Telescopul spațial James Webb (JWST) este telescopul mult așteptat, mult așteptat de „generația următoare”. Planificat pentru lansare în 2013 În octombrie 2018, JWST a fost apreciat ca succesorul telescopului spațial Hubble. Odată cu aceasta, astronomii speră să privească înapoi în timp, când universul avea doar 200 de milioane de ani și să vadă primele stele și galaxii. Omul de știință care conduce acest proiect este Dr. John Mather, co-beneficiar al Premiului Nobel pentru fizică din 2006 pentru munca sa cu Cosmic Background Explorer (COBE), care a măsurat forma corpului negru și anisotropia fundalului microundelor cosmice.
Am fost onorabil atunci când Dr. Mather a contactat Space Magazine, spunând că ar dori să vorbească cu noi despre starea JWST. „M-am gândit că ar fi timpul să vorbim despre ceea ce facem”, a spus el, „deoarece lucrurile interesante încep să se întâmple”.
Revista spațială: Dr. Mather, de mai bine de un deceniu, auzim despre următoarea generație a telescopului spațial, care mai târziu a fost numit oficial James Webb Telescop spațial. Ne puteți spune cum a început conceptul pentru acest telescop?
John Mather: În 1989, chiar înainte de lansarea Hubble-ului, a avut loc o conferință despre care ar trebui să fie următorul telescop spațial. Au discutat mari telescoape ale viitorului și din proceduri, au publicat o carte. Dar ei nu au considerat cu adevărat că infraroșul este marele val al viitorului. Apoi, în 1993, a existat un comitet numit HST și dincolo. În 1996 au publicat un mic raport minunat care spunea că sunt două lucruri importante de făcut. Unul era să construiască un telescop în infraroșu, spre deosebire de ceea ce spusese cartea anterioară, iar celălalt era să construiască un telescop pentru a căuta planete asemănătoare Pământului. La acel moment, astronomii recunoscuseră doar că căutarea planetelor extrasolare era posibilă. Așadar, în octombrie 1995, sediul NASA m-a sunat, mi-a oferit o listă de oameni de știință și ingineri pentru a contacta și am spus să încep planificarea. Așa am făcut și am ajuns imediat la o convergență remarcabilă de gândire și opinie. Am convenit rapid asupra unui concept care a îndeplinit dorințele comunității științifice și a venit în ambițiile NASA. Veți constata că telescopul pe care am vrut să-l zburăm în urmă seamănă foarte mult cu cel pe care îl vom zbura în 2013.
UT: Ne puteți oferi o actualizare a stării JWST chiar acum?
Mather: Hardware-ul cu instrumente de zbor va veni din toată lumea în vara anului 2010. Senzorul de ghidare fin vine din Canada, un pachet de instrumente și jumătate provin din Europa, iar restul provine din SUA. Așadar, în 18 luni, pachetul de instrumente începe să meargă împreună, apoi se întâlnește cu telescopul în jur de un an. Cele patru instrumente științifice sunt o cameră cu infraroșu aproape, o spectrografă cu mai multe obiecte cu infraroșu aproape, un instrument cu infraroșu mijlociu și o imagine cu filtru reglabil.
Tocmai am trecut prin revizuirea Critical Design pentru modulul instrument. Săptămâna trecută am avut sute de oameni să vadă totul și să ne spună dacă o facem corect. Cred că am trecut, deși încă nu am văzut documentele oficiale. Dar chiar am fost impresionat.
UT: Întrebarea pe care mi-o pune mulți este că, din moment ce Hubble a avut un succes atât de mare, de ce JWST nu va fi un telescop optic?
