Každý na tomto světě žije na planetě Zemi. Na planetě, která nám dává veškeré podmínky k tomu, abychom tu mohli žít. Lidstvo se vyvíjelo už od nepaměti a od počátku věků se lidstvo ujalo role průzkumníka a objevovalo nová a nová zákoutí své planety. I když naše planeta ukrývala a dodnes ukrývá svá tajemství, tak tu vždy bylo jedno místo, které lidstvo fascinovalo a lákalo asi úplně nejvíc, ale nachází se daleko za hranicemi atmosféry naší Země. Tím místem je samozřejmě vesmír. Hvězdná obloha totiž fascinovala lidské oko, až kam paměť lidských dějin sahá. Tisíce a tisíce hvězd, které lidé mohli v noci spatřit, je okouzlily natolik, že jim zasvětili svůj život. Někteří vesmír označili za místo, kde sídlí jejich bohové, jiní zase podle oblohy řídili své životy, co se týče určování ročních období, a námořníci a poutníci díky ní vždy našli tu správnou cestu. I když naši planetu známe ani ne z poloviny, tak lidi vždy zajímalo, co se skrývá za hranicemi našeho světa, mimo naše chápání. 

Konstantin Ciolkovskij
zdroj: http://commons.wikimedia.org

Za první velký průlom v průzkumu vesmíru bychom mohli označit rok 1610, kdy se italský astronom Galileo Galilei na noční oblohu poprvé podíval svým vlastnoručně zkonstruovaným dalekohledem. S ním učinil řadu objevů, jako jsou fáze Venuše nebo potvrzení výskytu skvrn na Slunci či kráterů a hor na Měsíci. Ovšem nejvíce přispěl objevem čtyř měsíců planety Jupiter. Díky vynálezu dalekohledu se průzkum vesmíru začal ubírat úplně jiným směrem. Od roku 1610 už uběhl nějaký ten pátek, a během té doby se pozemské observatoře s těmi nejmodernějšími dalekohledy neustále zdokonalovaly a člověk se začal vážněji zajímat o cestu ke hvězdám. S prvními plány Konstatina Eduardoviče Ciolkovského a pokusy Roberta Goddarda se lidstvo posunulo blíže kosmu a roku 1957 se začal psát takzvaný ,,kosmický věk lidstva”. 

Družice Sputnik konečně ukázala to, čeho je lidská ruka schopna. Sputnik tak stanovil jasný směr toho, kudy se bude průzkum vesmíru ubírat. Pak už to šlo ráz na ráz. Vyslali jsme na oběžnou dráhu prvního živého tvora a pak i člověka. Umělé sondy se dostaly k Marsu, Venuši, nebo Měsíci, na kterém dokonce přistáli lidé. Ale na původní průzkumníky vesmíru, tedy dalekohledy, se tak trochu zapomnělo. S myšlenkou vyslat jeden takový dalekohled do kosmu, kde by jeho pozorování nekomplikovaly pozemské podmínky a hlavně by jej nezkreslovala zemská atmosféra, se přišlo už ve 40. letech minulého století, ale jelikož na takovou akci rozhodně nebyla lidská technika připravena, tak byl nápad zapomenut. V 70. letech byla situace úplně jiná a nad teleskopem, který by konečně mohl vyletět na oběžnou dráhu, kde by právě bez zkreslení obrazu daném zemskou atmosférou, mohl konečně využít schopnosti dalekohledů naplno, se konečně začalo uvažovat vážně. Nakonec se však Hubbleův vesmírný teleskop dostal do kosmu až v letech devadesátých.

Oprava Hubbleova kosmického dalekohledu
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/

Hubbleův dalekohled byl úžasný mega projekt, který nám otevřel vesmírná okna dokořán a ukázal nám věci, které byly doposud lidskému oku zapovězeny. I když to ze začátku neměl jednoduché, ať už kvůli své ceně, která se nakonec vyšplhala na tehdy nepředstavitelných cca 2,5 mld. dolarů, nebo technickým problémům, z nichž některé se řešily až v průběhu mise, tak se jedná o jednu z nejužitečnějších vesmírných misí, kterou lidstvo podniklo. Nic ale netrvá věčně a Hubbleův teleskop už není nejmladší. A tak tu pro vás máme článek o začátku nové éry v průzkumu vesmíru. Článek o něčem, co snad způsobí stejný boom jako jeho předchůdce. Článek o nejmodernějším kosmickém dalekohledu, který se už 25. prosince na vrcholku rakety Ariane 5 vydá na cestu, během které posune lidské obzory v poznání tak záhadného místa, jako je vesmír. Článek o Dalekohledu Jamese Webba.

