V mnoha článcích se můžete setkat s tvrzením, že Kosmický dalekohled Jamese Webba (JWST) je náhradníkem Hubbleova kosmického dalekohledu (HST). Sama NASA o JWST mnohem raději hovoří jako o nástupci ikonické kosmické observatoře. Věda, kterou udělal Hubble, se nedá docenit. Zároveň však ukázal potřebu pozorovat vesmír na vlnových délkách, které Hubble nevidí. Jde především o vzdálené objekty, které mají výrazný rudý posuv a jejich světlo se z viditelné a UV oblasti posouvá do blízké infračervené. Proto pozorování těchto vzdálených objektů (jako jsou například první galaxie vytvořené ve vesmíru) vyžadují infračervený teleskop. Webbův teleskop je tedy vědeckým nástupcem Hubbleova teleskopu. Jeho vědecké cíle byly stanoveny na základě výsledků Hubbleova teleskopu. V tomto článku si obě kosmické observatoře porovnáme.

Oba snímky mlhoviny Carina pořídil Hubbleův teleskop. Ten vlevo je ve viditelné části spektra, ten vpravo pak v infračervené. Právě infračervený snímek ukazuje mnmohem více hvězd, které ve viditelné části nebyly vidět.
Zdroj: https://farm6.staticflickr.com/

Jak bylo uvedeno v úvodním odstavci, Webbův teleskop má oproti Hubbleovi odlišné možnosti. Není tedy možné hovořit o něm jako o náhradě HST. Webbův teleskop bude pozorovat vesmír v infračervené části spektra, zatímco Hubbleův teleskop studuje studuje primárně ve viditelné a ultrafilalové části spektra (byť může částečně sledovat i infračervené záření. JWST má také mnohem větší zrcadlo než HST. Tato větší sběrná plocha znamená, že Webb bude schopen nahlédnout dál do historie, než co zvládne Hubble. Dalším rozdílem je oběžná dráha – zatímco HST krouží kolem Země, JWST bude obíhat kolem libračního bodu L2 soustavy Slunce – Země, který je vzdálen 1,5 milionu kilometrů od naší planety. Pokud jste tedy hledali základní shrnutí rozdílů mezi oběma observatořemi, můžete přestat číst. V dalších odstavcích si ale všechny rozdíly rozebereme podrobněji.

Vlnové délky

Různé teleskopy studují vesmír v různých částech elektromagnetického spektra.
Zdroj: https://jwst.nasa.gov/
Překlad: Dušan Majer

JWST bude pozorovat vesmír primárně v infračervené části elektromagnetického spektra. Za tímto účelem je vybaven čtyřmi vědeckými přístroji, které mají pořizovat fotky a měřit spektra astronomických objektů. Tyto přístroje pokryjí vlnové délky v rozmezí 0,6 – 28 mikrometrů (1 mikrometr je 1,0 × 10^-6 metru). Infračervené pásmo sahá od vlnové délky zhruba 0,75 mikrometru do několika stovek mikrometrů. To znamená, že přístroje na JWST budou primárně pracovat právě v infračervené části elektromagnetického spektra s drobným přesahem do viditelného záření (tam půjde o červené až žluté paprsky). Přístroje Hubbleova teleskopu dokáží pozorovat malou část infračerveného záření – konkrétně vlnové délky 0,8 – 2,5 mikrometru. Primárně však tato kosmická observatoř pozoruje v ultrafialových a viditelných částech spektra s vlnovou délkou 0,1 – 0,8 mikrometru.

Mlhovina Opičí hlava vyfocená Hubbleovým teleskop – vlevo ve viditelné a vpravo v infračervené části spektra.
Zdroj: https://jwst.nasa.gov/

A proč jsou vlastně pro astronomy tak důležitá pozorování v infračervené části spektra? Hvězdy a planety, které právě vznikly, se ukrývají v prachovém mračnu, které pohlcuje viditelné záření – to samé platí pro samotný střed naší Galaxie. Oproti tomu infračervené paprsky vyzařované těmito oblastmi dokáží proniknout prašným oblakem a mohou tak prozradit, co se ukrývá uvnitř. Krásně je to vidět na přiloženém obrázku. Jde o obrázky z Hubbleova teleskopu v infračervené a viditelné části spektra. Na obou vidíme stejnou oblast – mlhovinu Opičí hlava, ve které vznikají hvězdy. V jednom z pilířů směrem nahoru doleva od středu v pravém snímku vidíme výtrysk materiálu vytvářející nové hvězdy. V infračerveném snímku vidíme i několik galaxií, které jsou mnohem dál než sloupy prachu a plynů.

Velikost

Porovnání velikosti primárního zrcadla Hubbleova a Webbova teleskopu
Zdroj: https://jwst.nasa.gov/
Překlad: Dušan Majer

Primární zrcadlo Webbova teleskopu má průměr přibližně 6,5 metru, což vytváří výrazně větší sběrnou plochu, než jakou mají k dispozici dosavadní kosmické observatoře. Dokonce i zrcadlo Hubbleova teleskopu má průměr jen 2,4 metru. JWST tedy má 6,25× větší sběrnou plochu.

Webbův kosmický teleskop navíc bude mít výrazně větší (zhruba 15×) zorné pole, než jakým disponuje kamera NICMOS na Hubbleově kosmickém dalekohledu. Snímky z Kosmického dalekohledu Jamese Webba  budou mít kromě toho výrazně lepší prostorové rozlišení, než jaké po dobu více než 16 let nabízel infračervený Spitzerův teleskop vypuštěný v srpnu roku 2003.

