V září 2022 pozoroval Teleskop Jamese Webba, jak americká sonda DART (Double Asteroid Redirection Test) záměrně narazila do malé planetky, čímž došlo k historicky prvnímu reálnému testu metody planetární obrany. V dnešním článku se k tomuto pozorování vrátíme díky povídání od Stefanie Milam, vědkyně zapojené do projektu JWST z Goddardova střediska. Ta se totiž pro blog věnovaný aktualitám kolem teleskopu zavzpomínala, jak se svými kolegy připravovala toto jedinečné pozorování. Náš článek je českým překladem tohoto anglického originálu.

K tomu, abychom mohli pozorovat náraz sondy DART, bylo potřeba, aby JWST překročil požadované a otestované možnosti celé observatoře. Už před jeho startem astronomové plánovali, že Webbův teleskop využijí k pozorování objektů Sluneční soustavy. To znamenalo, že teleskop musí být navržen tak, aby mohl sledovat objekty, které se vůči hvězdnému a galaktickému pozadí pohybují. To nebylo jednoduché vzhledem k tvaru celé observatoře, která leckomu připomíná plachetnici – primární zrcadlo v takovém případě evokuje plachtu. Bylo to něco, co jsme chtěli simulovat jak před startem, tak i během uvádění do provozu. Museli jsme se ujistit, že dokážeme sledovat tyto pohyblivé objekty se stejnou přesností, jakou máme při pozorování statických objektů.

Běžně se k tomu využívá speciální přístroj FGS (Fine Guidance Sensor), díky jehož pozorováním se JWST „uzamkne“ na takzvanou vodící hvězdu, aby zůstal s velkou přesností otočený v prostoru směrem k pozorovanému objektu. Pozorování pohyblivých objektů vyžaduje aby se vodící hvězda pohybovala v zorném poli FGS přesně vypočítaným tempem pozorovaného objektu. Tím je zajištěno, že pozorovaný objekt zůstane v aktivním vědeckém přístroji stacionární. To ale také znamená, že se hvězdy a galaxie v pozadí snímku pohyblivého objektu posunou. Trochu se to dá přirovnat k fotkám závodního automobilu, který je na snímcích krásně ostrý, zatímco diváci v pozadí snímku připomínají rozmazané pruhy.

Pečlivě jsme spolupracovali s týmem zodpovědným za FGS i s inženýry, kteří mají na starost letový software observatoře, abychom zajistili, že předletové simulace observatoře prokáží schopnost sledování objektů s limitní rychlostí odpovídající planetě Mars, tedy 30 obloukovým milivteřinám za sekundu (milliarcseconds per second = mas/s). To je pro lepší představu rychlost, při které by se objekt na obloze posunul na vzdálenost odpovídající průměru Měsíce v úplňku za necelých 17 hodin! Když Webbův teleskop startoval, počítalo se právě s tímto rychlostním limitem. Jenže vědci studující Sluneční soustavu, zvláště pak ti, kteří studují rychle se pohybující tělesa jako jsou planetky, komety či mezihvězdné objekty, opravdu hodně chtěli pozorovat objekty, které se pohybují rychleji než Mars. Samozřejmě bychom MOHLI pozorovat tyto objekty, pokud by byly dále od Země a tudíž by se pohybovaly pomalu. Ale tato podmínka není v souladu s obdobími, kdy jsou pozorování těchto objektů nejzajímavější – třeba když kometám roste aktivita.

Proto jsme se rozhodli, že nejen potvrdíme, že Webb může během uvádění do provozu sledovat objekty s rychlostí, která byla stanovena před letem, ale také ukážeme, že observatoř je schopna sledovat mnohem rychlejší tělesa. Začali jsme pomalu – první planetkou byla 6481 Tenzing s rychlostí pouhých 5 mas/s. Všechny tyto testy byly úspěšné a potvrdili jsme, že Webbův teleskop je opravdu velmi dobrý při sledování pohybujících se objektů s rychlostí až 67 mas/s (cca 241 obloukových vteřin za hodinu). To byla pro všechny vědce, kteří chtěli použít JWST k pozorování Sluneční soustavy, úžasná zpráva!

