James Webb Uzay Teleskobu (JWST) çok beklenen, uzun zamandır beklenen “gelecek nesil” teleskop. Lansman için planlandı 2013 Ekim 2018, JWST, Hubble Uzay Teleskobu'nun halefi olarak lanse edildi. Bununla birlikte, gökbilimciler, evrenin sadece 200 milyon yaşında olduğu zamana bakmayı ve ilk yıldızları ve galaksileri görmeyi umuyorlar. Bu projeye rehberlik eden baş bilim adamı, siyah vücut formunu ve kozmik mikrodalga arka planının anizotropisini ölçen Kozmik Arka Plan Gezgini (COBE) ile yaptığı çalışmalardan dolayı 2006 Nobel Fizik Ödülü'nün ortak alıcısı Dr. John Mather'dir.
Dr. Mather, JWST'nin durumu hakkında bizimle konuşmak istediğini söyleyerek Space Magazine ile temasa geçtiğinde anlaşılır bir şekilde onur duyduk. “Ne yaptığımız hakkında konuşmanın zamanının geldiğini düşündüm,” dedi, “çünkü heyecan verici şeyler olmaya başlıyor.”
Uzay Dergisi: Mather, on yıldan uzun bir süredir resmi olarak James Webb Uzay Teleskobu olarak adlandırılan Yeni Nesil Uzay Teleskopunu duyuyoruz. Bize bu teleskop konseptinin nasıl başladığını söyleyebilir misiniz?
John Mather: 1989'da, Hubble başlamadan önce bile, bir sonraki uzay teleskopunun ne olması gerektiği hakkında bir konferans düzenlendi. Onlar geleceğin büyük teleskoplarını tartıştılar ve yargılamalardan bir kitap yayınladılar. Ama kızılötesinin geleceğin büyük dalgası olduğunu düşünmediler. Sonra 1993'te HST ve Ötesi adlı bir komite vardı. 1996'da yapılacak iki önemli şeyin olduğunu söyleyen çok hoş bir rapor yayınladılar. Birincisi, önceki kitabın söylediklerinin aksine kızılötesi bir teleskop inşa etmek, diğeri ise Dünya benzeri gezegenleri aramak için bir teleskop yapmaktı. Bu noktada, gökbilimciler sadece güneşdışı gezegenleri araştırmanın mümkün olduğunu kabul ediyorlardı. Ekim 1995'te NASA Genel Merkezi beni aradı, iletişim kuracağım bilim adamları ve mühendislerin bir listesini verdi ve planlamaya başlamayı söyledi. Biz de öyle yaptık ve hemen düşünce ve düşüncenin dikkate değer bir yakınlaşmasına vardık. Bilim topluluğunun isteklerini karşılayan ve NASA'nın emellerine giren bir kavram üzerinde hızla anlaştık. O zaman geri uçmak istediğimiz teleskopun 2013'te uçacağımız telesiye benzer olduğunu göreceksiniz.
UT: JWST'nin durumu hakkında bize şu anda bir güncelleme verebilir misiniz?
Mather: Uçuş aleti donanımı 2010 yazında dünyanın dört bir yanından gelecek. Hassas kılavuz sensörü Kanada'dan, bir buçuk cihaz paketi Avrupa'dan, geri kalanı ise ABD'den geliyor. Böylece, 18 ay içinde alet paketi bir araya gelmeye başlar ve bir yıl sonra teleskopla buluşur. Dört bilim enstrümanı, kızılötesine yakın bir kamera, kızılötesine yakın çok nesneli bir spektrograf, orta kızılötesi bir enstrüman ve ayarlanabilir bir filtre görüntüleyicidir.
Cihaz modülü için Kritik Tasarım incelemesini inceledik. Geçen hafta yüzlerce insanın her şeye bakmasını sağlayıp doğru yapıp yapmadığımızı bize bildirdik. Henüz resmi evrakları görmemiş olmama rağmen geçtiğimizi düşünüyorum. Ama ben bile etkilendim.
UT: Birçok insanın bana sorduğu soru, Hubble çok başarılı olduğu için JWST neden optik bir teleskop olmayacak?
