Webbre fel! Magyar kutatók is észlelhetnek majd minden idők legdrágább űrteleszkópjával

2990

Személyes hangvételű írás a NASA következő, hosszú évek óta várt “nagy űrcsillagászati dobásáról” és arról, hogyan készül fel a kutatói közösség egy 10 milliárd dolláros infrastruktúra használatára.

2021. október 31. A dátum, amit szakcsillagászok ezrei és az Univerzum titkai iránt lelkesen érdeklődők is tűkön ülve várnak, hiszen többévnyi halasztás után ekkor végre valóban útnak indulhat a James Webb-űrtávcső (JWST), a NASA, az ESA és a Kanadai Űrügynökség (CSA) zászlóshajó-küldetése. A 6,5 méteres tükörátmérőjével az eddig a világűrbe küldött teleszkópok közül ­messze a legnagyobbnak (egyúttal messze a legköltségesebbnek…) számító eszköz „kálváriájának” egyes állomásairól részletesen beszámolt a hazai (szak)sajtó is (lásd pl. korábbi cikkünket), így itt most csak a leglényegesebb információkat foglaljuk össze. Az eredetileg Next Generation Space Telescope néven futó kezdeményezés a kilencvenes évek közepén lépett az előkészítés fázisába. Az ekkor még 8 m átmérőjűre tervezett infravörös űrteleszkóp büdzséjét kezdetben 500 millió dollárra becsülték, és a tervek között szerepelt egy fontos köztes lépés: a kétezres évek elején a NASA először egy 4 m átmérőjű „teszttávcsövet” juttatott volna az űrbe, amin az úttörőnek számító fejlesztési lépéseket lehetett volna kipróbálni. Ezt az ötletet végül költségvetési okokból elvetették, viszont a nagy űrtávcső mérete kissé csökkent: a tervezési pályázaton győztes konstrukcióban végül 6,1 m tükörátmérő (ez később 6,5 m-re módosult), 2010-es indítási céldátum és 825 millió dollár szerepelt. 2002-ben járunk, ekkor veszi fel a készülő űreszköz James E. Webb (1906–1992) nevét: a NASA-t az egyik legizgalmasabb időszakban (1961–1968) vezető szakember nem csak az emberes amerikai űrprogram sikerében, hanem az űrügynökség tudományos kutatások melletti elköteleződésében is fontos szerepet játszott.

A következő években megkezdődött a JWST első elemeinek kivitelezése – egyúttal az az immáron két évtizedes történet, amelyet az indítási dátum folyamatos csúszása és a költségek monoton növekedése jellemez. 2005-ben már a 4,5 milliárd dolláros összköltségvetés és a 2013-as start volt a két sarokpont, amelyek 2010-ben 6,5 milliárd dollárra és 2015-re, egy (!) évre rá pedig 8,7 milliárd dollárra és 2018-ra módosultak. Ezt követően a nagy visszhangot kiváltó bejelentések helyét a „csendes” fejlesztő és tesztelési munka vette át, és úgy tűnt, hogy a kezdeti problémák ellenére az évtized végére sikerül a világűrbe juttatni a Webb-űrtávcsövet. A 2016–2018 között lezajló ellenőrzések során azonban több, kisebb-nagyobb hibát fedeztek fel a távcső egyes alrendszereiben (a legkritikusabb résznek a távcső kellően alacsony működtetési hőmérsékletét biztosítani hivatott napvédő pajzs bizonyult), további csúszást és költségnövekedést eredményezve. S bár 2019 végén kezdett újra biztatóvá válni a helyzet, a néhány hónappal később bekövetkező világjárvány újabb halasztást okozott – s most 2021 októberi indítási dátumnál és csaknem 10 milliárd dolláros költségvetésnél tartunk.

Művészi elképzelés az Ariane–5 startja utáni egyik fontos momentumról, amikor leválik az összehajtogatott Webb-űrtávcsövet rejtő orrkúp külső burkolata (ESA).

