Artur Chmielewski z JPL o Webbie. Po co zaprosił mistrza origami do współpracy?

Sławomir Matz, Interia: - Przypadkowo odnalazłem Twój post opublikowany na Facebooku zaraz po starcie Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Piszesz w nim, że jako kierownik ultralekkich struktur NASA zostałeś zaangażowany do projektowania komponentów dla obecnie najbardziej zaawansowanego teleskopu kosmicznego. Czy mógłbyś opowiedzieć, za co byłeś wtedy odpowiedzialny?

Artur B. Chmielewski, JPL/NASA: - To było w czasach, w których odkrywano pierwsze planety pozasłoneczne. Najpierw były to duże Jowisze, potem stopniowo pojawiały się coraz mniejsze. Przyjechał wtedy do nas do JPL administrator NASA i powiedział: "Co jeżeli odkryjemy planetę wielkości Ziemi będącej w strefie zamieszkania, zbadamy ją spektroskopowo i otrzymamy informację o tym, że jej atmosfera zawiera związki umożliwiające istnienie życia? Ludzie będą chcieli zobaczyć jej zdjęcie."

Poprosił nas wtedy, abyśmy zrobili obliczenia, jakiej wielkości powinien być teleskop, żeby takie zdjęcie zrobić. Wtedy Kosmiczny Teleskop Hubble’a był największy, a my obliczyliśmy, że nowy teleskop musiałby być wielkości Stadionu Narodowego. Dodatkowo musiałoby ich być 27 na orbicie ziemskiej, każdy musiałby mierzyć w ten sam punkt i dopiero dane ze wszystkich teleskopów pokazałyby piękno tej planety. Warto zaznaczyć, że te planety są dalekie, skryte w blasku gwiazd i ciemne, co stwarza duże problemy w ich obrazowaniu.

Po miesiącu ten sam administrator NASA przyleciał do nas ponownie, zawołał mnie na spotkanie i ja mu powiedziałem skruszonym głosem, że przepraszam, ale niestety z obliczeń wynika, że potrzebujemy teleskopu wielkości stadionu piłkarskiego. Spodziewałem się, że na tym etapie sprawa się zakończy, ale administrator NASA powiedział - fajnie, no więc zaczynamy jutro, bo to jest ciężka robota! Ja oczywiście byłem oszołomiony. Wierz mi, że cały czas dążę do udzielenia odpowiedzi na twoje pytanie, a więc do osłony Jamesa Webba, tylko muszę opowiedzieć, jak to śmiesznie wyglądało na początku. (śmieje się)

No więc stwierdziliśmy, że ten teleskop nie może być ze szkła, stali, czy aluminium, musi być zrobiony z lekkiego materiału takiego, jak na przykład folia. Nawet to wywoływało wiele pytań i wątpliwości, biorąc pod uwagę rozmiary teleskopu. To było potwornie ciężkim zadaniem, o którym myśleliśmy, że zajmie wiele lat. Zatrudniłem świeżo upieczonych inżynierów prosto po szkole, gdyż moim zdaniem doświadczeni mieli już zbyt mocno zanieczyszczone głowy tradycyjnymi rozwiązaniami. Chciałem, aby w zespole pojawiło się kompletnie nowe myślenie.

Powstała wtedy koncepcja NGST (New Generation Space Telescope), podwaliny dla Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Wpadliśmy na pomysł, że on musi być bardzo zimny, bo będzie pracował głównie w podczerwieni, więc należałoby go osłonić przed promieniami słonecznymi. Pojawił się wtedy ten sam problem, który był na etapie projektowania teleskopu. Jakakolwiek znana wtedy osłona termiczna byłaby za ciężka, dlatego wpadliśmy na pomysł, że będzie ona zrobiona z folii pokrytej niewielką warstwą aluminium lub złota. Założyliśmy, że cała osłona będzie składała się z kilku warstw zrobionych z takiej folii. Każda z nich jest w stanie zatrzymać 95% promieniowania słonecznego, a kolejne 5% przepuszcza do innej warstwy. Następna warstwa zatrzymuje 95% z tych pięciu przepuszczonych i tak dalej.

Założyliśmy, że cztery takie warstwy wystarczą, aby zapewnić odpowiednią temperaturę teleskopowi. To było 25 lat temu, gdy zaczęliśmy pracę nad tym projektem i przez rok zbudowaliśmy prototyp w skali 1:2 współpracując z firmą IC Dover ze stanu Delaware. Oni mieli więcej doświadczenia z foliami, bo taki właśnie budowali skafander dla astronautów. To właśnie fotografia tego prototypu znajduje się na Facebooku. Budując ten prototyp chcieliśmy pokazać, że to działa, ale to nie koniec historii...

