James Webbi kosmoseteleskoop (JWST) on väga oodatud, kauaoodatud “järgmise põlvkonna” teleskoop. Plaanis käivitamine 2006 2013 Oktoober 2018 on JWST nimetatud Hubble'i kosmoseteleskoobi järeltulijaks. Sellega loodavad astronoomid vaadata tagasi ajas, kui universum oli vaid 200 miljonit aastat vana, ja näha esimesi tähti ja galaktikaid. Selle projekti juhtiv teadlane on dr John Mather, kes on ka 2006. aasta Nobeli füüsikapreemia saaja töö eest koos kosmilise taustauurijaga (COBE), mis mõõtis kosmilise mikrolaine tausta musta kehavormi ja anisotroopiat.
Meile mõisteti austust, kui dr Mather võttis ühendust Space Magazine'iga, öeldes, et tahaks meiega rääkida JWSTi staatusest. "Arvasin, et võib-olla on aeg rääkida sellest, mida me teeme," sõnas ta, "kuna põnevaid asju hakkab juhtuma."
Ajakiri Kosmos: Dr Mather, juba üle kümne aasta oleme kuulnud järgmise põlvkonna kosmoseteleskoobist, mida hiljem hakati ametlikult nimetama James Webbi kosmoseteleskoobiks. Kas oskate öelda, kuidas selle teleskoobi kontseptsioon alguse sai?
John Mather: 1989. aastal, isegi enne Hubble'i käivitamist, korraldati konverents, mis peaks olema järgmine kosmoseteleskoop. Nad arutasid tuleviku ja telesarja suurepäraseid teleskoope, avaldasid raamatu. Kuid nad ei uskunud, et infrapuna on tuleviku suur laine. Siis, 1993. aastal, asus komitee HST and Beyond. Nad avaldasid 1996. aastal ühe armsa väikese raporti, milles öeldi, et teha on kaks olulist asja. Üks oli ehitada infrapuna teleskoop, erinevalt sellest, mida eelmine raamat oli öelnud, ja teine oli teleskoobi ehitamine Maa-sarnaste planeetide otsimiseks. Sel hetkel mõistsid astronoomid lihtsalt, et ekstrasolaarsete planeetide otsimine on võimalik. Niisiis kutsus NASA peakorter 1995. aasta oktoobris mind üles, andis mulle teadlaste ja inseneride nimekirja, kellega ühendust võtta, ja ütles, et hakake planeerima. Nii me tegime ja jõudsime kohe mõtte ja arvamuse märkimisväärsele lähenemisele. Leppisime kiiresti kokku kontseptsiooni, mis vastas teadlaskonna soovidele ja kuulub NASA eesmärkide hulka. Leiate, et teleskoop, kuhu me siis tagasi tahtsime lennata, sarnaneb väga sellega, milleni lendame 2013. aastal.
TÜ: Kas saate meile praegu JWST-i staatuse kohta värskendusi anda?
Mather: Lennundusinstrumentide riistvara tuleb kogu maailmast kohale 2010. aasta suvel. Peente juhtimisandur on pärit Kanadast, poolteist mõõteriistapakki on pärit Euroopast ja ülejäänud USA-st. Niisiis, 18 kuu pärast hakkab instrumendipakett kokku minema ja siis umbes aasta pärast kohtub see teleskoobiga. Neli teadusinstrumenti on lähi-infrapunakaamera, lähi-infrapuna-mitme objektiga spektrograaf, keskmise infrapuna-instrument ja häälestatav filterkujutis.
Käisime just läbi instrumendimooduli kriitilise disaini ülevaate. Eelmisel nädalal oli sadu inimesi tulnud vaatama kõike ja ütlema, kas me teeme seda õigesti. Arvan, et möödusime, ehkki ametlikku paberimajandust pole ma veel näinud. Kuid isegi mulle avaldas muljet.
TÜ: Paljud inimesed küsivad mind, et kuna Hubble on olnud nii edukas, siis miks ei saa JWST olla optiline teleskoop?