Hubbleův vesmírný teleskop
Zdroj: https://media-cldnry.s-nbcnews.com/

Jako první se v tomto článku podíváme na historii tohoto celého velkolepého projektu, neboť vše má někde svůj začátek a proto se musíme ještě podívat zpět rychle k Hubbleovu vesmírnému teleskopu. Už při podání návrhu americkému kongresu se Hubbleův teleskop dočkal prvních škrtů, protože když NASA prozradila cenovku, která se blížila 1 mld. amerických dolarů, tak bylo jasné, že tohle bez značných úprav v rozpočtu jen tak neprojde. Což je celkem ironické, když konečná cenovka je něco kolem 2,5 mld. dolarů. NASA se tak musela rozloučit se smělými plány na teleskop o průměru zrcadla 3 metry a začít škrtat. Například primární zrcadlo bylo zmenšeno na průměr 2,4 metrů. Bohužel v cenovce problémy zdaleka neskončily. K tragické havárii raketoplánu Challenger totiž došlo jen pár měsíců před tím, než měl být teleskop konečně vynesen na oběžnou dráhu. Hotový dalekohled tak místo ke hvězdám míří do skladu, kde jeho údržba měsíčně stojí dalších 6 mil. dolarů. No a když se Hubbleův teleskop konečně do kosmu dostal, tak bylo zjištěno, že je primární zrcadlo špatně vybroušené a fotky jsou tím pádem rozmazané. Chybu se podařilo opravit až po třech letech, co byl teleskop v kosmu. Jednoduše po zkušenostech s Hubblem bylo známo, že projekt vesmírného dalekohledu je jak z technické, tak finanční stránky velice, ale velice náročný.

James E. Webb, po němž je teleskop pojmenovánb
Zdroj: https://upload.wikimedia.org

No a posouváme se jen o tři roky dopředu, do roku 1996, a už se začalo hovořit o dalším teleskopu. Projekt dostal název Next Generation Space Telescope (NGST). Ostřejších rysů se projekt dočkal až v novém tisíciletí, konkrétně v roce 2002. V tomto roce dostal i název JWST, neboli James Webb Space Telescope. Jméno dostal po Jamesi E. Webbovi, který se stal druhým administrátorem NASA a z velké části agenturu provedl programem Apollo.

Na projektu se tedy začalo pracovat a předpokládalo se, že by teleskop mohl být hotový mezi lety 2009-2010. To se ale úplně nehodilo, protože v tu samou dobu, kdy měl být dalekohled dokončený, byly v plném proudu práce na ISS a dalekohled by tak znamenal další obrovské částky. Tady se ale nedalo svítit, protože ISS byla priorita číslo 1 a tak byl projekt JWST odsunut.

Další překážkou byl program Constellation. To ale bylo vyřešeno tím, že v roce 2009 nastoupil do úřadu nový prezident USA Barack Obama. Nová vláda totiž přehodnotila veškeré dění v NASA a usoudila, že program Constellation je v současné době nereálný kvůli vysokému rozpočtu a velmi odvážně nastavenými termíny. Program Constellation byl proto zrušen a projekt JWST se dostal více do popředí. Původně se s vypuštěním počítalo v roce 2018, ale kvůli odkladům se snad dočkáme již tento rok 25. 12. 2021.

Jedna z variant, jak mohl JWST vypadat
Zdroj: https://esahubble.org/

Po historii přejdeme na technickou část článku. Dalekohled Jamese Webba má způsobit revoluci v pozorování vesmíru. Na rozdíl od Hubbleova vesmírného dalekohledu, který je zaměřený na viditelnou část spektra, se Webbův dalekohled zaměří především na tu infračervenou. To umožní astronomům dohlédnout dál než kdykoliv předtím a to ne jenom proto, že je zaměřen na jinou část spektra, ale z velké části je to také způsobeno průměrem primárního zrcadla, ke kterému se dostaneme za chvíli.

Popis částí JWST.
Zdroj: https://ichef.bbci.co.uk/

Webbův vesmírný dalekohled je tím největším, nejsofistikovanějším a nejmodernějším vesmírným dalekohledem, který kdy lidé vyrobili a s Hubbleovým dalekohledem si ho určitě nespletete. Hubble je vlastně takový válec, ve kterém se nachází veškeré vědecké přístroje i zrcadla. Webbův dalekohled je tvořen modulem Integrated Science Instrument Module (ISIM), ve kterém se nacházejí všechny vědecké přístroje, dále je tvořen částí Optical Telescope Element (OTE), která zahrnuje zrcadla a jako poslední máme servisní část teleskopu, která zahrnuje platformu teleskopu a sluneční štít, který je velice důležitý, aby chránil vědecké přístroje. Ty musejí pracovat při velmi nízkých teplotách a bez slunečního štítu by nemohl dalekohled vůbec fungovat. Nad slunečním štítem se nachází vědecká část, ve které jsou umístěny všechny vědecké přístroje a před vědeckou částí se nachází primární a sekundární zrcadlo.