Bár a JWST eddigi történetét – nem alaptalanul… – sokszor a balszerencsés fordulatok és az inkompetens pénzügyi tervezés kombinációjaként emlegetik még a szakmai közegen belül is, hozzá kell tennünk, hogy az ekkora léptékű fejlesztések esetében hasonló mértékű elcsúszások azért nem teljesen példa nélküliek: a mostanra a megfigyelő csillagászat eddigi legnagyobb sikertörténetének bizonyuló Hubble-űrtávcső az eredeti tervekhez képest szintén kb. tízszeres költségtúllépéssel és 7–8 éves késéssel indult el (hogy a főtükör csiszolási hibáját ne is említsük…). A Webb-űrtávcső esetében ráadásul indítás után már semmilyen kivitelezési hibát nem lehet majd korrigálni, hiszen a Hubble-űrtávcsővel (vagy épp a készülő kínai űrteleszkóppal) ellentétben nem néhány száz kilométerrel a földfelszín fölött, hanem bolygónktól mintegy másfél millió kilométerre (a Nap–Föld rendszer L2-es Lagrange-pontjának közelében) fog keringeni. A már emlegetett napvédő pajzs és az egyéb hűtési rendszerek, a tizennyolc szegmensből álló és az űrben „kihajtogatódó” főtükör – mind-mind olyan technológiai újítás, amit eddig nem, vagy csak kevésbé kritikus körülmények között volt lehetőség tesztelni. S persze az eszközt türelmetlenül váró kutató is beleélheti magát olykor-olykor az űrtávcső (ill. az Ariane–5 indítórakéta) egyes részein dolgozó tervezők, mérnökök, szerelőmunkások, vagy épp a NASA hivatalnokai helyzetébe, akiknek bizonyára nem egyszer átfut az agyukon, hogy nehogy pont az ő hibájukból menjen kárba sok-sok évnyi munka és sok milliárd dollár… Amellett, hogy voltak egyértelműen elkerülhető csúszások és költségemelkedések a projekt során (amikből a jövőben mindenképp tanulni kell), jó eséllyel az említett tényezők szerepe sem volt elhanyagolható a történet alakulásában.

Mindazonáltal, ha minden jól alakul, a Webb-űrtávcső sikeres októberi startja és üzembe állása, majd az első felvételek és tudományos eredmények sokunk reményei szerint idővel feledtetik majd a mögöttünk álló időszak megpróbáltatásait. Ehhez persze önmagában nem elegendő a távcső lenyűgöző teljesítménye – szükség van olyan, precízen megtervezett tudományos programokra is, amelyek valóban segíthetnek kis lépésekkel, vagy akár nagy ugrásokkal közelebb kerülni az Univerzum különböző rejtélyeinek megértéséhez. A remélhetőleg hiba nélkül záródó startot és üzembe állási időszakot követően az addig a tervezők, mérnökök, szerelők és hivatalnokok vállát nyomó felelősség nagy része átkerül a kutatói közösség tagjaira; hiszen – ahogyan azt e sorok írója egy 2016-os konferencián személyesen is hallhatta a JWST egyik tudományos programvezetőjétől – ennyi adódollár elköltése után a közvélemény joggal várja el, hogy a Webb-űrtávcső méréseiből sok-sok fantasztikus, átütő felfedezés szülessen. Természetesen mi, kutatók szintén erre törekszünk, de eközben sosem árt emlékeztetni a közvéleményt és a mindenkori döntéshozókat, hogy a tudomány nem egy tökéletesen működő csokiautomata: attól, hogy kellő mennyiségű pénzt dobálunk bele, még nem biztos, hogy mindig azt kapjuk, amit szerettünk volna.

A James Webb-űrtávcső három fő részből áll: az optikai elemek blokkja (OTE), az űreszköz-modul (benne a hűtést lehetővé tevő nappajzzsal), ill. a négy tudományos műszert tartalmazó integrált modul (ISIM). Utóbbi 1400 kg-os tömege az űrtávcső teljes tömegének csaknem egynegyedét teszi ki (jwst.nasa.gov).
A JWST négy detektora – NIRCam, NIRSpec, MIRI, NIRISS – segítségével 0,6 és 28 mikrométer között (azaz a látható tartomány vörös oldalától egészen a közép-infravörös tartományig) lesz képes képalkotásra és spektroszkópiai mérések végzésére. Emellett bizonyos tartományokban blokkolni lehet majd a csillagok fényét (koronagráf-technika), ami az exobolygók vizsgálatában jelent majd további nagy előnyt (https://jwst-docs.stsci.edu).

