NASA twierdzi, że „wydajność optyczna powstającego Teleskopu Kosmicznego Jamesa Webba (JWST)…pozostaje lepsza niż…najbardziej optymistyczna prognoza” po ukończeniu rekordowego ustawienia zwierciadeł.
Od 7 do 14 lat spóźnienia się od 2 do 10 lat od harmonogramu i budżetu, rakieta Arianespace Ariane 5 wysłała Teleskop Webba w kosmiczną przestrzeń 25 grudnia 2021 roku. Teleskop JWST o masie 6,2 tony (około 13 600 funtów) został prawie o połowę cięższy Podczas startu, jak kultowy Kosmiczny Teleskop Hubble’a NASA, pomimo wypełnienia bezprecedensowego lustra podobnego do origami ponad sześciokrotnie większą powierzchnią, na której można zebrać Hubble’a. Połączenie ekstremalnej redukcji masy i niezwykłej złożoności wymaganej do wystrzelenia tak dużego lustra z Ziemi za pomocą rakiety takiej jak Ariane 5 pomaga częściowo wyjaśnić, dlaczego zaprojektowanie Teleskopu Webba zajęło tak dużo czasu (~18 lat) i kosztowność (~9,7 mld USD). , rozwijać i budować.
Jednak w końcu został wydany. Ariane 5 wykonała większość pracy, wysyłając teleskop na trajektorię – z pewną pomocą silników pokładowych – która skierowałaby go na punkt Lagrange’a na Słońcu i L2 znajdujący się 1,5 miliona kilometrów (~ 950 000 mil) od Ziemi. Być może, ku największej uldze w historii obserwatoriów kosmicznych, bardzo złożony proces wdrażania Teleskopu Webba został ukończony bez żadnego poważnego problemu. 30 dni po starcie teleskop – w pełni rozłożony – osiągnął operacyjną orbitę.
Dla porównania, w ciągu ostatnich czterech miesięcy prawie cała praca JWST koncentrowała się na znacznie mniej oczywistych i znacznie mniejszych ustawieniach i kalibracjach. Każdy z 18 segmentów zwierciadła głównego JWST powoli, ale pewnie utrzymuje na miejscu mikrometr po mikrometrze, podczas gdy duże obszary teleskopu są powoli schładzane do temperatury otoczenia – co jest niezbędne do uzyskania maksymalnej wydajności. W tym samym czasie wszystkie początkowe instrumenty Webba osiągnęły pierwsze światło i weszły we wczesne etapy kalibracji i uruchomienia. Dopiero po drobiazgowej kalibracji instrumentów, zwierciadło jest idealnie wyrównane, a krytyczne instrumenty są schłodzone do temperatur tak niskich, jak -449°F (-267°C), Webb może zacząć obserwować wszechświat i zrewolucjonizować duże podzbiory nauki o kosmosie.
Pierwszy i najważniejszy krok – ustawienie lustra – jest już zakończony. Proces wyrównania rozpoczął się w lutym 2022 roku, sześć tygodni po starcie. Najpierw zrobiono zdjęcia z nierównym lustrem, aby dokładnie określić, w jakim było stanie. Jeden po drugim, każdy z 18 segmentów lustra Webba został przesunięty indywidualnie, aby określić, za który obraz odpowiada każde lustro, umożliwiając kontrolerom naziemnym prawidłowe skupienie każdego lustrzanego widoku gwiazdy docelowej. W procesie znanym jako „fazy zgrubne”, gdy te 18 punktów optycznych zostało dobrze rozdzielonych i przymocowanych do konkretnego segmentu lustra, segmenty stopniowo ustawiano jeden na drugim, aby uzyskać pojedynczy obraz.
„Zgrubny” poważnie obniża niemal niezgłębioną precyzję wymaganą do wykonania ruchu. Aby osiągnąć swój pełny potencjał, każdy segment lustra Teleskopu Webba musi być wyrównany w zakresie 50 Nm od siebie nawzajem. Według NASA: „Gdyby początkowe lustro Webba miało wielkość Stanów Zjednoczonych, każdy fragment miałby rozmiar Teksasu, a zespół musiałby wyrównać ze sobą wysokości tych części wielkości Teksasu z dokładnością do około 1,5 cala”.
Po tym następuje subtelny przyrost, obejmujący zestaw bardziej ezoterycznych operacji mających na celu jak najpełniejsze skupienie lustra. Powstały obraz został następnie zmodyfikowany, aby odpowiednio dopasować go do pola widzenia każdego z czterech głównych instrumentów naukowych Webba. Wreszcie, niektóre etapy siedmioetapowego procesu dopasowywania zostały całkowicie przeprojektowane lub udoskonalone, aby zoptymalizować lustro ku zadowoleniu twórców Earthbound i potencjalnych użytkowników.
Ostatecznie ustawienie Teleskopu Webba było niezwykle udane, dając wyraźniejszy i czystszy obraz niż „najbardziej optymistyczne przewidywania” opracowane przez jego inżynierów. NASA twierdzi, że obraz jest tak szczegółowy, że faktycznie osiągnął fizyczną rozdzielczość zwierciadła wielkości Teleskopu Webba, co oznacza, że musiałby naruszać znane prawa fizyki, aby rozwiązać wszelkie inne szczegóły.
Gdy wyrównanie lustrzane zostało zakończone, JWST ma tylko jedną główną przeszkodę przed rozpoczęciem operacji naukowych: działanie urządzenia. Uruchomienie to kompleksowe stwierdzenie obejmujące szeroki zakres kalibracji, analiz, testów i optymalizacji wymaganych do sprawdzenia, czy cztery główne narzędzia JWST zachowują się zgodnie z oczekiwaniami i wykonują pracę, do której zostały zaprojektowane tak dokładnie i niezawodnie, jak to tylko możliwe.
W pewnym momencie użycie wysoce skomplikowanych instrumentów naukowych staje się formą sztuki i należy zbudować pewien stopień zaufania między naukowcami a ich oczekiwanymi instrumentami komercyjnymi, zanim będą mogli pewnie przybić dłuto do marmuru i zacząć zagłębiać się w wszechświat o niespotykanej szerokości i szczegółowości. Jeśli operacja przebiegnie tak gładko, jak rozmieszczenie i wyrównanie, zespół JWST może być gotowy do uchwycenia i udostępnienia pierwszych praktycznych obserwacji Wszechświata z teleskopu już w lipcu 2022 roku.
