Στις 11 Ιουλίου του 2022 για πρώτη φορά στην ιστορία η ανθρωπότητα είδε την πιο μακρινή φωτογραφία του σύμπαντος που λήφθηκε ποτέ, μέσα από τις πρώτες εικόνες που έστειλε πίσω το πανίσχυρο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb της NASA. Σύμφωνα με το USA Today, οι συγκεκριμένες εικόνες είναι αποτέλεσμα εργασιών δεκαετιών και δισεκατομμυρίων δολαρίων που δαπανήθηκαν για να προσφέρουν μια ματιά στο σύμπαν που δεν ήταν ποτέ πριν εφικτή.

«Σήμερα είναι μια ιστορική ημέρα. Η πρώτη εικόνα από το διαστημικό τηλεσκόπιο Webb αντιπροσωπεύει μια ιστορική στιγμή για την επιστήμη και την τεχνολογία, για την αστρονομία και την εξερεύνηση του διαστήματος. Και για την Αμερική και όλη την ανθρωπότητα», δήλωσε ο πρόεδρος των Ηνωμένων Πολιτειών Τζο Μπάιντεν.

Οι εν λόγω έγχρωμες φωτογραφίες παρέχουν τη βαθύτερη ματιά που έχει μπορέσει να ρίξει η ανθρωπότητα στο σύμπαν, τόσο από άποψη χρόνου όσο και απόστασης. Τέτοιο είδος φωτογραφιών δεν ήταν εφικτό από τον προκάτοχο του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb, το τηλεσκόπιο Hubble -το τηλεσκόπιο James Webbείναι 100 φορές πιο ισχυρό από το Hubble-, το οποίο είναι πλέον άνω των 30 ετών.

Η δημιουργία του πανίσχυρου τηλεσκοπίου

Δεκατέσσερις χώρες, 29 πολιτείες των ΗΠΑ, 30 χρόνια, 10 δισεκατομμύρια δολάρια, εκατοντάδες ανθρώπινα μυαλά και πολυάριθμοι διεθνείς οργανισμοί, όπως ο Ευρωπαϊκός Διαστημικός Οργανισμός (ESA), ο Καναδικός Διαστημικός Οργανισμός (CSA), η Northrup Grumman (εργολάβος βιομηχανικής μηχανικής) για την κατασκευή φυσικών στοιχείων και πολλά, πολλά άλλα. Αυτά χρειάστηκαν για να ζωντανέψει το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST), το οποίο είναι πραγματικά το πιο προηγμένο θαύμα της μηχανικής που παρήχθη ποτέ από ανθρώπινα χέρια.

Το JWST εκτοξεύτηκε την ημέρα των Χριστουγέννων του 2021, όπως αναφέρει το BBC. Πολύ μεγάλο για να εκτοξευθεί στο διάστημα στην τελική του μορφή, που θα έβλεπε τον ουρανό, στάλθηκε διπλωμένο σαν οριγκάμι, ενώ σε καμία περίπτωση δεν μοιάζει με κάτι που μπορεί να φανταστεί κανείς ως «τηλεσκόπιο».

Πρόκειται για το μεγαλύτερο τηλεσκόπιο που έχει σταλεί ποτέ στο διάστημα, σύμφωνα με το USA Today, ενώ έχει περίπου το μέγεθος ενός γηπέδου τένις και μετράει τρεις ορόφους σε ύψος. Οι εργασίες για την κατασκευή του βρισκόταν σε εξέλιξη για 14 χρόνια και, σύμφωνα με το Engadget, μόλις έφτασε στο διάστημα χρειάστηκαν έξι μήνες για να βαθμονομηθεί πριν να είναι έτοιμο να λάβει και να αναμεταδώσει τις πρώτες του εικόνες.

