Vědecký a technický triumf, který se nerodil lehce. Co dokáže teleskop Jamese Webba?

Vesmírný dalekohled Jamese Webba zdolal jednu z nejobtížnějších překážek na cestě ke svému provozu. Obří teleskop, od kterého si experti slibují výrazné posunutí vědeckých možností, dokončil choulostivou fázi rozvinutí svých součástí. Kdy začne nástupce legendárního Hubbleova dalekohledu plnit své poslání? Jaký příběh za ním stojí? A na jaké otázky nám pomůže hledat odpověď?

Teleskop Jamese Webba vynesla raketa do vesmíru o Vánocích, 25. prosince. Do jeho plného fungování zbývá ještě několik měsíců, ale už teď plní média zprávy o výjimečnosti této mise. Jak velkým mezníkem vyslání toho nového teleskopu do vesmíru je?
No, já si myslím, že na to nestačí tento pořad, abychom vyjmenovali úplně všechno. Ale když bychom šli úplně od těch základních věcí, bavme se o tom, že ten teleskop je opravdu velký. Ono se to velmi často přirovnává k nějakým teleskopům, které jsou buď na zemi, anebo které už někdy někdo vyslal do kosmického prostoru. On opravdu svými rozměry, ale hlavně i funkcionalitami naprosto předčí některé kosmické teleskopy. Zároveň tím, jak je velký, se bavíme o obrovském přelomu v technologickém rozvoji, protože vy ho zkrátka nemáte šanci vměstnat do jen tak nějaké rakety. A museli jsme si poradit se spoustou technologických výzev - a to právě sbalit ho jak origami do nějaké rakety. Jakmile něco složíte, tak to potom musíte rozbalit. Jakékoliv rozbalování ale v kosmickém prostoru, ve stavu beztíže a ve vakuu, je nesmírně komplikované. Takže těch výzev byla obrovská spousta. A teleskop jako takový, nejen svými rozměry, ale svým i technologickým krokem, který směřuje k vědeckému poznání, je naprosto unikátní.

Pojďme rozbalit ty všechny věci jednu po druhé. A hlavně ten příběh Webbova teleskopu. Začněme od začátku. Jak dlouho ho vědci vlastně konstruovali a kdo ho konstruoval?
Ona to byla v zásadě celkem významná kooperace. Já si dovolím jednu poznámku. My se určitě o Hubbleovu teleskopu nebo o nějakém porovnání budeme bavit, ale třeba právě u něj se velmi často říká, že to je počin americké NASA. Ale je to kooperace mezi Evropskou kosmickou agenturou ESA a americkou NASA. A tady tento případ není výjimkou. Je to opět kooperace americké NASA, evropské ESA, ale zde se nám přidala ještě Kanadská kosmická agentura. Takže to byla velká spolupráce. No a samozřejmě o úvahách postavit teleskop takovéhoto charakteru, se uvažovalo už někdy v 80. letech, takže vlastně ještě dříve, než vůbec byl samotný teleskop vyslán. Samozřejmě se jedná o projekt, který byl nesmírně drahý.

Tehdy ta cenovka byla asi na půl miliardě dolarů. Nakonec víme, že se stala skoro dvacetkrát vyšší. Ale to je úplně jiná otázka. Ale ve finále plány byly takové, že se po těch několika, v uvozovkách, desítkách let postaví a odstartuje v roce 2007. No, víme moc dobře, že v roce 2007 neodstartoval. Bylo tam spousta odkladů. V roce 2011 dokonce málem americký Senát celý ten projekt, jak se říká, zamáznul. A potom v roce 2014 byl kompletně hotov.

Takže si můžeme říct, že v roce 2014 teleskop stál v čistých místnostech ve Spojených státech a jenom se na něm prováděly zkoušky. No a trvalo dalších, kolik to máme, sedm let, než se nám nakonec poslal do kosmického prostoru.