Další výzvou, která na nás čekala, bylo, když se v rámci Programu garantovaného pozorovacího času plánovala studie nárazu sondy DART. Koordinátor mise, Tony Roman ze Space Telescope Science Institute, chtěl zkusit sledovat dvojplanetku Didymos, do které měla DART narazit, pomocí Webbova teleskopu. To by však vyžadovalo rychlost pohybu přes 100 mas/s (cca 360 obloukových vteřin (1 oblouková minuta) za hodinu)! „Sledování pomalejším tempem, než se pohybuje Didymos, by vedlo k rozmazaným snímkům. Pokud bychom dokázali sledovat Dimorphos s jeho rychlostí, mohli bychom z této jedinečné příležitosti vytěžit maximum,“ popisuje Roman.

Potřebná rychlost však byla výrazně vyšší, než rychlosti ověřené během uvádění do provozu. Zástupci projektu však byli přesvědčeni, že bychom to měli zkusit v zájmu podpory jiné americké mise a ve spolupráci se souběžnými pozorováními Hubbleovým teleskopem. Na letovém simulátoru jsme připravili testovací scénáře, abychom prověřili, zda software a hardware dokáží zvládnout tohle superrychlé sledovací tempo. Systém se několikrát ladil za účelem optimalizace jeho parametrů, ale i kvůli tomu, aby vůbec bylo jisté, že zvládne sledovat objekty pohybující se tak rychle.

Jakmile jsme měli k dispozici výsledky ze simulátoru, naplánovali jsme inženýrské testy přímo na teleskopu. Konkrétně šlo o dvě pozorování blízkozemní planetky 2010 DF1 s rychlostmi 324 a 396 obloukových vteřin za hodinu. Šlo o nejrychlejší a také nejjasnější planetku v zorném poli JWST, na kterém jsme mohli testovat rychlosti srovnatelné s těmi při nárazu DARTu. Když jsme zvládli sledovat tuhle planetku, bylo nám jasné, že zvládneme pozorovat dopad DARTu. Tyhle testy se přitom prováděly pouhé dva týdny před datem nárazu DART do Dimorphosu!

Pozorování ke sledování nárazu DARTu byla připravena a nahrána do paměti teleskopu. Ve stanovený čas, jen krátce před nárazem byla spuštěna sekvence pozorování, která nakonec byla úspěšná. Když data z měření dorazila na Zemi, pustil se Ian Wong z Goddardova střediska do rychlé, ale i přesto pečlivé analýzy, která potvrdila, že pozorování při supervysoké rychlosti byla úspěšná! Prokázali jsme, že můžeme s JWST plánovat události jako je náraz DARTu a navíc jsme získali krásné výsledky. Během analýzy dat z nárazu jsme potvrdili, že jsme schopni Webbovým teleskopem sledovat pohyb objektů pohybujících se rychlostí přes 100 mas/s (360 úhlových vteřin za hodinu). Takto vysokých rychlostí však nebudeme běžně využívat. Pozorování sice bylo úspěšné, ale také mimořádně náročné z hlediska plánování a řešení harmonogramu. Při těchto rychlostech zůstávají vodící hvězdy v zorném poli FGS jen po krátkou dobu. To znamená, že pro realizaci delších pozorování bychom museli využít více vodících hvězd, přičemž přechod z jedné vodící hvězdy na druhou výrazně navyšuje komplexnost a neefektivitu. Ve výsledku jsme proto rozhodli o navýšení limitu Webbova teleskopu na rychlost 75 mas/s pro budoucí pozorování, ale se speciálním povolením je možné zažádat i o pozorování s rychlostmi do 100 mas/s.

Přeloženo z:
https://blogs.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://quanz-group.ethz.ch/…/image.imageformat.lightbox.1059806332.jpg
https://jwst-docs.stsci.edu/files/97976991/97976992/1/1596073037328/fgs_optical_layout.png
https://www.nasa.gov/../thumbnails/image/stsci-01ge3by19gp1z0sp96ae53q780.gif
https://blogs.nasa.gov/webb/wp-content/uploads/sites/326/2023/02/DartGifimage001.gif