Η μία πλευρά του -η «σκοτεινή»– είναι ένας γιγαντιαίος, εξαγωνικός, φωτοσυλλέκτης βηρυλλίου που αποτελείται από 18 μικρότερα εξάγωνα. Η άλλη πλευρά αποτελείται από πέντε στρώματα ηλιακών ασπίδων που είναι πάντα στραμμένες προς τον ήλιο –η «φωτεινή» πλευρά. Οι ασπίδες φορτίζουν το τηλεσκόπιο και προστατεύουν, επίσης, τους φωτοσυλλέκτες στη σκοτεινή πλευρά, ώστε να μπορούν να κοιτάζουν στο διάστημα όπως ένας θεατής σε μια κινηματογραφική αίθουσα με χαμηλό φωτισμό.

Ολόκληρο το κινητό, αστρικό παρατηρητήριο -για τέτοιο πρόκειται στην πραγματικότητα- στάλθηκε στο διάστημα και ξεδιπλώθηκε εξ αποστάσεως, κομμάτι-κομμάτι, ενώ, σύμφωνα με το grunge.com, πρόκειται να φέρει επανάσταση στην κατανόηση αυτού του τεράστιου κενού που αποκαλούμε σπίτι μας για την επόμενη δεκαετία.

Πού βρίσκεται το τηλεσκόπιο James Webb

Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb διαφέρει από τον προκάτοχό του, το τηλεσκόπιο Hubble, με πολλούς τρόπους, αλλά ένας από τους σημαντικότερους είναι το πού βρίσκεται. Σύμφωνα με τη NASA, το τηλεσκόπιο Hubble βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τη Γη σε απόσταση περίπου 570 χλμ. πάνω από την επιφάνεια του πλανήτη. Το τηλεσκόπιο James Webb βρίσκεται πολύ πιο μακριά από τη Γη από ό,τι το Hubble. Στην πραγματικότητα, το τελευταίο τηλεσκόπιο της NASA απέχει 1,5 εκατομμύριο χιλιόμετρα από τη Γη.

Αν και βρίσκεται σε τροχιά γύρω από το φεγγάρι, χρησιμοποιεί τη συνδυασμένη βαρυτική έλξη του ήλιου και της Γης για να παραμείνει συγχρονισμένο με τη Γη. Συνήθως ένα αντικείμενο που βρίσκεται πιο μακριά από τον ήλιο θα χρειαζόταν περισσότερο χρόνο για να ολοκληρώσει τον περίπλου γύρω από τον ήλιο, αλλά οι συνδυασμένες βαρυτικές έλξεις του επιτρέπουν να συμβαδίζει με την τροχιά της Γης. Η θέση που το επέτρεψε αυτό είναι γνωστή ως L2.

Αυτό επιτρέπει, επίσης, την εύκολη επικοινωνία από το τηλεσκόπιο πίσω στη Γη, χάρη σε μια σειρά τριών κεραιών που είναι διασκορπισμένες σε όλο τον κόσμο. Η μία βρίσκεται στην Ισπανία, η άλλη στην Αυστραλία και η τελευταία στην Καλιφόρνια.

Κοιτάζοντας μέσα στο χρόνο προς τη Μεγάλη Έκρηξη

Σύμφωνα με όσα είπε ο Dr. John Mather, νομπελίστας επιστήμονας και ανώτερος επιστήμονας του προγράμματος του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb, στο SmarterEveryDay στο YouTube, το JWST θα μας επιτρέψει να δούμε τα πρώτα αστέρια και γαλαξίες του σύμπαντος, τις πρώτες μαύρες τρύπες, εικόνες που σχετίζονται με τον τρόπο σχηματισμού των άστρων και των μαύρων τρυπών, τον τρόπο λειτουργίας των ηλιακών συστημάτων, τους εξωπλανήτες (πλανήτες γύρω από άλλους ήλιους), το τι κάνει τη Γη ξεχωριστή (αν υπάρχει), αποδείξεις για αντικείμενα και φαινόμενα που τώρα είναι μόνο θεωρητικά και πολλά άλλα. Ορισμένοι έχουν προτείνει ότι το JWST θα μπορούσε ακόμη και να «δει» ουσιαστικά την ίδια τη Μεγάλη Έκρηξη.