Bolygónk csillagászai – akár egyénileg, akár kisebb-nagyobb csoportokba tömörülve – mindenesetre már évekkel ezelőtt elkezdtek készülni arra, hogy mind elméleti, mind méréstechnikai szempontból a lehető legjobban kivitelezett kutatási programterveket sikerüljön letenni az asztalra. A helyzet először 2017 decemberében vált élessé, amikor a Webb-űrteleszkóp tudományos programját koordináló baltimore-i Space Telescope Science Institute (STScI) illetékesei – akkor még a távcső 2018-as indulásában bízva – meghirdették az első általános tudományos mérési ciklus (General Observer (GO) Programs, Cycle-1) nyilvános pályázati időszakát. (Előzetesen a szakmai döntéshozó testület már kiválasztott néhány kiemelt mérési programot, amelyek garantált távcsőidőt kaptak – ezek részben kalibrációs, részben tudományos célokat szolgálnak, és az üzembe állást követő első hónapokban teljes mértékben ezek töltik ki a Webb-űrtávcső idejét. A GO és egyéb általános mérési programokra ezután kerül sor.) Nagy volt a készülődés, így még a „tűzhöz” közelebb lévő kutatókat is meglepte a beadási határidő előtt egy-két héttel érkezett bejelentés a JWST indításának, így egyúttal a pályázatok beadásának elhalasztásáról. (Ekkor, 2018 márciusában tette közzé egy független szakértői bizottság azt a jelentést, amely egy közel 300 tételes műszaki hibalistát tartalmazott.) Ugyanakkor, némi bosszankodás mellett sokan fellélegeztek kissé, hogy így több idő jut a kutatási tervek csiszolgatására. A procedúra végül csak 2020 őszén indult újra. Ekkoriban már javában tombolt a pandémia második-harmadik hulláma; s ha valakit maga a koronavírus nem is érintett közvetlenül, a bezártság és a „monitor-fásultság” tünetei még az online kapcsolattartás terén gyakorlott kutatók többségét is megviselték. A szakma lelkesedése ugyanakkor nem csökkent, amit jól jelez a végül több mint 1170 darab, a november végi határidőig beküldött távcsőidő-pályázat.

Hogyan is szokás űrtávcső-pályázatot írni? Az egyik legfontosabb dolog, hogy minden mérési körülményt – objektumok kiválasztása, használandó műszer (képalkotás esetén a kért fotometriai szűrők), expozíciós és kalibrációs idők, mérési sorozatok száma, … – nagyon alaposan meg kell tervezni, és bár a sikeres pályázóknak egy második körben általában kisebb módosításokra van lehetőségük, az eredetileg megpályázott és elnyert teljes időtartamot nem lehet túllépni. Egy űrtávcsővel (vagy akár földi nagytávcsővel) való mérés során nincs lehetőség újrapróbálkozásra, mindennek elsőre stimmelnie kell. Ez különösen nagy kihívás egy újonnan működésbe álló eszköz kapcsán, mint amilyen jelen esetben a JWST; ugyanakkor a távcső működtetéséért felelős intézmények és csoportok fejlett szimulációs észleléstervező szoftverekkel, részletes útmutatókkal és előzetes szakmai fórumokkal igyekeznek segíteni a kutatók munkáját.
Az STScI már a pályázat meghirdetésekor éreztette a minden korábbinál nagyobb fokú átláthatóságra és a tisztán szakmai értékek érvényesítését szem előtt tartó döntéshozatalra irányuló szándékát. A pályázatok értékelése az ún. „kettős vak” módszer szerint zajlott, azaz a pályázók és a bírálók nem tudhattak egymás kilétéről; a pályázóknak külön figyelniük kellett arra, hogy a kutatási tervben semmilyen, az adott programot benyújtó kutatók kilétére történő utalás ne szerepeljen (ezt a beadást követően egy munkacsoport külön ellenőrizte is; a személyes adatok külön, a bírálók számára nem elérhető fájlokban lettek feltöltve). Már nem sokkal a beadási határidőt követően részletes elemzések és statisztikák jelentek meg mind a pályázókat (földrajzi, ill. nem és életkor szerinti eloszlás), mind a pályázati anyagokat (téma, igényelt távcsőidő, program jellege stb.) illetően.

