370 ■ Proteus 84/8 • April 2022 371James Webb začne potovanje nazaj na začetek vesolja • AstronomijaAstronomija • James Webb začne potovanje nazaj na začetek vesolja Veliko je še neodgovorjenih vprašanj o prvih korakih našega vesolja in prav s tem namenom smo astronomi zasnovali vesoljski teleskop James Webb (James Webb Space Telescope, JWST). 25. decembra lani je teleskop iz Francoske Gvajane ponesla v vesolje raketa Ariane 5. Od takrat je teleskop namestil svoje sestavne dele na tridesetdnevnem potovanju do končnega cilja, kjer je začel krožiti okoli Sonca. Medtem ko Hubblov vesoljski teleskop kroži na orbiti okoli Zemlje in je od nje oddaljen le 570 kilometrov, pa bo teleskop James Webb krožil okoli Sonca na razdalji 1,5 milijona kilometrov od Zemlje. To je skoraj štirikrat dlje kot naša Luna. Razdalja ni naključna. Teleskop je namenjen opazovanju v infrardeči svetlobi in mora zaradi tega ostati na kar se da nizki temperaturi. Webb bo opazoval pri temperaturi 225 stopinj Celzija pod ničlo. Eden od instrumentov za opazovanja pri najdaljši valovni dolžini (MIRI) pa bo ohlajen celo do 266 stopinj Celzija pod ničlo. Da bo teleskop vzdrževal to temperaturo, potrebuje Sončev ščit, ki je sistem več ponjav z velikostjo 21 krat 14 metrov. Da pa bi ščit lahko ščitil teleskop, mora biti vedno obrnjen proti Soncu, zato bo Webb krožil tako daleč od Zemlje na tako imenovani točki Lagrange 2. To je stabilna točka, ob kateri lahko Webb in Zemlja enakomerno krožita okoli Sonca in Webb s tem lahko ohranja lego Sončevega ščita in vzdržuje komunikacijo z Zemljo. Hubblov teleskop v nasprotju kroži zelo »blizu« Zemlje (570 kilometrov nad Zemljo) in spreminja lego glede na Sonce. V 97-minutni orbiti polovico časa preživi izpostavljen Soncu, drugo polovico pa v Zemljini senci, in doživi tako velika temperaturna nihanja (od minus 250 stopinj Celzija do plus 100 stopinj Celzija). Za Webbov teleskop in njegove kamere bi takšna nihanja povzročila prevelik šum, zato smo ga poslali v točko Lagrange 2, čeprav to pomeni, da je tako daleč, da možnosti popravila ne bo. Razpiranje in utirjanje sta potekali ne le po načrtih, bili sta nad pričakovanji. Ker je Webb za utirjanje porabil razmeroma malo goriva, se mu je s tem podaljšala tudi življenjska doba - s predvidenih 5,5 leta na skoraj 20 let. Pred Webbom je tako dve desetletji velikih raziskav, ki bodo zagotovo spremenile naš pogled na vesolje. Tudi umerjanje poteka hitreje, kot smo pričakovali, v marcu leta 2022 smo dobili prvo izostreno sl iko Webbove kamere NIRCam (Near Infrared Camera). Dva meseca smo astronomi počasi premikali osemnajst zrcal, dokler niso začela skupaj delovat i kot enotno primarno zrca lo. Pridobljena slika kaže popolno izostreno sliko, z najboljšo ločljivostjo, ki jo omogoča optika teleskopa. V mesecu maju smo izostrili sliko po celotnem vidnem polju za vse Webbove kamere, NIRISS (Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph), NIRCam, NIRSpec (Near Inf raRed Spectrograph) in MIRI (Mid-Infrared Instrument). Julija pa bo konec čakanja in dobili bomo prve podatke za znanstvene raziskave. Prav tako kot Hubble bo tudi Webb opa- zoval vesolje na veliko različnih načinov. Štiri kamere nam bodo omogočale, da bo- mo lahko opazovali od planetov v našem in zunaj našega Osončja do zvezd in galaksij na samem začetku našega vesolja. Kameri James Webb začne potovanje nazaj na začetek vesolja Maruša Bradač Shematični prikaz izstrelitve in odpiranja vesoljskega teleskopa James Webb. Vir: NASA. Zadnji pogled na teleskop po izstrelitvi 25. decembra leta 2021. Sliko so posnele kamere, nameščene na zgornji stopnji rakete, ko se je teleskop ločil od nje. Vir: Arianespace, ESA, NASA, CSA, CNES. Primarno zrcalo Znanstveni instrumenti Sekundarno zrcalo Sončne celice Antena Antena se odpre in usmeri proti Zemlji Primarno zrcalo se odpre Razpre se sekundarno zrcalo Pet slojev Sončevega ščita se loči in napne Pet slojev Sončevega ščita se razpre Sestavljanje teleskopa se začne, zapo- re se odprejo Vesoljski teleskop James Webb je zložen v zgornjem delu rakete Ariane V za izstrelitev Petslojni Sončev ščit Sistem za usmerjanje teleskopa Vesoljsko vozilo 370 ■ Proteus 84/8 • April 2022 371James Webb začne potovanje nazaj na začetek vesolja • AstronomijaAstronomija • James Webb začne potovanje nazaj na začetek vesolja Veliko je še neodgovorjenih vprašanj o prvih korakih našega vesolja in prav s tem namenom smo astronomi zasnovali vesoljski teleskop James Webb (James Webb Space Telescope, JWST). 25. decembra lani je teleskop iz Francoske Gvajane ponesla v vesolje raketa Ariane 5. Od takrat je teleskop namestil svoje sestavne dele na tridesetdnevnem potovanju do končnega cilja, kjer je začel krožiti okoli Sonca. Medtem ko Hubblov vesoljski teleskop kroži na orbiti okoli Zemlje in je od nje oddaljen le 570 kilometrov, pa bo teleskop James Webb krožil okoli Sonca na razdalji 1,5 milijona kilometrov od Zemlje. To je skoraj štirikrat dlje kot naša Luna. Razdalja ni naključna. Teleskop je namenjen opazovanju v infrardeči svetlobi in mora zaradi tega ostati na kar se da nizki temperaturi. Webb bo opazoval pri temperaturi 225 stopinj Celzija pod ničlo. Eden od instrumentov za opazovanja pri najdaljši valovni dolžini (MIRI) pa bo ohlajen celo do 266 stopinj Celzija pod ničlo. Da bo teleskop vzdrževal to temperaturo, potrebuje Sončev ščit, ki je sistem več ponjav z velikostjo 21 krat 14 metrov. Da pa bi ščit lahko ščitil teleskop, mora biti vedno obrnjen proti Soncu, zato bo Webb krožil tako daleč od Zemlje na tako imenovani točki Lagrange 2. To je stabilna točka, ob kateri lahko Webb in Zemlja enakomerno krožita okoli Sonca in Webb s tem lahko ohranja lego Sončevega ščita in vzdržuje komunikacijo z Zemljo. Hubblov teleskop v nasprotju kroži zelo »blizu« Zemlje (570 kilometrov nad Zemljo) in spreminja lego glede na Sonce. V 97-minutni orbiti polovico časa preživi izpostavljen Soncu, drugo polovico pa v Zemljini senci, in doživi tako velika temperaturna nihanja (od minus 250 stopinj Celzija do plus 100 stopinj Celzija). Za Webbov teleskop in njegove kamere bi takšna nihanja povzročila prevelik šum, zato smo ga poslali v točko Lagrange 2, čeprav to pomeni, da je tako daleč, da možnosti popravila ne bo. Razpiranje in utirjanje sta potekali ne le po načrtih, bili sta nad pričakovanji. Ker je Webb za utirjanje porabil razmeroma malo goriva, se mu je s tem podaljšala tudi življenjska doba - s predvidenih 5,5 leta na skoraj 20 let. Pred Webbom je tako dve desetletji velikih raziskav, ki bodo zagotovo spremenile naš pogled na vesolje. Tudi umerjanje poteka hitreje, kot smo pričakovali, v marcu leta 2022 smo dobili prvo izostreno sl iko Webbove kamere NIRCam (Near Infrared Camera). Dva meseca smo astronomi počasi premikali osemnajst zrcal, dokler niso začela skupaj delovat i kot enotno primarno zrca lo. Pridobljena slika kaže popolno izostreno sliko, z najboljšo ločljivostjo, ki jo omogoča optika teleskopa. V mesecu maju smo izostrili sliko po celotnem