Dnes naposledy vychází série otázek a odpovědí ohledně Teleskopu Jamese Webba. Pokusili jsme se v sedmi dílech vybrat nejčastěji pokládané otázky a informace okolo tohoto neuvěřitelného projektu. Samotný teleskop lze s přehledem považovat za technický zázrak moderní doby. Složitá mechanika rozložení, precizní řízení na dálku, špičková technika. To vše svědčí o mimořádnosti této mise. V sedmé, a poslední dávce odpovědí se mimo jiné dozvíte jak se veřejnost bude dozvídat o nových objevech, a kde najde snímky? Dále bude věnován prostor k vysvětlení některých použitých vědeckých pojmů. Pokud svou otázku nenajdete v tomto díle, tak zkuste projít předešlé části zda tam třeba už není, a pokud ne, klidně svou otázku položte v komentářích pod článkem.

Co jsou to detektory a proč jsou důležité?
Webbova zrcadla sbírají světlo z oblohy a směřují ho k vědeckým přístrojům. Přístroje světlo filtrují nebo spektroskopicky rozptylují a nakonec jej zaostří na detektory. Každý přístroj má své vlastní. Detektory jsou místem, kde jsou fotony absorbovány a nakonec přeměněny na elektrické napětí, které měříme. Webb potřebuje mimořádně citlivé detektory, aby zaznamenal slabé světlo vzdálených galaxií, hvězd a planet. K efektivnímu průzkumu oblohy potřebuje velkoplošná pole detektorů. Webb používá dva různé typy detektorů. HgCdTe detektory H2RG pro blízkou infračervenou oblast 0,6-5 μm a křemíkové detektory dopované arsenem pro střední infračervenou oblast 5-28 μm. Blízké infračervené detektory vyrobila společnost Teledyne Imaging Sensors v Kalifornii. H2RG je název produktové řady společnosti Teledyne. Střední infračervené detektory byly vyrobeny společností Raytheon Vision Systems, která se rovněž nachází v Kalifornii. Každý detektor H2RG má přibližně 4 miliony pixelů. Střední infračervené detektory mají každý asi 1 milion pixelů. Projekt Webbova teleskopu rozšířil stav techniky v oblasti infračervených detektorů tím, že byla vyrobena pole, která mají nižší šum, větší formát a delší životnost než jejich předchůdci.

Obrázek ukazuje zarovnání 18 světelných bodů podle tvaru zrcadla. Jednotlivé segmenty jsou označeny. Zdroj: NASA, úprava autor

Kdy byla zveřejněna úplně první fotografie? 
K seřízení teleskopu bylo třeba najít vhodný cíl, a my už jsme si řekli, že byla vybrána hvězda HD 84406 v souhvězdí Velké medvědice. První snímky byly zveřejněny 11. února 2022. Na úplně prvním snímku je vidět 18 světelných bodů, což je produkt nezarovnaných segmentů, které odráží světlo jediné hvězdy na různá místa sekundárního zrcadla. Tým poté tyto body zarovnal do plánované šestiúhelníkové formace. Tento proces je nutný k zarovnaní zrcadel. Následuje druhá fáze, během níž se opraví velké chyby polohování zrcadlových segmentů a aktualizuje zarovnání sekundárního zrcadla, takže každý jednotlivý bod hvězdného světla bude poté více zaostřený. Ve třetí fázi dojde ke spojení všech 18 bodů do jednoho. 

Proč byl zvolen šestiúhelníkový tvar zrcadel?
Šestiúhelníkový tvar umožňuje vytvořit zhruba kruhové segmentové zrcadlo s vysokým faktorem vyplnění. Vysoký faktor vyplnění znamená, že segmenty do sebe zapadají bez mezer. Kdyby byly segmenty například kruhové, byly by mezi nimi velké mezery. A konečně je žádoucí přibližně celkový kruhový tvar zrcadla, protože ten soustředí světlo do nejkompaktnější oblasti na detektorech. Například oválné zrcadlo by poskytlo obrazy protáhlé v jednom směru. Čtvercové zrcadlo by poslalo velkou část světla mimo centrální oblast.

Základní astronomické pojmy

Jak budou vypadat první galaxie, které vznikly po velkém třesku?

