Teleskop koji će pročitati istoriju

foto: esa / ap

“Džejms Veb”, kosmički teleskop koji treba da nasledi vremešni “Habl”, konačno je poleteo u kosmos 25. decembra raketom “Arijana 5” sa kosmodroma Kuru u Francuskoj Gvajani. Astronomi širom sveta dobili su božićni poklon kakav su samo mogli da priželjkuju. Ovaj zajednički projekat NASA, Evropske svemirske agencije (ESA) i Kanadske svemirske agencije (CSA) star je više od četvrt veka, mnogo puta je stavljan na led, više puta zamalo ugašen, višestruko je premašio predviđeni budžet, probio je sve predviđene rokove i mnogo puta bio navođen kao primer očajnog menadžmenta, nedostatka plana i kontrole kvaliteta. Toliko truda i para je “prosuto” oko njega, da su novinari u više navrata označavali “Džejms Veb” kao “teleskop koji je pojeo astronomiju”. Pa ipak, Veb je preživeo iako je do sada potrošio čitavih 10 milijardi dolara. Ruku na srce, toliko je, otprilike, koštala i dosadašnja eksploatacija “Habla”, s tim što je “Habl” već ostvario spektakularne rezultate i smatra se “opravdanom investicijom”, dok se od njegovog naslednika to tek očekuje.

Mnogo veći od “Habla”, “Džejms Veb” nije mogao tek tako da bude stavljen na vrh rakete i ispaljen u kosmos. Umesto toga, teleskop je lansiran u ekstremno kompaktnom, sklopljenom stanju. Njegovo glavno ogledalo podeljeno je na 18 preklopivih šestougaonih segmenata. Svaki segment ima prečnik od 1,3 metra, napravljen je od laganog ali čvrstog berilijuma koji se dobro ponaša na svim temperaturama, a zatim je presvučen ultra-tankim slojem čistog zlata. Ogledalo sakuplja svetlost iz infracrvenog dela spektra i, kao što ćemo videti, da bi to bilo moguće, neophodno je da i ogledalo i instrumenti imaju nisku radnu temperaturu.

Tako nisku temperaturu prvenstveno obezbeđuje termički štit oblika romboida, sa dijagonalama od 22 i 14 metara, koji je napravljen od pet slojeva kaptona. Kapton je specijalna plastična materija koju je razvila kompanija “Dipon”, a zadržava svoju čvrstoću i elastična svojstva u ekstremno širokom rasponu radnih temperatura. Svaki sloj debeo je kao vlas kose i ima dodatnu presvlaku od silicijuma i aluminijuma.

VREMEPLOV KOJI FUNKCIONIŠE

Ako mislite da je vremeplov stvar fikcije i SF-romana, nešto što, jednostavno, ne postoji jer se kosi sa osnovnim zakonima logike, znajte da grešite. Vremeplov ne samo da postoji, već je i svakom dostupan: čitav kosmos je, zapravo, jedna ogromna mašina za putovanje kroz vreme. Kad pogledate u Mesec, vi zapravo vidite kako je on izgledao pre nešto više od jedne sekunde – toliko vremena je potrebno svetlosti da stigne od Meseca do našeg oka. Sunce je mnogo dalje – da se kojim slučajem iznenada ugasi ili ga neko “ukrade”, mi bismo još osam minuta uživali u njegovoj svetlosti, a Zemlja bi se i dalje kretala po svojoj heliocentričnoj orbiti kao da je Sunce još uvek tu. Ako gledate dublje u kosmos, gledate još dublje u prošlost. Tako ćete kroz relativno skroman teleskop videti Andromedu, nama najbližu galaksiju. Ali ne onakvu kakva je danas, već onakvu kakva je bila pre oko dva miliona godina – toliko vremena je putovala svetlost od nje do nas. Ako gledate u još udaljenije objekte, počećete da vidite i one koji su formirani nedugo nakon što je kosmos nastao, pre oko 13,7 milijardi godina.

