Vesoljski teleskop James Webb (JWST) je dolgo pričakovan, dolgo pričakovan teleskop naslednje generacije. Načrtovan za začetek leta 2013 Oktobra 2018 je bil JWST oglašen za naslednika vesoljskega teleskopa Hubble. Z njo si astronomi upajo pogledati nazaj v čas, ko je bilo vesolje komaj 200 milijonov let, in videti prve zvezde in galaksije. Glavni znanstvenik, ki vodi ta projekt, je dr. John Mather, ki je prejemnik Nobelove nagrade za fiziko za leto 2006 za svoje delo z raziskovalcem kozmičnega ozadja (COBE), ki je meril obliko črnega telesa in anizotropijo kozmičnega mikrovalovnega ozadja.
Razumela nas je čast, ko je dr. Mather stopil v stik z revijo Space Magazine in rekel, da želi govoriti z nami o statusu JWST. "Mislil sem, da je morda čas za pogovor o tem, kaj počnemo," je dejal, "ker se začnejo dogajati vznemirljive stvari."
Space Magazine: Dr. Mather, že več kot desetletje poslušamo o vesoljskem teleskopu nove generacije, ki je bil kasneje uradno imenovan James Webb Space Telescope. Nam lahko poveste, kako se je začel koncept tega teleskopa?
John Mather: Leta 1989, še preden je bil Hubble izstreljen, je bila organizirana konferenca o tem, kakšen naj bi bil naslednji vesoljski teleskop. Razpravljali so o velikih teleskopih prihodnosti in iz zbornika, izdali knjigo. Vendar res niso mislili, da je infrardeči val velik val prihodnosti. Nato je bil leta 1993 odbor, imenovan HST in onkraj. Leta 1996 so objavili čudovito majhno poročilo, ki pravi, da je treba storiti dve pomembni stvari. Ena je bila zgraditi infrardeči teleskop, za razliko od prejšnje knjige, druga pa je bila zgraditi teleskop za iskanje zemeljskih planetov. V tistem trenutku so astronomi šele prepoznali, da je možno iskanje ekstrasolarnih planetov. Oktobra 1995 me je poveljnik NASA poklical, mi dal seznam znanstvenikov in inženirjev, s katerimi sem se lahko obrnil, in rekel, naj začnem načrtovati. Tako smo tudi storili in takoj smo prišli do izjemnega zbliževanja misli in mnenja. Hitro smo se dogovorili o konceptu, ki je izpolnil želje znanstvene skupnosti in se uvrstil v ambicije NASA. Ugotovili boste, da je teleskop, ki smo ga takrat želeli leteti, zelo podoben tistemu, ki ga bomo letali leta 2013.
UT: Ali nam lahko trenutno posredujete posodobitev statusa JWST?
Mather: Poleti leta 2010 bo z vseh koncev sveta prišla strojna oprema instrumenta za letenje. Senzor za natančno vodenje prihaja iz Kanade, en in pol paketov instrumentov prihaja iz Evrope, ostali pa iz ZDA. Čez 18 mesecev začne instrument instrument skupaj, nato pa se približno leto kasneje sreča s teleskopom. Štirje znanstveni instrumenti so skoraj infrardeča kamera, skoraj infrardeči večpredmetni spektrograf, srednje infrardeči instrument in nastavljiv filter.
Pravkar smo pregledali pregled kritičnega oblikovanja za instrumentni modul. Prejšnji teden smo imeli na stotine ljudi, ki so si ogledali vse in povedali, ali delamo pravilno. Mislim, da smo šli, čeprav uradne dokumentacije še nisem videl. Toda tudi jaz sem bil navdušen.
UT: Veliko ljudi me zastavlja, ker je Hubble tako uspešen, zakaj JWST ne bo optični teleskop?