Vesmír se rozpíná a tato expanze je pozorovatelná díky tzv. rudému posunu. Obrázek názorně ukazuje, kam JWST dohlédne. Zdroj: NASA, ESA a L. Hustak (STScI)

Současné teorie vzniku galaxií naznačují, že proces zrodu těchto rozsáhlých hvězdných soustav může být velmi bouřlivý a bude miliardkrát jasnější než naše Slunce. Takové události mohou zůstat viditelné na vysoce posunutých vlnových délkách. To znamená, že ačkoli je velká část vzniklé energie vyzařována v ultrafialovém pásmu, v době, kdy se k nám dostane, bude kvůli extrémní vzdálenosti (v prostoru a čase) od současnosti posunuta do infračerveného pásma. Výzkum, také naznačuje, že dříve než galaxie vznikaly hvězdy, ale na výsledky a potvrzení si musíme počkat.

Co je to rudý posuv a jak se měří?
Červený posuv je speciální astronomický případ fyzikálního jevu zvaného Dopplerův jev (podle Christiana Dopplera 1803-1853). Dopplerův jev nastává, když se zdroj vlny (zvuk nebo světlo) pohybuje vzhledem k pozorovateli. Když se zdroj pohybuje směrem k pozorovateli, vlny přicházejí dříve než v nehybném případě a vrcholy vln přicházejí blíže k sobě (zvuk má větší výšku nebo světlo je modřejší). Pokud se zdroj od pozorovatele vzdaluje, vlny se více protahují (zvuk má nižší výšku nebo světlo je červenější). Dopplerův jev je u zvuku zřetelně slyšet. Patrný je například u projíždějícího vozidla se sirénou.

V astronomii se většina galaxií od nás vzdaluje, protože vesmír se rozpíná, takže světlo z galaxií vykazuje rudý posuv. Čím je galaxie od nás vzdálenější, tím rychleji se pohybuje a tím větší je její rudý posuv. Jak souvisí rudý posuv se vzdáleností objektu, závisí na rychlosti rozpínání vesmíru, geometrii vesmíru a energetickém obsahu vesmíru (zpomalování nebo zrychlování rozpínání). Určení těchto hodnot je důležitým předmětem zkoumání současné astronomie. Červené posuvy se měří pomocí měření spekter elektromagnetického záření (rentgenové, ultrafialové, viditelné a infračervené světlo, mikrovlny, rádiové vlny atd.) astronomických objektů. Fyzikální procesy v atomech a molekulách, z nichž se skládají hvězdy a galaxie, způsobují, že spektra mají určité rozpoznatelné rysy na velmi specifických vlnových délkách. Vlnové délky těchto atomových a molekulárních absorpčních nebo emisních čar lze měřit velmi přesně. Změřením pozorované vlnové délky prvku ve spektru galaxie a jejím porovnáním se známou vlnovou délkou vyzařované čáry mohou astronomové změřit Dopplerův posun galaxie. O galaxiích se říká, že mají červený posuv 1 pokud se jejich spektrální prvky posunuly na dvojnásobnou vlnovou délku. Pokud se jejich rysy posunuly na 3 krát delší vlnovou délku, mají rudý posuv 2 atd. Webb je určen k pozorování galaxií s červeným posuvem 15 a více, u nichž je ultrafialové světlo posunuto do infračervené oblasti.

Co je to světelný rok? A co je to parsek?
Světelný rok je vzdálenost, kterou světlo urazí za jeden rok, přibližně 9 460 000 000 000 km. Protože cesta světlu trvá stejně dlouho jako vzdálenost ve světelných letech, můžeme říci, že když se díváme na objekt vzdálený milion světelných let, vidíme ho tak, jak vypadal před milionem let. Pohled do hlubokého vesmíru je tedy zároveň pohledem daleko do minulosti. Astronomové obvykle používají pro měření krátkých vzdáleností astronomickou jednotku (Au, střední vzdálenost Země od Slunce). A pro velké vzdálenosti jednotku parsek. Jeden parsek se rovná přibližně 3,26 světelného roku. Jeden parsek je tedy vzdálenost, z níž má 1 astronomická jednotka (1 au) úhlový rozměr jedné vteřiny. Vzdálenosti mezi galaxiemi se měří v megaparsecích (Mpc) neboli milionech parseků.

Co je to mikrometr? Co je to mikron?
Mikrometr (μm), nazývaný též mikron, je miliontina metru nebo tisícina milimetru. Pro srovnání: Průměr lidského vlasu je asi 100 mikrometrů. Vlnová délka infračerveného záření se obvykle vyjadřuje v mikrometrech. Tisícině mikrometru se říká nanometr.

Co je to oblouková minuta? Co je oblouková vteřina?
Obloukové vteřiny a obloukové minuty se používají k měření velmi malých úhlů. Oblouková minuta je 1/60 stupně a oblouková vteřina je 1/60 obloukové minuty, tedy 1/3600 stupně.