A čím ta zdržení byla daná? Bylo to technickými otázkami nebo pak už jenom nějakými procesními?
Zmínil jsem to trošičku na začátku. Ono si to člověk asi nedokáže úplně představit, pokud se někde v tom odvětví nepohyboval. Opravdu jakákoliv mechanická součást, se kterou chcete v kosmickém prostoru nějak pohnout…téměř nic tam nemůžete namazat, jak vezmete olej, že ano…auto funguje, protože je dobře namazáno, tak tam nic takového neuděláte. Nenamažete zkrátka nějakou přezku a ono se vám to krásně rozevře. To nemůžete ve vakuu provést snadno, protože to by okamžitě buď ztuhlo, nebo se to vypařilo. Takže každý výklopný mechanismus je problematický. V tomto případě jsme měli přes 350 těchto mechanismů. A všechny musely fungovat naprosto bez problémů.

Takže abych odpověděl na otázku; ve finále se celou dobu testovalo a zkoušelo jednotlivé rozbalování. A mně se strašně se líbilo, jak samotní inženýři a vědci, kteří na tom teleskopu pracovali, říkali: My jsme přesvědčeni o úspěchu té mise. My jsme testovali všechno tolikrát, my si opravdu věříme na 100 procent, že vše bude fungovat. No a je úžasné, že se to opravdu stalo a všechno zatím, co se týká těchto mechanismů, funguje.

No a za tu dobu té přípravy - když jste říkal, že ty první ideje přišly už někdy v 80. letech - se technologicky svět neskutečně posunul. Nemůže to být trošku k nevýhodě toho teleskopu Jamese Webba? Že třeba nějaká část jeho teď může být, teď to hodně přeženu, možná technologicky zastaralejší než to, co se už vyvíjí v tuto chvíli?
Naprosto. A to je kosmický výzkum, to je kosmický průzkum. Je to otázka celkem komplexní. Když se většinou s někým bavím o kosmickém výzkumu, lidé většinou namítají proč, k čemu nám to je, proč létáme na Mars a podobně…proč létáme na oběžnou dráhu? No, když si vezmeme, že jen to, co máme v našich mobilních telefonech jako foťáky, to jsou CCD čipy, tak ty prosím pěkně létaly na družicích už v 90. letech minulého století, můžeme říct tisíciletí. Můžeme až říct, že kosmický výzkum je opravdu takový pozadu, zvlášť u těch velkých misí typu kosmických teleskopů, které se opravdu vyvíjí desítky let.

Ano, vy jste to řekla správně: ten teleskop už v tom roce 2014, kdy byl připraven, už tehdy byl zastaralý. Ale to je normální, protože to, co je Hubbleův teleskop, je technologie ze 70. let. A přitom nám dodnes dokáže poslat snímky, nad kterými žasneme. A já velmi rád ještě dávám přirovnání u roveru Perseverance, který nám 18. února přistál na Marsu. Možná někdo ví, že má u sebe malý vrtulníček. A jelikož o tom vrtulníčku se rozhodlo trošku později než o samotném roveru, tak ten vrtulníček má výkonnější počítače a lepší kamery než ten rover samotný za miliardy dolarů, protože se o něm zkrátka rozhodlo asi o šest let později než o samotném roveru.

Ten teleskop má operovat ve vzdálenosti jednoho a půl milionu km od Země, tedy bude umístěný dále, než je Měsíc. Jak ho vědci budou ovládat?
Je to samozřejmě komplexní záležitost, ale nemusíme za tím vidět nějakou extra vědu. Teď doufám, že jsem nikoho neurazil. Jedná se o to, že ten teleskop je připraven přijímat pokyny. A budou spolu komunikovat na rádiových frekvencích, kdy pošlou pokyn, co má teleskop provést, on to ve svých palubních počítačích zpracuje a poté bude ta naměřená data ukládat do svých SSD disků, které vždycky v nějakých oknech bude odesílat zpátky na Zemi. Mělo by se jednat o nějakých 20 gigabajtů, které bude v takových oknech dvakrát denně posílat na Zemi.

A bude tam nějaké velké zpoždění, než ty informace dorazí?
Zpoždění tam samozřejmě bude. Ale když to teď v rychlosti spočítám, nemělo by být větší než nějakých pět sekund. Takže o tom se nemusíme bavit. Není to jako Mars, jenž občas zažijete zpožděný o několik minut.

