Geçmiş 13,7 milyar yıl öncesine göz atmak mı? NASA James Webb Uzay Teleskobu bekleniyor
Editörün notu: James Webb Uzay Teleskobu projesi uzun yıllardır hazırlandı ve çok paraya mal oldu. Bu makalenin yazarı Susan Karlin, projenin mevcut ilerlemesini ve temel tasarım konseptini anlattı. Orijinal metin FASTCOMPANY'de şu başlıkla yayınlandı: NASAnın muhteşem uzay teleskobu 13,7 milyar yıl geçmişe dönecek
Yaklaşık 25 yıllık bekleyiş ve birkaç gecikmenin ardından 9,6 milyar dolarlık James Webb Uzay Teleskobu, 2021'de fırlatılmaya hazırlanıyor.
Bu, bir bilim kurgu romanından bir sahne: Altıgen altın aynalardan yapılmış uzun bir kule, devasa bir beş katmanlı gümüş güneşlik ve halka şeklinde bir uzay gemisi otobüsü üzerinde duruyor. Bu aynalar nanometre hassasiyetinde cilalanmıştır Önlerinde, uzaylı atmosferinin bileşimini deşifre edecek kadar hassas olan ve zamanın ilk şafağına geri dönebilen dört karmaşık alet vardır.
14.000 kiloluk robot, James Webb Uzay Teleskobu (JWST), son tamamlanan bileşenlerin geçen yıl Ağustos ayında ülke çapındaki NASA üslerinden sevk edilmesinden bu yana Northrow, Redondo Beach, California'da bulunuyordu. Montaj, Pu Grumman Uzay Parkı'ndaki mağara benzeri tozsuz bir odada tamamlandı. İzleme platformunun yüksekliğinden, dört katlı binasının tek işareti, kaidesi üzerinde koşuşturan beyaz tulumlar içindeki minyatür mühendislerdir. Geçen ayın sonunda, basın, misyonun bir sonraki adımı hakkında bir brifinge katılmaya davet edildi ve bu, muhabirlerin ilk kez tamamen monte edilmiş bir gözlemevini görmeleriydi.
"Geçtiğimiz birkaç yıl içinde, çalışmayı ikiye böldük. Çalışmanın iki bölümü, nihayet birleştirilmeden önce uzun bir süre" tarihlendirildi "." Northrop Grumman JWST Projesi Müdür Scott Willoughby gülümseyerek dedi. "Bir gözlemevi oluşturmak için bu iki bölümü bir araya getirdik. Bu başarıyı kutluyoruz."
24 yıllık gecikmeler ve çok sayıda gecikmeden sonra, 9,6 milyar dolarlık görev son ayarlama ve test yılına girdi. Bundan sonra, teleskop Fransız Guyanası'ndaki Guyana Uzay Merkezi'ne gönderilecek ve Mart 2021'de fırlatılacak. . Bu uzay gezisi, Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi, Kanada Uzay Ajansı ve Avrupa Uzay Ajansı dahil olmak üzere 24 ülkeden binlerce bilim insanı ve mühendisi çekti. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki çeşitli tesislerde, Northrop Grumman ve Maryland'deki Goddard Uzay Uçuş Merkezi'ne odaklanan faaliyetlerle inşa edildi.
Dünya'dan 1 milyon mil uzaklıktaki bir yörüngede, James Webb Uzay Teleskobu geçmişi yaklaşık 13.7 milyar yıl önce gözlemleyecek.Büyük Patlama'dan bir anda (Dünya'nın koordinatlarından 100 milyon yıl sonra), evren karanlık bir plazma durumundan geçiş yaptı. İlk ışık demetini, yıldızları ve galaksileri oluşturmak için. Ayrıca, yaşam için uygun olup olmadıklarını belirlemek için diğer yıldızların etrafında dönen küçük kayalık dış gezegenlerin atmosferik bileşimini de analiz edecek.
Willoughby şöyle dedi: "İlk görevimiz keşfetmek: Nereden geliyoruz? Yalnız mıyız?" "Patlamayla oluşmayan bir yıldızı hiç görmedik. Bu" madde yığınlarını "bir araya getiren nedir? İlk yıldızları tutuşturmak mı? Bir şeyi bildiğinizi her düşündüğünüzde, bunu kanıtlamak, nasıl olduğunu görmek istersiniz. "
Başlangıçta, orijinal evrenin ana bileşenleri hidrojen ve helyumdu ve ardından yüz milyonlarca yıllık güneş füzyonu, bugün bulunan çok sayıda diğer elementi üretti. Yıldız, güneşten 300 kat daha büyüktür ve devasa bir süpernovadan ölmeden önce yalnızca birkaç milyon yıl var olmuştur. Teleskop, bu patlamalardan gelen kızılötesi ışığın izlerini yakalamak için tasarlanmıştır.Bu izler analiz edildiğinde, bilim insanlarına ne yapıldıklarını ve hangi ortamda oluştuklarını söyleyecektir. 2006'da John Mather ve George Smoot, Big Bang'in ürettiği kozmik ısıyı ölçtükleri için Nobel Fizik Ödülü'nü kazandılar ve teleskopun tasarımı bu araştırmanın bir sonraki bölümünü açabilir.
