Vesmírny ďalekohľad James Webb (JWST) je veľmi očakávaný, dlho očakávaný ďalekohľad „novej generácie“. Plánované spustenie v roku 2007 2013 Október 2018 bol JWST ponúkaný ako nástupca Hubbleovho vesmírneho teleskopu. S tým astronómovia dúfajú, že sa budú obzrieť v čase, keď bol vesmír len 200 miliónov rokov, a uvidia prvé hviezdy a galaxie. Vedúcim vedcom tohto projektu je Dr. John Mather, spolumajiteľ Nobelovej ceny za fyziku za rok 2006 za jeho prácu so spoločnosťou Cosmic Background Explorer (COBE), ktorá merala formu čierneho tela a anizotropiu kozmického mikrovlnného pozadia.
Pochopiteľne nás poctili, keď sa Dr. Mather spojil s časopisom Space Magazine a povedal, že by s nami chcel hovoriť o stave JWST. "Myslel som si, že by mohol nastať čas hovoriť o tom, čo robíme," povedal, "pretože sa začínajú diať vzrušujúce veci."
Space Magazine: Dr. Mather, už viac ako desať rokov počúvame vesmírny teleskop novej generácie, ktorý bol neskôr oficiálne nazvaný vesmírny teleskop Jamesa Webba. Môžete nám povedať, ako sa začala koncepcia tohto ďalekohľadu?
John Mather: V roku 1989, ešte pred spustením Hubbleovho teleskopu, sa uskutočnila konferencia o tom, aký by mal byť ďalší vesmírny teleskop. Diskutovali o veľkých ďalekohľadoch budúcnosti a zo zborníka vydali knihu. Skutočne však nepovažovali infračervené žiarenie za veľkú vlnu budúcnosti. Potom, v roku 1993, existoval výbor s názvom HST and Beyond. V roku 1996 vydali krásnu malú správu, v ktorej sa uvádza, že treba urobiť dve dôležité veci. Jedným z nich bolo postaviť infračervený ďalekohľad, na rozdiel od toho, čo hovorila predchádzajúca kniha, a druhým bolo postaviť ďalekohľad na hľadanie planét podobných Zemi. V tom okamihu astronómovia len uznávali, že je možné hľadať extrasolárne planéty. V októbri 1995 ma veliteľstvo NASA zavolalo, dalo mi zoznam vedcov a inžinierov, s ktorými sa mám skontaktovať, a povedal, aby som začal plánovať. Tak sme to urobili a okamžite sme dospeli k pozoruhodnému zblíženiu myslenia a názoru. Rýchlo sme sa dohodli na koncepcii, ktorá splnila želania vedeckej komunity a splnila ambície NASA. Zistíte, že ďalekohľad, ktorý sme chceli letieť späť, je veľmi podobný tomu, ktorý budeme letieť v roku 2013.
UT: Môžete nám poskytnúť aktuálnu informáciu o stave JWST?
Mather: Hardvér letového nástroja bude prichádzať z celého sveta v lete 2010. Jemný navádzací senzor pochádza z Kanady, jeden a pol balíka prístrojov pochádza z Európy a zvyšok pochádza z USA. Za 18 mesiacov sa balíček prístrojov začne pohybovať spolu a potom sa o rok neskôr stretne s ďalekohľadom. Štyri vedecké prístroje sú blízka infračervená kamera, blízko infračervená multiobjektroskop, stredný infračervený prístroj a nastaviteľný filter filtra.
Práve sme prešli kontrolou kritického dizajnu pre prístrojový modul. Minulý týždeň sme mali stovky ľudí, aby sa na všetko pozreli a povedali nám, či to robíme dobre. Myslím, že sme prešli, hoci som ešte nevidel oficiálnu dokumentáciu. Ale aj ja som bol ohromený.
UT: Mnoho ľudí sa ma pýta, že keďže Hubble bol taký úspešný, prečo nebude JWST optickým teleskopom?
