A James Webb Űrtávcső (JWST) a várt, régóta várt „következő generációs” távcső. 2007 - ben tervezik beindítani 2013 2018. októberben a JWST-t jelölték a Hubble Űrtávcső utódjaként. Ezzel a csillagászok reménykednek arra, hogy időben visszatekintjenek arra az időre, amikor a világegyetem csak 200 millió éves volt, és megismerjék az első csillagokat és galaxisokat. A projektet irányító vezető tudós Dr. John Mather, a 2006. évi Nobel-fizikai díj társszerzője a kozmikus háttér-felfedezővel (COBE) végzett munkájáért, amely megmérte a kozmikus mikrohullámú háttér fekete test formáját és anizotrópiáját.
Érthetően megtiszteltetésben részesültünk, amikor Dr. Mather kapcsolatba lépett a Space Magazine-lal, mondván, hogy szeretne beszélni velünk a JWST helyzetéről. "Arra gondoltam, hogy itt az ideje beszélni arról, amit csinálunk - mondta -, mert izgalmas dolgok kezdenek történni."
Space Magazine: Dr. Mather, több mint egy évtizede hallottuk a Next Generation Űrtávcsőről, amelyet később hivatalosan James Webb Űrtávcsőnek hívtak. Meg tudja mondani, hogyan kezdődött ennek a távcsőnek a koncepciója?
John Mather: 1989-ben, még a Hubble elindítása előtt, konferenciát tartottak arról, hogy mi legyen a következő űrteleszkóp. Megvitatták a jövő nagy távcsöveit és az előadásokat, kiadtak egy könyvet. De valóban nem gondoltak úgy, hogy az infravörös a jövő nagy hulláma. Aztán, 1993-ban, volt egy HST and Beyond nevű bizottság. 1996-ban egy kedves kis jelentést tettek közzé, amelyben két fontos dolgot kell megtenni. Az egyik egy infravörös távcső építése volt, ellentétben azzal, amit az előző könyv mondott, a másik pedig egy távcső építése volt, amely Föld-szerű bolygók keresésére irányult. A csillagászok abban a pillanatban csak felismerték, hogy extoláris bolygók keresése lehetséges. Tehát 1995 októberében a NASA központja felhívott, megadott egy listát a tudósokról és a mérnökökről, akikkel kapcsolatba kellett lépni, és azt mondta, hogy kezdje el a tervezést. Így történt, és azonnal eljutottunk a gondolatok és vélemények figyelemre méltó közelítéséhez. Gyorsan megállapodtunk egy olyan koncepcióban, amely megfelel a tudományos közösség kívánságainak és a NASA törekvéseinek. Megállapíthatja, hogy a távcső, amellyel vissza akarunk repülni, nagyon hasonlít arra, amelybe 2013-ban repülni fogunk.
UT: Tudna frissíteni nekünk a JWST állapotáról?
Mather: A repülõ eszköz hardvere 2010 nyarán érkezik a világ minden tájáról. A finomvezetõ érzékelõ Kanadából származik, másfél műszercsomag Európából, a többi pedig az Egyesült Államokból származik. Tehát 18 hónapon belül a műszercsomag összekezdi, majd egy évvel később találkozik a távcsővel. A négy tudományos eszköz egy közeli infravörös kamera, egy közeli infravörös több objektumú spektrográf, egy közép-infravörös eszköz és egy hangolható szűrőképező.
Éppen áttekintettük a műszer modul kritikus tervezésének áttekintését. A múlt héten több száz ember jött mindent megnézni, és elmondta nekünk, hogy jól csináljuk-e. Azt hiszem, átmentünk, bár még nem láttam a hivatalos papírmunkát. De még lenyűgözött is.
UT: Sokan azt kérdezik tőlem, hogy mivel a Hubble annyira sikeres volt, miért nem a JWST optikai távcső?
