Stroj času se chystá do vesmíru

Vesmírný dalekohled Jamese Webba, čili prostě Webbův kosmický teleskop, připravují tři kosmické agentury, americká NASA, evropská ESA a kanadská CSA. Nicméně celkově na jeho přípravách pracovalo přes tisíc lidí v 17 různých zemích. Na svou misi se chystá už docela dlouho, první představy počítaly s tím, že odstartuje v roce 2014. Poslední plány hovoří o vypuštění 30. března 2021 s využitím evropské rakety Ariane 5 z kosmodromu v Kourou ve Francouzské Guyaně. Vývoj kosmonautiky už dnes prostě nepostupuje tak rychle jako v době projektu Apollo. Peněz je méně a plány se dělají hodně pečlivě. I s přihlédnutím k tomu, že Webbův teleskop musí být připraven na pět až deset, a ideálně ještě víc let samostatné existence, bez možnosti návštěvy servisní mise ze Země. Webbův dalekohled představuje novou generaci teleskopů. Má navázat na činnost Hubbleova dalekohledu, který od roku 1990 létá na nízké oběžné dráze 540 km nad Zemí a zatím stále funguje. Nicméně pětkrát k němu letěli astronauti v raketoplánu, aby opravili porouchané přístroje nebo přivezli modernější aparatury a zařízení modernizovali. Oproti tomu k Webbovu dalekohledu určitě nepoletí pilotovaná lidská výprava a ani s robotickou misí zatím nikdo nepočítá.

JAKO PUZZLE

Dalekohled bude totiž umístěn v jednom z pěti libračních (Lagrangeových) bodů, což jsou místa, kde se vyrovnávají gravitační a odstředivé síly Slunce a Země tak, že zde umístěná družice vůči nim nemění polohu. V tomto případě půjde o bod L2, který leží na přímce protínající Slunce a Zemi a je vzdálen 1,5 milionu km od Země směrem dále od Slunce. Tedy asi čtyřikrát dál než náš Měsíc. Dalekohled s rozměry 22 x 12 m bude jen o málo menší než letadlo Boeing 737. Jeho sběrné zrcadlo dosáhne průměru 6,5 m (Hubbleův dalekohled má průměr 2,4 m) a vytvoří celkovou plochu 25 m2. Takhle rozsáhlý objekt se nedá dopravit vcelku, takže zrcadlo bude složeno z 18 šestiúhelníkových segmentů z pozlaceného beryllia, každý o hmotnosti 20 kg. Ve vesmíru se pak rozloží jako skládačka do požadovaného tvaru. Pohyb segmentů, který bude nastavovat zakřivení zrcadla, bude ovládán ze Země. Přistroj bude pracovat v infračerveném spektru, což je šikovné pro pozorování velmi vzdálených rychle se pohybujících objektů a také objektů s nízkou povrchovou teplotou. Neboli bude se hodit nejen k poznání vývoje raného vesmíru, vzniku hvězd a formování galaxií, ale také pro hledání exoplanet – planet ležících mimo naši Sluneční soustavu. Těch už astronomové znají přes čtyři tisíce. Mimochodem, více než polovinu z nich objevil americký vesmírný Keplerův dalekohled. Obyvatelná zóna může mít vodu Obvykle není možné pozorovat exoplanety přímo, protože je světlo jejich mateřské hvězdy přesvítí. Proto astrofyzikové obvykle vycházejí z pozorování hvězdy – pokud ji obíhá planeta, svou gravitační silou jí jakoby „cloumá“. Jinou možnost pozorování nabízí okamžik, kdy exoplaneta z pohledu pozorovatele na Zemi přechází před svou hvězdou. Tím se jasnost hvězdy sníží, což dalekohledy zjistí. Někdy pomáhá i jev zvaný „gravitační čočka“. Při něm gravitační pole nějakého hmotného útvaru (může to být blízká planeta nebo třeba vzdálená kupa galaxií) ohne a zmnohonásobí světlo nesmírně vzdálené hvězdy, která se díky tomu stane viditelná pro pozemské astronomy, a dají se u ní dokonce najít exoplanety podle už zmíněných postupů. Nejvíce astronomy zajímají planety v takzvané obyvatelné zóně. Tam teplota umožňuje existenci vody v kapalném skupenství, které je potřebné pro život našeho typu. Právě voda totiž rozpouští a přináší do buněk potřebné živiny. Objev první exoplanety v obyvatelné zóně, v jejíž atmosféře přístroje detekovaly vodní páru, oznámili astronomové v odborném periodiku Nature Astronomy v půlce letošního září. Nese označení K2-18b. Přesněji, nalezl ji Keplerův dalekohled už před třemi lety ve vzdálenosti 124 světelných let od Země, ale nyní vědci určili, že na ní bude voda, a to pravděpodobně i v kapalném skupenství, protože teploty na planetě by se měly pohybovat mezi nulou a 30 °C. I na ni by se mohl lépe podívat Webbův dalekohled, až bude ve vesmíru.

Drsné podmínky v počítači

K tomu, aby mohl dalekohled plnit své úkoly, pomáhá i Siemens. Jeho software byl použit pro převod analogových obrázků vytvořených kamerovým systémem na digitální snímky, které mohou být odeslány na Zemi. Software Siemens NX využívaný v komerční sféře pro podporu činností v konstrukci a výrobě, a doplněný aplikací Teamcenter, zase posloužil při návrhu, simulaci a pak výrobě techniky pro sledování střední části infračerveného spektra. Program Femap s rozšířeným výpočetním prostředím, vyvinutý společností Siemens, se obvykle používá při vývoji komplexních řešení, jako jsou letadla, satelity, těžká či námořní technika. Při tvorbě Webbova dalekohledu se hodil k tomu, aby simuloval spolehlivost a fungování jeho propojených komponent. Díky tomu bylo možné ještě na Zemi „vyzkoušet“, jak bude teleskop fungovat v drsných podmínkách výzkumu vesmíru, kde jeho přístroje budou pracovat v teplotě menší než 50 K, tedy −220 °C.