James Webb svemirski teleskop (JWST) je dugo očekivani, dugoočekivani teleskop "nove generacije". Planirano lansiranje u 2013 Listopada 2018. JWST je oglašen kao nasljednik svemirskog teleskopa Hubble. S njom se astronomi nadaju da će se osvrnuti u vrijeme kada je svemir bio star tek 200 milijuna godina i vidjeti prve zvijezde i galaksije. Glavni znanstvenik koji vodi ovaj projekt je dr. John Mather, ko primatelj Nobelove nagrade za fiziku 2006. za svoj rad s Cosmic Background Explorerom (COBE), koji je mjerio oblik crnog tijela i anizotropiju kozmičke pozadine mikrovalne.
Razumljivo smo bili počašćeni kada je dr. Mather kontaktirala Space Magazine rekavši da želi razgovarati s nama o statusu JWST. "Shvatio sam da je možda vrijeme za razgovor o onome što radimo," rekao je, "jer se uzbudljive stvari počinju događati."
Space Magazine: Dr. Mather, već više od desetljeća slušamo o svemirskom teleskopu nove generacije, koji je kasnije službeno nazvan James Webb Space Telescope. Možete li nam reći kako je počeo koncept ovog teleskopa?
John Mather: 1989., još prije lansiranja Hubblea, održana je konferencija o tome kakav bi trebao biti sljedeći svemirski teleskop. Razgovarali su o velikim teleskopima budućnosti i iz zbornika je objavio knjigu. Ali stvarno nisu smatrali da je infracrveni signal veliki val budućnosti. Tada je 1993. godine postojao odbor nazvan HST i dalje. Oni su 1996. objavili ljupko malo izvješće u kojem se kaže da postoje dvije važne stvari. Jedan je bio izgraditi infracrveni teleskop, za razliku od onoga što je prethodna knjiga rekla, a drugi je izgraditi teleskop za pretraživanje planeta sličnih Zemlji. U tom su trenutku astronomi samo prepoznavali da je moguće traženje ekstrasolarnih planeta. Dakle, u listopadu 1995. sazvalo me je sjedište NASA-e, dao mi spisak znanstvenika i inženjera koje sam mogao kontaktirati i rekao da započnem s planiranjem. Tako smo i učinili i odmah smo došli do izuzetne konvergencije mišljenja i mišljenja. Brzo smo se dogovorili oko koncepta koji je ispunio želje znanstvene zajednice i ušao u ambicije NASA-e. Otkrićete da je teleskop kojim smo tada željeli letjeti vrlo sličan onome na koji ćemo letjeti 2013. godine.
UT: Možete li nas odmah obavijestiti o statusu JWST-a?
Mather: Hardver instrumenta za let stići će iz cijelog svijeta na ljeto 2010. Senzor za precizno navođenje dolazi iz Kanade, jedan i pol paketa instrumenata dolaze iz Europe, a ostatak iz SAD-a. Dakle, za 18 mjeseci paket instrumenata započinje zajedno, a onda se s godinu dana kasnije sastaje s teleskopom. Četiri znanstvena instrumenta su infracrvena kamera, spektrograf za višestruki infracrveni spektar, srednji infracrveni instrument i prilagodljivi filter za snimanje.
Upravo smo prošli kritički dizajn za instrument instrument. Prošli tjedan imali smo stotine ljudi koji su došli pogledati sve i reći nam je li to ispravno. Mislim da smo prošli, iako još nisam vidio službenu papirologiju. Ali čak sam i bio impresioniran.
UT: Pitanje koje mi postavljaju mnogi ljudi je, budući da je Hubble tako uspješan, zašto JWST neće biti optički teleskop?