Mather: Prečo sa výbor zmenil z optického na infračervený? Bolo to dvojaké. Jedným z nich bolo to, že Hubble bol tak dobrý, že videli, že bude ťažké ho poraziť, bez ohľadu na to, aký veľký si postavil ďalekohľad. Ďalšou vecou, ktorá sa udiala, bolo to, že ľudia videli, že na zemi môžete stavať veľké optické teleskopy. Teleskop Keck pracoval naozaj dobre a ľudia začali hovoriť o adaptívnej optike, čo znamenalo, že ešte väčšie ďalekohľady na zemi sa oplatili. Tieto dve veci nás teda nasmerovali na infračervený ďalekohľad. Všetci vedci JWST tiež povedali, že potrebujeme infračervené žiarenie. Z malej schopnosti, ktorú sme v tom čase mali, bolo infračervené žiarenie fascinujúce a zistilo sa, že najvzdialenejší vesmír je vzrušujúci a je červený od viditeľného. Začína to v ultrafialovom svetle a dostáva sa do infračerveného žiarenia kvôli veľkej vzdialenosti týchto objektov a obrovskému červenému posunu, ktorý majú. Ak teda chcete robiť ultrafialovú astronómiu na takmer okraji vesmíru, potrebujete infračervený ďalekohľad.
UT: Teraz, keď je infračervený vesmírny teleskop Spitzer v prevádzke tak dobre, zmenilo to niekoho názor, alebo to vedie vedcov k tomu, že chcú prejsť na ďalšiu úroveň pomocou infračerveného žiarenia?
Mather: Áno, Spitzer dokázal, že je to skutočne fascinujúce územie. Spitzer je vlastne trochu bitty ďalekohľadom podľa moderných štandardov; je široká iba 3 stopy, 85 cm. Prinieslo však prekvapujúce prekvapenia. Vidia veci veľmi, veľmi vysoké červené posuny a nič z toho sa neočakávalo. To znamená, že infračervené spojenie je miesto, kde budú úžasné objavy. Teraz vieme, že dokážeme túto technológiu urobiť, takže získajme lepší ďalekohľad. Veda je taká, vzrušujúca a je toho veľa, čo čaká na objavenie.
UT: Čo bude podľa vášho názoru odlišovať JWST od predchádzajúcich vesmírnych teleskopov?
Mather: Každý ďalekohľad hovorí: „Som lepší ako ten predo mnou“ a hovoríme to isté. Tento teleskop samozrejme uvidí ešte ďalej v čase vďaka svojej infračervenej schopnosti a veľkému otvoru; cez prachové oblaky uvidí, kde sa rodia hviezdy; uvidí veci, ktoré sú izbovou teplotou, ako napríklad vy a ja, planéty alebo mladé hviezdy. Všetky tieto veci je možné vidieť priamo pomocou infračervenej schopnosti, ktorú máme na tomto novom teleskopu. Väčšina práce bude vykonaná v infračervenom svetle, s určitými schopnosťami vo viditeľnom rozsahu.
Postavili sme však teleskop na všeobecné použitie. Po spustení môžu vedci napísať návrhy, ako to robia pre Hubbleov teleso, na to, čo by chceli pozorovať, aby mohli pozorovať čokoľvek, čo je v tom čase aktuálne.
UT: Ako ste sa na základe skúseností s COBE a následných ocenení, ktoré ste dostali, uplatnili na JWST?
Mather: To nebolo toľko vyznamenaní, ktoré ovplyvnili môj život, to bola skutočnosť, že som prešiel procesom od samého začiatku do samého konca pre veľmi radikálne navrhnuté observatórium, ktorým bol COBE, čo mi dávalo nervozitu rozmýšľať. veci. Takže keď ústredie NASA povedalo, že chcú Hubbleovho nástupcu, myslel som si, že by to bolo zaujímavé, a mal som dosť nervy povedať áno, rád by som to vyskúšal. COBE bol v tom čase veľmi ambiciózny, ale dosť malý na to, aby som vedel inžinierov osobne a mohol som s nimi kedykoľvek hovoriť o všetkom. Takže som si myslel, že môžem prejsť na väčší projekt.