Mather: De ce s-a schimbat comisia de la optică la infraroșu? Era dublă. Una era că Hubble devenea atât de bun, puteau vedea că va fi greu să o învingă, oricât de mare ai construit un telescop. Un alt lucru care se întâmpla era că oamenii vedeau că poți construi mari telescoape optice pe teren. Telescopul Keck funcționa foarte bine, iar oamenii începeau să vorbească despre optică adaptivă, ceea ce însemna că telescoapele chiar mai mari de pe teren meritau. Deci, aceste două lucruri ne-au îndreptat către un telescop cu infraroșu. De asemenea, toți oamenii de știință ai JWST au spus că avem nevoie de infraroșu. Din putina capacitate pe care o aveam la vremea respectivă, infraroșul era fascinant, descoperind că universul cel mai îndepărtat este interesant și este deplasat de la vizibil. Acesta începe în ultraviolete și ajunge la infraroșu, din cauza distanțelor mari ale acestor obiecte și a schimbării roșii uriașe pe care le au. Așadar, dacă vrei să faci astronomie ultraviolete la aproape marginea universului, ai nevoie de un telescop în infraroșu.
UT: Acum, că Telescopul spațial Spitzer în infraroșu funcționează atât de bine, s-a schimbat gândul cuiva sau asta îi determină pe oamenii de știință să vrea să treacă la următorul nivel cu infraroșu?
Mather: Da, Spitzer a dovedit că acesta este de fapt un teritoriu fascinant. Spitzer este de fapt un telescop puțin mușcat conform standardelor moderne; are doar 3 metri lățime, 85 cm. Dar a produs câteva surprize uimitoare. Ei pot vedea lucrurile la schimburi roșii foarte mari și niciunul dintre acestea nu era de așteptat. Deci, asta ne spune că infraroșul este locul unde vor fi descoperirile minunate. Știm acum că putem face tehnologie, așa că haideți să obținem un telescop mai bun. Știința este mult mai interesantă și există atât de mult acolo care așteaptă să fie descoperită.
UT: În opinia dumneavoastră, ce va diferenția JWST de telescoapele spațiale anterioare?
Mather: Fiecare telescop spune: „Sunt mai bun decât cel de dinaintea mea” și spunem la fel. Desigur, acest telescop va vedea mai departe în timp, cu capacitatea sa infraroșu și deschiderea sa uriașă; va vedea prin nori de praf pentru a vedea unde se nasc stele; va vedea lucruri care sunt temperatura camerei, cum ar fi tu și mine, planetele sau stelele tinere care se nasc. Toate aceste lucruri pot fi văzute direct cu capacitatea infraroșu pe care o avem pe acest nou telescop. Cea mai mare parte a lucrărilor se va face în infraroșu, având o anumită capacitate în domeniul vizibil.
Dar am construit un telescop cu scop general. După lansare, oamenii de știință pot scrie propuneri așa cum fac pentru Hubble, pentru ceea ce le-ar plăcea să observe, astfel încât să poată observa orice este subiectul la acea vreme.
UT: Cu experiența dvs. cu COBE și cu onorurile ulterioare pe care le-ați primit, cum ați aplicat-o la JWST?
Mather: Nu au fost atât de multe onorurile care mi-au afectat viața, ci faptul că am trecut prin proces de la bun început până la sfârșit pentru un observator foarte radical proiectat, care a fost COBE, care mi-a dat nervul să mă gândesc la mare lucruri. Așadar, când sediul central al NASA a spus că vor un succesor pentru Hubble, m-am gândit că ar fi interesant și am avut destul de mult să spun că da, aș dori să încerc asta. COBE a fost foarte ambițioasă pentru timp, dar suficient de mică încât i-am cunoscut pe ingineri personal și aș putea vorbi cu ei în orice zi despre orice. Așa că m-am gândit că pot absolvi un proiect mai mare.
UT: Și acum lucrați cu oameni din întreaga lume?