Mather: Zakaj se je odbor spremenil iz optičnega v infrardeči? Bila je dvojna. Eno je bilo, da je Hubble postal tako dober, da so lahko videli, da ga bo težko premagati, ne glede na to, kako velik si zgradil teleskop. Zgodilo se je še to, da so ljudje videli, kako lahko na terenu zgradite velike optične teleskope. Teck teleskop Keck je deloval res dobro in ljudje so začeli govoriti o prilagodljivi optiki, kar pomeni, da so bili še večji teleskopi na tleh vredni. Tako sta nas ti dve stvari usmerili proti infrardečemu teleskopu. Prav tako so vsi znanstveniki JWST rekli, da potrebujemo infrardečo povezavo. Od majhnih zmogljivosti, ki smo jih imeli takrat, je bil infrardeč fascinanten, ko smo ugotovili, da je najbolj oddaljeno vesolje vznemirljivo in je rdeče premaknjeno od vidnega. Začne se v ultravijolični obliki in pride do infrardeče povezave zaradi velikih razdalj teh predmetov in velikega rdečega premika, ki ga imajo. Če torej želite narediti ultravijolično astronomijo na skoraj robu vesolja, potrebujete infrardeči teleskop.
UT: Zdaj, ko infrardeči vesoljski teleskop Spitzer deluje in deluje tako dobro, se je to komu spremenilo, ali zaradi tega znanstveniki želijo z infrardečo infrardečo stopnjo preiti na naslednjo raven?
Mather: Da, Spitzer je dokazal, da je to dejansko fascinantno ozemlje. Spitzer je po modernih standardih pravzaprav malo bitty teleskop; širok je samo 3 čevljev, 85 cm. Je pa pripravila nekaj presenetljivih presenečenj. Lahko vidijo stvari zelo, zelo visoke rdeče premike, in nič od tega ni bilo pričakovati. Torej, to nam pove, infrardeči je, kje bodo čudovita odkritja. Zdaj vemo, da lahko naredimo tehnologijo, zato si oglejmo boljši teleskop. Znanost je pot, nadvse vznemirljiva in tam je še toliko, kar čaka, da jo odkrijemo.
UT: Kaj bo po vašem mnenju JWST ločilo od prejšnjih vesoljskih teleskopov?
Mather: Vsak teleskop pravi: "Boljši sem od tistega, ki je pred menoj", in pravimo isto. Seveda bo ta teleskop s svojo infrardečo zmogljivostjo in ogromno zaslonko videl dlje v čas; skozi oblake prahu bo videl, kje se rodijo zvezde; videla bo stvari, ki so sobne temperature, kot sta ti in jaz, planete ali mlade zvezde. Vse te stvari lahko vidimo neposredno z infrardečo zmogljivostjo, ki jo imamo na tem novem teleskopu. Večji del dela bo opravljen v infrardeči povezavi, z nekaj zmožnostjo v vidnem območju.
Vendar smo zgradili teleskop za splošno rabo Po lansiranju lahko znanstveniki napišejo predloge, kot to počnejo za Hubble, za tisto, kar bi radi opazovali, tako da lahko opazujejo ne glede na vročo temo.
UT: Kako ste to prijavili na JWST s svojo izkušnjo s COBE in poznejšimi odlikovanji?
Mather: Niso toliko časti vplivale na moje življenje, ampak dejstvo, da sem skozi proces od samega začetka do konca končal zelo radikalno zasnovan observatorij, kakršen je bil COBE, mi je dal živce, da razmišljam veliko stvari. Ko sem torej na sedežu Nasine rekel, da želijo naslednika Hubbleja, sem mislil, da bi bilo to zanimivo, in imel sem dovolj živca, da bi lahko rekel, da, rad bi poskusil. COBE je bil za tisti čas zelo ambiciozen, vendar dovolj majhen, da sem inženirje osebno poznal in sem se lahko z njimi vsak dan pogovarjal o čemer koli. Zato sem mislil, da bi lahko diplomiral na večji projekt.
UT: In zdaj delate z ljudmi z vsega sveta?