Mather: Miks muutus komisjon optilisest infrapunaks? See oli kahetine. Üks oli see, et Hubble läks nii heaks, et nad näeksid, et seda oleks raske läbi lüüa, ükskõik kui suureks te teleskoobi ehitasite. Veel juhtus üks asi - inimesed nägid, et võite ehitada maapinnale suuri optilisi teleskoope. Kecki teleskoop töötas tõesti hästi ja inimesed hakkasid rääkima adaptiivsest optikast, mis tähendas, et veelgi suuremad teleskoobid on kohapeal väärt. Need kaks asja suunasid meid infrapunase teleskoobi poole. Ka kõik JWSTi teadlased ütlesid, et vajame infrapunaühendust. Sellel vähesel määral, mis meil toona oli, oli infrapuna põnev, leides, et kõige kaugem universum on põnev ja nähtavast punaseks nihutatud. See algab ultraviolettkiirguses ja jõuab infrapunakiirguseni nende objektide suurte vahemaade ja tohutu punase nihke tõttu. Nii et kui soovite teha ultraviolett-astronoomiat universumi peaaegu servas, vajate infrapuna teleskoopi.
TÜ: Nüüd, kui infrapuna-Spitzeri kosmoseteleskoop on nii hästi töös ja töötab, kas see on muutnud kellegi meelt või paneb see teadlasi tahtma infrapunaga järgmisele tasemele minna?
Mather: Jah, Spitzer on tõestanud, et see on tegelikult põnev territoorium. Spitzer on tänapäevaste standardite järgi tegelikult pisut kentsakas teleskoop; see on ainult 3 jalga lai, 85 cm. Kuid see on pakkunud hämmastavaid üllatusi. Nad näevad asju väga-väga punastes nihetes ja ühtegi sellist asja ei oodatud. Niisiis, see ütleb meile, et infrapuna on koht, kus imelised avastused asuvad. Nüüd teame, et suudame seda tehnoloogiat kasutada, nii et lähme parem teleskoop. Teadus on viis, põnev ja seal on avastamist ootamas nii palju.
TÜ: Mis eristab JWST teie arvates varasematest kosmoseteleskoopidest?
Mather: Iga teleskoop ütleb: "Ma olen parem kui see, mis mul oli," ja me ütleme sama. Muidugi näeb see teleskoop oma infrapuna võime ja tohutu avaga ajas kaugemale; see näeb läbi tolmupilvede, et näha, kus tähed sünnivad; see näeb toatemperatuuril asju, nagu sina ja mina, planeete või noori tähti sündimas. Kõiki neid asju saab näha otse selle infrapuna võimalusega, mis meil sellel uuel teleskoobil on. Suurem osa tööst tehakse infrapuna abil, kusjuures teatav võime on nähtav.
Kuid me oleme ehitanud üldotstarbelise teleskoobi. Pärast turuletoomist saavad teadlased kirjutada Hubble'i jaoks ettepanekuid selle kohta, mida nad sooviksid jälgida, et nad saaksid jälgida seda, milline kuum teema sel ajal on.
TÜ: Kuidas olete oma kogemust COBE-ga ja hilisemaid autasusid saanud, kuidas seda JWST-le rakendada?
Mather: Minu elu ei mõjutanud mitte niivõrd autasud, vaid see, et olin protsessi algusest lõpuni läbi elanud väga radikaalselt loodud observatooriumi jaoks, milleks oli COBE, see, mis andis mulle närvi mõelda suurelt asju. Nii et kui NASA peakorter ütles, et nad tahavad Hubbleile järglast, arvasin, et see oleks huvitav, ja mul oli piisavalt närvi, et öelda jah, tahaksin seda proovida. COBE oli selleks ajaks väga ambitsioonikas, kuid piisavalt väike, et tundsin insenere isiklikult ja sain nendega igal päeval ükskõik millest rääkida. Niisiis arvasin, et võiksin lõpetada suurema projekti.
TÜ: Ja nüüd töötate inimestega kogu maailmast?
Mather: Jah, see on tohutu ettevõtmine. Meie teadustiimi kuulub umbes 19 inimest, Euroopast, USA-st ja Kanadast. Insenerimeeskonnas on üle 2000 inimese, kes on laiali üle kogu maailma. On selge, et ma ei tea neid kõiki. Ma teen kõige tihedamat koostööd teadlastega ja räägin nendega, mida me tahame saavutada, ning veenduge, et teeme seda ka ise. Nii et mul on nüüd erinev roll. Mul ei ole praktilist vastutust ühegi riistvara eest, kuid teen koostööd inimestega, kes seda teevad. Igal teemal on meil juurdepääs maailma parimatele inimestele.