Vy už jste to trochu naznačil, že ty práce teď od vyslání toho 25. až doteď provázelo velké napětí a spousta různých jednotlivých kroků. Třeba New York Times píšou o tom, že ti vědci, kteří na vyslání Webbova teleskopu pracují, měli uplynulých 14 dnů opravdu zatajený dech a teprve před pár dny vydechli. Co se tehdy stalo? Co bylo nebo je na tom vyslání teleskopu tak složité? Jaké procesy se tam teď dějí?
Já bych tomu dal jen malou poznámku. Ony se třeba na Twitteru objevily informace o tom, že se možná něco stalo, protože vědci a inženýři si dali dva dny pauzu v rozklápění toho teleskopu. Všichni očekávali, že se zkrátka něco stalo. Ale oni byli, řekněme si, téměř nonstop na nohách a pracovali na tom rozkládání teleskopu. Opravdu si dali jen dva dny pauzu, aby si odpočinuli, protože potřebovali být bdělí. Ale co se týká po technické stránce, skutečně nikde nenajdeme informaci, že by se cokoliv poškodilo nebo narušilo a je to naprosto bez problémů.

Co se děje v těchto chvílích? Teď už je teleskop plně rozložen a míří do toho místa určení. Teď je, dá se říct, asi milion km od Země. Chybí mu ještě nějaký půlmilion, kam teda doletí ke konci ledna. A jakmile tam dorazí, tak se bude chtít uchytit v tom místě kolem toho bodu L2, jak se mu říká. Někdo také říká librační centrum, někdo zse Lagrangeův bod, označuje to to stejné. Bude se tam chtít uchytit. Protože to je takové místečko, které je nestabilní. A i ten samotný teleskop potřebuje palivo, takže on ho tam potom i zažehne a bude se snažit uchytit správně na tom místě jeden a půl milionu km od Země. Jakmile tohoto dosáhne, tak začne teprve taková kalibrační fáze. Protože jestli jste viděli někdy fotku toho teleskopu, má složené zrcadlo, to hlavní, z takových šestiúhelníků. Někdo by to přirovnal k nějakým plástvím. No a každá z těch pláství má sedm motorků. A těch sedm motorků bude fungovat tak, že ta malinká zrcadla ty plástve bude jednotlivě ohýbat a natáčet, aby jich všech 18 dokázalo soustředit ten odražený paprsek přesně tam, kam potřebují - to jest do sekundárního zrcadla, které je na takových ramenech před tím samotným teleskopem.

Takže kalibrace nám zabere opravdu několik měsíců, říká se kolem šesti. Ale ještě tam bude jedna věc.Ten teleskop bude chladnout. On má sice obrovitánský tepelný - nebo izolační - štít, který chrání právě to přístrojové vybavení a ta zrcadla před teplem ze Slunce, ale také i teplem, které vychází z naší planety Země. I tak bude potřeba teleskop vychladnout na provozní teplotu, jež bude někde kolem -230 °C.

A proč musí být tak chladný?
Protože tento teleskop je speciální v tom, že bude zkoumat vesmír v takzvaném infračerveném oboru, infračerveném spektru. Ono se někdy říká velmi jednoduše, že to je tepelné záření. Je to trošku komplikovanější, protože ony jsou nějaké krátké a delší infračervené vlny a delší a podobně. Ale to nebudu rozebírat. Zkrátka můžeme si říct, že to je tepelné záření. Naše oči takové záření nevidí. Ale takový had například, by vlastně viděl něco podobného jako kosmický teleskop Jamese Webba a potom samozřejmě ještě dál. A pokud chcete zkoumat právě tepelné záření, které k vám letí z vesmíru, potřebujete to nerušit svou vlastní teplotou. Protože ten teleskop, ty přístroje, ty počítače, ony vyzařují teplo, jakmile běží. A vy se potřebujete dostat na provozní teplotu, následně ještě dodatečně přístrojově chladit, abyste se dostali na ty požadované teploty, které chcete zkoumat.

Pojďme si říct něco více o tom, kam se ten teleskop vlastně bude dívat a co má pomoci odhalit. On je navržený tak, aby viděl dál do minulosti, říkají vědci. Co tam má zjistit?
Ten hlavní předmět výzkumu, ten hlavní, protože jich bude opravdu celá spousta, je prozkoumání, koukání se, podívání se na úplně první hvězdy, které se ve vesmíru rodily a vznikaly v těch úplně prvních galaxiích.