Mather: Ja, to je ogromno. Naša znanstvena ekipa šteje približno 19 ljudi iz Evrope, ZDA in Kanade. Inženirska ekipa je več kot 2000 ljudi, ki so razporejeni po vsem svetu. Jasno, vseh jih ne poznam. Najbolj tesno sodelujem z znanstveniki in se z njimi pogovarjam o tem, kaj želimo doseči, in poskrbim, da to dosežemo. Tako imam zdaj drugačno vlogo. Nimam odgovornosti za nobeno strojno opremo, vendar delam z ljudmi, ki to počnejo. O vsaki temi imamo dostop do nekaterih najboljših ljudi na svetu.
UT: Lahko govorite o težavah, ki jih je moral ta teleskop premagati, prekoračitvi stroškov in zamudah?
Mather: Številka ena, prekoračitev stroškov ni tako velika, kot jo prikazujejo nekateri ljudje, ki bi želeli denar za svoje projektne ideje. Dan Goldin je bil prvotno vodja NASA, ko smo začeli, in rekel: "Želimo si, da si zamislite način, kako to opazovalnico narediti za pol milijarde dolarjev v 1996 dolarjih." Rekli smo, da bomo poskusili. A hitro smo ugotovili, da bo gradnja tega težko. Ko smo se leta 2000 pripravili na predstavitev desetletne raziskave, so stroški znašali približno milijardo dolarjev. Potem smo pred tremi leti videli, da je delo vse težje in smo ga morali znova zamenjati in znova urediti. Če štejete celoten strošek Nasine od začetka leta 1995 do konca, nekje po letu 2019 z inflacijo in javnimi uslužbenci (česar prej nismo šteli), je to približno 4,5 milijarde dolarjev dejanskih realnih dolarjev, ne pa 1996 dolarjev. Torej je rast stroškov, vendar smo dosegli odličen uspeh in na dobri poti smo lansirali ta čudovit stroj, ki ga bo uporabljalo na tisoče astronomov. In nismo morali spremeniti svojega načrta ali celotnega proračuna v treh letih, zahvaljujoč stalnemu vodstvu Nasinega sedeža in briljantnemu tehničnemu delu ekip.
UT: To je dobro vedeti. Mislim, da imajo ljudje splošno predstavo, da je JWST presegel velike stroške.
Mather: No, to ni nekaj majhnega in želimo si, da bi bilo pri tem bolje. Vendar gre za faktor dveh rasti in ne za faktor pet, ki ga oglašujejo nekateri, ki bi morali vedeti bolje. Ta teleskop bo deloval dlje časa. Zahteva je pet let, vendar upamo, da jo bomo izvajali deset. Naš projekt sega od leta 1995 do morda leta 2024, ko bi se operacije končale.
Dovolite mi, da vam predstavim, kaj moramo narediti, da se pripravimo in kaj smo si prizadevali ves ta čas. Razvili smo seznam desetih glavnih tehnologij, ki smo jih potrebovali. Najtežje je bilo razviti ogledala. To je zahtevalo dvanajst različnih pogodb samo za razvoj konkurentov, kjer so bili njihovi projekti dovolj dobri, tako da je trajalo kar nekaj let. Detektorje je bilo očitno treba izboljšati nad tistimi, ki jih imamo na teleskopih Spitzer in Hubble. Tako imamo zdaj večje in boljše detektorje, in pravljični so. Eden od meril, ki ga imajo astronomi, je koliko potepuških elektronov dobite od detektorjev. Če izklopite vso svetlobo, morate dobiti nič. Zdaj imamo detektorje, ki oddajajo nekaj potepuških elektronov na piko na uro, kar je skoraj popolno. Dobro bi bilo biti še boljši, ampak to je pravljično. Impresioniran sem
Morali smo izboljšati hladilnike v vesolju. Začeli smo reči, da moramo dobiti radiacijsko ohlajen teleskop, da bi bil sam dovolj hladen, in to večinoma drži. Vendar se izkaže, da še vedno potrebujemo aktivni hladilnik, da ohranimo hladilne detektorje z najdaljšo valovno dolžino, zato smo to morali razviti.
