Tím, že se po téměř sto dnech otevřely masivní dveře historické vakuové komory, se podařilo splnit významný milník na cestě k vypuštění Dalekohledu Jamese Webba. Komora na Johnsonově středisku byla hermeticky uzavřena 10. července letošního roku a odborníci od té chvíle podrobili samotnou konstrukci teleskopu (OTIS) i jeho vědecké přístroje sérii zkoušek. Ty měly důkladně prověřit současný stav teleskopu a prokázat, že vše funguje tak, jak má i v extrémně chladných podmínkách bez okolní atmosféry, což je prostředí, ve kterém bude teleskop pracovat.

„Po 15 letech návrhů, modernizaci komory, stovkách a stovkách hodin testování pro eliminaci rizik začalo devadesát dní zkoušek, kdy se tu vystřídalo na sto lidí různých specializací. Přežili jsme hurikán Harvey a ve výsledku bylo kryogenní testování mimořádně úspěšné,“ raduje se Bill Ochs, projektový manažer Webbova teleskopu z Goddardova střediska (Greenbelt – stát Maryland) a dodal: „Dokončení této zkoušky je jedním z největších milníků na cestě k vypuštění tohohle teleskopu.“

Během pobytu v kryokomoře se odborníci věnovali třeba precizní zkoušce zarovnání 18 šestiúhelníkových segmentů, které tvoří primární zrcadlo (detailně jsme o tom psali zde). Inženýři prokázali, že je možné srovnat pozlacené segmenty tak, aby se ve výsledku chovaly jako monolitické zrcadlo. Zároveň to bylo poprvé, kdy se optika teleskopu testovala společně s vědeckými přístroji. Je pravda, že přístroje před integrací do teleskopu podstoupily vlastní zkoušky včetně pobytu v menší kryokomoře, ale testování celého komplexního systému je mnohem náročnější.

Tým zodpovídající za Webbův teleskop si zažil na konci srpna hodně krušné chvíle – 25. srpna udeřil na Texas hurikán Harvey, který před dosažením pevniny dosahoval čtvrtého stupně na pětibodové škále. Testy citlivého zařízení se však nepřerušily ani v době, kdy venku zuřila tropická bouře, při které dosáhly srážkové úhrny hodnoty jeden a čtvrt metru!

Zaměstnanci tehdy své pracovní úkoly plnili za mimořádně složitých podmínek a jen díky jejich úsilí se nemusely kryogenní zkoušky JWST přerušovat. Když pak živel zeslábl, pustili se někteří členové týmu i do práce nad rámec svých povinností, když ve volném čase pomáhali s opravou některých domů v okolí, nebo s rozdělováním vody a jídla lidem v nouzi.

Ale zpět k samotným zkouškám. Ještě předtím, než se komora ochladila, byl z ní odčerpán vzduch, což trvalo zhruba týden. Samotné chlazení komory, teleskopu a jeho přístrojů na kryogenní teplotu tak začalo 20. července a tento proces zabral dalších třicet dní! Během ochlazování předávaly teleskop i jeho přístroje své teplo stěnám Komory A, které ochlazoval kapalný dusík a plynné helium (viz náš podrobnější článek). Webbův teleskop zůstal v těchto extrémně nízkých teplotách dalších 30 dní a 27. září mohlo začít velmi pomalé ohřívání celé komory na pokojovou teplotu. Jakmile toho bylo dosaženo, mohl začít dovnitř proudit vzduch. Dalším krokem bylo odstranění těsnění dveří.