- No właśnie, bo w tej samej publikacji na Facebooku napisałeś, że zatrudniłeś specjalistę od origami do współpracy w projekcie. Jak jego wiedza przydała się w projektowaniu osłony termicznej?

- Oczywiście chodzi o to, że tę osłonę należało złożyć w taki sposób, aby zajmowała możliwie najmniej miejsca. Na początku myśleliśmy, że najlepiej byłoby ją złożyć w zwykłą harmonijkę tylko, że w międzyczasie wysłaliśmy promem kosmicznym na orbitę nadmuchiwaną antenę. Astronauci filmowali, jak ona się rozkładała w przestrzeni kosmicznej. Nauczyliśmy się wtedy, że prosty sposób składania takiej anteny w warunkach ziemskich sprawia, że pomiędzy złożeniami są pęcherzyki powietrza. Po wyniesieniu sprzętu z takimi pęcherzykami na orbitę, gdzie jest ogromny kontrast ciśnienia atmosferycznego, sposób rozkładania takiej anteny jest chaotyczny. Pęcherzyki za wszelką cenę próbują się wydostać z kanalików, w których zostały uwięzione i sprawiają, że folia rozkłada się bez żadnej kontroli. My to porównaliśmy trochę do porodu u żyrafy. Nie chcieliśmy, by to wyglądało w ten sposób.

W związku z tym chcieliśmy kogoś, kto ma doświadczenie w tym jak składać coś na różne sposoby tak, aby zajmowało niewiele miejsca. W tym czasie to był mistrz lub wicemistrz świata w składaniu origami, profesor amerykańskiej uczelni i rodzony Amerykanin, bo często ludzie myślą, że to Azjaci robią to najlepiej. Poleciałem więc do niego, żeby zapytać, czy chciałby mi pomóc w opracowaniu sposobu składania tej osłony termicznej. Na miejscu odbyliśmy ciekawą rozmowę, on był bardzo kompetentny, lecz ja się zastanawiałem, czy powinienem go zaangażować i dać mu kontrakt. Wtedy wydarzyła się sytuacja, której nie zapomnę do końca życia. Nie było nawigacji GPS, więc rozłożyłem mapę i zapytałem go, jak dojechać do lotniska. On mi pokazał, jak dojechać po czym tę mapę tak samo złożyłem. Podczas składania widziałem ewidentny ból na jego twarzy, dosłownie jakbym robił coś niebywale strasznego.

Zapytałem go wówczas, jaki jest problem? On odpowiedział: to straszne, jak składasz tę mapę! Zapytałem go zatem, jak powinienem to robić. On wziął tę mapę, zaczął ją składać i po dwóch minutach zrobił z niej dosłownie kosteczkę. Więc mówię do niego, że bardzo mi zaimponował, ale jak ja mam to teraz rozłożyć? A on wziął tę kosteczkę, pstryknął ją palcem, a ona z powrotem się rozłożyła do rozmiarów normalnej mapy. W tym momencie byłem zdecydowany. Przesunąłem lot na inną godzinę i na miejscu wypisałem dla niego kontrakt.

- Ta historia jest rzeczywiście imponująca! Jeśli dobrze policzyłem, to otrzymałeś zadanie pracy nad NGST jeszcze w 1997 roku. To około 7 lat po wysłaniu Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Co się stało, że prace nad nowym teleskopem rozpoczęły się tak szybko? Chodzi o usterki Hubble’a, czy o coś innego?

- To jest standardowa procedura. W skrócie wygląda to tak, że robimy jeden projekt, on jest wystrzelony w kosmos i zanim jeszcze tam trafi, my opracowujemy kolejną misję - w tym przypadku teleskop lepszej generacji. Nawet teraz robimy koncept teleskopu, który będzie lepszy od Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Organizujemy spotkania z naukowcami, oni się wypowiadają jakie są potrzeby naukowe i tak dalej. Tak samo było w przypadku opracowywania projektu JWST.

- W pierwszej połowie lipca prezydent USA, Joe Biden, zaprezentował pierwsze pełnokolorowe zdjęcie z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Przedstawiało ono gromadę SMACS 0723. Internet oczywiście był w wielkiej euforii, miłośnicy astronomii nie ukrywali fascynacji. Niemniej, ciekawi mnie co w takiej chwili czuł pracownik NASA, który przed wieloma laty pracował nad częścią dla tego teleskopu... czy mógłbyś podzielić się swoimi wrażeniami?