Mather: Zašto se odbor promijenio iz optičkog u infracrveni? Bilo je dvostruko. Jedna je bila da je Hubble bio toliko dobar, mogli su vidjeti da će ga teško pobijediti, bez obzira koliko si izgradio teleskop. Još jedna stvar se dogodila da su ljudi vidjeli da na zemlji možete izgraditi velike optičke teleskope. Teleskop Keck radio je stvarno dobro, a ljudi su počeli govoriti o adaptivnoj optici, što znači da su još veći teleskopi na zemlji bili vrijedni. Znači da su te dvije stvari usmjerile prema infracrvenom teleskopu. Također su svi znanstvenici JWST rekli da nam treba infracrvena veza. Iz male mogućnosti koju smo imali u to vrijeme, infracrvena je slika bila fascinantna, otkrivši da je najudaljeniji svemir uzbudljiv i crveno premješten iz vidljivog. Započinje ultraljubičasto i dolazi do infracrvenog zračenja zbog velikih udaljenosti tih objekata i ogromnog crvenog pomaka koji imaju. Dakle, ako želite raditi ultraljubičastu astronomiju na gotovo rubu svemira, potreban vam je infracrveni teleskop.
UT: Sada, kada je infracrveni svemirski teleskop Spitzer tako dobro pokrenut, je li to promijenilo nečije mišljenje ili to čini da znanstvenici žele infracrvenom tehnologijom prijeći na sljedeću razinu?
Mather: Da, Spitzer je dokazao da je to zapravo fascinantan teritorij. Spitzer je zapravo malo bitty teleskop po modernim standardima; širok je samo 3 stope, 85 cm. No, to je stvorilo nevjerojatna iznenađenja. Oni mogu vidjeti stvari u vrlo, vrlo visokim crvenim pomacima, a nijedna od tih stvari nije bila očekivana. Dakle, to nam govori infracrvenom bojom gdje će biti prekrasna otkrića. Sada znamo da možemo učiniti tehnologiju, pa hajde da nabavimo bolji teleskop. Znanost je put, uzbudljiva je i toliko je mnogo što čeka da bude otkriveno.
UT: Što će prema vašem mišljenju JWST izdvojiti od svemirskih teleskopa?
Mather: Svaki teleskop kaže: „Bolji sam od onog prije mene“, a mi kažemo isto. Naravno, ovaj će se teleskop ugledati dalje u vremenu s njegovom infracrvenom sposobnošću i ogromnim otvorom blende; kroz oblake prašine vidjeti će gdje se rađaju zvijezde; vidjet će stvari sobne temperature, poput vas i mene, planete ili mlade zvijezde koje se rađaju. Sve te stvari mogu se vidjeti izravno pomoću infracrvene mogućnosti koju imamo na ovom novom teleskopu. Većina poslova bit će obavljena infracrvenom vezom, s nekim mogućnostima u vidljivom rasponu.
Ali izgradili smo teleskop opće namjene Nakon lansiranja, znanstvenici mogu pisati prijedloge kao za Hubble, za ono što bi željeli promatrati, tako da mogu promatrati bez obzira na vruću temu u to vrijeme.
UT: S vašim iskustvom s COBE i naknadnim počastima koje ste dobili, kako ste to primijenili na JWST?
Mather: Nisu toliko počasti utjecale na moj život, već činjenica da sam prolazio kroz proces od samog početka do samog kraja za vrlo radikalno osmišljen opservatorij, kakav je bio COBE, koji mi je dao živce da mislim veliko stvari. Pa kad sam u Nasinom stožeru rekao da žele nasljednika Hubblea, mislio sam da bi to bilo zanimljivo i imao sam dovoljno živaca da kažem da, volio bih to pokušati. COBE je za to vrijeme bio vrlo ambiciozan, ali dovoljno mali da sam inženjere osobno poznavao i mogao sam s njima razgovarati bilo što o bilo čemu. Stoga sam mislio da mogu prebaciti na veći projekt.
UT: I sada radite s ljudima iz cijelog svijeta?