Porovnání velikosti slunečního štítu JWST a tenisového kurtu.
Zdroj: https://jwst.nasa.gov/

Oběžná dráha

Porovnání umístění Hubbleova a Webbova kosmického teleskopu.
Zdroj: https://jwst.nasa.gov/
Překlad: Dušan Majer

Země se nachází 150 milionů kilometrů od Slunce a náš Měsíc obíhá zhruba 384 500 km od Země. Hubbleův kosmický teleskop bychom našli na oběžné dráze kolem Země ve vzdálenosti zhruba 570 kilometrů. JWST však nebude obíhat kolem Země. Místo toho má kroužit kolem libračního bodu L2 soustavy Slunce – Země, který bychom našli 1,5 milionu kilometrů od naší planety. Jelikož se HST nachází na oběžné dráze Země, mohl být vypuštěn americkým raketoplánem. Webb ale musel startovat na evropské raketě Ariane 5. Navíc protože JWST nemířil na oběžnou dráhu Země, není navržen k tomu, aby byl servisovatelný.

Webbův teleskop bude obíhat kolem libračního bodu L2 soustavy Slunce-Země. Vzdálenosti na obrázku nejsou v jednotném měřítku.
Zdroj: https://jwst.nasa.gov/

V bodě L2 otočí JWST svůj sluneční štít tak, aby současně blokoval světlo ze Slunce, Země i Měsíce. To teleskopu umožní, aby zůstal chladný, což je pro pozorování v infračervené části spektra velmi důležité.

Jak bude Země obíhat kolem Slunce, Webb poletí s ní – bude si vůči Slunci i Zemi udržovat stálou pozici. Navzdory rozšířeným představám teleskop nebude nehybně sedět v libračním centru – všechny sondy a teleskopy vždy kolem těchto bodů obíhají – často i ve vzdálenosti stovek tisíc kilometrů.

Jak daleko Webb uvidí?

Pohled do historie vesmíru.
Zdroj: https://jwst.nasa.gov/

Čím vzdálenější objekt pozorujeme, tím více času potřebuje světlo, aby z něj k nám dorazilo. Můžeme tedy říct, že čím vzdálenější objekt pozorujeme, tím dále do jeho historie hledíme. Přiložený obrázek ukazuje porovnání různých teleskopů a to, jak daleko mohou vidět. Lidově můžeme říct, že zatímco Hubble pozoruje galaxie jako batolata, Webb je spatří jakožto novorozence. Jedním z důvodů, proč JWST bude schopen vidět první galaxie, je již zmíněné pozorování v infračerveném záření. Celý vesmír (a tedy i galaxie v něm) se rozpínají. Když se tedy bavíme o nejvzdálenějších objektech, vstupuje do hry Einsteinova obecná relativita. Ta nám říká, že rozpínání vesmíru znamená, že se prostor mezi objekty natahuje. Tím pádem se od sebe objekty (galaxie) vzdalují. Kromě toho se ale natahuje i samo záření, takže dochází ke změně (prodloužení) jeho vlnové délky. Tím pádem jsou vzdálené objekty velmi slabé (či přímo neviditelné) ve viditelné části spektra. Je to proto, že světlo, které z nich vyšlo jako viditelné, bylo při cestě roztaženo a k nám dorazilo už jako infračervené. Proto jsou infračervené teleskopy (jako JWST) ideální k pozorování těchto prvních galaxií.

A co Herschel?

Snímek galaxie M31 pořízený infračerveným teleskopem Herschel (oranžové oblasti) a XMM-Newton pracující v rentgenové oblasti (modré prvky).
Zdroj: https://jwst.nasa.gov/

Herschel Space Observatory byl infračervený teleskop postavený agenturou ESA, který také obíhal kolem bodu L2, kam míří i JWST. Hlavním rozdílem mezi Webbem a Herschelem je ve vlnových délkách, které pozorují. Jak již bylo uvedeno výše, JWST pracuje v rozmezí 0,6 – 28 mikrometrů, Herschel se naopak zaměřil na vlnové délky 60 – 500 mikrometrů. JWST má oproti Herschelu také větší zrcadlo (6,5 vs 3,5 metru).

Různé vlnové délky slouží různým vědeckým pozorováním. Herschel hledal extrémy – nejaktivnější galaxie, ve kterých vznikají hvězdy, tedy galaxie, které vyzařují většinu své energie ve vzdálené infračervené oblasti. Webb bude naopak díky svému zaměření hledat první galaxie, které ve vesmíru vznikly a k tomu potřebuje mimořádnou citlivost v blízké infračervené oblasti. U tohoto odstavce najdete snímek galaxie M31, který společně pořídil teleskop Herschel (oranžové oblasti) a XMM-Newton pracující v rentgenové oblasti (modré prvky).

Přeloženo z:
https://jwst.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://jwst.nasa.gov/ImagesContent/about/JWST_v_HST_TTable_4k_woPerson-tweek.jpg
https://farm6.staticflickr.com/5451/9511009080_60294d285f.jpg
https://jwst.nasa.gov/images/em_spectrum_satellite.jpg
https://jwst.nasa.gov/ImagesContent/heic1406c.jpg
https://jwst.nasa.gov/images/JWST-HST-primary-mirrors.jpg
https://jwst.nasa.gov/images4/jwsttennis.jpg
https://jwst.nasa.gov/images/l2.2.jpg
https://jwst.nasa.gov/images/l2.3.jpg
https://jwst.nasa.gov/images2/cosmic_timeline.jpg
https://jwst.nasa.gov/images/M31_XMM_HERSCHEL.jpg