To so le nekatere stvari, ki smo jih morali načrtovati, in ves razvoj tehnologije je bil končno končan leta 2007 in je dal odobritev revizijske komisije, ki je dejala: "Da, te stvari so zdaj končno pripravljene."
Torej, ravno prihod na leto 2007 je bil dolgo časa, in mislim, da ljudje res niso cenili tega, kar je potrebno, da se pripravijo nove tehnologije. Po drugi strani pa smo bili blagoslovljeni s tem, da se nam ni bilo treba pripraviti na varnostno kopijo. V te tehnologije smo vložili dovolj načrtovanja in truda, da delujejo zdaj. To je bila ena stvar, ki smo se jo naučili pri projektu Hubble, in sicer je, da ne dokončaš svojega načrtovanja, dokler ne veš, kaj naj bi gradil.
UT: Kaj pa vaš postopek testiranja. Je precej strog?
Mather: To je še ena lekcija, ki smo se jo morali naučiti od Hubbleja. Če je ne preizkusite, ne bo delovalo. Naučili smo se zelo odločnega in strogega procesa. Na Hubblu so naredili dovolj testiranja, da so lahko vedeli za težave z zrcalnim fokusom. Proizvajalec ogledal je imel dva testa, ki se nista strinjala in sta se odločila, da bosta enega od njih prezrla, namesto da bi ugotovila razlog, in to se je izkazalo za neumno in drago.
Imamo posplošitev, da če je kaj res pomembno, to storite dvakrat. Teleskop bomo dejansko preizkusili v velikem vakuumskem rezervoarju v vesoljskem centru Johnson. Torej bo to celoten obseg preizkusa "luč v začetku, luč na koncu", kar za Hubble ne bi mogli storiti. Toda vedeli so, da lahko popravijo Hubble v vesolju, in vemo, da ne moremo popraviti JWST-a, saj bo teleskop v točki L-2, približno 1,5 milijona kilometrov oddaljene od Zemlje, kar je približno štirikrat bolj oddaljeno od Zemlja kot Luna.
To je zapleten projekt, vendar se naš pristop k izvajanju zapletenega projekta močno razlikuje od tistega, ko sem bil mlad igralec. Ko sem prišel sem v Goddard, smo uporabljali svinčnike in pravila za diapozitive, računalniki pa so bili precej novi in večina ljudi jih ni imela. Zdaj imamo računalnike povsod, ki spremljajo naše dokumente. Lahko naredimo inženiring sistemov in celo lahko naredimo zelo natančne, popolne simulacije, da vemo, ali se bo nekaj združilo in delovalo, preden smo ga sploh zgradili. Torej, svet se je spremenil, in to je čudovito videti. Zato smo zdaj sposobni zgraditi ta observatorij za približno enake dejanske stroške, kot je bil potreben za zagon in delovanje Hubbleja. Je pa JWST toliko večji in močnejši.
UT: Nam lahko poveste o zasnovi ogledala za JWST?
Mather: Najtežje je bilo sestaviti ogledalo, saj smo potrebovali nekaj, kar je veliko večje od Hubbleja. Ne morete pa dvigniti nečesa tako velikega ali ga pritrditi v raketo, zato potrebujete nekaj lažje teže, vendar kljub temu večjega, zato mora imeti možnost, da se zloži.
Ogledalo je narejeno iz lahkega berilija in ima 18 šestkotnih segmentov. Teleskop se kot metulj zloži v križancem in ga bo moral sam razveljaviti. To je precej dovršen postopek, ki bo trajal veliko ur. Teleskop je velik, 6,5 metra (21 čevljev), tako da je zelo impresiven.
Sončni ščit je povsem nov in tudi njega bo treba namestiti. Torej, kar je zavito v majhen valj, razmeroma povedano postane velikanski ščit, velik približno kot teniško igrišče. Ogromno je Vse to se dogaja v več fazah in bo trajalo več dni. Najeli smo podjetje Northrop Grumman, ki je imelo izkušnje, kako razviti stvari v vesolju, in pravijo nam, da to vsekakor ni najbolj zapletena stvar, ki so jo razgrnili v vesolju, kar je pomirjujoče.