Mather: Da, ovo je ogroman posao. Naš znanstveni tim broji oko 19 ljudi iz Europe, SAD-a i Kanade. Inženjerski tim broji preko 2000 ljudi koji su raspoređeni po cijelom svijetu. Jasno, ne znam ih sve. Najbliže surađujem sa znanstvenicima i razgovaram s njima o onome što želimo postići i pobrinem se da to i ostvarimo. Dakle, sada imam drugačiju ulogu. Ne odgovaram za nikakav hardver, ali radim s ljudima koji to rade. O svakoj temi imamo pristup nekim od najboljih ljudi na svijetu.
UT: Možete li razgovarati o problemima koje je ovaj teleskop morao savladati, prekoračenjima troškova i kašnjenjima?
Mather: Broj jedan, prekoračenje troškova nije tako veliko kako se prikazuju neki ljudi koji bi željeli novac za vlastite projektne ideje. Dan Goldin je u početku bio šef NASA-e kada smo započeli, i rekao, "Želimo da smislite način kako da napravite ovu opservatoriju za pola milijarde dolara u 1996. godini." Rekli smo da ćemo pokušati. Ali brzo smo shvatili da će izgradnja ovoga biti teška. Dok smo se pripremili za predstavljanje u decembarskom istraživanju 2000. godine, trošak je bio više od milijarde dolara. Zatim, prije tri godine, vidjeli smo da posao postaje sve teži i morali smo ponovno zamijeniti i ponovno preustrojiti. Ako računate cjelokupne NASA-ove troškove od početka 1995. do kraja, negdje nakon 2019. godine s inflacijom i državnim službenicima (koje prije nismo računali), to je otprilike 4,5 milijardi USD u stvarnim stvarnim dolarima, a ne 1996 dolara. Dakle, postoji rast troškova, ali postigli smo izvrstan uspjeh i na putu smo pokrenuti ovu divnu mašinu koju će koristiti tisuće astronoma. I nismo trebali mijenjati naš plan ili naš ukupni proračun u tri godine, zahvaljujući stalnom vodstvu NASA-inog ureda i sjajnom tehničkom radu timova.
UT: To je dobro znati. Mislim da ljudi imaju općenit koncept da je JWST imao ogroman prekoračenje troškova.
Mather: Pa, to nije nešto malo, pa bismo željeli da smo i u tome mogli bolje. Ali radi se o faktoru dva rasta, a ne o faktoru pet koji su reklamirali neki ljudi koji bi trebali znati bolje. Ovaj će teleskop dugo raditi. Zahtjev je pet godina, ali nadamo se da ćemo ga ispuniti za deset. Dakle, naš projekt se proteže od 1995. do možda 2024. godine kada bi operacije završile.
Dopustite da vam kažem nešto što smo trebali učiniti da se pripremimo i što smo sve radili u ovom trenutku. Razvili smo popis deset glavnih tehnologija koje su nam potrebne. Najteže je bilo razviti ogledala. Za to je bilo potrebno dvanaest različitih ugovora samo za razvijanje konkurenata do mjesta gdje su njihovi dizajni bili dovoljno dobri, tako da je bilo potrebno nekoliko godina. Detektori su se očito morali poboljšati u odnosu na ono što imamo na teleskopima Spitzer i Hubble. Dakle, sada imamo veće i bolje detektore, i oni su sjajni. Jedna mjera koju astronomi imaju jest koliko zalutalih elektrona dobijete iz detektora. Ako zatvorite svo svjetlo, trebali biste dobiti nulu. Sada imamo detektore koji ispuštaju nekoliko zalutalih elektrona po pikselu na sat, što je gotovo savršeno. Bilo bi dobro biti još bolji, ali ovo je fenomenalno. Ja sam impresioniran.
Trebamo se poboljšati u hladnjacima u prostoru. Započeli smo s tvrdnjom da trebamo nabaviti radijacijski hlađeni teleskop kako bi i sam bio dovoljno hladan, a to je uglavnom istina. No ispada da nam još uvijek treba aktivni hladnjak da bi detektori najduže valne duljine bili hladni, tako da smo to morali razviti.