Danas postoji naučni konsenzus da je kosmos nastao u “Velikom prasku”, eksplozivnim širenjem minijaturne oblasti ogromne gustine i temperature. Kako se širila materija, tako se širio i prostor, a vreme je dobilo svoj današnji smisao. U prvih nekoliko sekundi širenja kosmosa desilo se više događaja nego u narednih nekoliko milijardi godina, desetine knjiga napisano je o ovom relativno kratkom periodu. Prema teorijskom modelu koji je do sada nebrojeno puta potvrdio svoju tačnost u praksi, nakon 370.000 godina kosmos se dovoljno ohladio da materija postane električno neutralna. A ta materija bila je sastavljena od samo tri elementa: 80 odsto vodonika, 20 odsto helijuma i minimalne količine litijuma. Iako prozračan, tadašnji kosmos predstavljao je prostor ispunjen maglom i tamom. U njemu, jednostavno, još uvek nije postojao nijedan izvor svetlosti. Bilo je to mračno, depresivno doba kosmosa i proći će još nekoliko stotina miliona godina dok u njemu ne počnu da sjaje prve zvezde i galaksije. “Džejms Veb” je vremeplov koji treba da nas vrati baš u to doba, oko 13,5 milijardi godina unazad, bar 200 miliona godina bliže “velikom prasku” nego “Habl”.

Svetlost koju su emitovale prve zvezde bila je blistava, ali je ona za nas teško uhvatljiva. Kako se širila materija, tako se širio prostor i sve što prostor nosi, pa i elektromagnetni talasi, odnosno njihova talasna dužina. Nacrtajte jednu talasastu liniju na parčetu gume. Ta linija predstavlja zrak svetlosti, a rastojanje između dva susedna brega predstavlja talasnu dužinu. Guma predstavlja prostor kroz koji svetlost putuje – ako se prostor širi, tj. ako se guma rasteže, rastojanje između bregova talasa raste. Kada talasna dužina raste, energija zračenja opada, sve dok iz vidljivog dela spektra svetlost ne pređe u nama nevidljivu, infracrvenu oblast niskih energija. Infracrvene talase je, inače, zbog niskih energija apsorpcije u atmosferi, jako teško registrovati na Zemlji.

I tako je nastala ideja o “Džejmsu Vebu”, kosmičkom teleskopu koji će moći neometano da osmatra svet oko nas pre svega u infracrvenom delu spektra. Tom delu spektra odgovaraju niske temperature i ne možete ga izučavati “toplim” instrumentima, jer će se infracrveno zračenje instrumenata pomešati sa infracrvenim zracima koje sakupljaju ogledala. Baš kao što ne možete izmeriti ni svoju telesnu temperaturu toplomerom koji je do malopre bio na jakom suncu, moraćete prvo da ga ohladite.

I BI SVETLO

Ako sve bude kako treba, “Džejms Veb” moći će da vidi prvo svetlo u kosmosu, prve zvezde i prve galaksije formirane isključivo od vodonika i helijuma. Ako je Bog, kako kažu knjige starostavne, stvorio prvo svetlo i ako Bog postoji, velike su šanse da ga “Džejms Veb” uhvati na delu. Kakva bi to fotografija bila! Mi smo bića koja, opet, sadrže i druge elemente: ugljenik, azot, kiseonik, sumpor, gvožđe, cink… Kako je materija evoluirala do današnjeg stadijuma i raznovrsnosti? Velike delove te priče znamo, ali sam početak je do sada bio skriven od naših očiju. Bez početka priče, teško je predvideti njen kraj.

Infracrvena astronomija nudi i druge prednosti: međuzvezdani prostor često je ispunjen gustim oblacima gasa i prašine, koji su skoro neprozirni za vidljivu svetlost. Upravo su to mesta gde se rađaju nove zvezde i planete (ako pogledate fotografije Mlečnog puta, videćete da je njegov srednji deo u velikoj meri zatamnjen, upravo usled apsorpcije). Međutim, talasi većih talasnih dužina mnogo lakše zaobilaze ovakve prepreke, zahvaljujući njima možemo da “gledamo kroz oblake” u zvezde koje se tek formiraju. I na kraju, u kosmosu nisu bitni samo objekti koji su veliki i sjajni. Tu su ekstra-solarne planete, asteroidi i planetodi Sunčevog sistema, smeđi patuljci (objekti veći od Jupitera, koji su ipak nedovoljno veliki da bi zasijali kao zvezde). Sva ova nebeska tela najveći deo svog zračenja emituju u infracrvenom delu spektra i trebalo bi da budu lako uhvaćeni gigantskom optikom “Džejmsa Veba”.