Mather: Komite neden optikten kızılötesine geçti? İki katlıydı. Birincisi, Hubble çok iyi gidiyordu, ne kadar büyük bir teleskop inşa ederseniz edin, onu yenmenin zor olacağını görebiliyorlardı. Başka bir şey, insanların yerde büyük optik teleskoplar inşa edebileceğinizi görmesiydi. Keck Teleskobu gerçekten iyi çalışıyordu ve insanlar uyarlanabilir optikler hakkında konuşmaya başlamıştı, bu da yerdeki daha büyük teleskopların değerli olduğu anlamına geliyordu. Yani bu iki şey bizi kızılötesi teleskopa yönlendirdi. Ayrıca JWST'nin tüm bilim adamları kızılötesine ihtiyacımız olduğunu söyledi. O zamanlar sahip olduğumuz küçük yeteneklerden, kızılötesi büyüleyici, en uzak evrenin heyecan verici olduğunu ve görünürden kırmızıya kaydığını fark etti. Ultraviyole ile başlar ve bu nesnelerin büyük mesafeleri ve sahip oldukları büyük kırmızı kayma nedeniyle kızılötesine geçer. Yani, evrenin neredeyse kenarında ultraviyole astronomi yapmak istiyorsanız, bir kızılötesi teleskopa ihtiyacınız var.
UT: Şimdi kızılötesi Spitzer Uzay Teleskobu çok iyi çalışıyor ve çalışıyor, bu kimsenin fikrini değiştirdi mi yoksa bilim insanlarını kızılötesiyle bir sonraki seviyeye gitmek mi istiyor?
Mather: Evet, Spitzer bunun aslında büyüleyici bir bölge olduğunu kanıtladı. Spitzer aslında modern standartlara göre biraz zahmetli bir teleskop; sadece 3 feet genişliğinde, 85 cm. Ancak bazı şaşırtıcı sürprizler üretiyor. Çok, çok yüksek kırmızıya kayma olaylarını görebilirler ve bunların hiçbiri beklenmiyordu. Bu bize kızılötesinin harika keşiflerin nerede olacağını söyler. Artık teknolojiyi yapabileceğimizi biliyoruz, bu yüzden daha iyi bir teleskop alalım. Bilim çok yönlü, heyecan verici ve orada keşfedilmeyi bekleyen çok şey var.
UT: Sizce JWST'yi önceki uzay teleskoplarından ayıracak ne var?
Mather: Her teleskop, “Önümdekinden daha iyiyim” diyor ve biz de aynısını söylüyoruz. Tabii ki, bu teleskop kızılötesi özelliği ve büyük diyafram açıklığı ile zaman içinde daha uzak görecek; yıldızların nerede doğduğunu görmek için toz bulutları arasından geçecek; siz ve ben, gezegenler veya genç yıldızlar gibi oda sıcaklığı olan şeyleri görecek. Tüm bu şeyler, bu yeni teleskopta sahip olduğumuz kızılötesi özellik ile doğrudan görülebilir. Çalışmaların çoğu, görünür aralıkta bazı yeteneklerle kızılötesinde yapılacaktır.
Ama genel amaçlı bir teleskop yaptık. Lansmandan sonra, bilim adamları Hubble için, gözlemlemek istedikleri şey için önerileri yazabilirler, böylece o sırada sıcak konunun ne olduğunu gözlemleyebilirler.
UT: COBE ile edindiğiniz deneyim ve ardından gelen ödüller sayesinde, bunu JWST'ye nasıl uyguladınız?
Mather: Hayatımı etkileyen o kadar onur değildi, COBE'nin çok büyük düşünmesi için bana siniri büyük düşünen çok radikal tasarımlı bir gözlemevi için en başından sonuna kadar süreçten geçiyordu. bir şeyler. NASA Genel Merkezi, Hubble için bir halef istediklerini söylediğinde, bunun ilginç olacağını düşündüm ve evet diyecek kadar sinirim vardı, bunu denemek istiyorum. COBE o zamanlar çok iddialıydı, ancak mühendisleri şahsen tanıyabileceğim kadar küçüktü ve onlarla her gün her şey hakkında konuşabildim. Bu yüzden daha büyük bir projeye mezun olabileceğimi düşündüm.
UT: Ve şimdi dünyanın her yerinden insanlarla mı çalışıyorsunuz?