Dakle, to su samo neke od stvari koje smo morali osmisliti, a sav razvoj tehnologije napokon je završen 2007. godine i proslijedio je odobrenje recenzijskog odbora, koji je rekao: "Da, te su stvari sada spremne da budu izgrađene."
Dakle, samo što sam stigao do 2007. bio je duži period i mislim da ljudi nisu cijenili ono što je potrebno za pripremu novih tehnologija. S druge strane, blagoslovljeni smo što ne moramo "stvarati sigurnosne kopije." Uložili smo dovoljno planiranja i napora u ove tehnologije koje sada rade. To je bila jedna stvar koju smo naučili iz Hubble projekta, a to je da ne dovršite svoj dizajn dok ne saznate što biste trebali graditi.
UT: Što je s vašim postupkom testiranja? Je li to prilično rigorozno?
Mather: To je još jedna lekcija koju smo morali naučiti od Hubblea. Ako ga ne testirate, neće raditi. Naučili smo imati vrlo odlučan i strog proces. Obavili su dovoljno ispitivanja na Hubbleu da su mogli znati o problemima sa zrcalnim fokusom. Proizvođač ogledala imao je dva ispitivanja koja se nisu slagala i odlučili su ignorirati jedan od njih umjesto da utvrde razlog, a pokazalo se da je to glupo i skupo.
Imamo generalizaciju da ako je nešto zaista važno, napravite to dva puta. Mi ćemo zapravo testirati hladan teleskop u velikom spremniku vakuuma u Johnson Space Centeru. To će biti test opsega "kraj u kraj", svjetlost u početku, svjetlost u kraju, nešto što Hubbleu nisu mogli učiniti. Ali znali su da mogu popraviti Hubble u svemiru, a znamo da ne možemo popraviti JWST, jer će teleskop biti u točki L-2, oko 1,5 milijuna kilometara udaljenoj od Zemlje, što je oko četiri puta dalje od Zemlja nego Mjesec.
Ovo je kompliciran projekt, ali naš pristup izvođenja kompliciranog projekta dramatično se razlikuje od onog kad sam bio mlad prijatelj. Kad sam došao ovdje u Goddard, koristili smo olovke i pravila za slajdove, a računala su bila prilično nova i većina ljudi ih nije imala. Sada imamo računala svugdje koja prate naše dokumente. Možemo raditi inženjering sustava, pa čak i možemo napraviti vrlo točne, kompletne simulacije da bismo znali hoće li se nešto uklopiti i raditi prije nego što smo to i izgradili. Dakle, svijet se promijenio, i to je divno vidjeti. Zbog toga smo sada u stanju izgraditi taj opservatorij za približno iste troškove kao što je bilo potrebno da se Hubble pokrene i radi. Ali JWST je toliko veći i snažniji.
UT: Možete li nam reći o dizajnu zrcala za JWST?
Mather: Najteže je bilo napraviti ogledalo jer nam je trebalo nešto što je veće od Hubblea. Ali ne možete podignuti nešto tako veliko ili ga ugraditi u raketu, pa vam treba nešto manje težine, ali ipak veće, tako da mora imati mogućnost presavijanja.
Ogledalo je napravljeno od lakog berilija, a ima 18 šesterokutnih segmenata. Teleskop se savija poput leptira u krizantiji i morat će ga potpuno rastaviti. To je prilično složen proces koji će trajati mnogo sati. Teleskop je ogroman, 6,5 metara (21 stopa), tako da je prilično impresivan.
Sunčani štit je potpuno nov, i njega će se također morati aktivirati. Dakle, ono što je zamotano u mali cilindar, relativno gledano, postaje džinovski štit, velik gotovo koliko i teniski teren. Veliko je. Sve se to događa u više faza i trajat će danima. Unajmili smo tvrtku, Northrop Grumman koja je imala iskustva s otkrivanjem stvari u svemiru, a oni nam kažu da to definitivno nije najkompliciranija stvar koju su razvili u svemiru, što je uvjerljivo.
