Η NASA λέει ότι «η οπτική απόδοση του εκκολαπτόμενου διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb (JWST)…παραμένει καλύτερη από…την πιο αισιόδοξη πρόβλεψη» μετά την ολοκλήρωση της ευθυγράμμισης των κατόπτρων που έσπασε το ρεκόρ.
Μεταξύ 7 και 14 ετών πίσω από το χρονοδιάγραμμα και τον προϋπολογισμό κατά συντελεστή 2 έως 10, ο πύραυλος Arianespace Ariane 5 έστειλε το τηλεσκόπιο Webb καθοδόν στο βαθύ διάστημα στις 25 Δεκεμβρίου 2021. Το τηλεσκόπιο JWST 6,2 τόνων (περίπου 13.600 lb) ήταν σχεδόν το μισό βαρύ Κατά την εκτόξευση, όπως το εμβληματικό διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble της NASA, παρά το γεγονός ότι γέμισε έναν πρωτοφανή καθρέφτη που μοιάζει με origami με περισσότερο από έξι φορές τη συνολική περιοχή συλλογής Hubble. Ο συνδυασμός της ακραίας μείωσης μάζας και της ασυνήθιστης πολυπλοκότητας που απαιτείται για την εκτόξευση ενός τόσο μεγάλου καθρέφτη μακριά από τη Γη με έναν πύραυλο όπως ο Ariane 5 εξηγεί εν μέρει γιατί το τηλεσκόπιο Webb χρειάστηκε τόσο πολύ (~18 χρόνια) και δαπανηρό (~9,7 δισεκατομμύρια δολάρια) για να σχεδιαστεί , ανάπτυξη και κατασκευή.
Ωστόσο, τελικά κυκλοφόρησε. Το Ariane 5 έκανε το μεγαλύτερο μέρος της δουλειάς, στέλνοντας το τηλεσκόπιο σε μια τροχιά – με κάποια βοήθεια από προωθητές επί του σκάφους – που θα το έστρεφε στο σημείο Lagrange του Ήλιου και το L2 που βρίσκεται 1,5 εκατομμύρια χιλιόμετρα (~ 950.000 μίλια) από τη Γη. Ίσως προς τη μεγαλύτερη ανακούφιση στην ιστορία των διαστημικών παρατηρητηρίων, η εξαιρετικά περίπλοκη διαδικασία ανάπτυξης του τηλεσκοπίου Webb ολοκληρώθηκε χωρίς κανένα σημαντικό πρόβλημα. 30 ημέρες μετά την απογείωση, το τηλεσκόπιο – πλήρως αναπτυγμένο – έφτασε σε επιχειρησιακή τροχιά.
Κατά τη διάρκεια των τελευταίων τεσσάρων μηνών, συγκριτικά, σχεδόν όλη η εργασία του JWST επικεντρώθηκε στις πολύ λιγότερο προφανείς και πολύ μικρότερες ευθυγραμμίσεις και βαθμονομήσεις. Καθένα από τα 18 κύρια τμήματα καθρέφτη του JWST κρατά αργά αλλά σταθερά μικρόμετρο προς μικρόμετρο στη θέση του, ενώ μεγάλες περιοχές του τηλεσκοπίου ψύχονται αργά σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος – απαραίτητο για μέγιστη απόδοση. Ταυτόχρονα, όλα τα αρχικά όργανα του Webb πέτυχαν το πρώτο φως και μπήκαν στα πρώτα στάδια βαθμονόμησης και θέσης σε λειτουργία. Μόνο αφού τα όργανα βαθμονομηθούν επιμελώς, ο καθρέφτης ευθυγραμμιστεί τέλεια και τα κρίσιμα όργανα ψύχονται σε θερμοκρασίες έως και -449°F (-267°C), μπορεί ο Webb να αρχίσει να παρατηρεί το σύμπαν και να φέρει επανάσταση σε μεγάλα υποσύνολα της διαστημικής επιστήμης.
Το πρώτο και πιο σημαντικό βήμα – η ευθυγράμμιση του καθρέφτη – έχει πλέον ολοκληρωθεί. Η διαδικασία ευθυγράμμισης ξεκίνησε τον Φεβρουάριο του 2022, έξι εβδομάδες μετά την απογείωση. Αρχικά, λήφθηκαν εικόνες με τον κακώς ευθυγραμμισμένο καθρέφτη για να προσδιοριστεί ακριβώς σε ποια κατάσταση βρισκόταν. Ένα προς ένα, καθένα από τα 18 τμήματα καθρέφτη Webb μετακινήθηκε ξεχωριστά για να προσδιοριστεί ποια εικόνα ήταν υπεύθυνος κάθε καθρέφτης, επιτρέποντας στους ελεγκτές εδάφους να εστιάσουν σωστά κάθε κατοπτρική όψη του αστέρα-στόχου. Σε μια διαδικασία γνωστή ως «αδρές φάσεις», όταν αυτά τα 18 οπτικά σημεία είχαν αναλυθεί καλά και προσαρτηθούν σε ένα συγκεκριμένο τμήμα καθρέφτη, τα τμήματα προσανατολίστηκαν σταδιακά το ένα πάνω στο άλλο για να παράγουν μια ενιαία εικόνα.
