Vesmírný dalekohled Jamese Webba (zkratka JWST z anglického James Webb Space Telescope) je vesmírný dalekohled, který vznikl v mezinárodní spolupráci NASA, Evropské kosmické agentury a Kanadské kosmické agentury.Meet the team: Partners and Contributors - official NASA website of James Webb Space Telescope Dalekohled je pojmenován po Jamesi E. Webbovi, který byl v letech 1961–1968 administrátorem NASA a hrál důležitou roli v programu Apollo. Má být nástupcem Hubbleova vesmírného dalekohledu jako vlajková loď NASA v oblasti astrofyziky. JWST byl vypuštěn 25. prosince 2021 raketou Ariane 5 při letu VA256. Je navržen tak, aby poskytoval lepší rozlišení a citlivost v infračerveném spektru než Hubbleův dalekohled a zobrazoval objekty až 100krát slabší než nejslabší objekty detekovatelné Hubbleovým dalekohledem. To umožní širokou škálu výzkumů napříč obory astronomie a kosmologie, například pozorování až do rudého posuvu z≈20 některých nejstarších a nejvzdálenějších objektů a událostí ve vesmíru (včetně prvních hvězd a vzniku prvních galaxií) a detailní charakterizaci atmosféry potenciálně obyvatelných exoplanet.
Primární zrcadlo JWST, optický prvek dalekohledu, se skládá z 18 šestiúhelníkových zrcadlových segmentů vyrobených z pozlaceného beryllia, které dohromady vytvářejí zrcadlo o průměru 6,5 metru. Díky tomu má Webbův dalekohled světelnou sběrnou plochu přibližně 5,6krát větší než Hubbleovo 2,4metrové zrcadlo (25,37 m2 sběrné plochy oproti 4,525 m2 Hubbleova zrcadla). Na rozdíl od Hubbleova dalekohledu, který pozoruje v blízkém ultrafialovém, viditelném a blízkém infračerveném spektru (0,1–1,0 μm), bude JWST pozorovat v nižším frekvenčním rozsahu, od dlouhovlnného viditelného světla (červené) po střední infračervené spektrum (0,6–28,3 μm). To mu umožní pozorovat objekty s vysokým rudým posuvem, které jsou pro Hubbla příliš staré, slabé a vzdálené. Aby mohl dalekohled pozorovat slabé signály v infračerveném oboru bez rušení jinými zdroji tepla, musí mít teplotu nižší 50 K (−223 °C), proto je umístěn ve vesmíru poblíž libračního centra soustavy Slunce-Země L2, což je bod ve vesmíru vzdálený asi 1,5 milionu kilometrů od Země, kde ho jeho pětivrstvá sluneční clona ve tvaru deltoidu může ochránit před současným zahříváním Slunce, Země a Měsíce.
Vývoj řídilo Goddardovo kosmické středisko NASA v Marylandu a dalekohled provozuje Space Telescope Science Institute. Hlavním dodavatelem byla společnost Northrop Grumman.
Vývoj byl zahájen v roce 1996 a původně se počítalo se startem v roce 2007 a s rozpočtem 500 milionů amerických dolarů. Došlo k mnoha zpožděním a překročení nákladů, včetně zásadního přepracování projektu v roce 2005, roztržení sluneční clony při cvičném nasazení, doporučení nezávislé revizní komise, pandemie covidu-19, problémů s raketou Ariane 5 a samotným dalekohledem a problémů s komunikací mezi dalekohledem a nosnou raketou. Média si všímala, jak je dalekohled složitý a jak jeho vypuštění náročné a vědci a inženýři se k němu vyjadřovali.
Výroba byla dokončena koncem roku 2016, kdy začala rozsáhlá testovací fáze. Dalekohled byl vypuštěn 25. prosince 2021 ve 12.20 světového času nosnou raketou Ariane 5 z Kourou ve Francouzské Guyaně a o 27 minut později byl uvolněn z horního stupně. Start NASA popsala jako „bezchybný“ a „dokonalý“. K 24. lednu 2022 byl dalekohled plně a úspěšně rozložen do provozní konfigurace, jeho zrcadla byla přesunuta ze startovních pozic a úspěšně se dostal na oběžnou dráhu v cílovém místě.https://blogs.nasa.gov/webb/2022/01/24/orbital-insertion-burn-a-success-webb-arrives-at-l2 První snímek byl zveřejněn na tiskové konferenci 11. července 2022. Dalekohled je nástupcem Hubbleova teleskopu a vlajkovou lodí NASA v oblasti astrofyziky.