UT: A teraz pracujete s ľuďmi z celého sveta?
Mather: Áno, je to obrovský obchod. Náš vedecký tím tvorí asi 19 ľudí z Európy, USA a Kanady. Inžiniersky tím je viac ako 2000 ľudí, ktorí sú rozmiestnení po celom svete. Jednoznačne ich nepoznám. Úzko spolupracujem s vedcami a hovorím s nimi o tom, čo chceme dosiahnuť, a ubezpečujeme sa, že toho dosahujeme. Takže teraz mám inú úlohu. Nemám žiadnu praktickú zodpovednosť za žiadny hardvér, ale pracujem s ľuďmi, ktorí to robia. Máme prístup k niektorým z najlepších ľudí na svete v každej téme.
UT: Môžete hovoriť o problémoch, ktoré musel tento ďalekohľad prekonať, o prekročení nákladov a oneskoreniach, ktoré mal?
Mather: Po prvé, prekročenie nákladov nie je také veľké, ako vykreslujú niektorí ľudia, ktorí by chceli peniaze za svoje vlastné projektové nápady. Pôvodne bol Dan Goldin hlavou NASA, keď sme začali, a povedal: „Chceme, aby ste vymysleli spôsob, ako urobiť toto observatórium za pol miliardy dolárov v roku 1996 dolárov.“ Povedali sme, že to skúsime. Ale rýchlo sme si uvedomili, že to bude ťažké. V čase, keď sme boli pripravení predložiť ho dekadálnemu prieskumu v roku 2000, náklady boli viac ako miliarda dolárov. Potom, pred tromi rokmi, sme videli, že práca sa zhoršuje a museli sme znovu naplánovať a prehodnotiť. Ak teraz spočítate všetky náklady na NASA od začiatku roku 1995 do konca, niekde po roku 2019 s infláciou a štátnymi zamestnancami (s ktorými sme predtým nepočítali), je to teraz približne 4,5 miliardy dolárov v skutočných skutočných dolároch, nie 1996 dolárov. Existuje teda rast nákladov, ale dosiahli sme vynikajúci úspech a sme na dobrej ceste k uvedeniu tohto úžasného stroja, ktorý budú používať tisíce astronómov. Nemuseli sme meniť svoj plán ani náš celkový rozpočet za tri roky, a to vďaka stabilnému vedeniu z ústredia NASA a vynikajúcej technickej práci tímov.
UT: To je dobré vedieť. Myslím si, že ľudia majú všeobecný koncept, že JWST má obrovské prekročenie nákladov.
Mather: Nie je to niečo malé a želáme si, aby sme v tom mohli urobiť lepšie. Ide však o faktor rastu dva a nie faktor päť, ktorý inzerovali niektorí ľudia, ktorí by mali vedieť lepšie. Tento ďalekohľad bude fungovať dlho. Požiadavka je päť rokov, ale dúfame, že ju spustíme desať. Náš projekt teda trvá od roku 1995 do roku 2024, keď sa operácie skončia.
Dovoľte mi predstaviť si, čo sme potrebovali, aby sme sa pripravili, a to, čo sme po celý čas robili. Vyvinuli sme zoznam desiatich hlavných technológií, ktoré sme potrebovali. Najťažšie bolo vyvinúť zrkadlá. To si vyžadovalo dvanásť rôznych zmlúv len na rozvoj konkurentov, v ktorých boli ich dizajny dosť dobré, takže to trvalo dosť rokov. Detektory sa jednoznačne museli vylepšiť oproti tomu, čo máme na teleskopoch Spitzer a Hubble. Takže teraz máme väčšie a lepšie detektory a sú báječné. Jedným z opatrení, ktoré majú astronómovia, je to, koľko túlavých elektrónov dostanete od detektorov. Ak zatvoríte všetko svetlo, mali by ste dostať nulu. Teraz máme detektory, ktoré vydávajú niekoľko blúdivých elektrónov na pixel za hodinu, čo je takmer perfektné. Bolo by dobré byť ešte lepší, ale je to báječné. Som ohromený.
