Wykupienie dostępu pozwoli Ci czytać artykuły wysokiej jakości i wspierać niezależne dziennikarstwo w wymagających dla wydawców czasach. Rośnij z nami! Pełna oferta →
Miesiąc temu za sprawą teleskopu Jamesa Webba astronomia trafiła na pierwsze strony gazet. Urzekające obrazki odległych gwiazd i galaktyk wywołały u wielu komentatorów metafizyczną zadumę nad nikłością naszego istnienia w kosmologicznych skalach czasu i przestrzeni. W mediach mogliśmy też czytać i słyszeć o oczekiwaniach związanych z nowym teleskopem.
Co nam jednak po tych wszystkich podglądanych dalekich galaktykach czy gwiazdach? To, jak pisała Szymborska, gwiazdy „bez konsekwencji. / Bez wpływu na pogodę, modę, wynik meczu, / zmiany w rządzie, dochody i kryzys wartości”.
Trudno oprzeć się wrażeniu, że teleskop Webba fascynuje głównie jako maszyna do bicia rekordów. Człowiek z największymi stopami urodził się w Maroku, kichnięcie podróżuje z prędkością 44 m/s, a najstarsza galaktyka, jaką kiedykolwiek dojrzał człowiek, wygląda jak czerwona plamka i widać ją, o, tutaj.
CZYTAJ TAKŻE:
Dlaczego więc nowy teleskop jest dla nas cenny? Richard Feynman, jeden z najbardziej wpływowych fizyków w historii, zauważył, że wartość nauki nie jest oczywista. Naukę często błędnie utożsamia się z techniką. Technika to tworzenie nowych rzeczy, a jej wartość łatwo zrozumieć – wynalazki ułatwiają nam życie. Jednak główna wartość nauki nie wynika z korzyści płynących z wdrażania w życie nowych osiągnięć.
Nauka w swojej najczystszej postaci zajmuje się odkrywaniem struktury rzeczywistości – świata, w którym żyjemy. Jest to według Feynmana największa przygoda człowieka. Odkrycia są plonem i złotem nauki, zapłatą za dyscyplinę rozumowania i ciężką pracę.
Obserwacje odległych galaktyk nie spowodują, iż nasze życie stanie się łatwiejsze. Nie mają one tego typu konsekwencji, ale też nie tego od nich oczekujemy. Mimo to dotyczą nas bezpośrednio.
Detronizacja Hubble’a
Kosmiczny teleskop Jamesa Webba – największy i najdoskonalszy, jaki kiedykolwiek zbudowaliśmy – powstał dzięki współpracy amerykańskiej NASA (Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej), ESA (Europejska Agencja Kosmiczna) oraz CSA (Kanadyjska Agencja Kosmiczna). Nosi imię administratora NASA, który kierował agencją w czasach programu Apollo. W przestrzeń kosmiczną został wyniesiony 25 grudnia 2021 r. Po przebyciu 1,6 mln kilometrów, w styczniu tego roku, zajął swoją docelową pozycję względem Ziemi i Słońca. Pierwsze pełnowartościowe zdjęcia wykonane przez ten instrument – wcześniej musiał zostać odpowiednio skalibrowany – zaprezentowano 11 i 12 lipca.
Teleskop Webba zdetronizował inny słynny instrument, teleskop Hubble’a, który został umieszczony na orbicie okołoziemskiej w 1990 r. Dzięki temu starszemu teleskopowi poznaliśmy dokładniej wiek wszechświata i tempo jego ekspansji, czyli nieustannego rozszerzania się przestrzeni, stworzyliśmy też mapy tajemniczej ciemnej materii. Zebrane dane upewniły nas, że w centrum prawie każdej galaktyki znajduje się ogromna czarna dziura.
Niewiele osób pamięta dzisiaj, że misja teleskopu Hubble’a rozpoczęła się od spektakularnej porażki. Przez proste niedopatrzenie instrument trzeba było serwisować w przestrzeni kosmicznej. Problem rozwiązała wysłana w kosmos ekipa ratunkowa i przez kolejne 30 lat to właśnie ten teleskop dostarczał nam przepięknych zdjęć wszechświata. Chociaż ciągle działa, umożliwiając nowe odkrycia, to już się postarzał, a przecież rozwój technologiczny się nie zatrzymał. Każde pokolenie astronomów chciałoby podglądać kosmos za pomocą instrumentu na miarę swoich czasów.
