Lodowy książę. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba będzie naprawdę zimny
Już 22 grudnia po latach opóźnień w przestrzeń kosmiczną poleci najważniejszy teleskop kosmiczny ostatniej dekady. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba będzie miał fenomenalne instrumenty obserwacyjne na pokładzie. Aby jednak obserwować wszechświat w podczerwieni, muszą być one niezwykle zimne. Dlaczego?
Większość obiektów znajdujących się we wszechświecie: galaktyki, gwiazdy, planety, ale także gaz i pył emitują promieniowanie podczerwone, tzw. promieniowanie cieplne. Co do zasady takie promieniowanie emituje każdy obiekt, którego temperatura jest wyższa od zera absolutnego.
Wszystkie cztery instrumenty na pokładzie JWST będą w stanie obserwować wszystkie te obiekty w zakresie podczerwonym. Aby jednak było to możliwe, sam teleskop i znajdujące się na nim detektory muszą być niezwykle zimne. Dlaczego? W przeciwnym razie teleskop emitowałby promieniowanie cieplne, które byłoby widoczne w obserwacjach, tym samym przyćmiewając obserwowane obiekty.
Teleskop stanie na kosmicznym korcie do tenisa
Tuż po starcie teleskopu, a jeszcze przed rozłożeniem zwierciadła i instrumentów, z podstawy teleskopu zostanie rozłożona potężna osłona o powierzchni porównywalnej z powierzchnią kortu do tenisa. Owa osłona będzie chroniła teleskop i jego instrumenty przed promieniowaniem słonecznym, pozwalając im się skutecznie chłodzić do naprawdę niskich temperatur.
Zanim zatem teleskop zacznie działać jakieś pół roku po starcie, wszystkie instrumenty zostaną schłodzone do zaledwie 40K (-233 stopni Celsjusza). Jednocześnie MIRI, instrument odpowiedzialny za prowadzenie obserwacji w zakresie średniej podczerwieni będzie musiał schłodzić się aż do 7K (-266 stopni Celsjusza), aby odpowiednio wyraźnie obserwować wszechświat. Wyższa temperatura wprowadzałaby w dane nieakceptowalny poziom szumu wynikajy z drgań atomów w strukturze instrumentu. Taki szum skutecznie przesłoniłby i tak słabo świecące obiekty, których światło biegnie do nas z granic obserwowalnego wszechświata.
Do schłodzenia instrumentów JWST będzie wykorzystywał hel w formie gazowej. Będzie on pompowany w pobliże detektorów, gdzie będzie pochłaniał nadmiar ciepła, uniemożliwiając wzrost temperatury MIRI do poziomu powyżej 7K. Na pokładzie teleskopu jest hel, który wystarczyłby do napełnienia 9 balonów.
Jeżeli zatem po starcie teleskopu rozłożenie wszystkich instrumentów obserwacyjnych przebiegnie prawidłowo, a następnie zostaną odpowiednio schłodzone, być może w końcu naukowcy będą mieli okazję zajrzeć do wnętrza pierwszych galaktyk we wszechświecie, a nawet dostrzec gwiazdy pierwszej generacji, które w tych galaktykach powstawały. W 2022 roku może się przed nami otworzyć zupełnie nowe okno na początki wszechświata, a więc już za tydzień w środę trzymamy kciuki.