vidnem polju za vse Webbove kamere, NIRISS (Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph), NIRCam, NIRSpec (Near Inf raRed Spectrograph) in MIRI (Mid-Infrared Instrument). Julija pa bo konec čakanja in dobili bomo prve podatke za znanstvene raziskave. Prav tako kot Hubble bo tudi Webb opa- zoval vesolje na veliko različnih načinov. Štiri kamere nam bodo omogočale, da bo- mo lahko opazovali od planetov v našem in zunaj našega Osončja do zvezd in galaksij na samem začetku našega vesolja. Kameri James Webb začne potovanje nazaj na začetek vesolja Maruša Bradač Shematični prikaz izstrelitve in odpiranja vesoljskega teleskopa James Webb. Vir: NASA. Zadnji pogled na teleskop po izstrelitvi 25. decembra leta 2021. Sliko so posnele kamere, nameščene na zgornji stopnji rakete, ko se je teleskop ločil od nje. Vir: Arianespace, ESA, NASA, CSA, CNES. Primarno zrcalo Znanstveni instrumenti Sekundarno zrcalo Sončne celice Antena Antena se odpre in usmeri proti Zemlji Primarno zrcalo se odpre Razpre se sekundarno zrcalo Pet slojev Sončevega ščita se loči in napne Pet slojev Sončevega ščita se razpre Sestavljanje teleskopa se začne, zapo- re se odprejo Vesoljski teleskop James Webb je zložen v zgornjem delu rakete Ariane V za izstrelitev Petslojni Sončev ščit Sistem za usmerjanje teleskopa Vesoljsko vozilo 372 ■ Proteus 84/8 • April 2022 373James Webb začne potovanje nazaj na začetek vesolja • AstronomijaAstronomija • James Webb začne potovanje nazaj na začetek vesolja NIRCam in MIRI sta na primer namenje- na predvsem za fotografijo, prva za krajše in druga za daljše infrardeče valovne dol- žine, medtem ko sta kameri NIRISS in NIRSpec namenjeni predvsem snemanju spektrov. Spektri nam omogočijo vpogled v kemijsko sestavo objektov, ki jih opazujemo. Tako bomo lahko ugotovili, iz katerih prvin so sestavljene prve galaksije, ki so nastale v vesolju, in kakšna je sestava ozračij planetov zunaj našega Osončja. Ali vsebujejo ogljikov monoksid, vodno paro, morda celo metan? Preučevali bomo tudi organske spojine v Marsovem ozračju. Prav spektroskopija bo največja novost Webbovega teleskopa in vse štiri kamere imajo to funkcijo. Sama sem sodelovala pri razvoju znanstvenega pro- grama za kamero NIRISS, s katero bomo snemali spektre vseh objektov v njenem vidnem polju (pri kameri NIRSpec moramo te objekte dolo- čiti vnaprej). Prav zaradi tega ima ta kamera ogromne raziskovalne možnosti. Morda odkrijemo objek- te v vesolju, za katere do sedaj sploh nismo vedeli, da obstajajo. Webb je teleskop, na katerega je Webbovo 18-segmentno zlato zrcalo je zasnovano tudi z namenom, da posname infrardečo svetlobo prvih galaksij, ki so nastale v vesolju. Vir: NASA. Lagrangeeve točke so stacionarne točke v dinamiki gibanja treh teles. V teh točkah tretje telo (v tem primeru teleskop James Webb z zanemarljivo maso v primerjavi z drugima dvema telesoma, Zemljo in Soncem) ohranja svojo lego relativno glede na drugi dve telesi. Webbov teleskop se bo nahajal na točki L-2, kjer je že nekaj drugih teleskopov (Planck, Herschell). Vir: NASA/Steve Sabia. Prva izostrena slika teleskopa James Webb. Vir: NASA. Na sliki so primerjane velikosti različnih teleskopov. Vir: NASA. Hubble 2,4 metra Webb 6,6 metra Spitzer 0,85 metra Slika za oceno uravnave teleskopa Sonce Zemlja Okvir Zemlja/Točka Lagrange 2 Drugi popravek smeri Teleskop James Webb 372 ■ Proteus 84/8 • April 2022 373James Webb začne potovanje nazaj na začetek vesolja • AstronomijaAstronomija • James Webb začne potovanje