Istoričari nauke saglasni su da će ovo biti četvrta astronomska revolucija u poslednjih 100 godina, čime ova nauka postaje jedinstven primer po brzini svog razvoja. S obzirom na činjenicu da je istorija civilizacije jako mlada u odnosu na istoriju kosmosa, uzbudljivo je saznanje da ćemo biti svedoci još jedne, četvrte astronomske revolucije u poslednjih nekoliko decenija – „Vebove” igre kosmičkim perlama.
Dr Darko Donevski
Osamnaestog decembra, svet će biti svedok lansiranja najvećeg ikad napravljenog svemirskog teleskopa. Zbog čega će „Veb”doneti revoluciju u ispitivanju svemira?Datum je, napokon, potvrđen. Svemirski teleskop „Džejms Veb” (James Webb Space Telescope), najveći svemirski teleskop koji je čovek dosad konstruisao, biće lansiran put svoje orbite 18. decembra. Dok čitate ovaj tekst, „Veb” se, upakovan u specijalni kontejner, nalazi na jednom od brodova koji prolaze Panamskim kanalom i ide ka kosmodromu u Francuskoj Gvajani.
Početkom ove godine glavni astronomi zaduženi za misiju upozorili su da bi ovaj tovar, vredan nekoliko desetina milijardi dolara, mogao da se nađe na meti pirata (!), pa je odjednom cela priča o lansiranju „Džejmsa Veba” iskočila iz naučnih, i ušla u detektivske tokove. Sam teleskop će zaista biti jedan veliki svemirski detektiv. Konstruktori govore kako nijedan instrument nije imao mogućnost da dosegne toliko detaljno u prošlost svemira kao „Veb”. Zato je jedna od tvrdnji koja se često može čuti kako među naučnicima tako i u medijima, da će revolucionizovati naše shvatanje svemira.Šta to tačno znači? Kako će izgledati i biti iskorišćeni podaci sa ovog teleskopa? Da li je „revolucija u nauci” suviše lakonski sastavljena sintagma koja ne oslikava prave razmere izazova i ciljeva sa kojima će se astronomija sresti nakon što „Veb” “ započne svoja snimanja?
Igra svemirskih detektiva
Početak priče o „Džejms Veb” teleskopu je sličan mnogim pričama o velikim astronomskim otkrićima. Sredinom devedesetih godina prošlog veka NASA je, na krilima uspešnih rezultata svog „Habl” teleskopa, shvatila da su svemirske opservatorije ključne za astronomska istraživanja. Razloga za to je bilo mnogo. Prvi je da sa Zemlje nije moguće sagledati ceo spektar zračenja koji objekti u svemiru emituju. Vodena para i ugljen-dioksid u našoj atmosferi efikasno zaklanjaju veliki deo ultraljubičastih, iks, gama i infracrvenih zraka koji emituju zvezde i galaksije u univerzumu. Da bismo razumeli kolika je jačina tih zračenja, potrebno je opservatorije poslati van naše planete da bi se efekat atmosfere anulirao. Drugi razlog je neumitna naučna znatiželja. Astronomija je poslednje dekade 20. veka doživela nesvakidašnji napredak, broj otkrivenih galaksija nadmašio je desetine miliona, a pojavili su se i pionirski radovi o planetama van Sunčevog sistema, sugerišući da negde daleko, van Zemljinog bliskog komšiluka, možda postoji život nalik onom na njoj. Pažljivim analizama fizičkih procesa u svemiru, naučnici su izračunali i da je svemir star oko 13,77 milijardi godina. Nedugo zatim su uvideli još jednu važnu stvar – broj otkrivenih galaksija koje su formirane u izuzetno ranoj istoriji svemira (na primer manje od milijardu godina nakon Velikog praska) statistički je beznačajan, i ne poklapa se dovoljno dobro s teorijskim predviđanjima.