Είναι εντυπωσιακό, επίσης, και το ότι το JWST θα μας επιτρέψει ακόμη και να κοιτάξουμε ουσιαστικά μέσα από αντικείμενα, όπως τα νέφη αερίων. Τα μεγαλύτερα μήκη κύματος, όπως το υπέρυθρο, αναπηδούν λιγότερο, και λίγο-πολύ περνούν μέσα από το φως με μικρότερα κύματα. Με αυτόν τον τρόπο, όπως δείχνει το Royal Museums Greenwich, το JWST συμπληρώνει την εστίαση του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble στο υπεριώδες και το ορατό φως.

Ασπίδες στον ήλιο, καθρέφτες στο σκοτάδι

Η μηχανική του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb είναι πραγματικά αξιοθαύμαστη. Όπως εξηγεί η NASA, οι μεγάλοι, εξαγωνικοί συλλέκτες φωτός στη σκοτεινή πλευρά του έχουν σχεδιαστεί για να παράγουν όσο το δυνατόν πιο μαζική εικόνα. Το φως ανακλάται από αυτούς σε ένα δεύτερο, πολύ μικρότερο κάτοπτρο που τοποθετείται πρόσωπο με πρόσωπο με το μεγάλο. Αυτό το κάτοπτρο αντανακλά το φως σε ένα άνοιγμα μέσα στο κύριο σώμα του τηλεσκοπίου (το «πακέτο οργάνων»), το οποίο στέλνει το φως σε ένα τέταρτο, «λεπτό κατευθυντικό» κάτοπτρο που προσαρμόζεται στην κίνηση του τηλεσκοπίου.

Ολόκληρη η συσκευή κατόπτρων αναφέρεται ως «αναστιγματικό» τηλεσκόπιο με τρία κάτοπτρα, επειδή διορθώνει τον «αστιγματισμό» του τηλεσκοπίου, ακριβώς όπως οι ατέλειες του ανθρώπινου ματιού που βασίζονται σε φακούς.

Το κύριο σώμα του JWST προεξέχει στη φωτεινή πλευρά του τηλεσκοπίου που είναι στραμμένη προς τον ήλιο. Περιέχει όλους τους αισθητήρες της κάμερας, τα ηλεκτρονικά, τα τροφοδοτικά, τις δεξαμενές καυσίμων, τους πομπούς, τους δέκτες και τους υπολογιστές που είναι απαραίτητα για τη λειτουργία ολόκληρου του τηλεσκοπίου.

Το JWST χρησιμοποιεί, επίσης, πυραυλοκινητήρες για να διατηρεί την τροχιά του και πράγματα που ονομάζονται «τροχοί αντίδρασης» για να ρυθμίζει τον προσανατολισμό του, εξηγεί το Universe Today. Σιγά-σιγά, όμως, η πίεση από το ηλιακό φως (ηλιακή ακτινοβολία) θα χαλάσει τον προσανατολισμό του JWST στο διάστημα. Έτσι, το JWST διαθέτει ένα ενσωματωμένο πλαίσιο από μικρούς τροχούς που περιστρέφονται για να ελέγχουν τη γωνιακή ορμή του τηλεσκοπίου. Οι περιστρεφόμενοι τροχοί ρυθμίζουν ανά πάσα στιγμή τον προσανατολισμό του τηλεσκοπίου, παρόμοια με τον τρόπο που ένας μοτοσικλετιστής επιταχύνει ή φρενάρει στον αέρα για να ελέγξει τη μύτη της μοτοσικλέτας ή με τον τρόπο που μια γάτα περιστρέφεται στον αέρα για να προσγειωθεί στα πόδια της.

Φτιαγμένο από ολόκληρο τον κόσμο

Εκτός από τον τρόπο λειτουργίας του, ακόμα και μόνο η παραγωγή του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb ήταν ένα μνημειώδες κατόρθωμα συνεργασίας και ευφυΐας. Κάθε εμπόδιο και δυσκολία στη διαδικασία σχεδιασμού ξεπεράστηκε μέσω νέας τεχνολογίας, ειδικά κατασκευασμένων εξαρτημάτων και αδιάβλητων μεθόδων δοκιμών.