Το “Carse” μειώνει σημαντικά την σχεδόν ανεξιχνίαστη ακρίβεια που απαιτείται για την ολοκλήρωση της κίνησης. Για να αξιοποιήσει πλήρως τις δυνατότητές του, κάθε τμήμα κατόπτρου του τηλεσκοπίου Webb πρέπει να ευθυγραμμιστεί εντός 50 nm ο ένας από τον άλλο. Σύμφωνα με τη NASA, «Εάν ο αρχικός καθρέφτης Webb είχε το μέγεθος των Ηνωμένων Πολιτειών, τότε κάθε θραύσμα θα είχε το μέγεθος του Τέξας και η ομάδα θα έπρεπε να ευθυγραμμίσει τα ύψη αυτών των τμημάτων μεγέθους Τέξας μεταξύ τους με ακρίβεια περίπου 1,5 ίντσα.”
Αυτό ακολουθείται από μια λεπτή αύξηση, που περιλαμβάνει ένα σύνολο πιο εσωτερικών λειτουργιών που έχουν σχεδιαστεί για να εστιάζουν τον καθρέφτη όσο το δυνατόν πληρέστερα. Η εικόνα που προέκυψε τροποποιήθηκε στη συνέχεια για να ευθυγραμμιστεί σωστά με το οπτικό πεδίο καθενός από τα τέσσερα κύρια επιστημονικά όργανα του Webb. Τέλος, ορισμένα βήματα της διαδικασίας ευθυγράμμισης επτά βημάτων έχουν επανασχεδιαστεί ή τελειοποιηθεί πλήρως για να βελτιστοποιηθεί ο καθρέφτης προς ικανοποίηση των Earthbound δημιουργών και των πιθανών χρηστών.
Τελικά, η ευθυγράμμιση του τηλεσκοπίου Webb ήταν εξαιρετικά επιτυχημένη, δημιουργώντας μια πιο καθαρή, καθαρότερη εικόνα από τις «πιο αισιόδοξες προβλέψεις» που έκαναν οι μηχανικοί του. Η NASA λέει ότι η εικόνα είναι τόσο λεπτομερής που ουσιαστικά έφτασε στη φυσική ανάλυση ενός καθρέφτη στο μέγεθος του τηλεσκοπίου Webb, που σημαίνει ότι θα έπρεπε να παραβιάσει τους γνωστούς νόμους της φυσικής για να επιλύσει οποιεσδήποτε άλλες λεπτομέρειες.
Με την ολοκλήρωση της ευθυγράμμισης του καθρέφτη, το JWST έχει μόνο ένα σημαντικό εμπόδιο πριν ξεκινήσουν οι επιστημονικές εργασίες: τη λειτουργία της συσκευής. Η θέση σε λειτουργία είναι μια περιεκτική δήλωση που καλύπτει το ευρύ φάσμα βαθμονόμησης, ανάλυσης, δοκιμών και βελτιστοποίησης που απαιτούνται για να επαληθευτεί ότι τα τέσσερα κύρια εργαλεία JWST συμπεριφέρονται όπως αναμένεται και εκτελούν την εργασία που έχουν σχεδιαστεί να κάνουν όσο το δυνατόν ακριβέστερα και αξιόπιστα.
Σε κάποιο σημείο, η χρήση εξαιρετικά πολύπλοκων επιστημονικών οργάνων μοιάζει με μια μορφή τέχνης και πρέπει να οικοδομηθεί ένας ορισμένος βαθμός εμπιστοσύνης μεταξύ των επιστημόνων και των πολυπόθητων εμπορικών οργάνων τους προτού μπορέσουν να καρφώσουν με σιγουριά τη σμίλη στο μάρμαρο και να αρχίσουν να εμβαθύνουν στο σύμπαν με πρωτοφανές πλάτος και λεπτομέρεια. Εάν η λειτουργία εξελιχθεί τόσο ομαλά όσο η ανάπτυξη και η ευθυγράμμιση, η ομάδα JWST μπορεί να είναι έτοιμη να συλλάβει και να μοιραστεί τις πρώτες παρατηρήσεις με τηλεσκόπιο του σύμπαντος ήδη από τον Ιούλιο του 2022.