Mather: Miért váltott át a bizottság optikai infravörösről? Kettős volt. Az egyik az volt, hogy Hubble olyan jó lett, láthatják, hogy nehéz legyőzni, függetlenül attól, hogy milyen nagyra építettél egy távcsövet. Egy másik dolog az volt, hogy az emberek látják, hogy nagy optikai távcsöveket építhetnek a földre. A Keck-távcső nagyon jól működött, és az emberek kezdtek beszélni az adaptív optikáról, ami azt jelentette, hogy a földön még nagyobb távcsövek is érdemesek voltak. Tehát ez a két dolog az infravörös távcső felé mutatott. A JWST összes tudósa azt is mondta, hogy infravörösre van szükségünk. Az akkori csekély képesség alapján az infravörös izgalmas volt, és úgy találta, hogy a legtávolabbi univerzum izgalmas, és a látótól vörösre tolódik. Az ultraibolya sugárzással indul, és infravörös infravörös sugárzásra kerül, mivel ezek a tárgyak nagy távolságra vannak, és hatalmas vörös eltolódásuk van. Tehát ha ultraibolya csillagászatot akar végezni az univerzum szinte peremén, akkor szüksége van egy infravörös távcsőre.
UT: Most, hogy az infravörös Spitzer Űrtávcső olyan jól működik és működik, megváltoztatta-e bárki más véleményét, vagy arra készteti-e a tudósokat, hogy infravörös technológiával lépjenek a következő szintre?
Mather: Igen, Spitzer bebizonyította, hogy ez valóban izgalmas terület. A Spitzer valójában egy kicsit keserű távcső a modern szabványok szerint; csak három méter széles, 85 cm. De ez néhány meglepő meglepetést hozott. Nagyon-nagyon vörös eltolódáson keresztül látják a dolgokat, és ezek egyikét sem várták. Tehát, ez azt mondja nekünk, hogy az infravörös pont lesz a csodálatos felfedezések. Most már tudjuk, hogy meg tudjuk csinálni a technológiát, ezért szerezzünk egy jobb távcsövet. A tudomány egyfajta, izgalmas, és annyi várja felfedezését.
UT: Véleménye szerint mi különbözteti meg a JWST-t a korábbi űrteleszkópoktól?
Mather: Minden távcső azt mondja, „jobb vagyok, mint előttem”, és ugyanezt mondjuk. Természetesen ez a távcső az infravörös képességgel és hatalmas rekesznyílással később látni fogja az időt; a porfelhőkön keresztül látni fogja, hol születnek csillagok; látni fogja a szobahőmérsékletű dolgokat, mint te és én, bolygók vagy fiatal csillagok születnek. Ezek a dolgok közvetlenül láthatók az infravörös képességgel, amely ezen az új távcsőn van. A munka nagy részét infravörös módon fogják elvégezni, bizonyos képességekkel a látható tartományban.
De egy általános célú távcsövet építettünk. A beindítást követően a tudósok javaslatokat írhatnak, ahogyan a Hubble-ra vonatkozóan, amit meg akarnakfigyelni, így megfigyelhetik bármilyen forró témát abban az időben.
UT: A COBE-vel szerzett tapasztalataival és az azt követő megtisztelésekkel, amelyeket kapott, hogyan alkalmaztad ezt a JWST-re?
Mather: Nem annyira a kitüntetések befolyásolták az életem, hanem az a tény, hogy a kezdetektől a végéig egy nagyon radikálisan megtervezett obszervatóriumnak, amely a COBE volt, végigmentem a folyamatot, az adott ideget a nagy gondolkodáshoz. dolgokat. Tehát amikor a NASA központja azt mondta, hogy a Hubble utódját akarják, azt gondoltam, hogy érdekes lenne, és elég ideges voltam ahhoz, hogy igent mondjak, szeretném kipróbálni. A COBE nagyon ambiciózus volt abban az időben, de elég kicsi, hogy személyesen ismerjem a mérnökeket és bármikor beszélhetek velük. Tehát azt hittem, hogy át tudok állni egy nagyobb projekten.
UT: És most az emberekkel dolgozik a világ minden tájáról?
Mather: Igen, ez óriási üzlet. Tudományos csapatunk kb. 19 fő, Európából, az Egyesült Államokból és Kanadából. A mérnöki csapat több mint 2000 emberből áll, akik az egész világon el vannak osztva. Nyilvánvaló, hogy nem ismerem őket. A legközelebb állok a tudósokhoz, és velük beszélünk arról, hogy mit akarunk elérni, és gondoskodunk arról, hogy ezt megvalósítsuk. Tehát most más szerepe van. Nincs semmiféle gyakorlati felelősség a hardverért, de azokkal az emberekkel dolgozom, akik ezt teszik. Minden témához hozzáférhetünk a világ legszebb embereivel.