Teleskop Jamesa Webba różni się od teleskopu Hubble’a nie tylko doskonalszą elektroniką. Każdy, kto oglądał film „Grawitacja” z George’em Clooneyem i Sandrą Bullock, wie, iż teleskop Hubble’a ma rozmiar dużej ciężarówki. Jego lustro ma powierzchnię niecałych pięciu metrów kwadratowych. Powierzchnia lustra teleskopu Webba jest ponad sześciokrotnie większa. Osłona chroniąca olbrzymie lustro przed palącymi promieniami Słońca ma rozmiary kortu tenisowego. Bezpieczne umieszczenie tak wielkiego instrumentu w przestrzeni kosmicznej było inżynieryjnym majstersztykiem.
Teleskop Hubble’a znajduje się na orbicie okołoziemskiej, zaledwie 540 km nad naszymi głowami. Teleskop Jamesa Webba nie okrąża Ziemi, lecz wraz z Ziemią okrąża Słońce, daleko poza orbitą Księżyca – wizyta ludzkich serwisantów, podobna do tej, która ocaliła dla nas Hubble’a, nie jest więc możliwa. Ponieważ w ciemności najłatwiej dostrzec słabo świecące obiekty, instrument Webba zwrócony jest tyłem do naszej gwiazdy i wpatruje się w czarną otchłań kosmosu. Kolejna zasadnicza różnica pomiędzy tymi dwoma instrumentami dotyczy zakresów długości fal elektromagnetycznych, na której wykonywane są obserwacje.
Nasze oczy mogą bezpośrednio zarejestrować fale elektromagnetyczne o bardzo ograniczonym zakresie długości, zwane światłem widzialnym. Teleskop Hubble’a przeznaczony jest głównie do obserwacji w świetle widzialnym. Teleskop Webba natomiast obserwuje głównie fale dłuższe od światła widzialnego, należące do zakresu tzw. podczerwieni. Ta różnica wynika z odmienności zadań, które stawia się nowemu instrumentowi. Nie należy o nim myśleć wyłącznie jako o udoskonalonej wersji teleskopu Hubble’a.
Narodziny gwiazd i planet
Miłośnicy astronomii mają sentyment do obserwacji prowadzonych w świetle widzialnym. Amatorskie teleskopy działają właśnie w ten sposób – jako swego rodzaju kosmiczne okulary korygujące niedoskonałości naszego wzroku. W praktyce większość zdjęć astronomicznych, jakie oglądamy w internecie, również tych z teleskopu Hubble’a, jest sztucznie koloryzowana. Dla profesjonalnego astronoma kolor to po prostu narzędzie umożliwiające uwidocznienie ciekawych aspektów zdjęcia.
Długość fali elektromagnetycznej, za pomocą której podglądamy świat, ma za to niezwykle ważne praktyczne znaczenie. Różne obiekty w kosmosie generują i pochłaniają fale o różnych długościach. Przykładowo kosmiczny pył jest dobrze widoczny w świetle widzialnym – co oznacza, że może nam coś bardzo skutecznie zasłonić. Jeśli jednak chcemy podglądnąć zanurzone w kosmicznym pyle formujące się dopiero gwiazdy czy układy planetarne, to musimy zajrzeć do wnętrza chmur pyłu. Dla odpowiednio wybranych fal podczerwonych drobny kosmiczny pył staje się praktycznie niewidoczny. Dlatego, używając teleskopu Webba, można spoglądać poprzez kosmiczny pył zupełnie jak przez szybę. Obserwacja narodzin gwiazd i układów planetarnych to jedno z czterech głównych zadań teleskopu Webba.