Illusztráció a nemrég közzétett JWST adatvizualizációs szoftverének (JDAViz) működéséről (stsci.edu).

A kutatói közösségben mindeközben érthető módon izgalommal és feszültséggel fűszerezett várakozás volt jellemző, egészen a 2021. március 30-i eredményhirdetésig (az érintett csillagászok lelkiállapotát jól tükrözik az egyik ismert közösségi felületen #JWSTDeadlineMemes és #JWSTResultsMemes hashtagek alatt futó képek és szövegek…). Magyar idő szerint kora este a Föld csillagászainak jelentős része meredten bámulta az email-fiókját, hogy az értesítő üzenetek befutása után rögtön megossza kollégáival örömét vagy bánatát – ahogyan a pályázatok többségének elkészítése, úgy végül a fehér füst felszállása is valódi közösségi élménnyé vált.

Az eredményhirdetést követően közzétett, nagyon részletes statisztikákat böngészve büszkén állapíthatjuk meg, hogy a magyar csillagászok JWST-fronton (is) nagyon kitettek magukért; honfitársaink a pályázatvezetői (PI) és társ-témavezetői (co-PI) vonalon is 100%-os hatásfokkal dolgoztak (1/1 ill. 2/2 beadott/nyertes pályázat). Az egyetlen nyertes, tisztán hazai vezetésű pályázatot Ábrahám Péter, az ELKH CSFK Csillagászati Intézetének tudományos tanácsadója és csapata (benne Kóspál Ágnessel és a szintén az ő helyi kutatócsoportjukban dolgozó Lei Chennel) adta be; ők a csoport által már ­hosszú évek óta sikerrel tanulmányozott fiatal, eruptív csillag, az EX Lupi közép-infravörös spektroszkópiájára kaptak távcsőidőt, amelytől a csillagkörüli korongban és a kifújódó anyagban lévő kristályos szemcsék, ill. gáz halmazállapotú molekulák eloszlásának és paramétereinek még alaposabb megismerését remélik.

E sorok írója (Szalai Tamás, a Szegedi Tudományegyetem kutatója – a szerk.) szintén nagy örömmel vette tudomásul, hogy az általa társ-témavezetett program a nyertes pályázatok között szerepel – azt pedig még inkább, hogy további három pályázat, amelyben közreműködőként szerepel, ugyancsak beválogatásra került. Ezek az anyagok jellemzően kis és közepes (6–7 fős, ill. 15–20 fős) együttműködésekben, részben a terület vezető amerikai kutatói közreműködésével készültek; a négyből három pályázat fő célja különböző kollapszár szupernóva-robbanások környezetében zajló porképződési és lökéshullám-anyag kölcsönhatási folyamatok monitorozása, míg a negyedik néhány hónapnál idősebb termonukleáris (Ia) szupernóvák kémiai elemeloszlásának vizsgálatáról szól. Hasonló sikerben volt része a szintén szegedi csillagászdiplomával rendelkező, bő évtizede az Arizonai Egyetemen dolgozó Gáspár Andrásnak, aki társ-témavezetőként a Galaxisunk centrumában lévő szupernagy tömegű fekete lyuk környezetének mágneses és ionizációs viszonyait, közreműködőként pedig protoplanetáris korongok fejlődését és egyes exobolygó-rendszerek Kuiper-övhöz hasonló formációit vizsgálhatja a Webb-űrtávcső mérési adatai segítségével. Szintén nyertes pályázatban találkozhatunk – a szintén Szegeden végzett, és jelenleg szintén Arizonában dolgozó – Apai Dániellel, aki kollégáival gömbhalmazokban lévő (ultra)hideg törpecsillagokra vadászik majd. A magyar kutatók sikerei azért is megsüvegelendők, mert egyrészt a beadott pályázatoknak csak kb. egynegyede nyert – s bár ez az arány nem annyira kicsi (a HST esetén a nyerési arány jellemzően 20% alatt van), érdemes figyelembe venni, hogy a pályázatok zöme nagy amerikai intézetekből érkezett. Szintén beszédes adat, hogy a környező országokból szinte alig találni beadott (különösen pedig nem nyertes) pályázatokat; tágabb régiónkból a nyertes témavezetett pályázatokból egyedül Ausztria mellett találunk strigulát (ott is csak egyet), és az összes közreműködő számában is a régiós élmezőnyben vagyunk.