TÜ: Kas saate rääkida probleemidest, mille see teleskoop on pidanud ületama, kulude ületustest ja viivitustest, mis sellel on olnud?
Mather: Esiteks, kulude ületamine pole nii suur, kui seda kujutavad mõned inimesed, kes sooviksid raha oma projektiideede jaoks. Algselt oli Dan Goldin NASA juht, kui me alustasime, ja ta ütles: "Me tahame, et te mõtleksite välja viisi, kuidas seda observatooriumi teha poole miljardi dollari eest 1996. aasta dollarites." Ütlesime, et proovime. Kuid mõistsime kiiresti, et selle ehitamine läheb raskeks. Selleks ajaks, kui me olime valmis seda 2000. aastal dekadaalsele uuringule tutvustama, oli hind rohkem kui miljard dollarit. Siis, kolm aastat tagasi, nägime, et töö läheb aina raskemaks ja me pidime ümberplaneerima ja ümber tegema. Kui arvestada kogu NASA kulusid 1995. aasta algusest kuni lõpuni, siis kusagil pärast 2019. aastat koos inflatsiooni ja riigiteenistujatega (mida me varem ei arvestanud) on see tegelikes reaalsetes dollarites 4,5 miljardit dollarit, mitte 1996 dollarit. Seega on kulude kasv, kuid meil on olnud suurepärane edu ja oleme õigel teel selle imelise masina turule toomiseks, mida kasutavad tuhanded astronoomid. Ja tänu NASA peakorteri järjekindlale juhtimisele ja meeskondade suurepärasele tehnilisele tööle ei pidanud me kolme aasta jooksul oma plaani ega kogueelarvet muutma.
TÜ: Seda on hea teada. Arvan, et inimestel on üldine kontseptsioon, et JWST-l on olnud tohutu kulude ületus.
Mather: Noh, see pole midagi väikest ja me soovime, et oleksime saanud sellega paremini hakkama. Kuid see on seotud kahe kasvu teguriga, mitte viie teguriga, mida on reklaaminud mõned inimesed, kes peaksid paremini tundma. See teleskoop töötab pikka aega. Nõue on viis aastat, kuid loodame seda käitada kümme. Niisiis, meie projekt kestab 1995. aastast 2024. aastani, mil operatsioonid lõppevad.
Lubage mul anda teile idee, mida me pidime valmis saamiseks tegema ja mida me kogu selle aja oleme teinud. Töötasime välja kümme peamist vajalikku tehnoloogiat. Kõige raskem oli peeglite väljatöötamine. Selleks oli vaja kaksteist erinevat lepingut konkurentide arendamiseks just sinna, kus nende kavandid olid piisavalt head, nii et selleks kulus mitu aastat. Detektorid tuli selgelt parandada selle üle, mis meil Spitzeri ja Hubble'i teleskoopidel on. Nüüd on meil suuremad ja paremad detektorid ning need on vapustavad. Astronoomide üks mõõt on see, kui palju hulkuvaid elektrone detektoritest saate. Kogu valguse sulgemisel peaksite saama nulli. Nüüd on meil detektorid, mis eraldavad paar hulkuvat elektronit piksli kohta tunnis, mis on peaaegu täiuslik. Hea oleks olla veel parem, kuid see on vapustav. Ma olen vaimustuses.
Me pidime kosmose külmikute osas paremaks muutuma. Hakkasime ütlema, et peame saama radiatiivselt jahutatud teleskoobi, et see iseenesest oleks piisavalt jahe, ja see on enamasti tõsi. Kuid selgub, et pikemaajaliste lainepikkuse detektorite külmas hoidmiseks on meil endiselt vaja aktiivset külmkappi, seega pidime selle välja töötama.
Need on vaid mõned asjad, mida me pidime kavandama ja kogu tehnoloogia arendamine viidi lõpuks lõpule 2007. aastal ja nad said ülevaatuskomitee heakskiidu, kes ütles: "Jah, need asjad on nüüd valmis ehitamiseks."