Legendarni svemirski teleskop „Habl” dao je važne smernice u rešavanju ovog kosmološkog problema. Tako je nastao jedan od najpoznatijih primera potrage za neotkrivenim i dalekim galaksijama – čuveno „Hablovo” duboko polje, maleni region čak 20 miliona puta manji od površine nebeske sfere! Sićušan deo neba činio se kao neadekvatni materijal za istraživanje dalekog kosmosa, pogotovo što na snimcima koji su bili načinjeni nekim zemaljskim teleskopima u tom delu prostora nije bilo niti vidljivih zvezda, niti galaksija. Drugim rečima, delovalo je uzaludno tražiti bilo šta u polju koje se činilo potpuno prazno.
Ipak, dugotrajno snimanje te oblasti „Habl” teleskopom u vidljivom delu elektromagnetnog spektra, otkrilo je neverovatne detalje koji će okrenuti nove stranice istorije nauke u godinama koje su dolazile. Mape su otkrile više od tri hiljade galaksija različite starosti, udaljenosti, veličine i oblika! Neke od tih struktura su pokazivale znake skorašnjih eksplozija, druge su primećene kako se međusobno sudaraju, dok su neke bile uhvaćene na samom kraju svog evolutivnog ciklusa, nezadrživo uklanjajući sav preostali gradivni materijal, svoj hladan gas. Istraživači su se zapitali – ako se u tako maloj zapremini prostora kriju sve te raznolike kosmičke strukture, kakva nas tek iznenađenja čekaju ako u svemir pošaljemo još moćniji teleskop? Motivacija da se „Džejms Veb” napokon završi, dodatno se pojačala kada su Paskal Oeš i Gabrijel Bramer 2016. godine otkrili objekat za koji se ispostavilo da je trenutno najdalja poznata galaksija. Njena svetlost je do teleskopa putovala 13,4 milijarde godina, što govori da je galaksija nastala svega 400 miliona godina nakon Velikog praska. Naučni timovi širom sveta veruju da se ovaj rekord u kosmičkoj udaljenosti može srušiti. Za njegovo obaranje, saglasni su, potrebna je samo jedna sitnica – lansiranje teleskopa „Džejms Veb”.
Pored činjenice da je „Habl” uspeo da identifikuje nekoliko galaksija nastalih u tako dalekom kosmosu, danas takođe znamo da naše razumevanje njihovog nastanka nije potpuno. Razlog za to je bio što je teleskop konstruisan da posmatra talase u vidljivom i bliskom infracrvenom delu spektra. Zastanimo na trenutak i zamislimo jednu vrlo udaljenu galaksiju koja emituje zračenje ka nama. Kako se svemir ubrzano širi, a samim tim i razvlači dužinu tog emitovanog talasa, zračenje koje do nas dolazi više nije u istom delu spektra kao kad je krenulo ka nama. Njegova energija opada, a talasna dužina se rasteže više ili manje, u zavisnosti od udaljenosti tog objekta od nas. Za veoma daleke objekte to ide od nekoliko stotina nanometara do nekoliko desetina mikrometara.
Govoreći jezikom elektromagnetne teorije, iz ultraljubičastog dela spektra pomereno je ka sredini infracrvenog dela spektra. Taj efekat se u nauci zove crveni pomak. Ukoliko teleskop nije opremljen kamerama koje mogu da otkriju objekte sa značajno velikim crvenim pomacima, vrlo je izgledno da ćemo propustiti nesvakidašnju šansu da pronađemo neku od najdaljih galaksija u svemiru! Tu na scenu stupa „Džejms Veb”. Ne samo da će njegove kamere moći da snime opseg talasnih dužina i do nekoliko desetina puta veći nego „Habl”, već će i osetljivost i preciznost uređaja znatno nadmašiti prethodnika. Povrh toga, novi teleskop će imati izuzetno sofisticirane fotometrijske i spektroskopske uređaje. Prvi će biti zaduženi da snimaju intenzitet zračenja, dok će drugi biti zaduženi da daju odgovore na pitanje koja hemijska jedinjenja i elementi su odgovorni za njegov nastanak. Sklapanjem te dve vrste komplementarnih podataka u jednu celinu, imaćemo priliku ne samo da saznamo koliko su milioni pojedinačnih galaksija ili zvezda udaljeni od nas, već i od kakvog materijala su sačinjeni! Ove dragocene informacije pomoći će u shvatanju nekoliko otvorenih pitanja, među kojima su najvažnija: gde da tražimo vodu van Zemlje i kako izgledaju najstarije strukture nastale u svemiru.