Nézzük a további menetrendet! A legfontosabb dátum továbbra is 2021. október 31. – ha ezen túl vagyunk, és a Webb-űrtávcső sikeresen a küldetés helyszínére ér, további 6 hónap telik majd el a kalibrációs és a korai (részben tesztelési célú) tudományos mérések felvételével. Ezt követően, tehát a jelenlegi ütemterv szerint 2022 májusában indul el az idén márciusban kiválasztott programok kivitelezése.

Mit tehetünk addig? Nos, a kutatók március óta sem tétlenkednek, hiszen egyrészt további távcsőidő-pályázatokat lehetett beadni más műszerekre (a JWST Cycle-1 GO eredményhirdetést úgy időzítették, hogy utána maradt még néhány nap HST-pályázatok beadására, így a friss nyertesek rögtön nekiláthattak a jövőre várható JWST-méréseket kiegészítő, eddig esetleg hiányzó Hubble-mérések összegyűjtését célzó tervek írásának – ez például a változócsillagokat vagy tranziens objektumokat vizsgáló programok szempontjából különösen fontos szempont). Másrészt, már lehet készíteni vagy finomítani a terveket a JWST következő, várhatóan 2022 nyarán megnyíló pályázati körére… Bár olvasóink többségét ezek a teendők valószínűleg nem érintik, mindenki tehet valamit a „JWST-ügy” érdekében – ha mást nem, drukkolásból és fohászból sosem elég… Fontos a társadalmi tényező is: csillagászati bemutatókon vagy egyéb ismeretterjesztő alkalmakon gyakran előfordul, hogy a tudomány–pénz–haszon hármasság mentén kell érveket felsorakoztatnunk. S persze ha olyan fiatalokkal hoz össze bennünket a sors, akik érdeklődnek a természettudományok és az Univerzum titkai iránt, az új űrtávcső remélt sikerei kiváló motivációs tényezőt adhatnak a kezünkbe, hogy a csillagász pálya felé terelgessük őket. Aki pedig csak gyönyörködni szeretne és még nem tette meg, keresse fel a JWST honlapját és közösségi felületeit – egy jó ideje már nem csak a küldetést bemutató animációkat, hanem a távcső összeszerelési és tesztelési fázisairól készült nagyszerű képeket és videókat is tátott szájjal nézhetjük. Becsüljük meg azt a hihetetlenül precíz mérnöki és műszaki munkát, ami ahhoz kell, hogy a Webb-álomból tényleg valóság, azaz számos fantasztikus felfedezés és egy új csillagászati aranykor szülessen.

Írásomat pedig hadd zárjam egy személyes gondolattal. Bő tíz éves szakmai pályafutásom egyik, ha nem a legnagyobb élménye volt az, hogy az elmúlt időszakban ilyen nagyszabású projekteken dolgozhattam a szakterületem vezető kutatóival együtt; a beadási időszak utolsó 1–2 hetében ez már szinte egész napokat kitöltő, sokszor több órás online intenzív együttgondolkodást és közös munkát jelentett – igazi „flow” élményt. A szakmai öröm ezen része akkor is megmaradt volna, ha egy pályázatunk sem nyer; de az, hogy nem így lett, persze még tovább fokozta ezt az életérzést. Március 30-án este az jutott eszembe, hogy mikor középiskolásként elindultam a csillagászlét felé vezető úton, úgy éreztem, egyetlen ilyen pillanatért is megérné – és valóban, akár csak ezért az egyért is megérte volna. Abban bízom és azt kívánom, hogy e szöveg olvasói közül is minél többen éljenek át hasonló pillanatokat, legyen szó csillagászati pályáról, vagy az élet bármely más oldaláról.

A cikk az NKFIH FK 134432 jelű pályázata, az MTA Bolyai Kutatói Ösztöndíjprogramja, a Tranziens Asztrofizikai Objektumok GINOP-2-3-2- 15-2016-00033 pályázat és az Innovációs és Technológiai Minisztérium ÚNKP-20-5 kódszámú Új Nemzeti Kiválóság Programjának a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alapból finanszírozott szakmai támogatásával készült. Nyomtatásban megjelent a Meteor 2021. júniusi számában.

Hozzászólás

hozzászólás