Kosmicznemu Teleskopowi im. Jamesa Weba (ang. James Webb Space Telescope, JWST) przyklejono etykietkę „następca Hubble’a”. Niestety, ta opina jest nieprawdziwa. Aby zrozumieć dlaczego, musimy bliżej poznać powody, dla których zbudowano „Webba” i „Hubble’a”, a jednocześnie przyjrzeć się, w jaki sposób teleskopy te widzą kosmos.

Teleskop kosmiczny to tak naprawdę zdalnie sterowane obserwatorium astronomiczne. Satelita określany mieniem „teleskopu” – co oczywiste – posiada na swym pokładzie sam teleskop (w sensie instrument optyczny). Ale nie tylko. Promieniowanie zbierane przez optykę jest kierowane do różnego rodzaju instrumentów naukowych, by te mogły utrwalić wybrane cechy promieniowania. Kosmiczny Teleskop im Hubble’a ma na swym pokładzie pięć instrumentów naukowych, a Teleskop Kosmiczny im. Jamesa Webba został wyposażony w cztery. Dla porównania: w polskich teleskopach kosmicznych „Lem” i „Heweliusz” zainstalowano po jednym instrumencie naukowym.

Instrumenty i optykę teleskopu inżynierowie projektują zawsze pod kątem długości promieniowania, jakie ma być rejestrowane. Zaś wybór samego zakresu promieniowania to już decyzja astronomów, podyktowana specyfiką zjawisk astrofizycznych, które mają być badane. Całe przedsięwzięcie zaczyna się więc od listy obiektów, które w przyszłości weźmie na celownik konkretny orbitujący teleskop.

Polowanie na cefeidy

Głównym celem misji Kosmicznego Teleskopu im. Hubble’a było precyzyjne określenie rozmiaru Wszechświata. By cel ten osiągnąć, należało eksperymentalnie uściślić wartości tzw. stałej Hubble’a – ważnego parametru w modelach ewolucji kosmosu. Eksperyment zasadzał się na pomiarze zmian jasności gwiazd z klasy cefeid. Ponieważ cefeidom najlepiej przyglądać się w zakresie promieniowania widzialnego, projekt teleskopu podporządkowano tej części widma. W szczególności na pokładzie satelity znalazł się fotometr Wide Field and Planetary Camera-2 (WFPC-2), przewidziany do polowania na cefeidy.

Dla porządku dodam, że detektor WFPC-2 rejestrował nie tylko samo światło (= promieniowanie widzialne, zakres fal o długości od 370 do 730 nanometrów), ale też część sąsiadujących z nim zakresów ultrafioletu (od 115 do 370 nanometrów) i podczerwieni (od 730 do 1050 nanometrów). Dodatkowo instrument wyposażono w 48 filtrów, by z szerokiego widma promieniowania wycinać konkretne, wąskie zakresy fal. Taka konfiguracja nadała instrumentowi wszechstronny charakter i umożliwiła obrazowanie najróżniejszych obiektów: planet, mgławic, galaktyk.

Światło przede wszystkim

Pozostałe instrumenty Kosmicznego Teleskopu im. Hubble’a siłą rzeczy musiały „podporządkować się” zakresowi promieniowania preferowanemu w całej misji. Bez wdawania się w szczegóły, pozostałe instrumenty z rzadka wychodziły poza zakres od 90 do 1100 nanometrów. Wyjątkiem by m.in. fotometr WFC3, który trafił na pokład „Hubble’a” w 2009 roku, w czasie ostatniej misji naprawczej teleskopu. Zastąpił wtedy starzejąca się kamerę WFPC-2. W odróżnieniu od poprzednika WFC3 sięgał w swych pomiarach do 1700 nanometrów.

O czym tak naprawdę mówią nam te wszystkie cyferki? O tym, że Kosmiczny Teleskop im. Hubble’a to satelitarna misja astrofizyczna skupiająca uwagę na promieniowaniu widzialnym plus bliska podczerwień i bliski ultrafiolet. Jak na tym tle wygląda Kosmiczny Teleskop im. Jamesa Webba? Wypada zacząć od początku: od pytania po co w ogóle NASA wysyła w kosmos nowe obserwatorium. Jaki jest cel misji „Webba”?