Na sluneční štít se podíváme trochu podrobněji. Jeho úkolem je chránit zrcadla a vědecké přístroje na palubě před světlem a teplem, jejichž hlavním zdrojem je Slunce. Jak již bylo zmíněno, tak dalekohled je zaměřen především na infračervenou část spektra. To sice umožní vidět i starší a vzdálenější objekty, ale na druhou stranu to vyžaduje chlazení zrcadel i přístrojů na extrémně nízkou teplotu. Právě sluneční štít je pro tento účel klíčový. Jinými slovy, aby mohl JWST v kosmickém prostoru fungovat, je nezbytné, aby správně rozložil svůj tepelný štít, jehož rozměry jsou po rozložení 21 × 14 metrů. Pro představu plocha rozloženého štítu se nejčastěji přirovnává k velikosti tenisového kurtu (jehož rozměr pro čtyřhru je 23,8 × 11 m).

Samotný štít rozděluje celou observatoř na dvě části – horká je otočená směrem ke Slunci a podle počítačových modelů by se vnější strana měla ohřát až na 109 °C. Chladná část je otočena směrem od Slunce vstříc hlubokému vesmíru – vnitřní vrstva slunečního štítu by měla mít podle počítačového modelu teplotu -237 °C. Při takové teplotě by ztuhnul i kyslík. Naopak na horké straně byste si mohli snadno uvařit vodu – pokud byste tedy nebyli jako JWST ve vakuu.

Porovnání velikosti primárního zrcadla Hubbleova a Webbova teleskopu
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Hubbleův dalekohled byl v době jeho vypuštění ten nejlepší prostředek pro průzkum vesmíru a dodnes perfektně plní svůj úkol prohlubovat znalosti lidstva o vesmíru. To všechno zvládl s primárním zrcadlem o průměru 2,4 metru. Jeho nástupce má primární zrcadlo s průměrem 6,5 metru a je tvořeno osmnácti šestiúhelníkovými segmenty, které jsou vyrobeny z pozlaceného berylia a každý segment má hmotnost 20 kg. Zrcadlo je tak velké, že musí být při startu složené, aby vůbec mohl být teleskop vynesen a to i přesto, že jej vynese nejsilnější evropská raketa Ariane 5. Celková plocha primárního zrcadla je 25 m².

Vědecké přístroje na palubě Webbova dalekohledu jsou:

Fotografie přístroje NIRCam
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

• NIRCam: Jde o infračervenou kameru, která má dva hlavní úkoly. Slouží jako kamera k pozorování záření s vlnovou délkou 0,6 až 5 mikrometrů a jako tzv. wavefront sensor. Je to tedy kamera, ale bude využita i k poskytování informací pro zarovnání 18 segmentů primárního zrcadla. NIRCam vyvinula firma Lockheed Martin a státní vysoká škola University of Arizona ve spolupráci s agenturou NASA.
• NIRSpec: Přístroj pracující při teplotě -235°C je multiobjektový spektrograf schopný současně měřit blízké infračervené spektrum objektů, jako jsou hvězdy nebo galaxie s nízkým, středním a vysokým spektrálním rozlišením. NIRSpec vyvinula Evropská kosmická agentura a byl postaven společností Astrium. NIRSpec snímá záření s vlnovou délkou 0,6 až 5,3 mikrometrů.
• MIRI: Infračervená kamera kombinovaná se spektrografem je citlivá na záření s vlnovou délkou 0,6 až 27 mikrometrů, tedy to, co ostatní přístroje nevidí. MIRI používá k pozorování na těchto vlnových délkách křemíkové pole dopované arsenem. Kamera je navržena pro široký záběr, ale spektrograf má menší záběr. Jelikož MIRI sleduje světlo o delších vlnových délkách, musí pracovat při nižších teplotách než ostatní přístroje a proto disponuje dalšími chladícími systémy.
• NIRISS: Kanadský infračervený spektrograf, který pozoruje infračervené záření o vlnových délkách 0,8 až 5,0 mikrometrů. Přístroj má čtyři různé režimy pozorování. Spektroskopický mód je schopen provádět spektroskopii exoplanet. Režim interferometrie s maskováním apertury využívá maskovací disk se sedmi otvory a měl by umožňovat detekci exoplanet v určitém rozsahu vlnových délek.

