V James-Webbově dalekohledu je technika z Heidelbergu

Výhled umělce na Webb na raketě Ariane 5. (Copyright: ESA / D. Ducros)

Práce v čisté místnosti: MIRI je kombinovaný přístroj kamery a spektrometru. Důležité mechanické součásti byly vyvinuty a postaveny v Max-Planck-Institutu pro astronomii v Heidelbergu. © Stephen Kill / STFC

Pohyblivá high-tech: Filtrové kolo činí z MIRI vědecký přístroj. S výjimkou optických prvků navrhl, konstruoval, postavil a otestoval toto součást Max-Planck-Institut für Astronomie. 18 optických prvků obsahuje filtry pro omezení vlnového rozsahu, koronografy pro zakrytí jasných objektů a prism. © MPIA / Filtrové kolo činí z MIRI vědecký přístroj. S výjimkou optických prvků navrhl, konstruoval, postavil a otestoval toto součást MPIA. 18 optických prvků zahrnuje filtry pro zúžení vlnového rozsahu, koronografy pro zakrytí jasných objektů a prism. © MPIA

Skupinová fotografie pod dalekohledem: Tato fotografie vznikla u příležitosti setkání konsorcia James Webb a ukazuje rozměry vesmírného observatoře. Model tohoto vesmírného dalekohledu James Webb odpovídá velikosti originálu. © Örs Hunor Detre / MPIA / Tato fotografie, pořízená při příležitosti setkání konsorcia James Webb, ukazuje rozměry vesmírného dalekohledu James Webb. Model tohoto dalekohledu odpovídá jeho původní velikosti. © Örs Hunor Detre / MPIA

Misíe dalekohledu James Webb Space Telescope zatím probíhá úspěšně. Po startu v prosinci 2021, cestě k pozorovacímu stanovišti v takzvaném Lagrangeově bodě L2 a několikaměsíčním kalibračním a testovacím období přináší „James Webb“ nyní první snímky. Na palubě vesmírného dalekohledu jsou komponenty, které byly vyvinuty a vyrobeny v Max-Planckově ústavu pro astronomii. Mezi nimi je filtrní kolo, které dělá z kamery MIRI dalekohledu Webb vědecký přístroj, a s nímž chtějí astronomové odpovědět na některé z nejpalčivějších výzkumných otázek. Tento příspěvek je stavebním kamenem, který v budoucnu pomůže zajistit, aby místo Heidelberského ústavu zůstalo na špici světového astronomického výzkumu.

25. prosince 2021 byl po desetiletích plánování, vývoje a stavby, a po několika zpožděních, vypuštěn dalekohled James Webb (JWST) raketou Ariane 5 z evropského vesmírného přístavu Kourou v Guayanském Francouzsku. Pro dva z přístrojů na palubě přispěl Max-Planckův ústav pro astronomii několika klíčovými technickými komponenty. Heidelberský ústav je jedním z hlavních partnerů v evropském konsorciu pro MIRI (Mid-InfraRed Instrument). Inženýrky a inženýři z ústavu vyvinuli s podporou firmy Hensoldt v Oberkochenu mimo jiné filtrní kolo pro kameru MIRI a dvě mřížková kola pro spektrograf MIRI.

„S vlastním technickým oddělením, jako jsou laboratoře, konstrukční kancelář a dílny pro elektroniku a přesné mechaniky, má náš ústav desetiletí zkušeností s konstrukcí měřicích přístrojů pro satelity,“ říká Oliver Krause, vedoucí výzkumné skupiny pro infračervenou vesmírnou astronomii v Heidelberském Max-Planckově ústavu a hlavní odpovědný za technické příspěvky. Tato expertíza je nyní klíčová i při vývoji těchto náročných komponent pro JWST.

Kromě toho je tým kolem Krauseho hlavně zapojen do vývoje elektrického systému pro přístroj MIRI. MIRI bude pracovat v oblasti infračerveného spektra, které zahrnuje vlnové délky od pěti do 28 mikrometrů (milióntin metrů). Přístroj je tak citlivý, že by mohl detekovat svíčku na jednom z přibližně 700 milionů kilometrů vzdálených Jupiterových měsíců.

