszłości i przyszłości naszego układu, ale też o istocie całego wszechświata. Ta gigantyczna kula gazów ogrzewa nas strumieniem energii powstającym w wyniku nieustającego ciągu reakcji termojądrowych, które powodują utratę 4 milionów ton jego masy co sekundę. Nie martwcie się jednak, że zaraz zabraknie tego paliwa. Przy masie Słońca cztery miliony ton są kompletnie pomijalne.

Choć nigdy tam nie dotarliśmy, jak widzicie wiemy już o Słońcu całkiem sporo. Naukowcy wiedzą np. o istnieniu umownej powierzchni Alfvéna. Jest to linia, czy raczej powierzchnia kulista, wyznaczająca granicę górnej części atmosfery naszej gwiazdy, czyli korony. Poniżej powierzchni Alfvéna potężna grawitacja jest w stanie utrzymać przy sobie produkty gwałtownych reakcji, zachodzących wewnątrz Słońca. To co ma dostatecznie dużo energii, wydostaje się powyżej tej linii i ucieka już w przestrzeń kosmiczną, stając się wiatrem słonecznym.

Parker Solar Probe

W celu zwiększenia naszej wiedzy o Słońcu, wysłano statek kosmiczny nazwany Parker Solar Probe. Celem sondy jest m.in. badanie heliosfery, a także atmosfery naszej gwiazdy. W kwietniu tego roku sonda Parkera, jako pierwszy obiekt zbudowany przez człowieka, wleciała do atmosfery Słonecznej, innymi słowy przekroczyła powierzchnię Alfvéna, wlatując w obszar korony słonecznej. NASA poinformowała o tym dopiero niedawno, publikując oficjalne opracowania naukowe. Jak się okazało powierzchnia Alfvéna nie jest idealną kulą, tylko ma nieregularny kształt, z wzniesieniami i dolinami. Wcześniej szacowano, że powierzchnia Alfvéna znajduje się mniej więcej 13,8 miliona kilometrów nad powierzchnią gwiazdy. Naukowcy nie mylili się znacznie, gdyż sonda Parkera znalazła ją na wysokości 13 milionów kilometrów.

Parker Solar Probe zbudowano specjalnie w celu zbliżenia się do Słońca, a trzeba wam wiedzieć, że temperatury w koronie naszej gwiazdy przewyższają te na jej powierzchni. Dlatego sondę wyposażono w osłonę termiczną, mogącą przetrwać nawet 1400 stopni Celsjusza. Problem w tym, że temperatura w koronie słonecznej przekracza nawet pół miliona stopni (!!!). W takim razie w jaki sposób statek jest w stanie przetrwać?

Cała sztuczna polega na tym, że temperatura to jedno, a ciepło to drugie. W dużym skrócie – temperatura określa szybkość, z jaką lecą cząsteczki. Ciepło określa ilość przekazanej przez cząsteczki energii. Korona słoneczna ma to do siebie, że ma bardzo małą gęstość. Innymi słowy tych strasznie rozgrzanych cząsteczek jest w niej bardzo mało i sonda Parkera rzadko będzie na nie wpadać. Tak więc pomimo ich ogromnej temperatury, tych nagrzanych / rozpędzonych cząsteczek będzie na tyle mało, że nie rozgrzeją osłony powyżej wspomnianych 1400 stopni. Mało tego – instrumenty za osłoną nie rozgrzeją się powyżej 30 stopni, będą więc miały komfortowe warunki.

Dzięki tym zjawiskom sonda swobodnie wleciała już kilka razy w obszar korony. Podczas przelotów przez ten obszar udało się także wlecieć w strukturę magnetyczną nazywaną pseudostreamer. To obszar widoczny przy zaćmieniu Słońca (obrazek w poprzednim akapicie), odkształcający wspomnianą powierzchnię Alfvéna. Naukowcy zrelacjonowali, że przelot przez pseudostreamer był jak przelot przez burze tropikalną z okiem cyklonu, w środku którego nagle wszystko się uspokoiło, a cząsteczki przestały bombardować pojazd kosmiczny.

