Jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba przesyła ogromne zdjęcia na Ziemię?

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (James Webb Space Telescope, JWST) to niesamowite urządzenie, które w przyszłości ma zastąpić Kosmiczny Teleskop Hubble’a. 12 lipca 2022 roku zostały przesłane na Ziemię pierwsze kolorowe, pełnowymiarowe zdjęcia, które zrobiły na świecie furorę, a w ich prezentacji brał udział prezydent USA Joe Biden.

JWST ma się do teleskopu Hubble’a jak najnowszy aparat fotograficzny do średniej jakości aparatu kompaktowego. Celowo nie piszemy tutaj "bezlusterkowiec", bo Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest wyposażony w sześciokątne lustra, a wspominanie o "lustrzance" byłoby bardzo archaiczne, ponieważ dawno nie widzieliśmy nowego sprzętu tego typu.

Jakość obrazu z nowego urządzenia NASA jest znacznie lepsza. Teleskop Hubble'a zbierał dane z powierzchni pojedynczego lustra o powierzchni 4,5 metra kwadratowego, zaś JWST ma tę powierzchnię 6,25x większą. Istotny jest również punkt widzenia Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba ze względu na jego położenie. Znajduje się on w odległości 1,5 miliona kilometrów od Ziemi (pozycja L2), gdy teleskop Hubble’a był zaledwie na wysokości ok. 570 kilometrów i krążył wokół naszej planety na niskiej orbicie okołoziemskiej.

Ta odległość sprawia, że przesyłanie danych do centrum dowodzenia NASA wymaga znacznie bardziej zaawansowanej technologii, niż wykorzystywano w przeszłości. O ile w przypadku teleskopu Hubble’a przesyłani zdjęć jest współcześnie dziecinnie proste, tak jeśli chodzi o JWST jest trudniej.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba od początku był skonstruowany tak, by działać na podstawie fal radiowych oraz pasma Ka (fragmentu widma fal elektromagnetycznych) o częstotliwości 25,9 GHz. Z podobnej technologii korzystają satelity Starlink zarządzane przez firmę SpaceX założoną przez Elona Muska.

Główna antena radiowa zamontowana na JWST pozwala na przesyłanie danych z prędkością 28 Mb/s, co można porównać do prędkości domowego łącza szerokopasmowego. Przekłada się na to, że sygnał z routera do komputera zawieszonego w kosmosie oddalonego o 1,5 mln kilometrów docierałby 5 sekund. Daje to łącznie możliwość przesłania 57 gigabajtów danych w ciągu jednego dnia.

Teraz czas na drugą antenę, która wykorzystuje pasmo S. Dotyczy ona pasma widma fal elektromagnetycznych w zakresie promieniowania mikrofalowego o częstotliwościach od 2 do 4 Ghz. To dokładnie to samo, co na Ziemi opowiada za łączność Wi-Fi, Bluetooth czy radiowe otwieranie bramek samochodowych pilotem. Na tej podstawie działają również niektóre satelity telekomunikacyjne NASA oraz komunikacja z Międzynarodową Stacją Kosmiczną (ISS). Ta częstotliwość w przypadku JWST jest wykorzystywana na potrzeby aktualizacji oprogramowania, sprawdzania stanu sprzętu oraz telemetrii.

NASA nie pozostaje w stałej łączności z JWST ze względu na obrót Ziemi i zawieszenie teleskopu w kosmosie. Zgodnie z danymi, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest w stanie przesłać zdjęcia tego samego dnia, w którym zostały ujęte. Co więcej – jest to niemal konieczne, ponieważ wbudowany dysk ma pojemność zaledwie 68 GB, a jedno skompresowane zdjęcie w kolorze i pliku TIFF waży 123 megabajty.

Marcin Watemborski, redaktor prowadzący Fotoblogii