Mather: Evet, bu çok büyük bir anlaşma. Bilim ekibimiz Avrupa, ABD ve Kanada'dan yaklaşık 19 kişidir. Mühendislik ekibi, tüm dünyaya yayılmış 2000'den fazla kişidir. Açıkçası, hepsini bilmiyorum. Bilim adamları ile en yakın çalışıyorum ve onlarla neyi başarmak istediğimiz hakkında konuşuyorum ve bunu başardığımızdan eminim. Şimdi farklı bir rolüm var. Herhangi bir donanım için uygulamalı sorumluluğum yok, ancak çalışanlarla çalışıyorum. Her konuda dünyanın en iyi insanlarından bazılarına erişebiliyoruz.
UT: Bu teleskopun üstesinden gelmesi gereken problemler, maliyet aşımları ve sahip olduğu gecikmelerden bahsedebilir misiniz?
Mather: Birincisi, maliyet aşımı, kendi proje fikirleri için para isteyen bazı insanlar tarafından tasvir edildiği kadar büyük değil. Başlangıçta Dan Goldin, başladığımız zaman NASA'nın başıydı ve “Bu gözlemevini 1996 dolarda yarım milyar dolara yapmanın bir yolunu düşünmenizi istiyoruz” dedi. Deneriz demiştik. Ama hızlı bir şekilde bunun zor olacağını inşa ettik. 2000 yılında on yıllık ankete sunmaya hazır olduğumuz zaman, maliyet bir milyar dolar gibiydi. Sonra, üç yıl önce, işin zorlaştığını gördük ve yeniden planlamak ve yeniden planlamak zorunda kaldık. Şimdi, NASA'nın tüm maliyetini 1995'te başından sonuna kadar sayarsanız, 2019'dan sonra enflasyon ve memurlarla (daha önce saymadık) bir yerde şimdi 1996 dolar değil, gerçek dolar olarak kabaca 4.5 milyar dolar. Maliyet artışı var, ancak mükemmel bir başarı elde ettik ve binlerce gökbilimci tarafından kullanılacak olan bu harika makineyi piyasaya sürüyoruz. NASA Genel Merkezi'nin istikrarlı liderliği ve ekiplerin mükemmel teknik çalışmaları sayesinde planımızı veya toplam bütçemizi üç yıl içinde değiştirmek zorunda kalmadık.
UT: Bunu bilmek güzel. İnsanların JWST'nin büyük bir maliyet aşımı olduğuna dair genel bir fikri olduğunu düşünüyorum.
Mather: Şey, küçük bir şey değil ve bu konuda daha iyisini yapabilseydik dileriz. Ama bu iki büyüme faktörü ile ilgilidir, daha iyi bilmesi gereken bazı insanlar tarafından reklamı yapılan beş faktörü değil. Bu teleskop uzun süre çalışacak. Şart beş yıldır, ancak on yıl boyunca çalıştırmayı umuyoruz. Bu nedenle, projemiz 1995'ten belki 2024'e kadar operasyonların biteceği zamana kadar uzanıyor.
Hazırlanmak için ne yapmamız gerektiğine ve bunca zaman neler yaptığımıza dair biraz fikir vereyim. İhtiyacımız olan on ana teknolojinin bir listesini geliştirdik. En zor şey aynaları geliştirmekti. Bu, yarışmacıları tasarımlarının yeterince iyi olduğu noktalara geliştirmek için on iki farklı sözleşme gerektiriyordu, bu yüzden birkaç yıl sürdü. Dedektörler, Spitzer ve Hubble teleskoplarında sahip olduklarımıza göre açıkça geliştirilmeliydi. Şimdi daha büyük ve daha iyi dedektörlerimiz var ve harikalar. Gökbilimcilerin bir ölçüsü dedektörlerden kaç tane kaçak elektron aldığınızdır. Eğer tüm ışığı kapatırsanız, sıfır almalısınız. Artık saat başına piksel başına birkaç kaçak elektron veren dedektörlerimiz var, bu neredeyse mükemmel. Daha da iyi olmak iyi olurdu, ama bu muhteşem. Etkilendim.
Uzayda buzdolaplarını iyileştirmemiz gerekiyordu. Kendi başına yeterince serin olması için radyal olarak soğutulmuş bir teleskop almamız gerektiğini söylemeye başladık ve çoğunlukla doğru. Ama en uzun dalga boyu dedektörlerini soğuk tutmak için hala aktif bir buzdolabına ihtiyacımız var, bu yüzden bunu geliştirmek zorundaydık.