Potrebovali sme vylepšiť chladničky vo vesmíre. Začali sme hovoriť, že potrebujeme radiačne chladený ďalekohľad, aby bol sám o sebe dosť chladný, a to je väčšinou pravda. Ukazuje sa však, že stále potrebujeme aktívnu chladničku, aby sme udržali chladiče s najdlhšou vlnovou dĺžkou v chlade, takže sme to museli vyvinúť.
To sú len niektoré z vecí, ktoré sme museli navrhnúť, a všetok technologický vývoj bol nakoniec ukončený v roku 2007 a schválil revíznu komisiu, ktorý povedal: „Áno, tieto veci sú konečne pripravené na stavbu.“
Takže dosiahnutie roku 2007 bolo veľmi dlhé obdobie a nemyslím si, že ľudia skutočne ocenili, čo je potrebné na prípravu nových technológií. Na druhej strane sme boli požehnaní tým, že sme sa nemuseli „zálohovať“. Do týchto technológií vkladáme dostatočné plánovanie a úsilie, aby teraz fungovali. To bola jedna z vecí, ktoré sme sa dozvedeli z projektu Hubble, čo znamená, že nedokončíte svoj návrh, kým neviete, čo by ste mali stavať.
UT: A čo váš testovací proces. Je to dosť prísne?
Mather: To je ďalšia lekcia, ktorú sme sa museli naučiť z Hubbleovho listu. Ak to netestujete, nebude to fungovať. Naučili sme sa, že máme veľmi odhodlaný a dôsledný proces. Na Hubblovom teste vykonali dostatočné množstvo testov, aby vedeli o problémoch so zrkadlovým zameraním. Výrobca zrkadiel mal dva testy, ktoré nesúhlasili, a rozhodli sa ignorovať jednu z nich namiesto sledovania príčiny, čo sa ukázalo byť hlúpe a drahé.
Máme zovšeobecnenie, že ak na niečom skutočne záleží, urobte to dvakrát. V skutočnosti budeme testovať teleskop v chlade vo veľkej vákuovej nádrži v Johnson Space Center. Bude to teda úplný test typu „svetlo-na-začiatok, svetlo-na-koniec“ v úplnom meradle, čo pre Hubble nemohli urobiť. Vedeli však, že dokážu opraviť Hubble vo vesmíre a vieme, že nemôžeme opraviť JWST, pretože ďalekohľad bude v bode L-2, asi 1,5 milióna kilometrov od Zeme, čo je asi štyrikrát ďalej od Zem ako Mesiac.
Je to zložitý projekt, ale náš prístup k zložitému projektu sa dramaticky líši od toho, keď som bol mladý chovateľ. Keď som sa sem dostal k Goddardovi, použili sme ceruzky a diapozitívy, počítače boli dosť nové a väčšina ich nemala. Teraz máme všade počítače, ktoré sledujú naše dokumenty. Dokážeme urobiť systémové inžinierstvo a dokonca dokážeme urobiť veľmi presné a úplné simulácie, aby sme vedeli, či sa niečo zmestí a bude fungovať skôr, ako ho postavíme. Svet sa zmenil a je to úžasné vidieť. Preto sme teraz schopní vybudovať toto observatórium s približne rovnakými skutočnými nákladmi, aké potrebovali na spustenie a fungovanie Hubbleovho telesa. Ale JWST je omnoho väčší a silnejší.
UT: Môžete nám povedať o dizajne zrkadla pre JWST?
Mather: Najťažšie bolo postaviť zrkadlo, pretože sme potrebovali niečo väčšie ako Hubble. Nemôžete však zdvihnúť niečo také veľké alebo zapadnúť do rakety, takže potrebujete niečo ľahšej, ale napriek tomu väčšie, takže musí mať schopnosť zložiť sa.