Goddard Uzay Teleskobu'nda kıdemli proje bilimcisi olan Mather, "Işık nereden geliyor? Büyük Patlama'dan nasıl çıktık?" Dedi. "İnsanlar tarih ve şecere karşısında büyüleniyor." Nereye gidiyoruz "diye bilmek istiyorlar, bu yüzden öğrenmemiz gereken şeylerden biri bu."
Dünyadan 40 ışıkyılı uzaklıkta bulunan TRAPPIST-1 sistemindeki 7 kayalık dış gezegenin sanatsal konsepti. Gökbilimciler bu dünyaları James Webb Uzay Teleskobu ile gözlemleyecekler.
Makro açıdan bakıldığında, 5 milyar yıl sonra da güneşin ölümünden sonra, dünya benzeri bir dünya bulmak insanın hayatta kalmasını sağlamanın ilk adımıdır. Daha doğrusu, teleskopun gözlemleri, gezegenimizin kökeni ve yaşam alanı hakkında ipuçları sağlayabilir.
Mather şöyle dedi: "Dünyayı daha iyi anlamanın bir yolu, başka yerler bulmak ve nasıl çalıştıklarını öğrenmektir. Jeolojik geçmişimizin izlerini hala bulabiliriz, ancak bu size yalnızca bir hikaye anlatır. Yani eğer söyleyebiliyorsanız, 'Venüs sera haline gelmeden önce neye benziyordu?' Veya 'Mars kurumadan önce neye benziyordu?' O zaman çevreyi korumak için Dünya'da ne yapmanız gerekebileceği konusunda size bazı ipuçları verecektir. Bu diğer yerler küçük Laboratuvarın anlaşılması kolay. "
Benzeri görülmemiş zorluk
Mühendisler 1996'da James Webb Uzay Teleskobu'nu düşünmeye başladıklarında, o sırada var olmayan 10 teknolojiye ihtiyaçları vardı. 18 ayrı parçaya bölünmesi gereken, ancak bir bütün olarak çalışması için 21,3 fit çapında bir ayna içerir; ayrıca güneş radyasyonunu engellemek ve teleskopun sıcaklığını düşürmek için 5 tenis kortu büyüklüğünde güneş siperliği vardır. -388 Fahrenheit'e kadar. Cihazın tamamı 16 fit çapında bir Ariane roket kaportasına uyacak şekilde katlanmalı ve prosedüre göre 1 milyon mil mesafede açılmalıdır. Aynı zamanda öncekilerden daha hassas olan yeni nesil dedektörler gerektirir.
Daha kısa sürede daha fazla bilimsel araştırma tamamlanabilir. "
Bill Oaks, Goddard Uzay Uçuş Merkezi
Milyarlarca ışık yılı uzaktaki nesneleri gözlemlemek, çok soluk nesnelerden ışık toplayacak kadar büyük bir ayna gerektirir. James Webb Uzay Teleskobu'nun ayna boyutu, yedi Hubble Uzay Teleskopuna eşdeğerdir ve mevcut yer tabanlı teleskoplardan ve uzay teleskoplarından yüzlerce kat daha koyu nesneleri görebilir.
"Hubble teleskopu 25.000 pound ağırlığında ve 2.4 metrelik (7.87 fit) bir optiğe sahip. Altı buçuk metre (21.3 fit) optik için, Webb teleskopu 14.000 pound ağırlığında." Willoughby dedi. "Bu nedenle, optik elemanların toplama alanını yedi kat artırdık ve ağırlık yarı yarıya arttı, bu da roket kurulumuna uygun."
Bu ayna daha ağır cam kullanmaz, ancak çelikten daha güçlü, ancak alüminyumdan daha hafif olan nadir bir metal olan berilyumdan yapılmıştır. Daha sonra kızılötesi ışınların% 98'ini yansıtan çok ince bir 24K altın tabakasıyla kaplanmıştır. Goddard'ın JWST proje yöneticisi Bill Oaks, "Bu, bir çift alyansta kullanılan altına eşdeğerdir." Dedi.
