Telescopul spațial James Webb (James Webb Space Telescope — JWST) este în drum spre punctul Lagrange Pământ-Soare L2, de unde se va pregăti pentru a ne lărgi orizontul, la propriu. Telescopul a fost pliat la lansare, iar acum este deja complet desfăcut, urmând ca echipa de la centrul de comandă să realizeze alinierea și calibrarea echipamentelor de la bord în perioada următoare.
Credit imagine: NASA/Chris Gunn
Odată finalizat acest proces, telescopul spațial ne va arăta cum s-au format primele stele și primele galaxii, observând cele mai îndepărtate orizonturi ale Universului cunoscut, cum nici un alt telescop nu a mai făcut-o până acum. Asta pentru că spre deosebire de legendarul Hubble, James Webb este proiectat să observe în infraroșu, adică va capta acei fotoni care au lungimea de undă mai mare decât fotonii din spectrul vizibil și pot astfel să “ocolească” particulele de praf cosmic din nebuloasele planetare primordiale, în care s-au născut stele și planete. Este și motivul pentru care James Webb a fost trimis departe de Pământ, departe de Soare, departe de orice sursă de căldură, pentru că aceste observații trebuie făcute la -223°C. În același timp, el va studia și compoziția atmosferei exoplanetelor — planete care se rotesc în jurul altor stele —, a planetelor rătăcite prin Univers care sunt invizibile ochiului nostru, dar vizibile în infraroșu datorită căldurii emise de nucleul lor fierbinte sau poate a unor planete noi, mai mari sau mai mici, aflate la marginile reci ale Sistemului nostru Solar.
Un astfel de proiect, cel mai mare, mai complex și mai scump telescop spațial din istorie — 10 miliarde de dolari, o sumă aproape echivalentă cu produsul intern brut anual al Republicii Moldova, nu putea fi realizat prin eforturile unui singur stat, atât din punct de vedere financiar, cât și privind resurse umane și know-how-ul, așa că telescopul este un bun exemplu, în special în zilele de astăzi, despre modul în care mai multe națiuni pot colabora pentru a construi un set de instrumente științifice care vor schimba modul în care privim Universul.
JWST este o colaborare internațională între NASA, Agenția Spațială Europeană (ESA) și Agenția Spațială Canadiană (CSA). Contribuția ESA s-a concretizat în lansarea cu racheta Ariane 5, o uriașă explozie continuă a hidrogenului lichid, combinat cu oxigenul, atât de bine controlată încât a lansat telescopul spațial extrem de precis pe traiectorie permițându-i acestuia să-și conserve rezervele de combustibil de la bord, pentru a-și prelungi viața dincolo de cei 10 ani planificați inițial. ESA a contribuit și cu două instrumente științifice esențiale pentru buna desfășurare a misiunii: Near InfraRed Spectrograph —NIRSpec și Mid-InfraRed Instrument —MIRI. Va mai dura aproape 6 luni de zile până James Webb ne va oferi primele imagini ale Universului timpuriu, timp în care instrumentele de la bord sunt răcite, aliniate și calibrate.
Datorită apartenenței României la Agenția Spațială Europeană, astronomii români vor putea să trimită propuneri pentru timpi de observație, după ce telescopul își va începe misiunea științifică. Pentru a pregăti aceste propuneri, acum aproape doi ani, Institutul de Științe Spațiale (ISS) a organizat un workshop, pentru ca specialiștii să se familiarizeze cu protocoalele și software-ul folosit pentru interacțiunea cu James Webb.
Însă Hubble și James Webb nu sunt singurele telescoape spațiale, iar la unele dintre ele și România a avut o contribuție esențială.