Nedávno jeden astrofyzik, Norbert Werner, který pracuje v Brně, říkal, že bychom měli vidět hvězdy, které jsou třeba pouze - někomu to může připadnout úsměvné - 300 milionů let staré. Protože v pohledu vesmíru jsou to opravdu mladíčci.

To byly tehdy gigantické hvězdy, které byly opravdu tvořeny ve finále pouze vodíkem a heliem, z těch úplně základních prvků. A vůbec se v kosmickém prostoru nenacházely těžší prvky, ty, ze kterých jsme i my tvořeni, což znamená uhlík, dusík, kyslík, ale klidně třeba i zlato a podobné takovéto těžší prvky. A ty hvězdy to právě ve svém nitru tvoří. Takže my chceme koukat na ty úplně první prvopočátky, na ty gigantické hvězdy, které se rodily, abychom pochopili zase lépe formování vesmíru samotného. To je to asi hlavní. Ale ono se už teď rozvíjí dost velká debata toho, na co všechno se teleskop bude koukat. Protože si asi umíte představit, že všichni by se k těm datům chtěli dostat. Všichni by se chtěli kouknout na těleso, které zkoumají, na mlhovinu, kterou zkoumají, protože jsem nedodal ještě jednu podstatnou věc. Tou je to, že tím, jak zkoumá v infračerveném oboru, v tom tepelném záření, tak tepelné záření tohoto charakteru proniká významně snadněji plynem a prachem, který se v kosmickém prostoru hojně nachází, zvlášť v těch mlhovinách, kde se rodí ty hvězdy. A pokud vy budete schopni najednou s pomocí tohoto teleskopu prohlédnout dovnitř do těch mlhovin, na tu rodící se hvězdu, uvidíte naprosto úžasné a přelomové věci.

Vy už jste narazil na to srovnání s tím současným Hubbleovým teleskopem. V čem ten Webbův bude unikátnější nebo jiný?
Především v tom, že je větší. To primární zrcadlo, jenž které sbírá dopadající světlo, je větší. Třeba co se týká průměru, je to asi třikrát. Hubbleův kosmický teleskop to má, myslím, 2,4 metrů. Je to kulatá záležitost. Ale ten kosmický teleskop Jamese Webba má něco kolem šesti a půl metru, když bychom změřili v průměru ty jednotlivé plástve dohromady, poskládané do takového zajímavého útvaru. Takže je větší. Což také znamená, že když máte větší zrcadlo, dopadne na něj více světla. To je naprosto logické. No a potom vezmete ty jednotlivé plástve, natočíte je tak do toho sekundárního zrcadla, aby se tam odrazily ty paprsky, utíkaly do toho sekundárního zrcadla, a vy jste posbírali více světla z okolí.

Ale už jsem trošičku zmínil, čím je vlastně jedinečný. On totiž Hubbleův kosmický teleskop pozoruje vesmír z velké části v tom viditelném spektru. To znamená, představme si, že jsme na oběžné dráze jako astronauti, máme s sebou svoje oči, případně náš telefon a pořizujeme si hezké snímky, které tam vidíme. Samozřejmě do extrémní dálky, ale to je věc druhá. Zkrátka takto by ty obrázky viděly z velké části naše oči. To, co ale uvidí kosmický teleskop Jamese Webba, budou věci opravdu mimo pozorovatelné spektrem očí v té infračervené oblasti. Lehce tam zasahuje na nějaké opravdu oranžové až červené barvičce, kde vůbec začíná to pozorování tohoto teleskopu. Ale uvidí to opravdu v té neviditelné oblasti. Já jsem zmínil, že uvidí do těch plynových a prachových mračen. Ale pak je tam ještě jedna velmi podstatná věc a ten důvod, proč kosmický teleskop Jamese Webba uvidí dále než Hubbleův teleskop. Vesmír se nám rozpíná. A tím, když se vám rozpíná, tak světlo, které putuje vesmírem, se rozpíná také. No a v povaze světla, co to znamená rozpínat světlo? No že se právě prodlužuje vlnová délka. Barvičky, které jsou modré a podobně - fialová - mají velmi krátkou vlnovou délku. Sinusoida tam kmitá velmi rychle. Ale když jste na delších barvičkách, na delších vlnových délkách, dostáváte se právě do té žluté, oranžové a červené barvy. A když to natáhnete ještě více, dostanete se mimo pro oči pozorovatelnou oblast. A když se vesmír rozpíná, tak objekt, který kdysi dávno vyslal viditelné světlo, se vám najednou ztratí, protože vaše oči nejsou schopny tu barvu detekovat.

