A hét elején a James Webb-űrtávcső megérkezett működési helyére – de nem éppen a Lagrange-pontba.
Január 24-én, magyar idő szerint este 8-kor öt percen át működtették a James Webb-űrtávcső (James Webb Space Telescope, JWST) hajtóműveit, hogy elérjék vele a tervezett pályát, ahonnan majd – ha minden beállítással és kalibrációval végeznek – a csillagászati méréseit fogja végezni, a remények szerint legalább egy (sőt talán két) évtizeden át. Az amerikai, európai és kanadai űrügynökségek együttműködésében épült, több mint 10 milliárd dolláros, elsősorban az infravörös tartományban érzékeny JWST tavaly december 25-én indult egy Ariane-5 rakétával. A Földtől mintegy másfél millió km-es távolságba vezető útja során rendben kinyitották minden „összehajtogatott” alkatrészét, elsősorban az árnyékoló fóliákat, a segédtükör tartószerkezetét, valamint magát a 6,5 m átmérőjű főtükröt. Ez utóbbi 18 hatszögletű, aranyozott berillium szegmensből tevődik össze. Ahhoz, hogy a felbocsátás után fél évvel, várhatóan a nyár elején megkezdődhessenek az első tudományos megfigyelések, még pontosan be kell szabályozni az űrtávcső optikai rendszerét és kalibrálni a négyféle műszeregyüttest.
A JWST sorsát a közvélemény nagy érdeklődéssel figyeli, az űrtávcső a napi híradások sztárja is. Legtöbbször azt lehet róla olvasni, hogy a Nap–Föld rendszer külső (L2) Lagrange-pontjában fog működni. Mint mindjárt látni fogjuk, ez nem teljesen igaz. A magyarázathoz először idézzük fel, hogy melyek azok a Lagrange-pontok és miért érdekesek.
Az égi mechanikában az ún. korlátozott háromtest-probléma megoldásairól van szó, amelyek közül mind az ötöt Joseph-Louis Lagrange (1738–1813) olasz születésű matematikus írta le. Nem sokkal előtte egy másik híres kortársa, Leonhard Euler (1707–1783) már kiszámította három ilyen pont létezését, így azét is, amelyet most Lagrange után L2-nek szokás nevezni. A korlátozott háromtest-probléma egy idealizált eset, két nagyobb tömegű égitest gravitációs terében egy harmadik, hozzájuk képest elhanyagolható tömegű test mozgásának matematikai leírásával foglalkozik. A mi esetünkben a két nagy test a Nap és a Föld, a harmadik az űrszonda. A Lagrange-pontok vagy librációs pontok azok a pontok Föld pályájának síkjában, ahol az űrszonda a Földhöz viszonyítva hosszú időn át nyugalomban maradhat.
Három ilyen, már Euler által is felismert pont a két fő égitestet összekötő egyenes mentén található, az elhelyezkedésük függ a két nagy tömeg arányától. Ha a Napot és a Földet tekintjük, amelyek kb. 150 millió km-re vannak egymástól, a kettő között elhelyezkedő L1 pont a Földtől mintegy másfél millió km-re helyezkedik el a Nap irányában. (Ide is szoktak űrszondákat küldeni, a hely például a Nap megfigyelésére kitűnően alkalmas.) Az L3 pont Napnak a Földhöz képest átellenes oldalára esik, a minket most leginkább érdeklő L2 pedig a Földtől szintén kb. másfél millió km-re, de „kifelé”, a Napétól eltérő irányban. A teljesség kedvéért említsük meg még az L4 és L5 librációs pontokat is, amelyek a Nappal és a Földdel együtt egy-egy egyenlő oldalú háromszög csúcsait alkotják. Ez utóbbi két helyen egy harmadik kis test egyensúlyi helyzete stabilis lenne. Az L1, L2 és L3 pontokban viszont labilis, vagyis egy kitérítő erő hatására a kis test elhagyja azt. De ha például az L2-ben szeretnénk egy űrszondát üzemeltetni, akkor a hajtóművei rendszeres működtetésével elérhetjük, hogy ezt az instabilitást kompenzáljuk, az űreszköz ott maradjon. (Az ilyen pályakorrekciók miatt korlátozza a JWST működési idejét a hajtóanyag mennyisége. Szerencsére a precíz indítás miatt ebből a tervezettnél kevesebbet kellett csak felhasználni az odaúton, így a becslések szerint közel 20 éves üzemre is elegendő maradhatott belőle.)
A Nap–Föld rendszer öt Lagrange-pontjának szemléltetése. Figyelem, a távolságok nem méretarányosak! Pirossal a Hold Föld körüli pályáját is berajzolták, ami mindjárt azt is szemlélteti, hogy a háromtest-probléma tényleg csak egy közelítés. (Kép: Wikipedia)
Miért ideális hely egy (infravörös) űrtávcső számára az L2 pont környezete? Itt az év során a Nap, a Föld és a Hold – mindegyikük az érzékeny méréseket zavaró sugárzás forrása – mindig ugyanabban az irányban látszanak, amerre az árnyékoló rendszer is fordul. Ugyanakkor a Földdel való kommunikáció is kényelmes, az űrszonda mindig hasonló távolságban tudhatja maga mögött a bolygónkat. Egy év leforgása alatt pedig az égbolt minden része megfigyelhetővé válik. Nem véletlen, hogy már eddig egy sor már működő vagy tervezett űrcsillagászati eszköz számára választották ezt az állomáshelyet.
A JWST azonban nem pontosan az L2 pontban állomásozik – ahogy a többiek sem –, hanem annak a környezetében. Méghozzá nem is egy szűk környezetében. A JWST esetében az L2 körüli ún. halo pálya kitérése közel 400 ezer km, amelyen nagyjából fél év alatt ér körbe. Ez a másfél millió km-es földtávolsággal összevetve nem is olyan kevés. A pálya geometriáját érzékletesen szemlélteti az alábbi animáció.
(Forrás: JWST / YouTube)
Nem csak hogy nem volna értelme pontosan az L2-ben tartani az űrszondát, de egyenesen gyakorlati problémákat is okozna, és nem csak a túlságosan sok felemésztett hajtóanyag miatt. A JWST például napelemek segítségével termel elektromos energiát a műszerei működtetéséhez. Emiatt nem árt, ha a napelemtáblákat elegendő fény éri, a szonda nem kerül a Föld és a Hold árnyékába. Ugyancsak zavarná a földi követőállomásokkal való rádiós kommunikációt, ha a Nap és a Föld iránya az űrszondáról nézve pontosan egybeesne. Természetesen nem lehet minden rövid híradásban kitérni a részletekre, ezért ragadhat meg sokakban tévesen, hogy a JWST pontosan a Nap–Föld egyenesben tartózkodva végzi majd a megfigyeléseit.
A JWST az L2 pontnál, az árnyékoló rendszerével a Nap felé fordulva. (Fantáziakép: NASA)
Kapcsolódó cikkek: Kapcsolódó linkek:
GYORSHÍR: Úton a James Webb-űrtávcső
JWST: minden kinyílt
REJTVÉNY: Lagrange-pontok
MEGFEJTÉS: Lagrange-pontok
Célhoz ért a James Webb-űrtávcső (Sky & Telescope)
Jól halad a decemberben felbocsátott röntgencsillagászati űrtávcső beüzemelése.