Niisiis, just 2007. aastani jõudmine oli pikk aeg ja ma ei usu, et inimesed on tõesti hinnanud, mida uute tehnoloogiate ettevalmistamine nõuab. Teisest küljest on meid õnnistatud sellega, et me ei pea varundama. Panustasime nendesse tehnoloogiatesse, mis praegu töötavad, piisavalt planeerimist ja vaeva. See oli üks asi, mida õppisime Hubble'i projektist, milleks oli see, et lõpetage oma kujundus alles siis, kui teate, mida peaksite ehitama.
TÜ: Kuidas oleks teie testimisprotsessiga. Kas see on üsna range?
Mather: See on veel üks õppetund, mille pidime Hubbleilt õppima. Kui te seda ei testi, ei tööta see. Oleme õppinud väga kindlameelset ja ranget protsessi. Nad tegid Hubble'i abil piisavalt katseid, et oleks võinud teada saada peegli fookuse probleemidest. Peegeltootjal oli kaks testi, mis ei olnud nõus ja nad otsustasid põhjuse leidmise asemel ühte neist ignoreerida. See osutus rumaluseks ja kalliks.
Meil on üldistus, et kui midagi on tõesti oluline, siis tee seda kaks korda. Katsetame teleskoopi tegelikult külmas suures vaakumahutis Johnsoni kosmosekeskuses. Nii et see on täiemahuline otsast lõpuni „valgus-alguses-alguses, lõpus-lõpus-otsas” -test, midagi sellist, mida nad Hubble'i jaoks teha ei saaks. Kuid nad teadsid, et suudavad Hubble'i kosmoses parandada, ja me teame, et me ei suuda JWST-i parandada, kuna teleskoop asub L-2 punktis, Maast umbes 1,5 miljoni kilomeetri kaugusel, mis on umbes neli korda kaugemal Maa kui Kuu.
See on keeruline projekt, kuid meie lähenemisviis keeruka projekti tegemiseks erineb dramaatiliselt sellest, kui ma olin noor feller. Kui ma siia Goddardi juurde jõudsin, kasutasime pliiatseid ja slaidireegleid ning arvutid olid päris uued ja enamikul inimestel neid polnud. Nüüd on meil kõikjal arvutid, mis jälgivad meie dokumente. Saame teha süsteemitehnika ja isegi väga täpseid, täielikke simulatsioone, et teada, kas midagi sobib kokku ja töötab enne, kui me selle isegi ehitasime. Nii et maailm on muutunud ja seda on imeline näha. Seetõttu on meil nüüd võimalik seda observatooriumi ehitada umbes samade tegelike kuludega, kui kulus Hubble'i käivitamiseks ja töötamiseks. Kuid JWST on nii palju suurem ja võimsam.
TÜ: Kas oskate öelda JWSTi peegli kujunduse kohta?
Mather: Kõige raskem ehitada oli peegel, sest meil oli vaja midagi, mis on Hubbleist palju suurem. Kuid te ei saa midagi nii suurt tõsta ega raketi sisse mahutada, nii et vajate midagi, mis on kergema kaaluga, kuid sellegipoolest suurem, nii et sellel peab olema võimalus üles klappida.
Peegel on valmistatud kergest berülliumist ja sellel on 18 kuusnurkset segmenti. Teleskoop voldib oma krüsalis nagu liblikas ja peab selle ise täielikult tühistama. See on üsna keeruline protsess, mis võtab mitu tundi. Teleskoop on tohutu, 6,5 meetri (21 jalga) kõrgusel, nii et see on üsna muljetavaldav.
Päikesekaitse on täiesti uus ja ka see tuleb kasutusele võtta. Niisiis, see, mis oli mähitud väikesesse silindrisse, muutub suhteliselt suureks hiiglaslikuks kilbiks, mis on sama suur kui tenniseväljak. See on hiigelsuur. Kõik see toimub mitmes etapis ja võtab päevi. Me palkasime ettevõtte, Northrop Grummani, kellel oli kogemusi kosmoses lahtirullimisega, ja nad ütlevad meile, et see pole kindlasti kõige keerulisem asi, mille nad on kosmoses lahti mõelnud, ja see on rahustav.