Videozapis JWST-a u svemiru:
UT: Je li bilo razgovora o prvom svjetlu i na što će JWST prvo pogledati?
Mather: Da malo. To će biti zabavni dio nakon što sastavimo stvar.
UT: Imate li neke omiljene prijedloge?
Mather: Mislim da bismo trebali započeti s laganim ciljevima koji će biti prilično lijepi, a koji će omogućiti javnosti da kaže: "Oh, vidim da djeluje!" Neke od prvih opažanja možemo učiniti kada postavljamo teleskop, čak i prije nego što se potpuno prilagodi. Budući da je raspoređen nakon pokretanja, a ogledalo isprva nije blizu pravog oblika, to ćemo raditi postupno. Postoji test model u Ball Aerospaceu u Boulder Coloradu, gdje moramo vježbati postavljanje 18 segmenata zrcala u položaj. Svaki segment ima 7 motora na sebi za kontrolu položaja i zakrivljenosti, pa moramo ovaj uvježbati.
To je nešto što ne bi mogli učiniti sa Hubbleom. Željeli su da mogu, a imali su i motore, ali nisu mogli gurati dovoljno jako. To je zanimljiva priča Od Hubblea smo naučili kako ispraviti optiku na temelju slika koje smo dobili, tako da to namjerno radimo za ovaj teleskop.
UT: Bilo je kontroverzi kako će se pokrenuti JWST.
Mather: Odvest ćemo teleskop u Francusku Gvajanu i ubaciti ga u raketu dolje. ESA kupuje vozilo za lansiranje; to je raketa Ariane 5, komercijalni proizvod iz Europe i oni su imali dobru vožnju u posljednje vrijeme, tako da je vrlo pouzdana.
To je, naravno, izazvalo puno kontroverzi. Čak i ako nam je Europa davala lansirno vozilo, da tako kažem, ovdje je bilo ljudi koji to nisu htjeli prihvatiti. Trebala su joj dvije godine da ih prihvate. To nas je koštalo novca. Jedini razlog zašto je prihvaćen bio je taj što smo dobili novog administratora koji će ga prihvatiti. To je bio Mike Griffin, pa želim reći, "hvala puno Mike Griffin!"
UT: Vaš tim ima još puno posla prije 2013. godine, koji će vjerojatno biti ovdje prije nego što to znate!
Mather: Da znam. Prošlo je više od 13 godina od kako me NASA kontaktirala u vezi s tim, ali sada se kraj brzo približava. Pred nama je puno tehničkih izazova u sastavljanju svega. Nismo još dovoljno daleko da shvatimo koliko smo stvari prekršili ili koliko smo pogriješili, ali mislim da smo prilično dobri u tome da ih shvatimo prije nego što ih napravimo.
Bit će vrlo uzbudljivo prvi put sastaviti opremu. Imamo dijelove, dobili smo sliku na kutiji da pokažemo kamo idu i prilično brzo ćemo dokazati da rade zajedno ili ne. Dok primimo sve dijelove ovdje u Goddardu, svi će se testirati pojedinačno, tako da bi trebali igrati zajedno dobro. Ali priroda ne voli bahatost, pa moramo cijelu stvar testirati od početka do kraja, baš kao što ćemo to koristiti u letu. Nakon što ga sve saberemo, odnesemo ga u Johnson Spaceflight Center i stavimo ga u ogromni vakuumski spremnik. To će biti izvanredan proces.
UT: Puno vam hvala što ste razgovarali s nama.
Mather: Ovo je bilo zabavno. Volim ispričati svoju priču i drago mi je što želite to ispričati s nama. Pretpostavio sam da je možda vrijeme za razgovor o onome što radimo, jer se uzbudljive stvari počinju događati. Veličanstvene stvari se događaju. Sada smo postavili Opservatorij Kepler i nadamo se da će oni naći pregršt planeta sličnih Zemlji da ih pronađu, a mi ćemo ih bliže pogledati.