Co je infračervené záření?
Infračervené záření je jedním z mnoha typů světla, které tvoří elektromagnetické spektrum. Infračervené záření se vyznačuje vlnovou délkou delší než viditelné světlo (400-700 nanometrů, tj. 0,4-0,7 mikrometru). Astronomové obecně dělí infračervenou část elektromagnetického spektra na tři oblasti: blízkou infračervenou (0,7-5 mikrometrů), střední infračervenou (5-30 mikrometrů) a vzdálenou infračervenou (30-1000 mikrometrů). Webb bude citlivý na blízké a střední infračervené záření.

Co je elektromagnetické spektrum?
Většina informací, které máme z vesmíru, pochází ze světla. Sluneční světlo (a světlo hvězd) se skládá z mnoha různých barev. Pokud si vybavíte přebal jednoho z nejznámějších alb hudební historie od kapely Pink Floyd: Dark Side Of The Moon, tak věřte, že jde o rozklad světla hranolem. Hranol rozděluje světlo na jednotlivé barvy duhy, neboli viditelné světelné spektrum. Světlo, které vidíme, však představuje jen velmi malou část elektromagnetického spektra. Hned za fialovým světlem je světlo s ještě kratší vlnovou délkou, které se nazývá ultrafialové, a za ním rentgenové světlo a gama záření s vlnovou délkou milionkrát kratší než u viditelného světla. Podobně hned za červeným světlem je světlo, které nazýváme infračervené, a za ním mikrovlny a rádiové vlny s vlnovou délkou milionkrát delší než u viditelného světla. Vlnová délka přímo souvisí s množstvím energie, kterou vlny přenášejí na jeden foton. Foton je základní částice elektromagnetické energie. Čím kratší je vlnová délka záření, tím vyšší je energie každého fotonu. Ačkoli se energie fotonu nesená jednotlivými vlnovými délkami liší, všechny formy elektromagnetického záření se pohybují rychlostí světla. Ve vakuu přibližně 300 000 km za sekundu.

Jak naše atmosféra blokuje infračervené záření z vesmíru?
Na zemský povrch se dostanou jen některé části elektromagnetického spektra (veškeré světlo od gama záření až po rádiové vlny). Naše atmosféra velkou část tohoto světla pohlcuje. Viditelné světlo, rádiové vlny a několik malých rozsahů infračervených vlnových délek proniká. Gama záření, rentgenové záření a většina ultrafialového a infračerveného záření nikoli. Proto jsou infračervené teleskopy umísťovány do vysokých a suchých míst jako je třeba Mauna Kea na Havaji, aby mohly pozorovat co nejvíce infračerveného záření. Jediný způsob, jak studovat celý rozsah infračerveného záření (stejně jako gama záření, rentgenové záření a ultrafialové záření), je umístit teleskop ve vesmíru vysoko nad atmosférou. Pouze část (ne všechno) infračerveného záření o velikosti 1 až 40 mikrometrů se dostane na zemský povrch. Většinu zbytku pohlcuje vodní pára v naší atmosféře. Infračervené záření v menší míře pohlcují také oxid uhličitý, ozón a molekuly kyslíku.

Webb a veřejnost

Budu si moci prohlédnout fotografie pořízené Webbem?
Ano. Veřejnost má přístup k mnoha nádherným snímkům oblohy, které pořídil Hubbleův dalekohled prostřednictvím webových stránek hubblesite.org, které spravuje Space Telescope Science Institute (STScI). Snímky v galerii a vědecké výsledky jsou také prezentovány v balíčcích, které mohou využívat muzea, či učitelé. Vědecké objevy Hubbleova dalekohledu jsou vysvětleny v tiskových zprávách. Webbovy snímky a objevy budou prezentovány stejným způsobem a budou zpřístupněny veřejnosti, učitelům i tisku.

Budou snímky JWST vypadat stejně dobře jako Hubbleovy?
Ano! Ostatně podrobnější odpověď na tuto otázku již byla zodpovězena v jiném dílů série o JWST. Naleznete jí zde.

Byl start rakety s JWST vysílán a existuje záznam z této události?
Ano, Webb odstartoval z komplexu ELA-3 společnosti Arianespace na evropském kosmodromu poblíž Kourou ve Francouzské Guyaně v Jižní Americe. Start byl vysílán živě do celého světa. Přenos jsme sledovali také my, a náš šéfredaktor Dušan Majer ho pro Vás obohatil svým komentářem. Tento záznam, lze nalézt zde.