Birincil ayna, kızılötesi ışığı ikincil aynaya odaklar ve ikincil ayna kızılötesi ışığı aynanın arkasındaki dört bilimsel alete gönderir, kızılötesi dalga boylarının aralığını analiz eder, bilgileri dijitalleştirir ve ardından dünyaya geri gönderir. Bu cihazlardan biri olan yakın kızılötesi spektrometre, yalnızca birkaç kıl büyüklüğünde açıklıkları olan, özel olarak tasarlanmış binlerce programlanabilir mikro panjura sahiptir. Panjurlar, gelen ışığın hacmini daha iyi azaltabilir ve eşzamanlı gözlemi tamamlayabilir.
Oakes, "Diğer spektroskopik aletler de daha önce uzayda uçmuştu, ancak hiçbiri aynı anda 100 nesneyi yüksek çözünürlükte gözlemleyemiyor" dedi. "Bu, daha fazla bilimsel araştırmanın daha kısa sürede tamamlanabileceği anlamına geliyor."
Sakin ol
JWST cihazı, kızıl ötesine yakın spektrumu orta kızılötesi spektrumuna kadar, sırasıyla kırmızı ve mikrodalgaya yakın olan 0.6 ila 28 mikron arasında değişen dalga boylarıyla ölçecektir. Kızılötesi ışınlar, evreni daha uzakta görmemizi sağlar (bu nedenle daha önceki bir zamana geri döner) çünkü evren genişleyerek kırmızıya kayma etkisi yaratır. Bizden uzaktaki nesneler, tayfın kırmızı ve kızılötesi kısımlarında görünen daha uzun elektromanyetik dalga boyları yayar.
Bir dış gezegenin atmosferinin kimyasal bileşimini belirlemek için, havadan gelen spektrograf, gezegen yörüngesinden geçerken ana yıldızdan farklı elementlere karşılık gelen kızılötesi ışık dalgalanmalarını ölçecektir.
Kızılötesi kameralar radyasyona (yani ışık ve ısıya) daha duyarlı olduğu için, teleskop güneşten ve onun yeryüzüne ve aya yansıyan ışığından yeterince uzakta olmalı ve güneş ışınlarını engelleyebilecek ve teleskopu hareket ettirebilecek ve yeterince soğuk tutabilecek koruyucu bir kapağa sahip olmalıdır. Teleskoptan gelen kızılötesi radyasyonun karışmasını önlemek için sıcaklık.
Willoughby, "Soğuk tarafta, optiklerin sıcaklığı -388 derece Fahrenheit, çünkü kızılötesi ışığı topladıkları yer" dedi. "Cihaz veriyolunun bulunduğu sıcak tarafta, sıcaklık güneşin altında 185 Fahrenheit dereceye ulaştı. Bu yüzden yaklaşık 600 Fahrenheitlik bir fark yarattık. İlginçtir, güneş kremi ise 1 milyon SPF."
Kriyojenik soğutucu, bilimsel cihazı -448F'ye kadar soğutur. Oaks, "Bu dedektörler çok hassas, aslında, sıcaklığı pasif sıcaklıktan daha düşük yapmalıyız." Dedi.
"Tavşan kostümü" ile donatılmıştır
Tıpkı 2020'deki Mars sondası gibi, James Webb Uzay Teleskobu'nun yapımı da orijinal koşul olarak temiz bir temiz oda gerektiriyor. Mühendis beyaz polyester tulum, kısa çizme, başörtüsü, ameliyat maskesi ve lateks eldiven gibi bir "tavşan kostümü" giydi. Ayna, tek bir bakterinin boyutundan daha küçük olan 20 nanometrelik bir yüzey deseni hassasiyetinde cilalanmıştır. Willoughby dedi. "Her toz, insanların ne giydiği, hatta kolonyalar ve parfümler için endişelenmelisiniz. Onları koklayabilmeniz, atomları ve molekülleri serbest bıraktıkları anlamına gelir. Bu moleküllerin güneş siperliklerine veya aynalara yapışmasını istemiyoruz."
Son termal testin (optikler, kalkanlar ve veriyolunun aşırı sıcaklık testi) tamamlanmasıyla, geçen yılki en büyük zorluk, optik ve güneş siperliklerinin nasıl birleştirileceğiydi. Tamamlanması sadece bir gün sürmesine rağmen, yıllarca süren planlama ve uygulamanın sonucudur.
Willoughby şunları söyledi: "Mühendislerimiz konuşlandırmaya yardımcı olacak ekipman yapıyorlar." "Görünüşe göre, onların işi uzaya bir şey inşa etmek kadar zor."
Yerçekimi şu anda karşı karşıya olduğumuz en zor sorun olabilir. "
Northrop Grumman'dan Scott Willoughby
Zorluğun bir kısmı ağırlıksızlığı kopyalamak veya yerçekimini açıklamaktır. Piste girdikten sonra, optikler ve güneş siperliği, güneş siperliğinin açılmasına izin vermek için 4 fit ayrılacaktır. Ancak Dünya'da, kalkanın üstündeki altı sütuna 8.000 kiloluk bir teleskop monte edilmelidir. Karmaşık bir motoru, tavan kasnaklarını ve karşı ağırlıkları duvardaki 70 pound ağırlıksızlıkla simüle edebildiler.