Video JWST-i kosmoses kasutuselevõtust:
TÜ: Kas on olnud arutelu esimese valguse üle ja mida JWST kõigepealt vaatab?
Mather: Jah, natuke. Pärast asja kokku panemist on see lõbus osa.
TÜ: Kas teil on lemmiksoovitusi?
Mather: Arvan, et peaksime alustama lihtsatest eesmärkidest, mis on ilusad ja võimaldavad üldsusel öelda: "Oh, ma näen, et see töötab!" Mõningaid esimesi tähelepanekuid saab teha teleskoobi seadistamise ajal, isegi enne, kui see on täielikult reguleeritud. Kuna see on pärast käivitamist kasutusele võetud ja peegel pole algul õige kuju lähedal, töötame selle nimel järk-järgult. Boulder Colorado osariigis Ball Aerospace on olemas testimismudel, kus saame harjutada 18 peegelsegmendi paigutamist oma kohale. Igal segmendil on 7 mootorit, et juhtida positsiooni ja kumerust, seega peame seda harjutama.
Seda ei saanud nad Hubble'iga teha. Nad soovisid, et saaksid ja ka mootoritel, kuid nad ei suutnud piisavalt tugevalt suruda. See on huvitav lugu. Saime Hubbleilt teada, kuidas optimeerida saadud piltide põhjal optikat, seega teeme seda selle teleskoobi jaoks otstarbekalt.
TÜ: JWST käivitamise üle on olnud vaidlusi.
Mather: Me viime teleskoobi Prantsuse Guajaanasse ja laadime selle sinna all asuvasse raketti. ESA ostab meile kanderaketi; see on Ariane 5 rakett, kommertstoode Euroopast ja neil on viimasel ajal olnud hea käitus, seega on see väga usaldusväärne.
Loomulikult tekitas see palju poleemikat. Isegi kui Euroopa annaks meile kanderaketi, niiöelda, leidus siin inimesi, kes ei tahtnud seda vastu võtta. Selle vastuvõtmiseks kulus peakorteril kaks aastat. See maksis meile raha. Ainus põhjus, miks see heaks kiideti, oli see, et me saime uue administraatori, kes võtaks selle vastu. See oli Mike Griffin, nii et ma tahan öelda: "Suur aitäh Mike Griffinile!"
TÜ: Teie meeskonnal on enne 2013. aastat veel palju ära teha, mis asub tõenäoliselt siin enne, kui sellest teada saate!
Mather: Jah, ma tean. Nüüd on möödas juba 13 aastat, kui NASA võttis minuga ühendust, kuid nüüd saabub lõpp kiiresti. Kõigi kokku panemisel on ees palju tehnilisi väljakutseid. Ja me pole veel piisavalt kaugele jõudnud, et veel teada saada, kui palju asju me rikkusime või kui palju vigu tegime, kuid ma arvan, et meil on neid enne nende vormistamist päris hea välja mõelda.
Varustuse esmakordne kokkupanek on väga põnev. Meil on tükid käes, pilt on karbis, et näidata, kuhu nad lähevad, ja üsna pea saame tõestada, et nad töötavad koos või mitte. Selleks ajaks, kui me kõik osad siin Goddardis kätte saame, on neid kõiki eraldi testitud, nii et nad peaksid koos mängima just suurepäraselt. Kuid loodus ei armasta ülbust, nii et me peame kogu asja algusest lõpuni proovile panema, just nagu seda ka lennu ajal kasutada. Pärast selle siia kokku panemist viime selle Johnsoni kosmoselennukeskusesse ja paneme selle sinna hiiglaslikku vaakumahutisse. See on erakordne protsess.
TÜ: Tänan teid väga, et meiega rääkisite.
Mather: See on olnud lõbus. Mulle meeldib rääkida oma lugu ja mul on hea meel, et soovite seda meiega rääkida. Arvasin, et võib-olla on aeg rääkida sellest, mida me teeme, sest põnevaid asju hakkab juhtuma. Toimuvad suurepärased asjad. Oleme Kepleri observatooriumi nüüd üles seadnud ja loodetavasti leiavad nad jälje jaoks peotäie Maad meenutavaid planeete ja vaatame neid lähemalt.