Fotografie přístroje NIRISS
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

• FGS: Systém, který vyvinula Kanadská vesmírná agentura a slouží ke stabilizaci pozorování. FGS je navržen tak, aby našel předem vybrané navigační hvězdy, což umožňuje dalekohledu aby se mohl přesně zaměřit na požadovaný cíl. FGS a NIRISS jsou ve skutečnosti jeden přístroj, ale každý má jiné úkoly.

Na rozdíl od Hubbleova vesmírného dalekohledu nebude Webbův dalekohled umístěn na nízké oběžné dráze (LEO), ale zamíří k libračnímu bodu L2 soustavy Slunce Země, který se nachází ve vzdálenosti zhruba 1,5 milionů kilometrů od Země. Librační bod je v nebeské mechanice takový bod v soustavě dvou těles rotujících kolem společného těžiště, v němž se vyrovnávají gravitační a odstředivé síly soustavy tak, že malé těleso umístěné do tohoto bodu nemění vůči soustavě dvou těles svou polohu. Librační bod je perfektní místo pro umístění takové observatoře, jako je Webbův dalekohled. Librační bod nabídne dalekohledu nerušený výhled na vzdálená kosmická tělesa jako jsou hvězdy, galaxie či jiné objekty. Webbův dalekohled bude obíhat kolem libračního bodu L2. Minimální vzdálenost od libračního bodu bude 250 000 km, maximální vzdálenost od libračního bodu bude 832 000 km a doba oběhu bude 6 měsíců. Ve skutečnosti tedy bude dalekohled obíhat kolem Slunce, ale s velmi malými nároky na korekce jeho dráhy.

Popis cesty teleskopu do Libračního bodu L2
Zdroj: https://stsci-opo.org/

Během své cesty k libračnímu bodu L2, která teleskopu zabere 28 dní, bude teleskop kontrolovat všechny systémy a připravovat se na provoz. To znamená že vyklopí anténu pro komunikaci se Zemí, rozloží se sluneční štít, obrovské šesti a půl metrové zrcadlo, držák sekundárního zrcadla, které je umístěno před primárním zrcadlem, fotovoltaický panel a všechny ostatní přístroje se připraví na začátek vědecké mise, která by měla trvat 5 let, ale je možné, že pokud bude teleskop v dobrém stavu, může být prodloužena, jelikož zásoby paliva má na 10 let provozu.

Celý tento projekt je skvěle vymyšlený a dalekohled obsahuje špičkové přístroje, ale bez rakety, která by teleskop vynesla, by byl celý projekt nerealizovatelný. V tomto případě se této cti dostalo aktuálně nejsilnější evropské raketě Ariane 5. Jedná se o jednu z nejspolehlivějších raket a zároveň nejsilnější raketu, kterou má Evropská kosmická agentura k dispozici.

Archivní snímek rakety Ariane 5 na startovní rampě
Zdroj: https://www.extremetech.com/

Aktuálně má Ariane 5 za sebou 111 startů a z toho pouze 2 selhání. To zatím poslední přišlo na její 14. misi, při které měla Ariane 5 vynést družice Hot Bird 7, Stentor, MFD-A a MFD-B. Start se uskutečnil 11. prosince 2002 a od té doby neměla Ariane 5 jedinou nehodu. Během tohoto období tu bylo akorát jedno částečné selhání, které bylo způsobeno ztrátou telemetrie po 9 minutách letu. Od posledního úplného selhání jí aktuálně dělí 97 úspěšných startů. Jedná se tedy o velice spolehlivou raketu (úspěšnost startů při započítání dvou selhání a dvou částečných selhání je aktuálně 96,3 %).

Ariane 5 je dvoustupňová raketa, která je vybavena dvěma postranními urychlovacími bloky na tuhé pohonné látky a její nosnost na LEO je 21 tun a na GTO 10,5 tuny.

• Centrální stupeň Ariane 5 se označuje jako H-173 a je vybaven jedním motorem Vulcain 2, který vyvine tah 1 420 kN. Za 540 sekund kdy motor hoří, spálí celkem 150 tun paliva, kterým je směs kapalného vodíku a kapalného kyslíku.
• Pomocné urychlovací bloky jsou velmi důležitou součástí rakety Ariane 5. Při startu společně vyvinou tah 14,16 MN. To je skoro 9/10 celkového tahu při startu a bez nich by se raketa ani nezvedla ze startovní rampy, natož doletěla na oběžnou dráhu. Za dobu jejich práce spálí každý motor 240 tun pohonné směsi, kterou je takzvané HTPB (hydroxylem zakončený polybutadien).
• Druhý stupeň ECS-A slouží k finálnímu navedení nákladu na požadovanou oběžnou dráhu. Pohonnou jednotku tvoří motor HM7B+ o tahu 64,8 kN. Jako pohonnou směs využívá kapalný kyslík a kapalný vodík a je schopen opakovaných zážehů.
• Aerodynamický kryt vyrábí společnost Ruag Space a jeho průměr je 5,4 metru.