Sve to biće moguće pod uslovom da bude ispunjen ključni uslov za ispravno funkcionisanje teleskopa: njegova sposobnost da neprekidno ostane “hladan”, sakriven od toplotnog zračenja Sunca, Zemlje i Meseca. U slučaju “Džejmsa Veba”, ogledalo i sva ključna oprema nalaziće se ispod plastičnog “suncobrana”, gde temperatura neće prelaziti -220°C (na ovoj temperaturi azot je tečan, a led tvrđi od granita). Ovako niska temperatura dovoljna je za funkcionisanje tri od četiri glavna instrumenta. Četvrti instrument traži temperaturu od jedva sedam stepeni iznad apsolutne nule, što se postiže aktivnim hlađenjem pomoću tečnog helijuma još niže temperature.

ŽIVOT OKO LAGRANŽOVE TAČKE

Ostaje još da rešimo gde u kosmosu teleskop treba da bude smešten. Očigledno je da niska orbita iznad Zemlje, tamo gde se, otprilike, nalazi “Habl” (na visini od oko 550km) ne dolazi u obzir. Čak i ako teleskop okrene svoj štit ka Suncu, Mesec i Zemlja bi svojim isijavanjem zagrejali teleskop iznad kritične tačke (baš iz tog razloga radna temperatura “Habla” iznosi oko 15°C). Ovo je, naizgled, nerešiv problem, naročito kad uzmete u obzir da se Zemlja, Mesec i teleskop neprekidno kreću u odnosu na Sunce. Jedino rešenje je, reklo bi se, da pošaljete teleskop veoma daleko od Zemlje i svih ostalih planeta Sunčevog sistema, tako da vam Sunce ostane jedini izvor toplote od koga ćete se braniti. Ali, za tako dalek put “Džejms Veb” i “Arijana” nemaju dovoljno goriva. Čak i da imaju, takav put trajao bi vrlo dugo.

No, rešenje postoji. Proračuni pokazuju da u okolini Zemlje i njene heliocentrične orbite postoji pet specijalnih, tzv. Lagranžovih tačaka koje nam nude dodatne opcije. Ukoliko smestite bilo koju kosmičku letelicu u okolinu jedne od njih, ona će i dalje putovati oko Sunca, baš kao i Zemlja, ali će relativni položaj letelice, Zemlje i Sunca uvek biti isti. Drugim rečima, ako nacrtate trougao Sunce-Zemlja-teleskop, on će sve vreme imati konstantan oblik. Gledano sa Zemlje, izgledaće kao da teleskop “lebdi” u Lagranžovoj tački na konstantnom rastojanju od Zemlje i Sunca.

Nisu sve Lagranžove tačke jednako zgodne za smeštaj teleskopa. Recimo, tačka L3 nalazi se na Zemljinoj orbiti, tačno sa suprotne strane Sunca. Smestite teleskop u tu tačku i komunikacija sa njim biće praktično nemoguća, jer je Sunce nepremostiva prepreka. Tačka L1 nalazi se između Zemlje i Sunca, relativno blizu Zemlje, ali ako bi teleskop smestili baš tu, on bi bio obasjan sa dve suprotne strane, što bi njegovu termičku izolaciju maksimalno iskomplikovalo. Tačke T4 i T5 nalaze se na Zemljinoj orbiti, malo ispred i malo iza naše planete, ali su i one odbačene iz istog razloga kao i L1: toplotno zračenje dolazi iz dva različita pravca, od Zemlje i Sunca.

Ostaje nam tačka L2 – ona se nalazi na pravcu Sunce-Zemlja, baš kao i tačka L1, ali sa suprotne strane naše planete. Upravo ova tačka, na oko milion i po kilometara od nas, predstavlja konačno odrediše “Džejmsa Veba”. Ta tačka garantuje da će u svakom trenutku vremena sva tri “topla” tela (Sunce, Zemlja i Mesec) biti sa iste strane teleskopa (rastojanje Meseca od Zemlje nešto je manje od 400.000 km). Termički štit teleskopa dovoljno je veliki da zakloni sva tri ova tela i tako instrumente i ogledalo teleskopa drži u permanentnoj senci. A senka u dubokom kosmosu je, skoro uvek, veoma hladno mesto.