UT: Beszélhet a problémákról, amelyeket ennek a távcsőnek át kellett küzdenie, a költségtúllépésekről és a késésekről?
Mather: Az első számú, a költségtúllépés nem olyan nagy, mint néhány ember ábrázolja, aki pénzt szeretne saját projektötleteihez. Eredetileg Dan Goldin volt a NASA vezetője, amikor elkezdtük, és azt mondta: „Azt akarjuk, hogy gondoljon egy módszert ennek a megfigyelőközpontnak az egy fél milliárd dolláros 1996-os dollárért történő megszervezésére”. Azt mondtuk, hogy megpróbáljuk. De gyorsan rájöttünk, hogy ezt megépíteni nehéz lesz. Mire készen álltunk arra, hogy 2000-ben bemutatjuk a dekadalos felmérésnek, a költségek több mint egy milliárd dollár volt. Aztán három évvel ezelőtt láttuk, hogy a munka egyre nehezebb, és át kellett dolgoznunk és újraterveznünk kellett. Ha számoljuk a NASA teljes költségét az 1995 elejétől a végéig, valahol 2019 után az inflációval és a köztisztviselőkkel (amelyeket még nem számoltunk), akkor a tényleges valós dollár körülbelül 4,5 milliárd dollár, nem pedig 1996 dollár. Tehát növekszik a költség, de kiváló sikerünk volt, és haladunk, hogy elindítsuk ezt a csodálatos gépet, amelyet csillagászok ezrei fognak használni. És a NASA székhelyének állandó vezetése és a csapatok ragyogó technikai munkája révén három év alatt nem kellett megváltoztatnunk tervünket vagy teljes költségvetésünket.
UT: Ezt jó tudni. Úgy gondolom, hogy az emberek általános elképzelésük szerint a JWST hatalmas költségtúllépést hajtott végre.
Mather: Nos, ez nem valami kicsi, és azt szeretnénk, ha jobban tehetnénk ezt. De ez a két növekedés tényezőjéről szól, nem pedig az öt tényezőről, amelyet olyan emberek hirdettek meg, akiknek jobban tudnának. Ez a távcső hosszú ideig működni fog. A követelmény öt év, de azt reméljük, hogy tíz évig futtatjuk. Tehát a projektünk 1995-től 2024-ig tart, amikor a műveletek véget érnek.
Hadd adjak némi képet arról, mit kellett tennünk az elkészítéshez, és mit csináltunk egész idő alatt. Kidolgoztunk egy tíz fő technológiát, amelyekre szükségünk volt. A legnehezebb a tükrök fejlesztése volt. Ehhez tizenkét különféle szerződés megkövetelte a versenytársak továbbfejlesztését olyan helyre, ahol a tervek elég jók voltak, tehát elég sok évbe telt. Az érzékelőket nyilvánvalóan javítani kellett ahhoz, amit a Spitzer és a Hubble távcsövekben megvan. Tehát most nagyobb és jobb detektorok vannak, és mesések. A csillagászok egyik mérése, hogy hány kóbor elektronot kapnak az érzékelőkből. Ha bezárja az összes fényt, akkor nullának kell lennie. Jelenleg vannak olyan detektorok, amelyek pixel / óra mennyiségben néhány kóbor elektronot bocsátanak ki, ami szinte tökéletes. Jó lenne, ha még jobb is, de ez mesés. Le vagyok nyűgözve.
Fejlesztenünk kellett az űrben lévő hűtőszekrényeket. Azt kezdtük mondani, hogy sugárzottan hűtött távcsövet kell beszerezni, hogy önmagában elég hűvös legyen, és ez többnyire igaz. De kiderül, hogy továbbra is szükségünk van egy aktív hűtőszekrényre, hogy a leghosszabb hullámhosszúságú érzékelőket hidegen tartsuk, ezért ezt ki kellett fejlesztenünk.
Tehát, ezek csak néhány dolog, amit meg kellett terveznünk, és a technológiai fejlesztés végül 2007-ben befejeződött, és elfogadta az értékelő testület jóváhagyását, aki azt mondta: "Igen, ezek a dolgok végre készen állnak az építésre."