Willoughby şöyle dedi: "Şu anda en zor sorunumuz yerçekimi olabilir." "Uzayda, sıfır yerçekimi ile yüzer, bu nedenle optik aleti tepeye indirdiğimizde, 6 fitlik bir köşeye değmesi gerekir ve 0,04 inç dahilinde konumlandırılmış. Küçük bir bit eksikse başarısız olabilir. "
Ekip, gerçek deneyi denemeden önce yarım yıl model ve lazer izleyici ile pratik yaptı. "Bu muhtemelen şimdiye kadar yaptığımız en karmaşık konuşlandırmalardan biridir," diye ekledi. "Mükemmel. Gerçekten mükemmel."
Gelecek yıl
Önümüzdeki yıl, ekip temiz odadan ayrılmadan önce yaklaşık 400 görevi yönetecek. Optik ve güneş kalkanlarının konuşlandırılmasını kontrol etmeyi, elektriksel ve çevresel kontrollerle bir gözlemevini çalıştırmayı ve fırlatma ve uzay uçuşunun akustiğini ve titreşimlerini simüle etmeyi içerir. James Webb Uzay Teleskobu buradan, çevreye duyarlı bir kapta paketlenecek olan fırlatma alanına iki haftalık bir yolculuk için Panama Kanalı üzerinden geçecek. Hedefine ulaştığında, mühendisler, sonunda uzaya fırlatılana kadar başka bir 800 görevde 72 gün geçirecekler. (Ekvatorun yakınında fırlatma, dünyanın dönme momentumunu onu uzaya fırlatmak için kullanabilir, böylece roketin yakıt tüketimini azaltabilir.)
Aynı zamanda, Baltimore'daki Johns Hopkins Üniversitesi'ndeki Uzay Teleskopu Bilim Enstitüsü (STSI), JWST'nin operasyon merkezidir ve astronomi eğitimi almak için sıraya girmiştir. Gözlemevinin ilk altı ayı planlandığı için STSI, ilk yılın kalan zamanını doldurmak için tahmini 1.500 bilimsel teklif arasından seçim yapacaktır. Enstitü, her yıl yeni teklif başvuruları yayınlayacak ve alınan görüntüleri ilgili bilimsel ekipler için arşivleyecektir.
Tüm JWST keşifleri gelecekte olmayacak. Teknolojilerinden bazıları yeryüzünde uygulandı. Örneğin, bir oftalmik mikroskobun odaklama cihazı, teleskop lensini tasarlayan bir mühendis tarafından icat edildi. "Demek daha önce hiç görmediğiniz bir bağlantı var," dedi Mather.
Yörüngede bir kez
James Webb Uzay Teleskobu'nun yörüngeye ulaşması yaklaşık üç hafta sürecek - ikinci Lagrangian noktası veya L2 olarak adlandırılan, dünyanın ve güneşin yerçekiminin bir nesnenin dünya ile aynı olmasını sağladığı bir konuma Güneşi döndürme hızı. Fırlatma işlemi sırasında yer kontrol personeli, sondanın program konuşlandırmasını açmak ve başlatmak için 178 cihazın bir araya getirilmesini emretti.
"Mars iniş aracında haber yapanlar '7 buçuk dakikalık dehşeti' yaşadıklarını söylediler? Oakes," Curiosity (Mars gezgini) "için büyüleyici fragmana atıfta bulunduğunu söyledi." Şaka yaptım. "İki buçuk hafta yüksek endişeliyiz".
Yörüngeye girdikten sonra, önümüzdeki altı ay içinde, uzay aracı, bilimsel aletler ve teleskoplarla hareket etmesini sağlayacak yaklaşık 500 farklı aktivite olacak. Daha sonra bilimsel araştırma başlayabilir.
Sonunda, dikkatli bir yönetim yoluyla, James Webb Uzay Teleskobu, 14 yıla kadar çalışmasını sağlamak için yeterli hidrazin yakıtı taşıyacak. Goddard Uzay Teleskobu'nun bir araştırma ekibi, gözlemevinin ömrünü daha da uzatabilecek bir robotik yakıt ikmali görevi yürütüyor.
Oakes, "Bu çok heyecan verici bir zaman çünkü her şey bir araya geliyor" dedi. "Bu bilimsel araştırmayı başlatmak için sabırsızlanıyoruz. Tüm bu insanlar bu süre zarfında birlikte çalışıyorlar. Çalışanlarım çocukları çok küçükken benim için çalışmaya başladı ve şimdi çocukları üniversiteden mezun oldu."
Çevirmen: jsmdy