Lagranžovu tačku L2 treba shvatiti kao orijentacionu lokaciju. Ne samo da je nemoguće potpuno precizno smestiti letelicu u nju jer su, uz uticaj Zemlje i Sunca, tu i remetilački faktori koji potiču od obližnjeg Meseca i drugih nebeskih tela. Umesto toga, teleskop će obitavati u okolini ove tačke krećući se oko nje po relativno malim elipsama čiji će se položaj i veličina menjati tokom vremena. Upravo zbog toga, male korekcije položaja teleskopa biće neophodne najmanje jednom godišnje. Zato teleskop raspolaže motorom i zalihama goriva, pomoću kojih može da održava stabilnu poziciju tokom projektovanog radnog veka od oko deset godina.

Prisetimo se da su astronauti u pet navrata servisirali svemirski teleskop “Habl”, prvo da bi mu stavili “naočare” na “ćoravo oko” (prve fotografije bile su razočaravajuće mutne jer je ogledalo bilo neprecizno napravljeno; greška je ispravljena dodavanjem korektivne optike), zatim da bi mu zamenili potrošene žiroskope (bez kojih teleskop ne može precizno da izabere pravac posmatranja i trajno ga održava) i dodali nove instrumente. Sve to moguće je sa “Hablom” koji se kreće “tik” iznad naših glava, ali predstavlja nezamislivo komplikovanu misiju kada nešto postavite u Lagranžovu tačku L2. Ljudi nikad nisu leteli tako daleko. Čak i astronauti koji su obleteli Mesec jedva da su prešli trećinu rastojanja do finalne odrednice “Džejmsa Veba”.

Zato su, u ovom slučaju, servisne misije najverovatnije nemoguće. Ako nešto pođe naopako tokom rasklapanja teleskopa, ako se, recimo, pocepa zaštitni štit kao što se to desilo tokom jedne probe na Zemlji, ako se tokom rada pokvari sistem za stabilizaciju, strada merna oprema ili teleskop ostane bez goriva, biće to i definitivni kraj misije. Čak i da raketna tehnika napreduje do te mere da garantuje siguran let astronauta do pokvarenog teleskopa, on nema modularnu arhitekturu koja omogućava jednostavnu zamenu potrošenih delova. Još je teže zamisliti astronauta kako iglom i koncem krpi pocepanu termičku izolaciju. Jedino što je, eventualno, moguće izvesti je “dolivanje” potrošenog goriva. Priključak za rezervoar je lako dostupan, tako da ovu operaciju mogu da izvedu i relativno jednostavne, robotizovane letelice. Tako nešto, međutim, još uvek nije u planu.

Sve ima svoj kraj, pa i “Džejms Veb”. Kada teleskop, nadamo se, oduži svoj dug čovečanstvu, letelica će biti sklonjena iz okoline Lagranžove tačke kako bi napravila prostor za neke buduće misije. Biće parkirana u tzv. “grobljansku” orbitu, gde će kružiti oko Sunca sve dok Sunce bude postojalo.

SAM U NEISTRAŽENOM MRAKU

foto: nasa / ap

Kamera montirana na vrhu drugog stepena “Arijane” zabeležila je trenutak kada se teleskop, onako “sklupčan” i “ušuškan” u svojim zaštitnim folijama, konačno odvojio od rakete nosača i samostalno zaputio ka finalnoj destinaciji. Ova fotografija, svakako jedna od najlepših koje je čovek ikada napravio u kosmosu, puna je simbolike, sa teleskopom koji plovi u neistraženi mrak, u susret novim, velikim i možda neočekivanim otkrićima, a za sobom ostavlja našu plavu planetu koja lagano tone u kosmički beskraj. Iz tog, sve prigušenijeg zemaljskog plavetnila, kao da zrači nada čitavog čovečanstva da ćemo, zahvaljujući novom kosmičkom teleskopu, makar naslutiti odgovore na mnoga “nemoguća pitanja”: zašto svet izgleda baš ovako? Kako su nastali prostor, vreme, tamna materija i energija? Ko smo, kako smo nastali, odakle smo došli, kakva nas budućnost očekuje? Da li smo sami u kosmosu? Ako nismo, možemo li nas to podstaći da budemo manje egocentrični, sebični, agresivni i pohlepni? Autor ovog teksta priznaje da se, pri svakom pogledu na vrhunsko umeće materijalizovano u obliku teleskopa “Džejms Veb”, oseća baš kao Indijana Džons u susretu sa biblijskim Zavetnim kovčegom. Kako Harison Ford reče na filmskom platnu: “Mi svi prolazimo kroz istoriju. Ali ovo – OVO je istorija”.