Tehát csak a 2007-es elérés hosszú idő volt, és nem hiszem, hogy az emberek valóban értékelték az új technológiák elkészítéséhez szükséges mértéket. Másrészt, megáldott minket, hogy nem kellett „biztonsági másolatot készíteni”. Elegendő tervezést és erőfeszítést tettünk ezekre a technológiákra, amelyek jelenleg működnek. Ez volt az egyik dolog, amit a Hubble projektből megtanultunk, azaz ne fejezze be a tervezést, amíg nem tudja, mit kell építenie.
UT: Mi lenne a tesztelési folyamattal? Elég szigorú?
Mather: Ez egy újabb lecke, amit meg kellett tanulnunk a Hubble-tól. Ha nem teszteli, akkor nem fog működni. Megtanultuk egy nagyon határozott és szigorú folyamatot. Elég elvégezték a Hubble tesztelését, hogy megismerhették a tükörfókusz problémákat. A tükörgyártónak két olyan tesztje volt, amelyekben nem értett egyet, és úgy döntöttek, hogy egyiküket sem veszik figyelembe, hanem az ok felkutatása helyett. Ez ostoba és drága volt.
Van egy általánosítás, hogy ha valami igazán fontos, akkor csináld kétszer. Valójában hidegen teszteljük a távcsövet a Johnson Space Centerben lévő nagy vákuumtartályban. Tehát ez egy teljes skálájú, végponttól-végig terjedő „világítás a kezdetben, világítás a végén” fajta teszt lesz, amit nem tudtak megtenni a Hubble számára. De tudták, hogy javíthatják a Hubble-t az űrben, és tudjuk, hogy nem tudjuk javítani a JWST-t, mivel a távcső az L-2 ponton lesz, körülbelül 1,5 millió kilométerre a Földtől, amely körülbelül négyszer távolabb van a Föld, mint a Hold.
Ez egy bonyolult projekt, de a bonyolult projekt elvégzéséhez való megközelítésünk drámai módon különbözik attól, amikor fiatal régen voltam. Amikor ideértem a Goddard-t, ceruzákat és diaszabályokat használtunk, és a számítógépek nagyon új voltak, és a legtöbb embernek nincsenek ezek. Most már mindenhol vannak számítógépek, amelyek nyomon követik a dokumentumokat. Meg tudjuk végezni a rendszerek tervezését, és akár nagyon pontos, teljes szimulációkat is végezhetünk annak érdekében, hogy megtudjuk, valami illeszkedik-e egymáshoz, és működni fognak még azelőtt, hogy építettük volna. Tehát a világ megváltozott, és csodálatos dolog látni. Ezért éppen ezért képesek felépíteni ezt az obszervatóriumot ugyanolyan valós költségekkel, mint a Hubble elindításához és működéséhez. De a JWST sokkal nagyobb és erősebb.
UT: El tudnál mondani nekünk a JWST tükörének kialakításáról?
Mather: A nehezebb építeni a tükör volt, mert valamire volt szükségünk, ami jóval nagyobb, mint a Hubble. De valószínűleg nem emelhet valamit, ami nagy, vagy beilleszthető egy rakétabe, tehát valamire van szüksége, amely kisebb súlyú, de ennek ellenére nagyobb, tehát képesnek kell lennie felhajtani.
A tükör könnyű berilliumból készül, és 18 hatszögletű szegmenssel rendelkezik. A teleszkóp összecsukható, mint egy pillangó a krizaljában, és teljesen le kell vonnia azt. Ez egy meglehetősen bonyolult folyamat, amely sok órát vesz igénybe. A távcső hatalmas, 6,5 méter (21 láb) magasságban, tehát elég lenyűgöző.
A napellenző teljesen új, és azt is ki kell telepíteni. Tehát azt, amit egy kis hengerbe csomagoltak, viszonylag óriási pajzsgá válik, amely olyan nagy, mint egy teniszpálya. Ez óriási. Mindez több szakaszban történik, és napokig tart. Béreltünk egy olyan társaságot, a Northrop Grumman-ot, amely tapasztalatokkal rendelkezik az űrben a dolgok kibontakozásáról, és azt mondják, hogy ez tényleg nem a legbonyolultabb dolog, amelyet az űrben kibontakoztak, ami megnyugtató.
