Po týdnu je tu opět pravidelná dávka otázek a odpovědí ohledně Teleskopu Jamese Webba. Hned v úvodu bych chtěl poděkovat Všem, kteří píšete své věcné připomínky k textu. Snažím se je postupně do článků přidávat. Díky tomu stoupá i kvalita informací v článku a celé dílo se tím posouvá zase trošku na jinou úroveň. Opět se ukazuje, jak skvělá komunita čtenářů k nám vlastně chodí. Takže Vám na tomto místě patří velké poděkování! No, ale teď už pojďme zpět k našemu seriálu. Co nás tedy dnes čeká? Podíváme se na další cíle observatoře. Uvidí JWST vznik vesmíru? Velký třesk? Cíle ovšem nebudou jen hluboko v kosmu, ale také v našem sousedství. JWST totiž prozkoumá i řadu zajímavých destinací ve Sluneční soustavě. A otevřeme novou kapitolu o stavbě a provozu observatoře. Pokud svou otázku nenajdete v tomto díle, tak zkuste počkat na některý další, nebo se už teď můžete podívat do předešlých částí, zda tam třeba vámi hledaný dotaz již není.

Uvidí Webb planety kolem jiných hvězd?
Webb bude schopen detekovat přítomnost planetárních systémů kolem blízkých hvězd z jejich infračerveného světla (tepla). Bude schopen přímo vidět odražené světlo velkých planet velikosti Jupitera obíhajících kolem blízkých hvězd. Bude také možné vidět velmi mladé planety během jejich vzniku, v této fázi jsou totiž velmi horké. Webb bude mít schopnost blokovat světlo mateřské hvězdy planet. To je třeba, protože mateřská hvězda bude milionkrát jasnější než planety, které kolem ní obíhají. Webb nebude mít takové rozlišení, aby viděl nějaké detaily planet, ale bude schopen detekovat slabou světelnou skvrnu vedle jasné mateřské hvězdy. Webb bude také studovat planety, které přecházejí přes svou mateřskou hvězdu. Když se planeta dostane mezi hvězdu a JWST celková jasnost mírně klesne. Množství, o které jas klesne, nám říká mnohé o velikosti planety. Webb může dokonce vidět světlo hvězdy, které prochází atmosférou planety, a díky tomu měřit plyny, z nichž se skládá, což umožní určit, zda má planeta na svém povrchu například kapalnou vodu. Když planeta přejde za hvězdu, celková jasnost klesne a my můžeme opět určit další charakteristiky planety.

Průzkum čtyř aktivních měsíců Sluneční soustavy. Tyto ledové světy jsou jedinečným, dynamickým prostředím. Ledové světy Europa a Enceladus lze srovnávat a kontrastovat s Titanem bohatým na metan a ohnivým Io, který připomíná pizzu. Podobají se tyto aktivity v něčem těm Zemi? To se pokusíme zjistit. Zdroj: NASA a J. Olmsted (STScI)

Může Webb pozorovat planety v naší vlastní Sluneční soustavě?
Ano. Webb může pozorovat ve Sluneční soustavě vše, co je dále od Slunce než Země. Webbova citlivost bude nejužitečnější při studiu slabých objektů ve vzdálené vnější Sluneční soustavě, včetně trpasličí planety Pluto a dalších objektů Kuiperova pásu. Webbův průzkum těchto objektů otestují teorie, jak vznikla Sluneční soustava. Webb bude také pozorovat měsíce plynných obrů, komety a asteroidy. Ale i planety Mars, Jupiter, Saturn, Uran a Neptun. Možná se ptáte, k čemu nám může být třeba pozorování planety Mars tímto teleskopem? JWST uvidí celý kotouč Marsu každé dva roky. Rudou planetu často sužují celoplanetární prašné bouře a v té době se stává pozorování planety ve viditelné oblasti téměř nemožné. Spolu s informacemi z dalších sond, ať už na povrchu, či na oběžné dráze kolem Marsu může tým shromáždit velmi detailní informace o bouři a může se také mnohé dozvědět o tamním počasí a atmosféře. Teleskop díky své schopnosti v infračervené oblasti bude schopen průzkumu slabé atmosféry planety. 