Takže vlastně Webbův teleskop, když to řeknu hodně laicky a zjednodušeně, uvidí vesmír v úplně jiných barvách?
To říkáte doslova .V barvách očím opravdu nemožně pozorovatelným. Ale samozřejmě ony jsou metody, které by se nepoužívaly pouze v astronomii, jak se budou jednotlivým výsledným obrázkům přiřazovat barvy, které už naším očím jsou známé. A my obrázky, ale v barvách tak, jak je známe, uvidíme. Ale budou to takzvané falešné barvy, nepravé barvy. Ve finále skoro úplně všechny snímky, které v astronomii pořizujete, se pořizují černobíle. A pak až teprve se nějak výsledně upravuje ten obraz.

Vy už jste hodně zmiňoval, že nás to posune ve znalosti látek, toho, jakým způsobem vesmír vypadá, funguje, jakým způsobem se možná rozpíná. Kam nás to může posunout jako lidstvo v pochopení toho, kam zapadáme my?
Tak co se týká těch prvních hvězd a podobně, obecně jako lidstvo jsme velmi zvídaví, odkud jsme přišli, kde se to tady všechno vzalo… My už máme spoustu, spoustu hypotéz, dokážeme spoustu věcí simulovat.

Ale možná jedna věc, která je také velmi důležitá u kosmického teleskopu Jamese Webba, je to, že nebude zkoumat jen tu extrémní historii vesmíru, ale bude koukat i na takzvané exoplanety. To znamená na planety, které krouží okolo jiných hvězd. A já neznám ani jednoho planetologa nebo kosmologa, který by si myslel, že jsme ve vesmíru sami. Já většinou i cituji Carla Sagana, který řekl, že pokud jsme ve vesmíru sami, tak je to neskutečné plýtvání místem. Ono totiž opravdu ve vesmíru je pravděpodobně více planet než hvězd. A my chceme zjistit odpověď na otázku, jestli jsme ve vesmíru sami. A s pomocí tohoto teleskopu budeme schopni se podívat doslova a do písmene do atmosfér planet, které krouží třeba kvadriliony kilometrů od Země. A budeme zkoumat, jaké prvky, jaké sloučeniny se v těch atmosférách nachází, jestli tam je metan, oxid uhličitý, vodní páry a další.

Mají vědci v tuto chvíli představu a odhad, jak dlouho bude Webbův teleskop informace o vesmíru lidem přinášet?
Mají a je to nesmírně potěšující záležitost. Protože když startoval, takzvaná primární mise - to, čeho musíme dosáhnout, aby to úspěch byl – byla označována pěti lety. Samozřejmě všichni doufali v prodloužení, sekundární misi, která bude desetiletá. Ale jelikož evropská raketa Ariane 5, která nesla právě tento teleskop, odstartovala tak dobře a přesně, teleskop nebude muset moc manévrovat se svým palivem a uspoří ho pro své korekce dráhy na oběžné dráze kolem toho bodu jeden a půl milionu kilometrů od Země. A mě strašně překvapilo, jak se inženýři vyjádřili teď, to jest že se tedy prodlouží ta životnost. Aktuálně očekávají, že by teleskop mohl být plně funkční až 20 let.

A chystá se potom už jeho nástupce? Je v procesu výroba nástupce Webbova teleskopu?
Samozřejmě, že ano. Tyto kosmické observatoře plánují minimálně na 10 let dopředu, takže opět bude zastaralý, když si to řekneme jako na začátku. A je v plánu naprostý gigant. Samozřejmě se nebudeme držet při zemi, když už teď jsme poslali takovéhoto giganta, velkého jako tenisový kurt, který to bude zkoumat naprosto unikátně. A už teď se řeší takzvaná observatoř LUVOIR. No a když se na to podíváte, na nějaké ilustrace, řeknete si, že toto přece lidstvo nemůže na raketě vynést. No a už jsou dokonce technologické studie, že lidstvo toho schopno je.