Videó a JWST űrben történő telepítéséről:
UT: Vitattak-e már az első fényről, és mit fog a JWST először megnézni?
Mather: Igen, egy kicsit. Ez lesz a szórakozás, miután összerakjuk a dolgot.
UT: Van kedvenc javaslata?
Mather: Úgy gondolom, hogy könnyű célokkal kell kezdenünk, amelyek nagyon szépek lesznek, és lehetővé teszik a közvélemény számára, hogy azt mondja: „Ó, látom, hogy működik!” Az első megfigyelések egy része elvégezhető, amikor felállítjuk a távcsövet, még mielőtt teljesen beállítottuk. Mivel az indítás után telepítve van, és a tükör kezdetben nem közel áll a megfelelő alakhoz, fokozatosan dolgozunk ezen. Van egy tesztmodell a Ball Aerospace-nél, Boulder Colorado-ban, ahol gyakoroljuk a 18 tükör szegmens pozícióba helyezését. Mindegyik szegmensben 7 motor van, hogy ellenőrizzék a pozíciót és a görbületet, tehát ezt meg kell ismételnünk.
Ez valami, amit nem tudtak csinálni a Hubble-val. Azt akarták, hogy tudják, és ennek is vannak motorjai, de nem tudtak elég erősen nyomni. Ez egy érdekes történet. A Hubble-tól megtudtuk, hogyan javíthatjuk az optikát a kapott képek alapján, tehát szándékosan csináljuk ezt a távcsövet.
UT: Néhány vita merült fel a JWST elindításának módjáról.
Mather: A távcsövet elvisszük a Francia Guyana felé, és az ott levő rakétabe töltjük. Az ESA számunkra vásárolja a hordozórakétát; ez az Ariane 5 rakéta, egy kereskedelmi termék Európából, és az utóbbi időben jól futottak, tehát nagyon megbízható.
Természetesen ez sok vitát váltott ki. Még akkor is, ha Európa megadta nekünk a hordozóeszközt, úgy mondhatjuk, itt voltak emberek, akik nem akarták elfogadni. A központnak két évbe telt, amíg elfogadta. Ez pénzbe került. Az egyetlen ok, amiért elfogadták, az volt, hogy van egy új rendszergazda, aki elfogadja. Ez volt Mike Griffin, tehát azt akarom mondani: "Nagyon köszönöm Mike Griffin!"
UT: A csapatodnak még sok tennivalója van 2013 előtt, amely valószínűleg itt lesz, mielőtt megismerné!
Mather: Igen, tudom. Már több mint 13 év telt el, amikor a NASA felkeresett engem erről, de a vége gyorsan jön. Rengeteg technikai kihívás áll előttünk, hogy mindent össze lehessen rakni. És még nem jutottunk el elég messzire, hogy még megtudjuk, hány dolgot törtünk meg, vagy hány hibát tettünk, de szerintem elég jól tudjuk kitalálni őket, mielőtt elkészítjük őket.
Nagyon izgalmas lesz a felszerelést először összerakni. Megvan a darab, megvan a kép a dobozba, hogy megmutassuk, hová mennek, és hamarosan be kell bizonyítanunk, hogy együtt dolgoznak, vagy sem. Mire megkapjuk az összes alkatrészt itt, Goddard-ban, mindegyiket külön-külön teszteljük, tehát minden bizonnyal jól fognak játszani. De a természet nem szereti az arroganciát, ezért az egészet ki kell tesztelnünk az elejétől a végéig, csakúgy, mint repülés közben. Miután összeillesztettük, levisszük a Johnson Űrrepülési Központba, és ott helyezzük az óriás vákuumtartályba. Ez rendkívüli folyamat lesz.
UT: Nagyon köszönöm, hogy beszélt velünk.
Mather: Ez nagyon szórakoztató volt. Szeretem elmondani a történetet, és örülök, hogy el akarod mondani velünk. Arra gondoltam, hogy itt az ideje, hogy beszéljünk arról, amit csinálunk, mert izgalmas dolgok kezdenek történni. Csodálatos dolgok történnek. Felkészült a Kepler-obszervatórium, és remélhetőleg egy maroknyi Föld-szerű bolygót fognak találni, amelyekkel nyomon lehet követni, és közelebbről megvizsgáljuk őket.