Teleskop Hubble’a

Kosmiczny teleskop Hubble’a to dla całej ludzkości swoiste okno na wszechświat. Od lat 70. XX wieku, kiedy rozpoczęło się jego finansowanie, do wyniesienia go na orbitę w roku 1990 i ogromnej klapy, gdzie okazało się, że główne zwierciadło ma wady, przez akcje naprawcze w roku 1993 i wreszcie poprawne użytkowanie. Historia teleskopu i najważniejszego obserwatorium w historii ludzkości nie była lekka i miła. Jednak gdy już rozpoczął pracę, dał nam wgląd we wszechświat i jeszcze bardziej uświadomił, jak mali jesteśmy oraz jak wiele mamy do odkrycia. Większość pięknych zdjęć kosmosu, które widzieliście w sieci, zapewne wykonał teleskop Hubble’a. Ja mogę was zaprosić na stronę mojego taty, byście zobaczyli czego można dokonać odpowiednim sprzętem, w zaciszu przydomowego ogródka. Jednak nijak ma się to do takich zdjęć, jak choćby słynne Ekstremalnie Głębokie Pole Hubble’a. Jest to „najdalsze” zdjęcie wszechświata, jakie udało się wykonać Hubblem (powyżej). Przedstawia ponad pięć tysięcy galaktyk, najdalsze oddalone od nas o ponad 13 miliardów lat świetlnych i w rzeczywistości jest jednym zdjęciem sklejonym z dwóch tysięcy ujęć.

Jednak czas Hubble’a powoli mija. Nie dlatego, że nie dostarcza już użytecznych informacji, bo wszystko wiemy. Po prostu czas już na następcę, bo technologia i nasza wiedza poszły tak do przodu, że nowy teleskop dałby wyraźnie większe możliwości.

James Webb Space Telescope

Tu pewnie niektórych zaskoczę, ale Teleskop Jamesa Webba NIE JEST bezpośrednim następcą Hubble’a. Hubble potrafi wykonywać zdjęcia kosmosu w świetle widzialnym przez ludzkie oko, ultrafiolecie i także nieco w podczerwieni. Webb natomiast jest teleskopem zaprojektowanym wyłącznie z myślą o obserwacji w podczerwieni. Prawdziwym następcą Hubble’a ma być rozpoczynany właśnie projekt ATLAST. Nazwa to skrót od Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope, ale też… żarcik z tego, ile lat czekano na podjęcie decyzji o budowie następcy Hubble’a.

No dobrze, ale co to oznacza i co to zmienia, że Webb będzie obserwował wszechświat w podczerwieni? Dla nas… nic. Zdjęcia produkowane przez teleskop będą jeszcze lepsze i piękniejsze niż te z Hubble’a. Dlaczego? Ano Hubble też robi sporo zdjęć w ultrafiolecie i się nimi zachwycamy, nawet nie wiedząc, że ludzkie oko widziałoby to nieco inaczej. Porównanie zdjęć kosmosu w świetle widzialnym i podczerwieni, możecie zobaczyć TUTAJ. Nie wchodząc w detale – po prostu tak się obserwuje kosmos, by zobaczyć sporo więcej niż ograniczone ludzkie oko. OK, ale dlaczego podczerwień? Ano Webb ma za zadanie głównie obserwować bardzo, bardzo dalekie obiekty. Im dalsze obiekty w przestrzeni kosmicznej, tym lepiej są widzialne w świetle podczerwonym. Tu wchodzimy już w zagadnienia takie jak Uogólniona Teoria Względności Einsteina. Upraszczając do niezbędnego minimum: od wielkiego wybuchu wszechświat się rozszerza, więc przestrzeń się rozciąga. Skoro rozciąga się przestrzeń, to i fale w niej wędrujące, a więc światło, którego fale rozciągają się do długości fal podczerwieni. Dlatego najstarsze galaktyki, z początku wszechświata, widać właśnie w takim świetle. Webb szukając gwiazd emitujących światło, nawet ponad trzynaście miliardów lat wstecz, musi więc z tego korzystać i patrzeć w podczerwieni.