JWST se ovšem zaměří i na měsíce planet. Víme třeba, že některé z ledových světů vyvrhují do vesmírů materiál. Ten samozřejmě velmi zajímá vědce. Jedním z těchto těles je třeba měsíc planety Saturn: Enceladus, který do okolního prostoru pravidelně vyvrhuje vodu a led, a důkazy z Hubbleova vesmírného dalekohledu naznačují, že například i měsíc Europa u Jupitera dělá totéž. Tyto výtrysky materiálu jsou to, co vědci plánují studovat pomocí vesmírného dalekohledu Jamese Webba. Díky schopnosti měřit infračervené světlo by Webb měl být schopen pomocí spektroskopie určit chemické složení oblaků. V rámci těchto dat by určitá chemická nerovnováha mohla naznačovat obyvatelné prostředí nebo dokonce mimozemský život – ačkoli Webb nebude přímo schopen detekovat žádný život, který by mohl být na těchto měsících. Vědci použijí NIRCam k hledání teplejších oblastí, které by mohly být známkami geologické aktivity nebo místa výtrysku. Jakmile vědci naleznou oblak, použijí Webbův spektrograf (NIRSpec) a přístroj (MIRI) k měření chemického složení vody a ledu vyvrhovaných z povrchu. (Vice o přístrojích lze nalézt v minulém díle).

Jaké budou Webbovy první cíle?
První cíle pro Webba budou určeny pomocí schématu podobného tomu, který se používá pro Hubbleův vesmírný dalekohled, a bude zahrnovat návrhy od vědecké komunity NASA, ESA, CSA. První technický cíl již známe. Jde pro teleskop o velmi jasnou hvězdu HD 84406 v souhvězdí Velké medvědice, která je od Země vzdálená přibližně 241 světelných let. Je podobná našemu Slunci a patří do spektrálního typu G a její magnituda je 6,9 mag. Poslouží k vyrovnání zrcadlových segmentů a zaostření dalekohledu. Pokud Vás zajímá, jak takové vyrovnání vlastně probíhá, tak Vás odkážu na tento podrobný článek, který vyšel na našem webu . 

Tento diagram ilustruje, jak gravitační čočka galaxií v popředí ovlivňuje vzhled mnohem vzdálenějších galaxií v pozadí. Zdroj: NASA, ESA a Z. Levay a A. Feild (STScI)

Přispěje Webb k výzkumu temné hmoty?
Webb nemůže přímo vidět temnou hmotu, neviditelnou látku, která tvoří velkou část  galaxií a kup galaxií. Webb ovšem může měřit její účinky. Jedním z nejlepších způsobů měření hmotnosti je efekt gravitační čočky. Jak popisuje Einsteinova obecná teorie relativity, světelný paprsek procházející blízko velmi hmotného bodu bude mírně vychýlen, protože časoprostor je rušen přítomností hmoty. Pořizováním snímků vzdálených galaxií za blízkými galaxiemi mohou astronomové vypočítat celkové množství hmoty v galaxiích v popředí měřením poruch v galaxiích v pozadí. Protože astronomové mohou vidět, kolik hmoty je přítomno ve hvězdách v galaxiích v popředí, mohou pak vypočítat, kolik z celkové hmoty chybí, což se předpokládá, že je tvořeno temnou hmotou. Webb bude pro tento typ měření obzvláště vhodný, protože jeho velmi ostré snímky umožní měřit velmi malé poruchy. Navíc teleskop bude mít přístup k dosud nepozorovaným galaxiím z velmi raného stádia vesmíru. Webb také bude pozorovat mnoho statistických údajů o vývoji galaxií a vědci mohou tato pozorování porovnat s teoriemi o roli, kterou v tomto procesu hraje temná hmota, což povede k určitému pochopení množství a povahy temné hmoty v galaxiích.