Mather: Da, aceasta este o afacere uriașă. Echipa noastră de știință este de aproximativ 19 persoane, din Europa, SUA și Canada. Echipa de inginerie este formată din peste 2.000 de persoane, care sunt răspândite în toată lumea. În mod clar, nu le știu pe toate. Lucrez cel mai îndeaproape cu oamenii de știință și vorbesc cu ei despre ceea ce vrem să realizăm și mă asigur că realizăm acest lucru. Deci am un rol diferit acum. Nu am o responsabilitate practică pentru niciun hardware, dar lucrez cu oamenii care fac acest lucru. Avem acces la unele dintre cele mai bune persoane din lume pe fiecare subiect.
UT: Puteți vorbi despre problemele pe care acest telescop a trebuit să le depășească, costurile depășite și întârzierile pe care le-a avut?
Mather: Numărul unu, depășirea costurilor nu este la fel de mare decât este înfățișată de unii oameni care ar dori banii pentru propriile lor idei de proiect. Inițial, Dan Goldin era șeful NASA când am început, iar el a spus: „Vrem să vă gândiți la o modalitate de a face acest observator pentru o jumătate de miliard de dolari în 1996 de dolari.” Am spus că vom încerca. Dar ne-am dat seama rapid că construirea acestui lucru va fi greu. Până când ne-am pregătit să-l prezentăm la sondajul decadal din 2000, costul a fost mai mult ca un miliard de dolari. Apoi, în urmă cu trei ani, am văzut că treaba devine din ce în ce mai grea și a trebuit să replanțăm și să regândim. Acum, dacă calculați întregul cost al NASA de la începutul lui 1995 până la sfârșit, undeva după 2019 cu inflație și funcționari publici (pe care nu-i mai numărasem până acum), acum este de aproximativ 4,5 miliarde de dolari în dolari reali, nu de 1996. Deci există o creștere a costurilor, dar am avut un succes excelent și suntem pe cale să lansăm această mașină minunată, care va fi folosită de mii de astronomi. Și nu a trebuit să ne schimbăm planul sau bugetul total în trei ani, datorită conducerii constante de la sediul NASA și lucrărilor tehnice strălucite ale echipelor.
UT: E bine de stiut. Cred că oamenii au un concept general potrivit căruia JWST a avut o depășire a costurilor uriașă.
Mather: Ei bine, nu este ceva mic și ne-am dori să ne putem descurca mai bine. Dar este vorba despre un factor de creștere a doi și nu de cinci care a fost anunțat de unii oameni care ar trebui să știe mai bine. Acest telescop va funcționa mult timp. Cerința este de cinci ani, dar sperăm să o aplicăm zece. Astfel, proiectul nostru se întinde între 1995 și poate 2024 când operațiunile s-ar încheia.
Permiteți-mi să vă fac o idee despre ce trebuie să facem pentru a ne pregăti și pentru ce am fost până acum. Am dezvoltat o listă de zece tehnologii majore de care aveam nevoie. Cel mai greu a fost să dezvolte oglinzile. Acest lucru a necesitat doisprezece contracte diferite doar pentru a dezvolta concurenții până unde proiectele lor au fost suficient de bune, astfel încât a durat câțiva ani. Detectoarele trebuiau în mod clar îmbunătățite față de ceea ce avem pe telescoapele Spitzer și Hubble. Deci, acum avem detectoare mai mari și mai bune și sunt fabuloase. O măsură pe care o au astronomii este câți electroni vagabonzi obțineți de la detectoare. Dacă închideți toată lumina, ar trebui să obțineți zero. Avem acum detectoare care eliberează câțiva electroni rătăciți pe pixel pe oră, ceea ce este aproape perfect. Ar fi bine să fii și mai bine, dar acest lucru este fabulos. Sunt impresionat.
Aveam nevoie să îmbunătățim frigiderele din spațiu. Am început să spunem că trebuie să obținem un telescop răcit radiat, pentru ca acesta să fie suficient de cool, iar acest lucru este adevărat. Dar se dovedește că mai avem nevoie de un frigider activ pentru a menține rece cei mai lungi detectori de lungime de undă, așa că a trebuit să dezvoltăm asta.