CZYTAJ TAKŻE:
Drugie zadanie ma wymiar sięgający daleko poza astronomię. Teleskop Webba zmierzy się z zagadką, która dotyka nas wszystkich. Gdzie oni są? Czy jesteśmy sami we wszechświecie? Nie, nie spodziewamy się zobaczyć zielonych ludzików. Spotkanie z innymi formami życia będzie prawdopodobnie wyglądało inaczej. Astronomowie dopiero niedawno opanowali następującą sztuczkę. Wyobraźmy sobie odległą gwiazdę i okrążającą ją planetę, która co jakiś czas przelatuje pomiędzy gwiazdą i nami. Gdy planeta przechodzi przed tarczą gwiazdy, „prześwietlona” zostaje jej atmosfera. Choć nie potrafimy dostrzec samej planety, to analizując światło gwiazdy, można stwierdzić, jakie długości fal zostały zablokowane przez atmosferę planety, a dla jakich długości fal była ona przeźroczysta. Zależy to od składu chemicznego tej atmosfery. Skład chemiczny z kolei wynika z procesów zachodzących na planecie. Jeśli na planecie istnieje życie podobne do naszego, to skład jej atmosfery ma pewne charakterystyczne cechy, które można zobaczyć również w podczerwieni. Teleskop Webba został wyposażony w instrument, który doskonale nadaje się do prowadzenia tego typu analiz. Gdy w 1990 r. na orbitę wystrzeliwano teleskop Hubble’a, istnienie planet pozasłonecznych było kwestią nader wątpliwą. Obecnie znamy ich ponad pięć tysięcy – i domyślamy się, że są powszechne.
Ciemne wieki wszechświata
Wszechświat wyłonił się 13,8 mld lat temu z Wielkiego Wybuchu. Nie była to eksplozja, która wydarzyła się gdzieś w przestrzeni, lecz „eksplozja” samej przestrzeni. Wielki Wybuch był wszędzie! Wszechświat był pierwotnie niewyobrażalnie gorący, gęsty i jasny. Rozszerzanie przestrzeni powodowało spadek temperatury. Mniej więcej 400 tysięcy lat po Wielkim Wybuchu wszechświat ostygł na tyle, iż mogły utworzyć się atomy. Cały wszechświat przypominał wtedy atomową zupę, bardzo jednorodną i nudną. Nie istniały źródła światła widzialnego, takie jak gwiazdy czy galaktyki. Narodziły się one później, wskutek grawitacyjnego zapadania się drobnych zagęszczeń „zupy”. Powstanie gwiazd zakończyło tzw. ciemne wieki wszechświata. Proces ten w pełni zakończył się około miliarda lat po Wielkim Wybuchu.
Światło porusza się ze skończoną prędkością. Oznacza to, że patrząc na odległe obiekty, spoglądamy równocześnie w przeszłość. Wybierając coraz dalsze obiekty, możemy studiować ewolucję galaktyk, a nawet podglądnąć moment ich narodzin. Przy czym, jak pamiętamy, od Wielkiego Wybuchu wszechświat się nieustannie rozszerza – a więc odległe obiekty coraz bardziej się od nas oddalają. To zjawisko ma jeszcze jedną istotną konsekwencję: powoduje, że wędrujące w przestrzeni fale światła „rozciągają się”. Nie jest to intuicyjny efekt, znany z życia codziennego, ale dla astronomii ma wielkie znacznie. Oznacza bowiem, że światło, które dawno temu zostało wyemitowane jako widzialne, po miliardach lat może rozciągnąć się do podczerwieni.
Dlatego teleskop James Webba o wiele lepiej niż teleskop Hubble’a nadaje się do oglądania pierwszych obiektów powstałych we wszechświecie, wyłaniających się z wieków ciemnych. Obserwując inne galaktyki, mamy nadzieję dowiedzieć się, w jaki sposób powstała nasza – Droga Mleczna, a także Słońce i sama Ziemia. Studiowanie ewolucji galaktyk oraz tego, w jaki sposób powstały, to dwa kolejne zadania, jakie stoją przed teleskopem Jamesa Webba.
Galaktyki z konsekwencjami
Jeśli dzięki teleskopowi Jamesa Webba znajdziemy silne argumenty za istnieniem życia na innych planetach, będzie to odkrycie nieporównywalne z innymi w historii naszej cywilizacji. To oczywiste. Jednak jakie konsekwencje mogą wyniknąć dla nas z lepszego zrozumienia narodzin gwiazd i układów planetarnych, z lepszego zrozumienia ewolucji galaktyk i tego, w jaki sposób powstały pierwsze z nich ponad 13 mld lat temu?
Zacznę od wyjaśnienia pewnego częstego nieporozumienia. Teleskop Jamesa Webba nie umożliwi podglądnięcia powstawania galaktyk w taki sposób, w jaki oglądamy w telewizji przygody Kubusia Puchatka. Zdjęcia wykonane przez instrument Webba są piękne, ale ich prawdziwa wartość ujawnia się dopiero, gdy to, co ukazują, skonfrontujemy z nagromadzoną wcześniej wiedzą.