Yani, bunlar tasarlamamız gereken şeylerden sadece birkaçı ve tüm teknoloji geliştirme sonunda 2007'de bitti ve inceleme kurulunun onayını geçti ve “Evet, bu şeyler artık inşa edilmeye hazır” dedi.
Yani, 2007'ye gelmek uzun zaman oldu ve insanların yeni teknolojileri hazırlamak için gerekenleri gerçekten takdir ettiklerini sanmıyorum. Öte yandan, “yedeklemek” zorunda kalmadan kutsanmış olduk. Şu anda çalıştıkları bu teknolojilere yeterince planlama ve çaba sarf ediyoruz. Bu, Hubble projesinden öğrendiğimiz şeylerden biriydi, bu da neyi inşa etmeniz gerektiğini bilinceye kadar tasarımınızı bitirmeyin.
UT: Test sürecine ne dersin? Oldukça titiz mi?
Mather: Bu, Hubble'dan öğrenmek zorunda olduğumuz başka bir ders. Test etmezseniz işe yaramaz. Çok kararlı ve titiz bir süreç yapmayı öğrendik. Hubble üzerinde ayna odak sorunları hakkında bildikleri kadar yeterli test yaptılar. Ayna üreticisinin kabul etmeyen iki testi vardı ve sebebini izlemek yerine bunlardan birini görmezden gelmeye karar verdiler ve bu aptalca ve pahalıydı.
Bir şey gerçekten önemliyse, bunu iki kez yapın. Teleskopu soğukta Johnson Uzay Merkezi'ndeki büyük vakum tankında test edeceğiz. Bu yüzden, Hubble için yapamayacakları bir şey olan tam ölçekli bir uçtan uca “başlangıçta ışık, sonunda ışık” bir test olacak. Ama Hubble'ı uzaya tamir edebileceklerini biliyorlardı ve JWST'yi düzeltemeyeceğimizi biliyoruz, çünkü teleskop L-2 noktasında, Dünya'dan yaklaşık 1,5 milyon kilometre uzakta olacak, Dünya aydan daha.
Bu karmaşık bir proje, ancak karmaşık bir proje yapma yaklaşımımız, genç bir insan olduğum zamandan çok farklı. Buraya Goddard'a geldiğimde kalem ve slayt kuralları kullandık ve bilgisayarlar oldukça yeniydi ve çoğu insanda yoktu. Artık her yerde belgelerimizi takip eden bilgisayarlarımız var. Sistem mühendisliği yapabilir ve hatta bir şeyin birbirine uyup uymayacağını ve inşa etmeden önce çalışıp çalışmadığını bilmek için çok doğru, eksiksiz simülasyonlar bile yapabiliriz. Böylece dünya değişti ve görmek harika bir şey. İşte bu yüzden bu gözlemevini Hubble'ın başlatılması ve çalışması için gereken gerçek maliyetle inşa edebiliyoruz. Ancak JWST çok daha büyük ve daha güçlü.
UT: JWST için ayna tasarımından bahseder misiniz?
Mather: İnşa edilmesi en zor şey aynaydı, çünkü Hubble'dan çok daha büyük bir şeye ihtiyacımız vardı. Ancak büyük ya da bir rokete sığacak bir şeyi muhtemelen kaldıramazsınız, bu yüzden daha hafif ama yine de daha büyük bir şeye ihtiyacınız vardır, bu yüzden katlama yeteneğine sahip olmalıdır.
Ayna hafif berilyumdan yapılmıştır ve 18 altıgen segmente sahiptir. Teleskop, krizalidinde bir kelebek gibi katlanır ve kendini tamamen geri almak zorunda kalır. Saatlerce sürecek oldukça ayrıntılı bir süreç. Teleskop 6,5 metre (21 feet) büyük, bu yüzden oldukça etkileyici.
Güneş kalkanı tamamen yeni ve dağıtmak zorunda kalacak. Yani, küçük bir silindire sarılmış olan, nispeten konuşmak, bir tenis kortu kadar büyük bir kalkan haline geliyor. Çok büyük. Bütün bunlar birden fazla aşamada gerçekleşir ve günler sürer. Uzayda ortaya çıkan şeyleri deneyimleyen bir şirket olan Northrop Grumman'ı kiraladık ve bize bunun kesinlikle uzayda açtıkları en karmaşık şey olmadığını, güven verici olduğunu söylüyorlar.