Așadar, acestea sunt doar câteva dintre lucrurile pe care trebuia să le proiectăm și toată dezvoltarea tehnologiei a fost finalizată în 2007 și a fost aprobată de comisia de revizuire, care a spus: „Da, aceste lucruri sunt gata acum să fie construite.”
Așadar, doar a ajunge în 2007 a fost mult timp și nu cred că oamenii au apreciat cu adevărat ce este nevoie pentru a pregăti noile tehnologii. Pe de altă parte, am fost binecuvântați de faptul că nu trebuie să „facem o copie de rezervă”. Punem suficientă planificare și efort în aceste tehnologii pe care le lucrează acum. Acesta a fost unul dintre lucrurile pe care le-am învățat în cadrul proiectului Hubble, care a fost să nu vă finalizăm designul până când nu știți ce ar trebui să construiți.
UT: Ce zici de procesul de testare. Este destul de riguros?
Mather: Aceasta este o altă lecție pe care a trebuit să o învățăm de la Hubble. Dacă nu îl testați, nu va funcționa. Am învățat să avem un proces foarte hotărât și riguros. Au făcut destule teste pe Hubble pe care le-ar fi putut ști despre problemele de focalizare a oglinzilor. Producătorul de oglinzi a avut două teste care nu au fost de acord și au decis să ignore unul dintre ele în loc să urmărească motivul și care s-au dovedit a fi nechibzuite și scumpe.
Avem o generalizare care, dacă ceva contează, faceți-o de două ori. De fapt, vom testa frigul telescopului în rezervorul de vid mare de la Johnson Space Center. Așadar, va fi un tip de test „light-in-the-the-end, light-out-the-end” la scară completă, lucru pe care nu l-ar putea face pentru Hubble. Dar știau că pot merge să repare Hubble în spațiu și știm că nu putem repara JWST, deoarece telescopul va fi în punctul L-2, la aproximativ 1,5 milioane de kilometri distanță de Pământ, care este de aproximativ patru ori mai departe de Pământ decât Luna.
Acesta este un proiect complicat, dar abordarea noastră pentru a face un proiect complicat este dramatic diferită de când eram un tânăr simț. Când am ajuns aici la Goddard, am folosit creioane și reguli de diapozitive, iar calculatoarele erau destul de noi și majoritatea oamenilor nu le aveau. Acum avem computere peste tot care țin evidența documentelor noastre. Putem face inginerie de sisteme și chiar putem face simulări complete, exacte, pentru a ști dacă ceva se va potrivi și funcționează înainte de a o construi. Deci lumea s-a schimbat și este un lucru minunat de văzut. Iată de ce acum suntem capabili să construim acest observator pentru aproximativ același cost real ca și pentru ca Hubble să fie lansat și să funcționeze. Dar JWST este cu atât mai mare și mai puternic.
UT: Ne puteți spune despre proiectarea oglinzii pentru JWST?
Mather: Cel mai greu lucru de construit a fost oglinda, pentru că aveam nevoie de ceva mult mai mare decât Hubble. Dar nu puteți ridica ceva atât de mare sau să-l încadrați într-o rachetă, așa că aveți nevoie de ceva mai ușor, dar totuși mai mare, deci trebuie să aibă capacitatea de a se plia.
Oglinda este fabricată din beriliu ușor și are 18 segmente hexagonale. Telescopul se pliază ca un fluture în crisalida lui și va trebui să-l anuleze complet. Este un proces destul de elaborat, care va dura multe ore. Telescopul este imens, la 6,5 metri (21 de picioare), deci este destul de impresionant.
Scutul solar este complet nou și va trebui să se desfășoare și el. Deci, ceea ce a fost învelit într-un cilindru mic, relativ vorbind devine un scut gigant la fel de mare ca un teren de tenis. E urias. Toate acestea se întâmplă în mai multe etape și vor dura zile întregi. Am angajat o companie, Northrop Grumman, care a avut experiență în desfășurarea lucrurilor în spațiu și ne spun că acest lucru nu este cu siguranță cel mai complicat lucru pe care l-au desfășurat în spațiu, care este liniștitor.