Kolik stál JWST?
Náklady NASA na vybudování, vypuštění a uvedení observatoře do provozu činí 8,8 miliardy dolarů. Pět let provozu vyjde na 860 milionů dolarů. Plánovaná životnost byla nejméně 5 let a celkové náklady na toto období vyčísleny na 9,66 miliardy dolarů. Je třeba poznamenat, že zařízení nemusí být nutně omezeno na 5 let provozu, ale byl to minimální požadavek. Dnes víme, že JWST bude schopen pracovat i 20 let. Částka tedy není konečná. Největší část financí poskytla NASA následuje ESA a CSA.

Kam mohu poslat své nápady a otázky?
Vědci projektu JWST na GSFC a STScI se vždy zajímají o dobré nápady a rádi zodpoví i nejrůznější dotazy. Pokud jste profesionál nebo píšete za vědecké pracoviště, tak lze napsat na: [email protected]. Veřejnost může  posílat své dotazy na adresu: [email protected].

Důležité odkazy:
https://www.jwst.nasa.gov
https://cs.wikipedia.org/wiki/dalekohled_Jamese_Webba
https://webbtelescope.org
https://www.stsci.edu/jwst
https://kosmonautix.cz/stitek/faq
https://www.flickr.com/photos/nasawebbtelesc/albums

Skutečná mise je ovšem teprve na začátku, a ty nejdůležitější otázky budou jistě teprve položeny. Konec.

Poznámka: Seriál vznikl z velké části z tohoto článku z webu NASA. Nejde ovšem o jeho přesný překlad. Odpovědi byly významně rozšířeny a aktualizovány o nejnovější poznatky. Některé otázky se v původním článku NASA vůbec nenacházejí. Celá řada odpovědí byla upravena. 

Touto cestou bych také rád poděkoval za cenné informace Jiřímu Hadačovi a Dušanu Majerovi. Dále pak Antonínovi Studenému za inspiraci při hledání otázek. Děkuji moc!

Pokud máte jakékoli dotazy neváhejte kontaktovat autora na [email protected]

Zdroje obrázků:
https://skyandtelescope.org/wp-content/uplo.jpg
https://blogs.nasa.gov/webb/wp-content/up.jpeg
https://jwst-docs.stsci.edu/files/97976981/.png
https://live.staticflickr.com/7812/404703883.jpg
https://live.staticflickr.com/65535/5141220.jpg

Zdroje informací:
https://jwst.nasa.gov/content/about/faqs/faq.html
https://jwst.nasa.gov/content/forScientists.html
https://jwst.nasa.gov/content/forScientists.html
https://webb.nasa.gov/content/about/html
https://www.nasa.gov/content/goddard/webb
https://directory.eoportal.org/web/eoportal/jwst
https://www.ariane.group/en/news/how-lagrange-point
https://jwst.nasa.gov/content/about/orbit.html
https://www.indiatoday.in/science/story/where
https://blogs.nasa.gov/webb/2021/11/18/webbs-fgs-and-niriss-instrument-are-ready-for-launch
https://www.jwst.nasa.gov/content/observatory/instruments/fgs.html
https://www.jwst.nasa.gov/content/observatory/instruments/miri.html
https://www.jwst.nasa.gov/content/observatory/instruments/nirspec.html
https://www.jwst.nasa.gov/content/observatory/instruments/nircam.html
https://www.popularmechanics.com/space/solar-system/news/a27946/james-webb-space-telescope-europa-enceladus
https://wonderdome.co.uk/qa-james-webb-space-telescope
https://www.ukforum.cz/rubriky/veda/8170-cesi-stali-u-zrodu-magneticke-funkcnosti-jws-teleskopu
https://webb.nasa.gov/content/about/innovations/microshutters.html
https://blogs.nasa.gov/webb/2022/02/18/webb-team-brings-18-dots-of-starlight-into-hexagonal-formation
https://jwst-docs.stsci.edu/jwst-observatory-hardware/jwst-telescope
https://wonderdome.co.uk/qa-james-webb-space-telescope
https://www.stsci.edu/jwst
https://kosmonautix.cz
http://web.natur.cuni.cz/~uhigug/kletetschka/JhabvalaetalPSI69590C.pdf
https://archive.ph/20120805184514/http://www.stsci.edu/jwst/ote/mirrors
https://calhoun.nps.edu/handle/10945/63118
https://web.natur.cuni.cz/uhigug/kletetschka/LietalSPIE66872007.pdf