Uzayda dağıtım yapan JWST'nin videosu:
UT: İlk ışık hakkında bir tartışma oldu mu ve JWST ilk önce neye bakacak?
Mather: Evet biraz. İşi bir araya getirdikten sonra bu eğlenceli kısım olacak.
UT: Favori önerileriniz var mı?
Mather: Bence güzel olacak, halkın “Ah, işleyişini görüyorum!” Demesini sağlayacak kolay hedeflerle başlamalıyız. İlk gözlemlerden bazıları teleskopu kurarken, tamamen ayarlanmadan önce bile yapılabilir. Lansmandan sonra dağıtıldığından ve ayna başlangıçta doğru şekle yakın olmadığından, buna yavaş yavaş çalışacağız. Boulder Colorado'daki Ball Aerospace'de, 18 ayna segmentini yerine yerleştirmeye çalıştığımız bir test modeli var. Her segmentin üzerinde pozisyonu ve eğriliği kontrol etmek için 7 motor bulunur, bu yüzden bunu prova yapmamız gerekir.
Bu, Hubble ile yapamayacakları bir şey. Yapabilmeyi dilediler ve motorları vardı ama yeterince zorlayamadılar. Bu ilginç bir hikaye. Hubble'dan elde ettiğimiz görüntülere göre optiklerin nasıl düzeltileceğini öğrendik, bu yüzden bu teleskop için bilerek yapıyoruz.
UT: JWST'nin nasıl başlatılacağı konusunda bazı tartışmalar oldu.
Mather: Teleskobu Fransız Guyanası'na götüreceğiz ve oradaki rokete yükleyeceğiz. ESA fırlatma aracını bizim için satın alıyor; Avrupa'dan ticari bir ürün olan Ariane 5 roketi ve son zamanlarda iyi bir performans sergiliyorlar, bu yüzden çok güvenilir.
Doğal olarak bu çok fazla tartışmaya neden oldu. Avrupa bize fırlatma aracını verse bile, tabiri caizse, burada kabul etmek istemeyen insanlar vardı. Genel merkezin kabul edilmesi iki yıl sürdü. Bu bize paraya mal oldu. Kabul edilmesinin tek nedeni, kabul edecek yeni bir yöneticimiz olmasıydı. Bu Mike Griffin'di, bu yüzden şunu söylemek istiyorum, “çok teşekkür ederim Mike Griffin!”
UT: Ekibinizin 2013'ten önce hala yapacak çok işi var, ki muhtemelen bilmeden önce burada olacak!
Mather: Evet biliyorum. NASA'nın bu konuda benimle iletişime geçmesinden bu yana 13 yıl geçti, ama şimdi son hızla yaklaşıyor. Her şeyi bir araya getirirken önümüzde birçok teknik zorluk var. Ve ne kadar çok şey kırdığımızı ya da kaç tane hata yaptığımızı öğrenecek kadar ilerleyemedik, ama onları yapmadan önce bunları çözmede oldukça iyi olduğumuzu düşünüyorum.
Ekipmanı ilk kez bir araya getirmek çok heyecan verici olacak. Parçaları aldık, nereye gittiklerini göstermek için kutudaki resme sahibiz ve çok geçmeden birlikte çalıştıklarını ya da çalışmadıklarını kanıtlayacağız. Goddard'daki tüm parçaları aldığımızda, hepsi ayrı ayrı test edilecek, bu yüzden birlikte iyi oynaması gerekiyor. Ancak doğa kibirden hoşlanmaz, bu yüzden her şeyi baştan sona test etmeliyiz, tıpkı uçuşta kullanacağımız gibi. Burada bir araya getirdikten sonra onu Johnson Spaceflight Center'a götürdük ve oradaki dev vakum tankına koyduk. Bu olağanüstü bir süreç olacak.
UT: Bizimle konuştuğunuz için çok teşekkür ederim.
Mather: Bu eğlenceliydi. Hikayemi anlatmayı seviyorum ve bize anlatmaktan mutluluk duyuyorum. Yaptıklarımız hakkında konuşmanın zamanının geldiğini düşündüm çünkü heyecan verici şeyler olmaya başlıyor. Muhteşem şeyler oluyor. Şimdi Kepler Gözlemevi var ve umarım takip etmek için bir avuç Dünya benzeri gezegen bulacaklar ve onlara daha yakından bakacağız.