Videoclipul JWST desfășurat în spațiu:
UT: S-a discutat despre prima lumină și despre ce va arăta JWST la început?
Mather: Da, putin. Aceasta va fi partea amuzantă după ce vom pune lucrurile la punct.
UT: Aveți sugestii preferate?
Mather: Cred că ar trebui să începem cu ținte ușoare care să fie destul de frumoase, care să le permită publicului să spună: „O, văd că funcționează!” Unele dintre primele observații se pot face atunci când setăm telescopul, chiar înainte de a fi complet ajustat. Deoarece este dislocat după lansare și oglinda nu este aproape la forma potrivită la început, vom lucra până la aceasta treptat. Există un model de test la Ball Aerospace din Boulder Colorado, unde vom exersa punerea în poziție a celor 18 segmente oglindă. Fiecare segment are 7 motoare pentru a controla poziția și curbura, așa că trebuie să repetăm acesta.
Este ceva ce nu ar putea face cu Hubble. Și-au dorit să poată și au avut motoare, dar nu au putut să împingă suficient de tare. Aceasta este o poveste interesantă. Am învățat de la Hubble cum să corectăm optica pe baza imaginilor obținute, așa că o facem în mod special pentru acest telescop.
UT: Au existat unele controverse cu privire la modul de lansare a JWST.
Mather: Vom duce telescopul la Guyana Franceză și îl vom încărca în racheta de jos. ASE cumpără vehiculul de lansare pentru noi; este racheta Ariane 5, un produs comercial din Europa și în ultima perioadă a avut o evoluție bună, deci este foarte de încredere.
Desigur, asta a provocat multe controverse. Chiar dacă Europa ne oferea vehiculul de lansare, ca să spunem așa, au fost aici oameni care nu voiau să-l accepte. A fost nevoie de doi ani de sediu ca să îl accepte. Asta ne-a costat bani. Singurul motiv pentru care a fost acceptat a fost că am obținut un nou administrator care să îl accepte. Acesta a fost Mike Griffin, așa că vreau să spun: „Mulțumesc foarte mult Mike Griffin!”
UT: Echipa dvs. mai are multe de făcut înainte de 2013, care probabil va fi aici înainte să o știți!
Mather: Da, stiu. Au trecut mai bine de 13 ani de când NASA m-a contactat în legătură cu asta, dar acum sfârșitul se dezvoltă rapid. Avem o mulțime de provocări tehnice în fața noastră pentru a pune totul împreună. Și nu am ajuns destul de departe până acum, însă, am aflat câte lucruri am rupt sau câte greșeli am făcut, dar cred că suntem destul de bine să le imaginăm înainte să le facem.
Va fi foarte interesant să punem echipamentul pentru prima dată. Avem piese, avem imaginea în cutie pentru a arăta unde merg, și destul de curând vom ajunge să demonstrăm că lucrează împreună sau nu. Până când vom primi toate piesele de la Goddard, toate vor fi testate individual, așa că ar trebui să joace împreună bine. Dar natura nu îi place aroganța, așa că trebuie să testăm totul de la început până la sfârșit, așa cum îl vom folosi în zbor. După ce am reunit-o aici, o dăm jos în Johnson Spaceflight Center și o introducem în rezervorul de vid uriaș de acolo. Acesta va fi un proces extraordinar.
UT: Vă mulțumesc mult pentru că ați vorbit cu noi.
Mather: A fost distractiv. Îmi place să povestesc povestea mea și mă bucur că vrei să o spui cu noi. M-am gândit că ar fi timpul să vorbim despre ceea ce facem, deoarece lucruri interesante încep să se întâmple. Lucruri magnifice se întâmplă. Avem acum observația Kepler și sperăm că vor găsi o mână de planete similare Pământului pentru a le urmări și le vom analiza mai atent.