- No wiesz, jak odkrywamy nowe rzeczy to człowiek sobie zdaje sprawę, jak wiele nie wie. Obecnie ludzie mają wysokie mniemanie o sobie. Skupiają się na dobrach materialnych, próbując przy tym być lepszym od innych. Jeden ma smartfon, inny płaski telewizor, a jeszcze inny samochód elektryczny. Jak z tej perspektywy spoglądamy na ludzi, którzy żyli 100 lat temu, wydaje nam się, że są z innej epoki, uważamy się od nich lepsi.

Tymczasem obecnie nie mamy pojęcia o tym, co tworzy ponad 95% wszechświata. Nie wiemy czym jest ciemna energia i ciemna materia. Wyobraź sobie na przykład, że znasz tylko 6% swojego mieszkania. Jak z taką wiedzą możemy mówić o tym, że jesteśmy lepsi od tych ludzi, że jesteśmy bardziej oświeceni?

Patrząc na głębokie pole Jamesa Webba zastanawiałem się, jak wiele jest galaktyk, ile jest gwiazd, kiedy my to wszystko zdołamy poznać i zrozumieć? Zastanawiałem się również, kiedy będziemy mogli fotografować planety pozasłoneczne tak, aby cokolwiek więcej się o nich dowiedzieć? Gdy widzisz coś takiego możesz czuć się na swój sposób upokorzony. Przykre jest również to, że wydajemy tyle miliardów dolarów na zbrojenia do produkcji śmiercionośnych maszyn siejących zniszczenie, mając tak wiele do odkrycia, do zrozumienia i do nauczenia się o naszej przeszłości i przyszłości.

- Muszę przyznać, że twoje przemyślenia są dość podobne do refleksji Carla Sagana, który udzielił komentarza do zdjęcia Ziemi znanego, jako błękitna kropka. On także mówił o tym, że żyjemy na drobince kurzu zawieszonej na strugach światła słonecznego i właściwie bez celu walczymy o niewielkie jej fragmenty...

- Może wdały mi się takie refleksje, bo gdy zaczynałem prace w JPL to właśnie Carl Sagan bardzo często do nas przyjeżdżał. Rozmawialiśmy o różnych podbojach kosmosu, odkrywaniu życia na Marsie. Przez wiele lat na początku swojej kariery o tym słuchałem, więc może odbiło się to trochę na moim postrzeganiu rzeczywistości nawet po 30 latach...

- Kończąc naszą rozmowę, chciałbym zadać czysto filozoficzne pytanie, o to czy twoim zdaniem jest szansa, że Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba wśród miliardów gwiazd naszej galaktyki pozwoli wreszcie odnaleźć planetę, co do której będziemy pewni, że istnieje tam życie?

- James Webb (wzdycha) nie odkryje życia, nie udowodni nam, czy istnieje tam życie. Może natomiast pomóc w odpowiedzi na pytanie, czy istnieje dziewiąta planeta, której cały czas poszukujemy na rubieżach Układu Słonecznego. Potwierdzenie istnienia samego życia może być trudne, gdyż to da się jedynie potwierdzić poprzez wylądowanie na planecie, co do której mamy takie przemyślenia. To bardzo trudna rzecz, odkrycie życia i udowodnienie, że to jest życie, a nie coś innego... bo jak zdefiniowałbyś w ogóle życie?

- Jeśli miałbym to zrobić teraz, to naukowcy uznają, że są to na przykład organizmy, które powstały na bazie związków węgla. Niemniej chciałem cię zaczepić bardziej w kontekście badań spektroskopowych. Przeczytałem gdzieś, że Webb będzie potrafił badać skład atmosferyczny egzoplanet.

- Tak, spektroskopię można zrobić, ale sfotografowanie samej planety jest trudne, bo ona zawsze się zlewa z gwiazdą. Można to porównać do próby zaobserwowania komara przelatującego przed lampą samochodu, który znajduje się kilka metrów od ciebie w nocy. Co robisz, żeby zaobserwować tego komara? Pewnie wyciągasz rękę i przysłaniasz światło lampy. Rozmawialiśmy o teleskopach opracowywanych przez NASA. Dzisiaj trwają prace nad stworzeniem teleskopu, który pozwoli przysłonić światło lampy, czyli w tym przypadku odległej gwiazdy, aby zaobserwować komara, a więc omawianą egzoplanetę. Projekt zakłada wysłanie tarczy zakrywającej blask gwiazdy, która byłaby w jakiejś odległości od teleskopu. Wszystko po to by zaobserwować zobaczyć tę planetę pozasłoneczną.

Rozmawiał Sławomir Matz