Rysy vlevo|náhled|Přibližný graf propustnosti (nebo neprůhlednosti) zemské atmosféry pro různé vlnové délky elektromagnetického záření, včetně viditelného světla. Vesmírný dalekohled Jamese Webba má hmotnost přibližně poloviční oproti Hubbleovu vesmírnému dalekohledu, ale má primární zrcadlo o průměru 6,5 m pokryté pozlaceným beryliem a složené z 18 šestiúhelníkových zrcadel, takže jeho celková velikost je více než šestkrát větší než 2,4 m velkého Hubbleova dalekohledu. Z toho 0,9 m2 je zakryto sekundárními podpůrnými vzpěrami, takže jeho skutečná sběrná plocha světla je asi 5,6krát větší než Hubbleova sběrná plocha 4,525 m2. Beryllium je velmi tuhý, tvrdý a lehký kov často používaný v letectví a kosmonautice, který je nemagnetický a přesně si udržuje svůj tvar v ultrachladném prostředí – má šestkrát větší měrnou tuhost (rigiditu) než ocel nebo titanhttps://www.samaterials.com/content/what-are-beryllium-s-properties.html a zároveň je o 30 % lehčí než hliník. Zlatý povlak zajišťuje odrazivost infračerveného záření a odolnost.
JWST je určen především pro blízkou infračervenou astronomii, ale v závislosti na přístroji dokáže pozorovat i oranžové a červené viditelné světlo a také střední infračervenou oblast. Dokáže detekovat objekty až 100krát slabší než Hubbleův dalekohled a objekty mnohem starší v historii vesmíru, až do červeného posuvu z≈20 (asi 180 milionů let kosmického času po velkém třesku). Pro srovnání, předpokládá se, že nejstarší hvězdy vznikly mezi z≈30 a z≈20 (100–180 milionů let kosmického času), první galaxie mohly vzniknout kolem červeného posuvu z≈15 (asi 270 milionů let kosmického času) a Hubbleův dalekohled není schopen dohlédnout dále než k velmi rané reionizaci při z≈11,1 (galaxie GN-z11, 400 milionů let kosmického času).
Návrh kladl důraz na blízkou až střední infračervenou oblast ze tří hlavních důvodů:
objekty s velkým rudým posuvem (velmi staré a vzdálené) mají své viditelné záření posunuté do infračervené oblasti, a proto lze jejich světlo dnes pozorovat pouze pomocí infračervené astronomie; chladnější objekty, jako jsou disky trosek a planety, vyzařují nejsilněji v infračervené oblasti; tato infračervená pásma je obtížné studovat ze Země nebo stávajícími kosmickými dalekohledy, jako je například Hubbleův dalekohled.
Pozemní teleskopy musí pozorovat skrz zemskou atmosféru, která je v mnoha infračervených pásmech neprůhledná (viz graf propustnosti atmosféry Země). I tam, kde je atmosféra průhledná, se v zemské atmosféře vyskytuje mnoho cílových chemických sloučenin, jako je voda, oxid uhličitý a metan, což značně komplikuje analýzu. Stávající kosmické dalekohledy, jako je Hubbleův dalekohled, nemohou tato pásma studovat, protože jejich zrcadla nejsou dostatečně chladná (Hubbleovo zrcadlo je udržováno na teplotě přibližně 15 °C (288 K)), takže dalekohled sám silně vyzařuje v infračervených pásmech.
Vesmírný dalekohled Jamese Webba může také pozorovat blízké objekty, včetně objektů v naší sluneční soustavě, které mají zdánlivou úhlovou rychlost pohybu 0,030 úhlové sekundy za sekundu nebo méně. To zahrnuje všechny planety a satelity, komety a asteroidy za oběžnou dráhou Země a "prakticky všechny" známé objekty Kuiperova pásu. Kromě toho může pozorovat příležitostné a neplánované cíle do 48 hodin od rozhodnutí o jejich pozorování, jako jsou supernovy a záblesky záření gama.