James Webb nu este primul telescop care să profite de excelentele condiții oferite de punctul Lagrange Soare-Pământ L2 și nu va fi nici ultimul: telescopul spațial Planck, construit de Agenția Spațială Europeană și lansat tot de o rachetă Ariane 5, a fost activ între 2009 și 2013. Timp de patru ani, Planck ne-a furnizat date care ne-au ajutat să înțelegem mai bine lucruri fundamentale despre Univers: când a avut loc Big-Bang-ul și ce s-a întâmplat imediat după acest moment, cât de omogen este distribuită materia în Universul cunoscut, dar și materia întunecată, aspecte esențiale pentru o mai solidă cunoaștere fundamentală a astrofizicii. Pentru acest lucru, Planck a făcut observații în principal în domeniul microundelor, adică la lungimi de undă și mai mari decât cele din infraroșu, destul de asemănătoare cu cele folosite în bucătărie pentru a ne reîncălzi mâncarea. Planck ne-a ajutat să înțelegem forma Universului: s-a confirmat că este vorba despre un Univers plat, aflat într-o continuă expansiune și datele obținute de observatorul Planck sunt folosite astăzi pentru rafinarea teoriilor pe care le avem despre vârsta Universului, masa neutrinilor, unde gravitaționale primordiale și misterioasa energie întunecată (dark energy) —despre care știm că există, dar nu cunoaștem alte detalii. România a participat la misiunea Planck ca parte a unui program de pre-aderare la Agenția Spațială Europeană și contribuit la prelucrarea datelor științifice furnizate de Planck.
Credit imagine: ESA – C. Carreau
Iar dacă JWST se uită spre începutul Universului, viitorul telescop spațial european Euclid se va uita în cealaltă parte, spre universul apropiat și ne va ajuta să înțelegem cum se va sfârși Universul, captând lumina din spectrul vizibil și infraroșu, pentru a caracteriza mai bine materia întunecată, unul din misterele fizicii contemporane: nimeni nu știe, doar presupune, din ce fel de particule exotice este compusă această materie întunecată. Cercetătorii știu că această materie întunecată există, pentru că îi vedem și măsurăm efectele gravitaționale, dar pentru că nu interacționează cu alte particule cunoscute sau nu o face într-un mod familiar nouă, nu cunoaștem natura acestei materii întunecate. Într-un fel, Euclid continuă activitatea lui Planck, însă o va face cu alte metode, complementare, prin care va încerca să clarifice unele inadvertențe ale Teoriei Relativității Generale sau măcar să clarifice anumite aspecte ale acesteia. Telescopul spațial Euclid va fi lansat în 2023 de o rachetă rusă Soyuz-STB, operată de compania europeană Arianespace. Datele trimise de Euclid, timp de cel puțin șase ani, vor fi analizate la Institutul de Științe Spațiale (ISS) din România, unde a fost construit un centru de calcul pentru această misiune, România fiind unul din cele 15 state care participă activ la misiunea Euclid.
Credit imagine: ESA/ATG-medialab
Până acum am vorbit doar de telescoape care folosesc radiația electromagnetică (fotoni) pentru a ne livra informație, sub o formă sau alta. Dar pentru a afla lucruri și mai intime despre structura Universului, ne vedem nevoiți să apelăm și la alte metode: detecția undelor gravitaționale. Aici, pe Pământ, observatorul LIGO a fost primul care în 2016 a detectat undele gravitaționale formate de ciocnirea a două găuri negre, o confirmare suplimentară a Teoriei Relativității Generale ale lui Albert Einstein, însă LIGO are o problemă: lungimea sa este de doar patru kilometri, iar pentru măsurători mai precise avem nevoie de un interferometru mai lung. Mult mai lung. Atât de lung încât nu ne ajunge Pământul, așa că apelăm din nou la spațiul cosmic: misiunea LISA presupune trei sonde spațiale, care vor zbura în formație, păstrând constantă distanța dintre ele: 2.5 milioane kilometri, formând un interferometru uriaș, primul de acest fel construit vreodată. Iar în România se vor procesa o parte din datele trimise de LISA și tot aici se va realiza un senzor pentru alinierea și calibrarea celor trei componente ale misiunii. Mai mult decât atât, România are reprezentanți în bordul misiunii și astfel decide modul în care interferometrul va fi proiectat, realizat și ulterior utilizat. LISA se află în prezent în primele faze ale proiectării și dacă totul merge bine, lansarea celor trei sateliți va avea loc în 2035.
Apartenența României la Agenția Spațială Europeană, obținută de Agenția Spațială Română (ROSA) în urma a câtorva decenii de coordonare strategică, permite specialiștilor români să folosească cele mai complexe telescoape spațiale construite vreodată, să înregistreze și prelucreze datele preluate de acești senzori pe care-i avem împrăștiați prin Univers și să ia parte la viitoarele misiuni spațiale care vor șlefui actualele modele din fizică, astrofizică sau astronomie, în următoarele decade.