Wyobraźmy sobie, że w jakiś cudowny sposób zdjęcia odległych galaktyk wykonane przez teleskop Webba trafiły w ręce XIX-wiecznego astronoma. Nie byłyby one dla niego bardzo użyteczne. Astronom sprzed 150 lat nie wiedział, że istnieją składające się z setek miliardów gwiazd obiekty zwane galaktykami, nie wiedział, że wszechświat nie jest niezmienny, nie wiedział też, że widoczne na zdjęciach deformacje struktur kosmicznych są skutkiem działania grawitacji, która potrafi zakrzywiać światło. Nie wiedział również, że kolor świecących obiektów jest powiązany z ich odległością od nas – im są dalsze, tym bardziej poczerwienione (a więc „rozciągnięte”) jest ich światło.
Na podstawie nawet wielu pięknych zdjęć kosmosu nie da się odgadnąć tych wszystkich rzeczy. Teleskop Jamesa Webba, Wielki Zderzacz Hadronów, który znajduje się w Genewie i pozwala badać składniki materii, a także wszystkie inne teleskopy i zderzacze świata są częścią wielkiego sita, przez które naukowcy przepychają wizję rzeczywistości wypracowaną na podstawie szeregu wcześniejszych odkryć. Odkrycia te powinny tworzyć spójną całość: rozwój fizyki cząstek może zależeć od tego, co zobaczy teleskop Webba, kosmologia czerpie z odkryć dokonywanych w zderzaczach cząstek. Bez wypracowanej przez nas interpretacji zdjęcia odległych galaktyk byłyby zagadkowym zbiorem kolorowych plam, a dane pozyskane w Wielkim Zderzaczu Hadronów – bezsensownym ciągiem zer i jedynek. To właśnie proces tworzenia spójnych teorii dotyczących struktury rzeczywistości i weryfikowania ich za pomocą obserwacji oraz eksperymentów wspomniany wcześniej Richard Feynman uważał za największą przygodę ludzkości. Jego zdaniem nie żyjemy pełnią swojej epoki, jeśli nie doceniamy, jak wielka jest to przygoda.
Uszczelnianie sita
Dla wielu naukowców głównym celem istnienia teleskopu Jamesa Webba jest uszczelnienie „wielkiego sita obserwacji i eksperymentu”. Teleskop Webba jest w nim naprawdę doskonałym drobnym oczkiem. Być może gdzieś na świecie żyje astronom, którego największym marzeniem jest lepsze zrozumienie powstawania galaktyk 13 mld lat temu. Być może jakiś biolog ponad wszystko chce zrozumieć znaczenie nabrzmiałej szóstej lotki drugiego rzędu samca kusogorzyka miotlastego. Nauka nie jest jednak zbiorem ciekawostek. Studiowanie lotek kusogorzyka jest ciekawe, bo może doprowadzić do odkrycia ogólnych mechanizmów rządzących doborem płciowym, czyli tym, jak zmieniają się cechy osobników, by łatwiej im było uwodzić partnerów i płodzić dzieci. Realna możliwość, iż obserwacje wczesnych galaktyk podpowiedzą, jak udoskonalić nasze teorie fizyczne, jest fascynująca. Nie znamy bardziej skutecznej metody odkrywania struktury rzeczywistości niż żmudne badanie najdrobniejszych szczegółów, ale przeważnie poznanie tych szczegółów nie jest dla nas celem samym w sobie.
CZYTAJ TAKŻE:
Obserwacje odgrywają rolę ostatecznego sędziego stawianych przez nas hipotez, dlatego wszelkie niezgodności pomiędzy teorią i obserwacjami są na wagę złota. Problemy domagają się rozwiązań, a poszukiwanie rozwiązań prowadzi do naukowych rewolucji. Powstawanie wczesnych galaktyk to tylko jeden przykład i zarazem drobny element naukowej układanki. Wszystkie elementy muszą do siebie pasować, by tworzyć spójną całość. Jeśli tak nie jest, należy rozmontować większy fragment układanki i spróbować poskładać ją inaczej.
Badanie tego, co odległe w czasie i przestrzeni, może mieć globalne naukowe konsekwencje dotyczące świata wokół nas. Teleskop Jamesa Webba ma w sobie potencjał, który może zmusić nas do przebudowania naszej wizji rzeczywistości. A na tym, by rozumieć świat, w którym żyjemy, zależy chyba nam wszystkim.©