Vesmírný dalekohled Jamese Webba bude pracovat na halo dráze, která obíhá kolem bodu ve vesmíru známého jako librační centrum L2 soustavy Slunce-Země, přibližně 1 500 000 km od oběžné dráhy Země kolem Slunce. Její skutečná poloha se bude při oběhu pohybovat ve vzdálenosti od bodu L2 přibližně 250 000 km do 832 000 km, díky čemuž bude mimo zemský i měsíční stín. Pro srovnání: Hubbleův dalekohled obíhá ve výšce 550 km nad povrchem Země a Měsíc je od Země vzdálen zhruba 400 000 km. Objekty v blízkosti tohoto bodu L2 Slunce-Země mohou obíhat kolem Slunce synchronně se Zemí, což dalekohledu umožňuje zůstat ve zhruba konstantní vzdálenosti při neustálé orientaci jeho unikátní sluneční clony a sběrnice zařízení vůči Slunci, Zemi a Měsíci. V kombinaci s širokou oběžnou dráhou, která se vyhýbá stínům, může dalekohled současně blokovat přicházející teplo a světlo ze všech tří těchto těles a vyhnout se i těm nejmenším změnám teploty způsobeným stínem Země a Měsíce, které by mohly ovlivnit konstrukci, a přesto si zachovat nepřetržité napájení sluneční energií a komunikaci se Zemí na své straně obrácené ke Slunci. Díky tomuto uspořádání bude teplota sondy konstantní a nižší než 50 K (−223 °C), což je nezbytné pro pozorování slabého infračerveného záření.
V současné době (k roku 2022) se nepředpokládá, že by JWST byl ve vesmíru obsluhován. Mise s posádkou za účelem opravy nebo modernizace observatoře, jako tomu bylo v případě Hubbleova dalekohledu, by byla nemožná a podle zástupce administrátora NASA Thomase Zurbuchena se i přes veškerou snahu ukázalo, že bezpilotní mise na dálku je v době návrhu JWST nad rámec současných technologií. Během dlouhého testovacího období JWST se představitelé NASA zmiňovali o myšlence servisní mise, ale žádné plány nebyly oznámeny. Od úspěšného vypuštění NASA uvedla, že byly provedeny omezené úpravy, které by usnadnily budoucí servisní mise, pokud by nějaké byly. To zahrnovalo: přesné naváděcí značky v podobě křížů na povrchu JWST pro použití vzdálenými servisními misemi, stejně jako doplňovatelné palivové nádrže, odnímatelné tepelné ochrany a přístupné upevňovací body.
Ochrana proti slunečnímu záření (stínění) vpravo|náhled|Testovací jednotka sluneční clony rozložená a složená v prostorech výrobce Northrop Grumman v Kalifornii v roce 2014 Pro pozorování v infračerveném spektru musí být teplota Webbova dalekohledu udržována pod 50 K (−223,2 °C), jinak by infračervené záření samotného dalekohledu rušilo jeho přístroje. Proto používá velkou sluneční clonu, která odráží světlo a teplo od Slunce, Země a Měsíce, a jeho poloha v blízkosti bodu libračního centra L2 soustavy Slunce-Země udržuje všechna tři tělesa stále na stejné straně sondy. Jeho halo dráha kolem bodu L2 se vyhýbá stínu Země a Měsíce, čímž udržuje stálé prostředí pro sluneční štít a solární panely. Stínění udržuje stabilní teplotu pro objekty na tmavé straně, což je rozhodující pro udržení přesného nastavení segmentů primárního zrcadla v prostoru.
Pětivrstvá sluneční clona, jejíž každá vrstva je tenká jako lidský vlas, je vyrobena z Kaptonu E, komerčně dostupné polyimidové fólie od společnosti DuPont, s membránami speciálně potaženými hliníkem na obou stranách a vrstvou dotovaného křemíku na straně dvou nejteplejších vrstev směřujících ke Slunci, která odráží sluneční teplo zpět do vesmíru. Mezi faktory, které projekt zdržely, patřilo náhodné poškození jemné struktury fólie během testování v roce 2018.
Sluneční clona byla navržena tak, aby ji bylo možné dvanáctkrát složit a aby se vešla do nákladového prostoru rakety Ariane 5, který má průměr 4,57 m a délku 16,19 m. Rozměry plně rozvinutého štítu byly plánovány na 14,162 m × 21,197 m. Sluneční štít byl ručně sestaven ve společnosti ManTech (NeXolve) v Huntsville v Alabamě a poté byl dodán společnosti Northrop Grumman do Redondo Beach v Kalifornii k testování.
Kvůli slunečnímu štítu nemá dalekohled v daném okamžiku neomezené zorné pole. Dalekohled může z jedné pozice vidět 40 % oblohy a celou oblohu může vidět po dobu šesti měsíců, což je doba, za kterou dokončí polovinu svého oběhu kolem Slunce.
Optika vpravo|náhled|Inženýři čistí zkušební zrcadlo sněhem z oxidu uhličitého (2015) vpravo|náhled|Hlavní zrcadlo sestavené v Goddardově kosmickém středisku (květen 2016)