Wierzcie lub nie, ale projekt nowego teleskopu zainicjowano już w 1996 roku. Stworzenie Webba zajęło więc ćwierć wieku! Miał kosztować miliard dolarów, a finalne koszty były ponad 10 razy większe. Niemal miliard dołożyła Europejska Agencja Kosmiczna, a swoje dołożył też jej kanadyjski odpowiednik. Dlatego naukowcy przypisani do tych agencji dostaną odpowiednio 15% i 5% czasu pracy teleskopu, do wykonania swoich obserwacji.

Kosmiczny Webb

Teleskop Jamesa Webba to, dosłownie rzecz ujmując, najbardziej zaawansowany sprzęt w swojej dziedzinie, jaki ludzkość jest w stanie obecnie zbudować. Serio. Główne zwierciadło o średnicy 6,5 metra jest składane, bo nie zmieściłoby się do żadnej rakiety w całości. Zbudowano je z segmentów, a nie monolitu jak w Hubble’u, wykonanych z berylu pokrytego złotem. Beryl jest bardzo rzadkim metalem, lżejszym od aluminium, ale wytrzymalszym od stali. Złoto natomiast odbija ponad 98% światła na nie padającego, jest więc idealnym pokryciem dla zwierciadła. Każdy segment lustra zamocowany został dodatkowo na siłownikach, które potrafią wykonywać niezwykle małe i precyzyjne ruchy, dając możliwość kalibracji zwierciadła.

Webb obserwuje wszechświat w podczerwieni. Jak my odbieramy podczerwień? Ano głównie jako… ciepło. Czy to w mikrofali, czy ze światła Słonecznego. Oznacza to, że każde ciepło jakiemu poddany będzie teleskop, będzie miało negatywny wpływ na jakość uzyskanych obrazów. Dlatego zwierciadło będzie z jednej strony osłonięte kilkoma warstwami materiału bardzo dobrze odbijającego ciepło. Płachty materiału są obecnie złożone, ale w kosmosie zostaną rozprostowane, osiągając wielkość kortu tenisowego. Ta osłona ma odgradzać teleskop od Słońca, ale nie tylko. Nawet elektronikę teleskopu, która będzie generować ciepło, umieszczono po drugiej stronie przesłon, byle odgrodzić zwierciadło.

Ponieważ teleskop tak bardzo musi unikać ciepła i światła słonecznego, będzie orbitował w tzw. drugim punkcie Lagrange’a. W skrócie – to punkt równowagi sił grawitacji i odśrodkowej, w którym teleskop będzie „wisiał” bezpiecznie półtora miliona kilometrów za Ziemią i podążał za nią, wraz z jej wędrówką dookoła Słońca. Innymi słowy między teleskopem a gwiazdą zawsze będziemy my.

Szacunki mówią o 100 razy większych możliwościach Webba w stosunku do Hubble’a. Oczywiście to szacunki, ale faktycznie Webb ma instrumenty pozwalające na raz śledzić nawet 100 obiektów w przestrzeni. Niemniej naukowcy wprost mówią, że jeśli wszystko się uda, to astronomię można będzie podzielić na erę przed Webbem i po jego uruchomieniu. Z resztą podobnie było z teleskopem Hubble’a. Start, po wielu opóźnieniach, obecnie zaplanowano na 24. grudnia 2021. Oby się udało, bo inżynierowie mogą dać naukowcom i cywilizacji jeden z lepszych prezentów na gwiazdkę!

Źródła: NASA | Wikipedia |

Leave a Reply