Do vanzemaljske epopeje
Kada je NASA odobrila njegovu izgradnju, pre više od 20 godina, teleskop je imao radni naziv „Svemirski teleskop nove generacije”. Nimalo inventivno ime zamenjeno je sa „Džejms Veb” u kontroverznoj debati u čast gotovo anonimnog činovnika NASA koji je bio aktivan za vreme misija Apolo i zalagao se da se jednog dana u svemir lansira veliki optički uređaj koji bi snimao kosmos. Pitanje je da li će ono ostati i krajnje ime teleskopa, s obzirom na to da ponovo raste nezadovoljstvo naučnika ovim izborom. Prvobitna procena je bila da će „Veb” teleskop koštati oko 400 miliona dolara, a inicijalni plan je sugerisao lansiranje početkom 2007. godine! Plan je bio nerealan!
Ukoliko teleskop nije opremljen kamerama koje mogu da otkriju objekte sa značajno velikim crvenim pomacima, vrlo je izgledno da ćemo propustiti nesvakidašnju šansu da pronađemo neku od najdaljih galaksija u svemiru! Tu na scenu stupa „Džejms Veb”.
Sačinjen od 18 kompleksnih, heksagonalnih ogledala od pozlaćenog berilijuma, koja se mehanički sklapaju u jedan skladan i glomazan optički sistem prečnika 6,5 metara, „Džejms Veb” je sve samo ne običan teleskop. Brzo se uvidelo da se prilagođava skokovitim tehnološkim promenama, te da će budžet biti desetostruko veći od predviđenog da bi adekvatno ispratio složenost nove svemirske opservatorije. Najkritičniji period za sudbinu teleskopa bila je 2011. godina. Tada je američki Senat glasao da se ne odobre dodatna sredstva za kompletiranje teleskopa, što je izazvalo žestoku reakciju astronomske naučne zajednice. Administracija je, pod pritiskom, nevoljno promenila svoju odluku tokom 2011. Zanimljivo, ali nisu svi naučni i naučnopopularni časopisi blagonaklono gledali na ovaj ishod. Tako je časopis Nature u jednom od svojih izdanja pisao kako „Teleskop ,Veb’ jede astronomiju”, aludirajući na prevelike troškove kojima je ceo projekat izložen.
Čak ni tadašnji američki predsednik Barak Obama nije krio frustraciju zbog sporosti projekta i njegove nejasne koristi. Izgradnja savremene i nikad korišćene tehnologije koja se prvi put šalje u svemir, i koja treba da služi čovečanstvu bar deset godina, nije mogla da protekne bez snažne spoljašnje saradnje, čak i kad je u pitanju tako moćna organizacija kao što je NASA. Od samog početka projekta u realizaciju su bile uključene Evropska svemirska agencija (ESA) i Svemirska agencija Kanade (CSA). Primera radi, Evropa je projektu doprinela izgradnjom spektroskopskih uređaja, obezbeđivanjem rakete „Arijana 5” koja će „Veb” poneti u orbitu i velikim timom naučnika koji u centrima u Španiji, Italiji i Velikoj Britaniji pripremaju softvere za obradu podataka. Zauzvrat, Evropa je dobila mogućnost da njeni naučnici ravnopravno sarađuju na projektu sa svojim američkim kolegama.