A co temná energie?
V roce 1998 pozorování vzdálených supernov odhalila, že asi 70 % vesmíru tvoří záhadná temná energie, která tlačí na rozpínání vesmíru a způsobuje jeho zrychlování. Dříve se astronomové domnívali, že rozpínání zpomaluje v důsledku gravitace temné hmoty. V roce 2003 tento objev potvrdila pozorování kosmického mikrovlnného pozadí. Za objev temné energie získali Adam Riess, Brian Schmidt a Saul Perlmutter Nobelovu cenu za fyziku v roce 2011. Hubbleův vesmírný dalekohled také přispěl k výzkumu temné energie. Přibližně v polovině současného věku vesmíru se rychlost expanze, která zpomalovala, změnila a naopak expanzi urychlila, když temná energie překonala účinky temné hmoty.

Jako nástupce Webba plánuje NASA Nancy Grace Roman Space Telescope (dříve WFIRST), vesmírnou observatoř navrženou k vyřešení zásadních otázek ve výzkumu exoplanet i temné energie. Bude zaměřená od evoluce galaxií po studium objektů v naší vlastní galaxii. NGRST bude kosmický dalekohled s širokým zorným polem v blízké infračervené oblasti, který bude pozorovat stovky až tisíce supernov a miliony galaxií. Bude provádět jemná statistická měření, která odhalí vlastnosti temné energie, a mohl by zjistit, jaký je případný budoucí osud vesmíru: Zhroucení do Velkého křachu, nebo zda skončí Velkým roztržením (Big RIP). JWST bude ovšem pozorovat méně supernov, ale jejich pozorování ve velkém infračerveném rozsahu poskytne doplňkové informace pro NGRST.

Bude nám Webb schopen říct více o Velkém třesku?
Teorie Velkého třesku je na první pohled snadno pochopitelná, ale je často špatně interpretovaná. Velký třesk se odehrál všude najednou a byl to proces probíhající v čase, nikoli v časovém bodě. Víme to, protože vidíme galaxie, jak se vzdalují od sebe, nikoli z centrálního bodu, a vidíme teplo, které zbylo z raných dob, a toto teplo rovnoměrně vyplňuje vesmír. JWST nebyl navržen tak, aby viděl počátky vesmíru, ale aby viděl období historie vesmíru, které jsme ještě neměli šanci vidět. Tedy období následující po Velkém třesku. Často v této souvislosti dochází k mylné domněnce, že Teleskop Jamese Webba uvidí v dosavadní historii nejhlouběji do vesmíru. To ovšem není pravda. JWST není navržen k pozorování počátku vesmíru. V minulosti ovšem řada jiných observatoří byla. Teleskopy jako COBE, WMAP nebo Planck a další, byly naopak přímo navrženy k pozorování počátků vesmíru, a pro průzkum této oblasti. Doposud ovšem nevíme, co následovalo potom. Kdy, a jak se ve vesmíru vytvořily první galaxie? Byly tu dříve galaxie, nebo hvězdy? Tyto a další odpovědi by JWST mohl právě zodpovědět. Prozkoumá totiž přesně tu dobu, kterou jsme doposud přímo neměli šanci spatřit. 

Stavba a provoz JWST

Kdo jsou partneři celého projektu?
Často se lze dočíst, že JWST je výsledkem spolupráce tří mezinárodních kosmických agentur NASA, ESA a CSA. To je sice pravda, ale celkově se na výrobě teleskopu podílely společnosti z celého světa. Hlavním partnerem je NASA a významně se podílela Evropská vesmírná agentura (ESA) a Kanadské kosmická agentura (CSA). Prostřednictvím těchto agentur potom řada subdodavatelů pracovala podle zadání. Společnost Northrop Grumman (NG) je hlavním průmyslovým dodavatelem NASA, která byla zodpovědná za stavbu optických části teleskopu, sběrnice kosmické lodi a sluneční clonu. Na starosti měla i přípravu dalekohledu na startu. NG vede tým zahrnující dva hlavní subdodavatele: Ball Aerospace a Harris (dříve ITT-Exelis). Tři hlavní subdodavatelé beryliového zrcadla pro Ball Aerospace jsou Coherant (dříve Tinsley Laboratories), General Dynamics Global Imaging Technologies (dříve Axsys Technologies) a Materion (dříve Brush Wellman Inc.) Vědecké přístroje a další vybavení byly rozděleny následovně:

• Mid-Infrared Instrument (MIRI): Konsorcium evropských zemí a Evropská kosmická agentura (ESA), NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL), detektory od Raytheon Vision Systems.
• Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec): Poskytla ESA.
• Near-Infrared Camera (NIRCam): Je postavena Arizonskou univerzitou ve spolupráci se společností Lockheed-Martin.
• Near-Infrared Imager a Slitless Spectrograph (NIRISS): Poskytla Kanadská vesmírná agentura (CSA).
• Všechny detektory blízkého infračerveného záření: dodala: Teledyne Technologies, Inc.
• Nosnou raketu a nosné služby: poskytla ESA. Vědecké a operační centrum je v Space Telescope Science Institute (STScI).

Které země jsou zapojeny?
Na stavbě vesmírného dalekohledu Jamese Webba se podílí čtrnáct zemí: Rakousko, Belgie, Kanada, Dánsko, Francie, Německo, Irsko, Itálie, Nizozemsko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Spojené království a Spojené státy americké. Kromě toho: Finsko, Řecko, Lucembursko, Norsko, Polsko, Portugalsko, Česká republika a Rumunsko jsou členy Evropské kosmické agentury a také přispívají k projektu JWST. Start Webbu se uskutečnil z Francouzské Guyany, zámořském departementu Francie, který se nachází v Jižní Americe.

Kdo bude moci Webb používat a jak se o tom rozhoduje?
Webb bude obecnou observatoří, což znamená, že k vypracování pozorovacích plánů budou použity soutěžně vybrané návrhy z celého světa. Tyto návrhy budou posuzovány systémem vzájemného hodnocení, v němž týmy nezávislých vědců seřadí pozorovací návrhy podle vědecké hodnoty a budou vybrány návrhy s nejvyšším hodnocením. Výsledky těchto studií budou publikovány ve vědeckých časopisech a údaje budou prostřednictvím internetu zpřístupněny dalším vědcům a široké veřejnosti pro další studium. Jedná se o stejný systém, který se úspěšně používá řadu let pro plánování pozorování Hubbleova vesmírného dalekohledu a mnoha dalších vesmírných i pozemních observatoří.

Kdo všechno se tedy na projektu podílel?
Na sestavení, testování a integraci Teleskopu Jamese Webba přispěly tisíce vědců, inženýrů a techniků ze 14 zemí, 29 států USA a Washington DC. Celkem se zúčastnilo 258 různých společností, agentur a univerzit – 142 ze Spojených států, 104 z 12 evropských zemí a 12 z Kanady. Kromě toho probíhají v rámci projektu vzdělávací a osvětové aktivity, které jen v USA probíhají v 41 státech, dále na Guamu a na základně amerického letectva v Japonsku. Na přiložené mapce lze vidět všechny partnery projektu. Zde najdete největší dostupné rozlišení. Více v dalším dílu…

Zdroje obrázků:
https://live.staticflickr.com/655354k.jpg
https://live.staticflickr.com/4888/45jpg
https://live.staticflickr.com/7897/3k.jpg
https://live.staticflickr.com/65535/ .jpg

Poznámka: Zdroje informací budou uvedeny na konci série o JWST. Pokud máte přesto jakékoli dotazy, a chtěli byste nějaký zdroj konkrétní informace, či více zdrojů, neváhejte kontaktovat autora na [email protected]