Max-Planckův ústav pro astronomii se dále podílí na vývoji filtračního a mřížkového kola pro přístroj NIRSpec (Near InfraRed Spectrograph). NIRSpec pokrývá spektrální oblast od 0,6 do pěti mikrometrů.

Všechny tyto tzv. kryomechanismy – tedy pohyblivé části, které jsou provozovány za extrémní nízké teploty – musí vydržet teploty až do minus 266 stupňů Celsia, které jsou dosaženy pomocí dodatečných chladicích zařízení. Za těchto podmínek by běžné pracovní a mazací prostředky nefungovaly. Mechanismy musí pracovat přesně, trvale a především bezúdržbově. „Reparace jako při provozu vesmírného dalekohledu Hubble nejsou u JWST možná,“ říká Thomas Henning, výkonný ředitel Max-Planckova ústavu pro astronomii. James Webb pracuje nikoliv na oběžné dráze Země, ale je umístěn ve vzdálenosti 1,5 milionu kilometrů od našeho planetu. Tato pozorovací pozice byla dosažena koncem ledna 2022.

Instrumentální hardwarové příspěvky ústavu a jeho průmyslových dodavatelů k oběma zmíněným přístrojům JWST byly již úspěšně dodány NASA v letech 2012/2013. Od té doby musely tyto přístroje projít řadou přísných testovacích kampaní. Heidelberský tým JWST se významně podílel na přípravě, provádění a vyhodnocování těchto testů v NASA v USA. Navíc je tým intenzivně zapojen do vývoje budoucího softwaru pro zpracování dat pro přístroj MIRI.

Za technické příspěvky dostávají zúčastněné výzkumné instituce jako protihodnotu tzv. GT programy (Guaranteed Time = garantovaná pozorovací doba). I na tyto programy je skupina Olivera Krauseho, částečně v čele, intenzivně zapojena. Navíc si astronomové a astronomky z Max-Planckova ústavu mohli zajistit velkou část pozorovacího času, který je otevřen všem vědcům. Pouze nejlepší programy se prosadí v rámci hodnocení v soutěži o vzácný zdroj – čas.

Jako spoluvýzkumník přístroje MIRI vede Thomas Henning jeden z velkých vědeckých projektů s tímto přístrojem. „Chceme zjistit, z jakého stavebního materiálu jsou planety ve svých rodných oblastech, diskách z plynu a prachu kolem mladých hvězd. K tomu budeme s spektrografem MIRI zkoumat chemické složení plynu a prachových částic,“ říká vědec. Někteří výzkumníci přestoupili z USA do jeho ústavu, aby zde s JWST mohli provádět světové špičkové výzkumy. Laura Kreidberg, rovněž ředitelka v Max-Planckově ústavu pro astronomii, úspěšně podala hned dva pozorovací návrhy. Jedná se o studium atmosfér exoplanet.

Vesmírný dalekohled James Webb byl vyvíjen pod vedením americké agentury NASA od roku 1996. Považuje se za nástupce vesmírného dalekohledu Hubble vzhledem k očekávaným poznatkům. Ten již více než 30 let přináší ohromující snímky i průlomové objevy. Očekávání od JWST jsou proto vysoká.

Informace na pozadí

Konsorcium MIRI tvoří členské státy ESA Belgie, Dánsko, Německo, Francie, Irsko, Nizozemsko, Švédsko, Švýcarsko, Španělsko a Spojené království. JWST je společný projekt NASA, ESA a kanadské kosmické agentury CSA.

Práce konsorcia jsou financovány národními vědeckými organizacemi, v Německu Max-Planckovou společností (MPG) a Německým centrem pro letectví a kosmonautiku (DLR). Zúčastněné německé instituce jsou Max-Planckův ústav pro astronomii v Heidelbergu, Univerzita v Kolíně a firma Hensoldt AG v Oberkochenu, dříve Carl Zeiss Optronics.