Τα κάτοπτρα βηρυλλίου, τα οποία σύμφωνα με τον Dr. John Mather στην εκπομπή SmarterEveryDay (στο YouTube) ήταν το πιο δύσκολο μέρος για να κατασκευαστούν, κατασκευάστηκαν από τρεις διαφορετικούς υπεργολάβους, όπως αναφέρει η NASA. Τα άλλα εξαρτήματα, συμπεριλαμβανομένου του πακέτου οργάνων και της ηλιακής ασπίδας, κατασκευάστηκαν από τη Northrop Grumman, τον κύριο βιομηχανικό ανάδοχο της NASA. Το λογισμικό και άλλα εξαρτήματα παρασχέθηκαν από διάφορους παγκόσμιους οργανισμούς.

Για να διασφαλιστεί ότι το τηλεσκόπιο δεν θα διαλυθεί κατά την εκτόξευση, δοκιμάστηκε σε ένα θάλαμο δονήσεων που περιέχει το μεγαλύτερο subwoofer των ΗΠΑ για να μιμηθεί τον βρυχηθμό των πυραύλων (140 ντεσιμπέλ). Κάθε εξάρτημα μέχρι και τα κυριολεκτικά «παξιμάδια και βίδες» δοκιμάστηκε σε μια γιγαντιαία θερμική δεξαμενή στο Goddard Space Flight Center, την εγκατάσταση σχεδιασμού και δοκιμών του JWST στο Μέριλαντ, για να διαπιστωθεί αν θα μπορούσαν να αντέξουν την πίεση και τη θερμοκρασία του διαστήματος.

Το τηλεσκόπιο τοποθετήθηκε, επίσης, με μια γιγαντιαία φυγόκεντρο για να προσομοιωθούν οι δυνάμεις g κατά την εκτόξευση. Αναπτύχθηκε ακόμη και τεχνολογία που μοιάζει με αεροπλάνο τύπου hovercraft απλώς για τη μεταφορά του τηλεσκοπίου, μέσα σε ένα απόλυτα αποστειρωμένο «καθαρό δωμάτιο», από το σημείο Α στο Β.

Ξαναγράφοντας την ιστορία του σύμπαντος

Όπως αναφέρει το Sci Tech Daily, το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb έφτασε στην τελική του θέση περίπου στις 2 μ.μ., στις 24 Ιανουαρίου του 2022, μετά από περίπου ένα μήνα διαστημικού ταξιδιού. Οι επιστήμονες πίσω στη NASA οδήγησαν το JWST στην τροχιά του γύρω από το σημείο Lagrange 2 (L2) στην άλλη πλευρά του φεγγαριού, αναπτύσσοντας τις διαστημικές ασπίδες του στην πορεία και ξεδιπλώνοντας τα τμήματα των κατόπτρων του. Χρειάστηκε μια πεντάλεπτη καύση πυραύλου με ταχύτητα 3,6 μιλίων ανά ώρα (1,6 μέτρα ανά δευτερόλεπτο) για να σπρώξει το παρατηρητήριο στο ιδανικό σημείο.

Η NASA έχει μεταδώσει, ζωντανά, κάθε βήμα του ταξιδιού του JWST στο YouTube, ξεκινώντας από την εκτόξευσή του στις 25 Δεκεμβρίου του περασμένου έτους και περιλαμβάνοντας την ανάπτυξη της ηλιακής ασπίδας και την ανάπτυξη του δευτερεύοντος κατόπτρου.

Τώρα, λοιπόν, που το JWST είναι στη θέση του, τι να περιμένουμε; Σύμφωνα με το grunge.com, οΟρισμένοι ερευνητές, όπως ο Ken Semback αναφέρει στο Telescope Science Institute, έχουν προτείνει ότι ο ανθρώπινος νους δεν μπορεί να φανταστεί τις ανακαλύψεις που μπορεί να κάνει και ότι τα ευρήματα του τηλεσκόπιου μπορεί να ξεπεράσουν τις γνώσεις μας.