Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba otworzy nowe okno w astronomii. Poznamy wszechświat w podczerwieni

Potężne 6,5-metrowe berylowe zwierciadło główne teleskopu, pokryte bardzo cienką warstwą złota, pozwoli astronomom spojrzeć ku najodleglejszym obiektom obserwowalnego wszechświata. Promieniowanie od tych obiektów potrzebowało tyle czasu, aby dotrzeć do nas, że obecnie możemy obserwować je takimi, jakie były 13,6 mld lat temu. Zważając na fakt, że wszechświat ma ok. 13,7 mld lat, będziemy mogli zobaczyć, jak wyglądał wszechświat kiedy powstawały pierwsze galaktyki.

Dotychczas takich galaktyk nie byliśmy w stanie dostrzec z kilku względów. Między Ziemią a najodleglejszymi galaktykami we wszechświecie znajdują się ogromne ilości pyłu kosmicznego, który jest nieprzezroczysty w zakresie promieniowania widzialnego. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba nie będzie miał tego problemu, bowiem promieniowanie podczerwone bez problemu przenika przez obłoki pyłu i może docierać do teleskopu.

Co więcej, najodleglejsze galaktyki, na skutek rozszerzania się wszechświata, oddalają się od nas z ogromną prędkością, przez co wyemitowane przez nie promieniowanie widzialne, po drodze do Ziemi zostało „rozciągnięte” i przesunięte w zakres promieniowania podczerwonego. Kosmiczny Teleskop Hubble’a obserwował wszechświat w zakresie promieniowania widzialnego oraz w bardzo bliskiej podczerwieni. Światło najodleglejszych galaktyk we wszechświecie zostało jednak po drodze do Ziemi rozciągnięte tak bardzo, że w tym zakresie nie pozostało już żadne promieniowanie. Teleskop Hubble'a nie był więc w stanie ich dostrzec. Najodleglejsza znana galaktyka GN-z11 obserwowana przez Hubble'a pochodzi z okresu 400 mln lat po Wielkim Wybuchu. Do odkrycia jeszcze odleglejszych galaktyk, z okresu 100-200 mln lat po Wielkim Wybuchu, potrzeba teleskopu czułego w zakresie dalszej podczerwieni. Takim właśnie teleskopem jest Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Naukowcy szacują, że rekord GN-z11 niepobity od ponad pięciu lat, zostanie pobity już w 2022 lub w 2023 roku.

Pierwsze galaktyki we wszechświecie to nie jedyny cel przewidywany dla JWST. Teleskop będzie w stanie badać także pierwsze etapy ewolucji gwiazd czy planet, które dotychczas skrywane były w gęstych obłokach pyłowych. Okazja zobaczenia procesu formowania protogwiazd oraz protoplanet pozwoli naukowcom wypełnić luki w wiedzy o powstawaniu gwiazd i planet.

Co więcej, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba będzie w stanie mierzyć skład chemiczny atmosfer planet podobnych do Ziemi, a krążących wokół innych gwiazd. W ten sposób, po raz pierwszy w historii będziemy w stanie określić, czy choć niektóre z tych planet sprzyjają powstawaniu życia takiego, jakie znamy z powierzchni naszej planety.

Nic więc zatem dziwnego w tym, że jednym z istotnych celów teleskopu będzie oddalony od nas o zaledwie 39 lat układ planetarny TRAPPIST-1, składający się z siedmiu planet skalistych podobnych do Ziemi. Trzy z tych planet znajdują się w tzw. ekosferze swojej gwiazdy, niewielkiego czerwonego karła. Możliwe zatem, że na ich powierzchni znajduje się woda w stanie ciekłym. To właśnie tej wody będą tam poszukiwały detektory JWST.

Warto tutaj także zauważyć, że JWST w przerwach między spoglądaniem ku granicom obserwowalnego wszechświata będzie zwracał swoje zwierciadło także w kierunku obiektów naszego kosmicznego podwórka. Naukowcy już teraz planują obserwacje Marsa, planetoid czy zewnętrznych planet Układu Słonecznego. Także i one obserwowane w podczerwieni będą w stanie dostarczyć nam ogromu informacji, których wcześniej żaden instrument nie zbierał. Astronomowie są przekonani, że obserwacje Marsa w podczerwieni przybliżą nas istotnie do odpowiedzi na pytanie o to dlaczego Mars w toku swojej ewolucji utracił wodę, a tym samym czy kiedyś istniały na nim warunki sprzyjające dla życia.

Instrumenty zainstalowane na pokładzie Webba pozwolą np. zmierzyć stosunek obfitości wodoru do deuteru w atmosferze Marsa. Zważając na to, że Mars powstał z tej samej materii, z której powstała Ziemia, tenże stosunek powinien być podobny do obecnego na Ziemi. Jeżeli jednak w atmosferze Marsa jest znacznie więcej deuteru, oznacza to, że duża część wodoru została "wywiana" z atmosfery marsjańskiej w przestrzeń kosmiczną. Obecne oszacowania wskazują, że w ten sposób Czerwona Planeta straciła nawet 87 proc. swojej pierwotnej wody. Webb będzie w stanie temu zaprzeczyć lub to potwierdzić.

Warto jeszcze pamiętać o jednym: każdy nowy, przełomowy teleskop kiedykolwiek wysłany do pracy w przestrzeni kosmicznej prędzej czy później odkrywał obiekty, procesy czy zjawiska, których nikt nawet nie planował obserwować, bo nie byliśmy świadomi ich istnienia. Także i teraz naukowcy są przekonani, że Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba doskonale wywiąże się z pokładanych w nim nadziei oraz że odkryje także coś, o czego istnieniu dzisiaj nie wiemy.