nazaj na začetek vesolja NIRCam in MIRI sta na primer namenje- na predvsem za fotografijo, prva za krajše in druga za daljše infrardeče valovne dol- žine, medtem ko sta kameri NIRISS in NIRSpec namenjeni predvsem snemanju spektrov. Spektri nam omogočijo vpogled v kemijsko sestavo objektov, ki jih opazujemo. Tako bomo lahko ugotovili, iz katerih prvin so sestavljene prve galaksije, ki so nastale v vesolju, in kakšna je sestava ozračij planetov zunaj našega Osončja. Ali vsebujejo ogljikov monoksid, vodno paro, morda celo metan? Preučevali bomo tudi organske spojine v Marsovem ozračju. Prav spektroskopija bo največja novost Webbovega teleskopa in vse štiri kamere imajo to funkcijo. Sama sem sodelovala pri razvoju znanstvenega pro- grama za kamero NIRISS, s katero bomo snemali spektre vseh objektov v njenem vidnem polju (pri kameri NIRSpec moramo te objekte dolo- čiti vnaprej). Prav zaradi tega ima ta kamera ogromne raziskovalne možnosti. Morda odkrijemo objek- te v vesolju, za katere do sedaj sploh nismo vedeli, da obstajajo. Webb je teleskop, na katerega je Webbovo 18-segmentno zlato zrcalo je zasnovano tudi z namenom, da posname infrardečo svetlobo prvih galaksij, ki so nastale v vesolju. Vir: NASA. Lagrangeeve točke so stacionarne točke v dinamiki gibanja treh teles. V teh točkah tretje telo (v tem primeru teleskop James Webb z zanemarljivo maso v primerjavi z drugima dvema telesoma, Zemljo in Soncem) ohranja svojo lego relativno glede na drugi dve telesi. Webbov teleskop se bo nahajal na točki L-2, kjer je že nekaj drugih teleskopov (Planck, Herschell). Vir: NASA/Steve Sabia. Prva izostrena slika teleskopa James Webb. Vir: NASA. Na sliki so primerjane velikosti različnih teleskopov. Vir: NASA. Hubble 2,4 metra Webb 6,6 metra Spitzer 0,85 metra Slika za oceno uravnave teleskopa Sonce Zemlja Okvir Zemlja/Točka Lagrange 2 Drugi popravek smeri Teleskop James Webb 374 ■ Proteus 84/8 • April 2022 375Vpliv zgradbe socvetja pri zaviti škrbici Spiranthes spiralis (L.) Chevall. (Orchidaceae) • Botanika in etologija opraševalcevAstronomija • James Webb začne potovanje nazaj na začetek vesolja Botanika in etologija opraševalcev • Vpliv zgradbe socvetja pri zaviti škrbici bilo vredno čakati. In še enkrat bomo lahko dokazali, da temeljno znanost velja podpreti. Kje pa bi bili, če bi tistemu, ki je izumil ko- lo, pred tem odvzeli orodje. Takrat še sam ni vedel, čemu bo to kolo koristilo, razvijali naj bi ga za potrebe umetnosti. Danes pa namesto kolesa nadgrajujemo Sončev ščit in tehnologijo, ki je ponesla v vesolje šest ton težek teleskop, ki nam bo dal odgovore na vprašanja, kako smo nastali in ali je mor- da mogoče živeti na planetih zunaj našega Osončja. Maruša Bradač je od 1. januarja leta 2022 profesorica na Fakulteti za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani, pred tem pa je bila profesorica na Univerzi v Kaliforniji Davis. Glavna tema njenih raziskav so prve galaksije v vesolju. Preučuje tudi sestavo vesolja, njena posebnost pa so meritve lastnosti temne snovi, ki sestavlja kar četrtino vesolja. Sodeluje v skupini, ki je razvijala kamero NIRISS na vesoljskem teleskopu James Webb. Je dobitnica projekta First Light (Prva svetloba), ki ga financira Evropski raziskovalni svet (European Research Council, ERC). Raziskovala bo nastanek prvih zvezd in galaksij. Pri tem bo uporabila podatke, pridobljene z vesoljskim teleskopom James Webb. S temi podatki bo preučevala obdobje temnega veka, ko so prve galaksije ionizirale nevtralni