Šta nakon lansiranja?
Procena je da će, nakon lansiranja, biti potrebno skoro mesec dana da teleskop dođe u Lagranžovu L2 tačku sa koje će započeti svoj kosmički život. Ta krajnja pozicija, izabrana da bude dom „Veb” teleskopa u narednim godinama, udaljena je oko 1,5 miliona kilometara od Zemlje. To je još jedna razlika između „Habla” i „Veba”. Prvi se nalazi u orbiti oko Zemlje, na oko 600 kilometara daleko od nas, dok će drugi biti u stacionarnoj tački na tri puta većoj udaljenosti. Kada jednom dođe u svoju krajnju, stabilnu poziciju, „Džejms Veb” će otvoriti svoj ogromni suncobran veličine teniskog terena (!), koji će infracrvene instrumente štititi od Sunčevog zračenja, obezbeđujući približno konstantnu temperaturu rada na -233 stepena Celzijusa! U Baltimoru, centru američke države Merilend, nalazi se glavni centar cele misije. Ovaj centar se bavi regulisanjem svih tehničkih detalja samog teleskopa, a i bazama budućih podataka, njihovim korišćenjem i simulacijama. Kada teleskop bude počeo da šalje svoje prve pakete podataka ka kompjuterima na Zemlji, on će vrlo brzo dostići sve svoje prethodnike po količini informacija poslatih iz svemira.
Procenjuje se da će za samo jedan sat posmatranja generisati 30 GB podataka. Podaci će se iz svemira distribuirati preko specijalne mreže nazvane NASA Deep Space Network. Posmatranja svemira teleskopom biće i najskuplji paket podataka u deceniji pred nama. Zbog toga je dosta težak put koji će naučnici preći, počevši od planiranja svojih projekata i posmatranja svemira, pa do prelepih fotografija koje će „Veb” poslati i koje će svima biti dostupne na internetu. Naime, astronomi nemaju zagarantovanu mogućnost da pristupe posmatranjima na ovom svemirskom teleskopu. Da bi do nje došli, moraju da se takmiče.
Baš kao i u najkvalitetnijim sportskim nadmetanjima, i u astronomiji timovi naučnika svake godine konkurišu za vreme na savremenim opservatorijama kako bi dobili mogućnost da realizuju svoja istraživanja. Mesta, međutim, ima samo za mali broj vrhunskih timova, a taj broj je još manji kada su u pitanju višefunkcionalni tehnički pretraživači kosmosa, poput „Veba”. Prošle godine je otvoren prvi konkurs za projekte koji predlažu korišćenje teleskopa. Prijavilo se više od hiljadu timova iz celog sveta, od čega je tek svaki deseti prihvaćen. Oni koji budu imali šansu da posmatraju svemirska prostranstva, imaće jednogodišnje ekskluzivno pravo na korišćenje i objavljivanje prikupljenih podataka. To daje prednost timovima da objave rezultate svog rada pre drugih. Nakon što istekne jednogodišnji moratorijum, podaci sa internih projekata više neće biti zaštićeni i biće prebačeni na otvoreni server. Njima će tada moći da pristupi svako, sa bilo koje tačke naše planete.
Igra kosmičkim perlama
U vremenu kada je planiran, sredinom devedesetih godina prošlog veka, o „Vebu” se pričalo kao o mitskom instrumentu koji će iz temelja menjati shvatanje svemira donoseći nam priliku za nova znanja kroz upliv najsavremenije tehnologije. Dvadeset godina nakon tih velikih reči, deluje da očekivanja nisu umanjena. Naprotiv! Da li su ona preoptimistična? Kada pokušavamo da damo procenu značaja nekog instrumenta za nauku, ne smemo ga posmatrati izolovano, već u širem kontekstu. To iziskuje da pomenemo šta će teleskop moći da nam donese u kombinaciji sa instrumentima koje već koristimo, kako na Zemlji tako i u svemiru. Osnovni naučni ciljevi koji su postavljeni pred teleskop „Džejms Veb” mogu se svrstati u dve grupe: (1) detekcija svetla koje potiče sa najdaljih zvezda i galaksija u kosmosu; (2) podaci o poreklu života.