„Náš tým tvořený lidmi ze všech končin našeho státu, dokázal vytvořit v této komoře podmínky hlubokého vesmíru a potvrdit, že Webbův teleskop může pracovat bezvadně, až bude sledovat nejchladnější končiny vesmíru,“ radoval se Jonathan Homan, projektový manažer JWST, který zodpovídal za kryogenní zkoušky na Johnsonově středisku a doplnil: „Očekávám, že Webb bude úspěšný, že z libračního centra L2 prozkoumá původ sluneční soustavy, galaxií a že možná i změní naše chápání vesmíru.“

V komoře byl teleskop důkladně izolován nejen ve viditelné, ale i v infračervené části spektra, přičemž inženýři vše průběžně monitorovali pomocí speciálních čidel nebo kamer. Tepelné senzory sledovaly teplotu samotné konstrukce, zatímco kamery měly na starost sledovat fyzický pohyb teleskopu během procesu chladnutí a ohřívání.

Až bude Webb ve vesmíru, bude muset pracovat při extrémně nízkých teplotách, protože jinak by nebyl schopen detekovat infračervené paprsky z velmi slabých a vzdálených objektů. Teleskop i jeho přístroje budou pracovat při teplotě 40 kelvinů, tedy -233°C. Přístroj MIRI však potřebuje ještě nižší teplotu a proto bude disponovat vlastním chladičem, který sníží teplotu na méně než 7 kelvinů (což odpovídá -266°C) – o tomto chladiči jsme podrobněji psali v tomto článku.

Aby se konstrukce teleskopu ani jeho přístroje neohřívaly světlem od Slunce (nebo odraženými paprsky od Měsíce nebo Země), bude teleskop disponovat pěti vrstvami sluneční clony, jejíž rozměry odpovídají tenisovému kurtu. Zatímco na teplé straně, která bude mířit ke Slunci, dosáhne teplota 85°C, vrstva nejblíže ke konstrukci optiky teleskopu bude mít jen -240°C.

Nízké teploty jsou pro JWST klíčem k úspěchu. Je to tím, že tento teleskop bude sledovat vesmír v infračerveném spektru. V tomto spektru však „svítí“ i všechny teplé objekty – právě na tomto principu pracují infrakamery, které dokáží určit teplotu objektu i bez toho, že by se ho dotkly. Pokud by tedy konstrukce teleskopu nebyla ochlazená na takto nízkou teplotu, vyzařovala by infračervené světlo, které by rušilo pozorování. Bylo by to velmi podobné světelnému znečištění, se kterým se potýkají astronomové na Zemi.

Jaký bude další osud Webbova teleskopu? Jeho optická část OTIS i s vědeckými přístroji, která byla v kryokomoře se vydá do Kalifornie. V Redondo Beach sídlí společnost Northrop Grumman, která vyvíjí sluneční clonu. Právě zde také dojde ke spojení posledních dvou hlavních dílů celého teleskopu. Kdo by si ale myslel, že tím skončí testování, ten by byl na omylu. Začne fáze označovaná jako „observatory-level testing“. Půjde o simulaci prostředí během startu, ale i o test rozkládání celé konstrukce, což bude extrémně zajímavá zkouška.

Samotný start na raketě Ariane 5 z kosmodromu v Kourou je plánován na jaro roku 2019. Po dosažení pracovní pozice v libračním centru L2 soustavy Slunce-Země (cca. 1,5 milionu km od Země) začne JWST plnit své vědecké úkoly. Zcela právem se stane vlajkovou lodí astronomie příštího desetiletí a naváže na odkaz Hubbleova teleskopu. Webbův teleskop je výsledkem mezinárodního úsilí, na kterém se kromě NASA podílí i evropská ESA nebo kanadská agentura CSA.

Zdroje informací:
https://www.nasa.gov/
https://www.nasa.gov/
https://jwst.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/jwst_end_of_cryo_test.jpg
https://jwst.nasa.gov/WebbCamWide/CLNRM-600px.jpg?1511203251858
http://s.newsweek.com/sites/…/johnson-center-damage.png
http://www.collectspace.com/images/news-040513d-lg.jpg
http://www.ims.fraunhofer.de/fileadmin/media/Pressemitteilung_Infrarot_Sensoren.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/image1-_sunshield.jpg