vodik in spremenile vesolje iz neprepustnega v prozornega za ultravijolično svetlobo. Foto: Peter Irman. Zavita škrbica (Spiranthes spiralis) je travni- ška vrsta iz družine kukavičevk (Orchida- ceae). Med vsemi predstavnicami te druži- ne, samoniklimi v Sloveniji, prične cveteti najkasneje v rastni sezoni, cvetoče primerke lahko v naravi občudujemo pozno poleti in vse do konca oktobra. Prepoznamo jo po značilnih socvetjih, sestavljenih iz majhnih, belih in dišečih cvetov. Prijetni vonj cvetov mnoge spominja na vonj vanilije ali šmar- nice. Če njene cvetoče primerke pogledamo podrobneje, lahko ugotovimo, da se socve- tja med posameznimi rastlinami razlikuje- jo: tako po številu cvetov, dolžini socvetja in - kar je najpomembnejše in najbolj očitno - po sami zgradbi socvetja. Zgradba socvetja oziroma trirazsežna razporeditev cvetov na osi socvetja se med posameznimi primer- ki razlikuje, kar ima ključno vlogo pri nje- nem oprašitvenem uspehu. Različne oblike socvetij namreč izzovejo različne vedênjske vzorce pri opraševalcih. Prav pestrost cvetov in različne oblike socvetij nas botanike nav- dušujejo in zato cvetnice v naravi občuduje- mo in fotografiramo. Poudariti velja, da je kljub veliki pestrosti oblik in različni zgrad- bi socvetij pri kritosemenkah vpliv zgradbe na privabljanje opraševalcev, njihovo vedênje in posledično na oprašitveni uspeh posamič- nih cvetov področje, ki je še zmeraj slabo preučeno. Vpliv različne zgradbe socvetij pri zaviti škrbici (znotrajvrstne variabilnosti oziroma spremenljivosti zgradbe socvetja) na vedênje učinkovitega opraševalca pred- stavljamo v nadaljevanju. Splošni opis vrste Zavita škrbica je visoka od deset do pet- indvajset centimetrov in ima dlakavo sivo zeleno cvetno steblo. Listi so goli, temno zeleni, eliptične ali suličaste oblike in tvo- rijo pritlično rozeto. Socvetje je sestavljeno iz treh do dvajsetih cvetov, ki so pri veči- ni primerkov nameščeni izrazito spiralno okrog cvetnega stebla. Cvetovi so majh- ni, bele barve, z odtenki zelene na medeni ustni. Tudi cvetovi so poraščeni z drobnimi dlačicami - trihomi. Medena ustna je po- dolgovata in ovalna, v osrednjem delu rahlo razširjena in valovita. Na bazi medene ustne lahko opazimo dve dobro vidni nektarni žlezi. Ta orhideja se razmnožuje spolno in vegetativno. Vegetativna rast, ki je sicer pre- cej omejena, zajema tvorbo stranskih brstov podzemnih stebel. Vrsta nima mehanizma samoopraševanja, zato so za uspešno opra- šitev potrebni opraševalci, predvsem kože- krilci (čmrlji in čebele). Uspešnost opraše- vanja v naravnem okolju in tvorba plodov sta visoki, v povprečju več kot petdesetod- stotna ( Jacquemyn, Hutchings, 2010). Na boljši oprašitveni uspeh posameznih cvetov vplivata velikost rastline in posledično tudi večje število cvetov v socvetju. Negativno na njeno oprašitev vplivajo druge rastline, ki cvetijo v istem obdobju, saj z njo tekmujejo pri privabljanju opraševalcev. Spremenljivost (variabilnost) zgradbe socvetij Socvetja so povečini spiralno zavita, z dve- ma prevladujočima oblikama navitja - spi- rale. Spiralna namestitev cvetov poteka v smeri urinega kazalca ali v obratni smeri, poznamo torej levo- in desnosučna socvetja. Smer spirale ni edina razlika, ki jo lahko zasledimo, saj se socvetja razlikujejo tudi po Vpliv zgradbe socvetja pri zaviti škrbici Spiranthes spiralis (L.) Chevall. (Orchidaceae) na vedênje opraševalcev Dorotej Černela, Žan Cenc, Igor Paušič Zavita škrbica (Spiranthes spiralis). Foto: Dorotej Černela.