Wyprawa po galaktyki i planety

NASA wskazuje dwa nadrzędne kierunki badań. Pierwszy to początki Wszechświata. Gwiazdy i galaktyki obserwowane przez teleskop im. Hubble’a świecą głównie w zakresie widzialnym i ultrafiolecie. Podobnież świeciły i pierwsze galaktyki we Wszechświecie. Jednak było to tak dawno temu… (= tak daleko od nas), że blask najstarszych obiektów zdążył już poczerwienieć. (Następstwo rozszerzania się Wszechświata). Skoro chcemy się im przyjrzeć dzisiaj, musimy przenieść obserwacje z zakresu widzialnego w podczerwień. Porzucamy więc obszar zainteresowania teleskopu im. Hubble’a!

Drugi kierunek badań „Webba” w chwili wystrzelenia „Hubble’a” (rok 1990) był jeszcze czystą teorią. Mowa o planetach pozasłonecznych. Pierwsze z nich odkryto dopiero w 1992 roku. Tymczasem dzisiaj na liście znanych światów poza Układem Słonecznym jest około 5000 pozycji. Badanie odległych globów, warunków, w jakich się formują, stało się szalenie ważnym działem współczesnej astronomii. A tak się składa, że układy planetarne, zwłaszcza młode, najlepiej obserwować w podczerwieni: planetarne noworodki kryją się w otoczce gazowego i pyłowego dysku, przez który światło i ultrafiolet nie mogą się przebić. Podczerwień – już tak.

Uciekając z zakresu widzialnego w bliską mu podczerwień pieczemy dwie pieczenie na jednym ogniu: dostrzegamy pierwsze galaktyki we Wszechświecie, oraz przyglądamy się ewolucji planet pozasłonecznych.

Oczy dla podczerwieni

Gdzie konkretnie będzie patrzył „Webb”? Dwa kluczowe instrumenty – obrazujący NIRCam i spektrograf  NIRSpec – są czułe na promieniowanie w zakresie od 600 do 5000 nanometrów. W niewielkim stopniu zahaczają więc o fale obserwowalne też przez teleskop im. Hubble’a. Trzeci instrument (MIRI) zarejestruje promieniowanie z dalszej podczerwieni, tj. od 4600 do 28600 nanometrów. Już na pierwszy rzut oka widać, że tylko w niewielkim zakresie przedziały te pokrywają się z tymi, w których pracuje teleskop im. Hubble’a. Nie powinniśmy więc oczekiwać, że nowa misja kosmiczna dostarczy zdjęć podobnych do tych, do jakich przyzwyczaił nas „Hubble” przez ostatnie dziesięciolecia. „Webb” to nie nowy „Hubble”: wypływamy na zupełnie nowe wody i zobaczymy zupełnie nowe krainy!

Skoro nie „zastępca”, nie „następca”… to jak sensownie nazwać relację między Kosmicznym Teleskopem im. Jamesa Webba oraz Kosmicznym Teleskopem im. Hubble’a? NASA zasugerowała określenie „spadkobierca”, gdyż – wg Agencji – plan badawczy dla nowego obserwatorium w jakimś sensie wynika z odkryć dokonanych przy użyciu teleskopu im. Hubble’a. Jak dla mnie uzasadnienie nieco naciągane, na siłę podpinające nowy projekt pod niezwykle medialnego „Hubble’a”. W sensie definicji NASA „Webb” mógłby być równie dobrze uznany za spadkobiercę kilku innych (mniej znanych) kosmicznych obserwatoriów.

Fakty są takie, że James Webb Space Telescope po prostu spojrzy tam (w ten zakres widma), gdzie Hubble Space Telescope technicznie nie był w stanie. Zachowa przy tym szczegółowość obrazów porównywalną z „Hubblem”. Czy zatem określenie „Hubble dla podczerwieni” nie jest najbardziej odpowiednim? Najbliższym prawdy? Ja skłaniam się właśnie ku niemu.

Dni Kosmicznego Teleskopu im Hubble’a dobiegają końca. Starzeje się i coraz częściej ulega coraz poważniejszym awariom. Skoro nie „Webb”, to jaki satelita go zastąpi? Jest kilka pomysłów, ale to już zupełnie inna historia…