Ove ciljeve ima još nekolicina aktivnih uređaja koji operišu u drugim delovima elektromagnetnog spektra. U prethodnim kolumnama smo pomenuli te teleskope, od džinovske radio-oblasti ALMA u Čileu, preko svemirskih opservatorija Čandra (koja snima iks-zrake iz svemira), te Spicer i Heršel (koji snimaju infracrvene zrake iz svemira), pa do budućih planetarnih misija na Mars i Veneru. Svi ovi tehnički giganti astronomije biće u službi naučnika u analizi i tumačenju prvih podataka pristiglih sa „Džejmsa Veba”. Teorija predviđa da je od Velikog praska do trenutka nastanka prvih zvezda i galaksija proteklo nekoliko faza. Smatra se da je najpre bilo potrebno 400.000 godina da prvobitni oblaci vodonikovog gasa kolabiraju i počnu da se udružuju u građenju većih formacija. Zbog toga je i procenjeno da je za stvaranje najranijih zvezda i galaksija trebalo da prođe između 100 i 400 miliona godina.
U dosadašnjoj istoriji astronomskih posmatranja još nijedan naučni tim nije uspeo da direktno utvrdi tačnu vremensku granicu. Razlog za to delimično leži u tehničkim ograničenjima, dok je drugi fizičke prirode. Na primer, smatra se da su prve zvezde u svemiru izuzetno masivne, oko 100 puta masivnije nego naše Sunce, ali je njihov pretpostavljeni životni vek dosta kratak, tek nekoliko miliona godina (setimo se da je Sunce trenutno staro oko 4,5 milijardi godina!). Tako masivne zvezde svoj kratak život okončavaju u eksplozivnim epizodama koje se nazivaju „parovi nestabilnih supernova”. Zbog svoje velike udaljenosti oni su teško uočljivi ma kojim teleskopom koji je trenutno u upotrebi. Značaj ovih ranih zvezdanih eksplozija je mnogostruk i upravo su one odgovorne za obogaćivanje prostora težim hemijskim elementima čijim je kasnijim udruživanjem začeo organski život.
Baš kao i u najkvalitetnijim sportskim nadmetanjima, i u astronomiji timovi naučnika svake godine konkurišu za vreme na savremenim opservatorijama kako bi dobili mogućnost da realizuju svoja istraživanja. Mesta, međutim, ima samo za mali broj vrhunskih timova, a taj broj je još manji kada su u pitanju višefunkcionalni tehnički pretraživači kosmosa, poput „Veba”.
Činjenica da je „Veb” konstruisan da dosegne te rane eksplozije i fontane zračenja proisteklih iz njih, govori u prilog tvrdnjama da je nova revolucija u nauci vrlo izvesna. Istoričari nauke saglasni su da će ovo biti četvrta astronomska revolucija u poslednjih 100 godina, čime ova nauka postaje jedinstven primer po brzini svog razvoja. Prva revolucija se desila pre skoro 100 godina, kada je otkriveno širenje svemira. Druga je bila povezana sa saznanjem da to širenje nije konstantno, već se ubrzava. Treća revolucija se desila pre pet godina sa otkrićem gravitacionih talasa. S obzirom na činjenicu da je istorija civilizacije jako mlada u odnosu na istoriju kosmosa, uzbudljivo je saznanje da ćemo biti svedoci još jedne astronomske revolucije u poslednjih nekoliko decenija – „Vebove” igre kosmičkim perlama.
(Ilustracije Vuk Palibrk)
(Izvor CPN)