Vizualizace startu rakety Ariane 5 s JWST
Zdroj: https://spaceflightnow.com

O tom, že pro vynesení Webbova dalekohledu byla zvolena spolehlivá raketa, není pochyb. My tedy Ariane 5 přejeme plno dalších úspěšných startů a hlavně tento. Zatím nevíme, kolik startů Ariane 5 nás ještě čeká, ale její nástupkyně raketa Ariane 6 už pomalu klepe na dveře a je tedy jisté, že dříve nebo později Ariane 5 zcela nahradí.

A jsme u konce našeho článku, ve kterém jsme si shrnuli všechno co se historie, současnosti i budoucnosti týče, ovšem to pravé poznávání projektu JWST teprve začíná. Vesmírný dalekohled Jamese Webba, který by měl o veliký kus povytáhnout tu tajemnou oponu a ukázat nám hlavně obrázky, které by měly poodhalit samotný vznik naší Sluneční soustavy, nebo odhalit nové informace ohledně velkého třesku, by měl odstartovat 25. prosince.

Takže přejeme příjemné vánoce a nezapomeňte, že 25. prosince ve 13:20 našeho času se ve Francouzské Guyaně snad začne psát nová velká kapitola v průzkumu vesmíru, tak buďte u toho s námi na živém přenosu.

Pár informací na závěr:

• Místo startu: Kosmodrom Kourou, rampa ELA-3, Francouzská Guyana
• Čas startu: 25. prosince 13:20 SEČ
• Raketa: Ariane 5
• Náklad: Dalekohled Jamese Webba (JWST)
• Hmotnost nákladu: 6 550 kg
• Cílové místo: Librační bod L2 soustavy Slunce Země

Náš přenos ze startu spustíme zhruba ve 12:00 našeho času. Pokud máte zájem zapojit se do chatu, nebo Vám nefunguje přehrávání ve vloženém okně, klikněte sem a dostanete se na stránku přenosu na Mall.TV. Pokud máte s přehráváním problém, zkuste jej spustit v tzv. anonymním okně prohlížeče.

U takto důležitého startu Vám navíc zajistíme klasický psaný online přenos, u kterého není potřeba manuálně obnovovat stránku. V rámci tohoto přenosu pokryjeme závěrečné hodiny před startem, start samotný i nejbližší hodiny po něm. Několik hodin po startu pak vyjde samostatný článek věnovaný pouze psanému přenosu z letu JWST do libračního bodu a jeho rozkládání.

Zdroje informací:
https://en.wikipedia.org/
https://en.wikipedia.org/
https://en.wikipedia.org/
https://en.wikipedia.org/
https://en.wikipedia.org/
https://en.wikipedia.org/
https://cs.wikipedia.org/
https://cs.wikipedia.org/
https://space.skyrocket.de/
https://kosmonautix.cz/
https://kosmonautix.cz/
https://kosmonautix.cz/
https://kosmonautix.cz/
https://everydayastronaut.com/
https://www.stream.cz/
https://cs.wikipedia.org/

Zdroje obrázků:
https://images.newscientist.com/wp-content/uploads/2021/09/13165709/pri199591609.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tsiolkovsky.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0c/Upgrading_Hubble_during_SM1.jpg
https://media-cldnry.s-nbcnews.com/…/rockcms/2021-07/210716-hubble-al-1409-344768.jpg
https://upload.wikimedia.org/…/800px-James_E._Webb%2C_official_NASA_photo%2C_1966.jpg
https://esahubble.org/media/archives/exhibitions/screen/ngst_1.jpg
https://ichef.bbci.co.uk/…/10ECD/production/_122252396_jwst_annotated_2x640-nc.png
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/06/JWST-HST-primary-mirrors.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/ca/JWST_Nircam1lwres.jpg
https://upload.wikimedia.org/…/450px-JWST_FGS_ETU_picture.jpg
https://stsci-opo.org/STScI-01FH8W5E11VTXT7KTR0P4QSDZ7.jpg
https://www.extremetech.com/…/2016/12/Ariane_5_with_Envisat_on_the_launch_pad.jpg