Video posnetek JWST v vesolju:
UT: Ali je že bilo razpravljati o prvi luči in o tem, kako bo JWST sprva videti?
Mather: Ja malo. To bo zabaven del, ko bomo stvar sestavili.
UT: Imate kakšne priljubljene predloge?
Mather: Mislim, da bi morali začeti z lahkimi tarčami, ki bodo lepe, ki bodo omogočile javnosti, da reče: "Oh, vidim, da deluje!" Nekatere prve opazke lahko opravimo, ko nastavljamo teleskop, še preden je popolnoma prilagojen. Ker je razporejeno po zagonu in ogledalo sprva ni blizu prave oblike, bomo to pospešili. Obstaja testni model Ball Aerospace v Boulder Koloradu, kjer bomo vadili postaviti 18 ogledalnih segmentov. Vsak segment ima na sebi 7 motorjev za nadzor položaja in ukrivljenosti, zato moramo ta ponoviti.
To je nekaj, česar ne bi mogli storiti s Hubblom. Želeli so si, da bi lahko, in to so imeli motorji, vendar niso mogli dovolj trdo potiskati. To je zanimiva zgodba. Od Hubble smo se naučili, kako popraviti optiko na podlagi posnetkov, ki smo jih dobili, zato to namensko uporabljamo za ta teleskop.
UT: Nekaj polemik je bilo, kako se bo začel JWST.
Mather: S teleskopom se bomo odpeljali v Francosko Gvajano in ga natovorili v raketo. ESA za nas kupuje izstrelitveno vozilo; to je raketa Ariane 5, komercialni izdelek iz Evrope in so jo v zadnjem času dobro vodili, zato je zelo zanesljiv.
Seveda je to povzročilo veliko polemike. Tudi če nam je Evropa dala izstrelilno vozilo, tako rekoč, so bili tukaj ljudje, ki tega niso hoteli sprejeti. Za sprejem je bilo potrebno dve leti na sedežu. To nas je stalo denarja. Edini razlog, da je bil sprejet, je bil, da smo dobili novega skrbnika, ki bi ga sprejel. To je bil Mike Griffin, zato želim reči, "najlepša hvala Mike Griffin!"
UT: Vaša ekipa ima še veliko dela pred letom 2013, kar bo verjetno tu, preden boste vedeli!
Mather: Ja vem. Minilo je že 13 let, odkar me je NASA kontaktirala glede tega, zdaj pa se hitro bliža konec. Pred nami je veliko tehničnih izzivov pri sestavljanju vsega skupaj. Nismo še dovolj daleč, da bi še ugotovili, koliko stvari smo zlomili ali koliko napak smo storili, ampak mislim, da jih precej dobro razumemo, preden jih naredimo.
Zelo razburljivo bo, če bomo opremo prvič spravili skupaj. Imamo kose, slike na škatli, da pokažejo, kam gredo, in kmalu lahko dokažemo, da delajo skupaj, ali ne. Do trenutka, ko bomo v Goddardu prejeli vse dele, se bodo vsi preizkusili posamično, zato naj bi skupaj igrali čisto v redu. Toda narava ne mara arogancije, zato moramo celotno zadevo preizkusiti od začetka do konca, tako kot jo bomo uporabljali med letom. Ko ga sestavimo tukaj, ga odnesemo v Johnson Spaceflight Center in ga odložimo v velikanski vakuumski rezervoar. To bo izjemen postopek.
UT: Najlepša hvala za pogovor z nami.
Mather: To je bilo zabavno. Rada pripovedujem svojo zgodbo in vesela sem, da jo želite povedati z nami. Mislil sem, da je morda čas za pogovor o tem, kaj počnemo, ker se začnejo dogajati vznemirljive stvari. Veličaste stvari se dogajajo. Opazovalni center Kepler imamo zdaj pripravljen in upamo, da bodo našli nekaj planetov, ki so podobni Zemlji, da jih bodo našli in si jih podrobneje oglejmo.