Zrkadlo je vyrobené z ľahkého berýlia a má 18 šesťuholníkových segmentov. Ďalekohľad sa vo svojom kukle zloží ako motýľ a bude ho musieť úplne odpojiť. Je to dosť komplikovaný proces, ktorý bude trvať mnoho hodín. Teleskop je obrovský, 6,5 metra (21 stôp), takže je celkom pôsobivý.
Slnečná clona je úplne nová a musí sa tiež nasadiť. To, čo bolo zabalené do malého valca, sa teda relatívne stáva obrovským štítom, ktorý je taký veľký ako tenisový kurt. Je to obrovské. To všetko sa deje vo viacerých fázach a bude to trvať niekoľko dní. Najali sme spoločnosť Northrop Grumman, ktorá mala skúsenosti s vývojom vecí vo vesmíre, a hovoria nám, že to určite nie je najzložitejšia vec, ktorú rozvinuli vo vesmíre, čo je upokojujúce.
Video nasadenia JWST vo vesmíre:
UT: Uskutočnila sa nejaká diskusia o prvom svetle a na čo bude JWST vyzerať najskôr?
Mather: Áno trochu. To bude zábavná časť potom, ako to všetko spojíme.
UT: Máte nejaké obľúbené návrhy?
Mather: Myslím, že by sme mali začať s ľahkými cieľmi, ktoré budú pekné, ktoré umožnia verejnosti povedať: „Ach, vidím jej fungovanie!“ Niektoré z prvých pozorovaní je možné urobiť, keď nastavujeme ďalekohľad, ešte predtým, ako je úplne nastavený. Pretože je nasadené po štarte a zrkadlo sa najskôr nenachádza v správnom tvare, budeme na to postupne pracovať. K dispozícii je testovací model v Ball Aerospace v Boulder Colorado, kde si precvičíme uvedenie 18 zrkadlových segmentov na svoje miesto. Každý segment má na sebe 7 motorov na riadenie polohy a zakrivenia, takže musíme tento nacvičiť.
S Hubbleom to nemohli urobiť. Priali si, aby mohli, a mali motory, ale nemohli dostatočne tlačiť. To je zaujímavý príbeh. Z Hubbleovho ostrova sme sa naučili, ako opraviť optiku na základe snímok, ktoré sme získali, takže pre tento ďalekohľad robíme zámerne.
UT: O spôsobe spustenia JWST došlo k určitým sporom.
Mather: Vezmeme ďalekohľad do Francúzskej Guyany a naložíme ho do rakety tam dole. ESA pre nás kupuje štartovacie vozidlo; je to raketa Ariane 5, komerčný produkt z Európy a v poslednom čase sa im dobre darilo, takže je veľmi spoľahlivý.
To, samozrejme, spôsobilo veľa kontroverzií. Aj keby nám Európa poskytla štartovacie vozidlo, boli tu ľudia, ktorí ho nechceli prijať. Prijatie ústredia trvalo dva roky. To nás stálo peniaze. Jediným dôvodom, prečo bolo prijaté, bolo to, že sme dostali nového správcu, ktorý by to prijal. To bol Mike Griffin, takže chcem povedať: „Ďakujem veľmi pekne Mike Griffin!“
UT: Váš tím musí pred rokom 2013 ešte veľa urobiť, čo tu pravdepodobne bude skôr, ako to budete vedieť!
Mather: Áno, viem. Už je to viac ako 13 rokov, čo ma NASA kontaktovala, ale teraz sa blíži koniec. Pri zostavovaní všetkého máme pred sebou veľa technických výziev. A ešte sme sa nedostali dosť ďaleko na to, aby sme zistili, koľko vecí sme porušili alebo koľko chýb sme urobili. Myslím si však, že ich dokážeme zistiť skôr, ako ich urobíme.
Je veľmi vzrušujúce zostaviť zariadenie prvýkrát. Máme kusy, máme na krabici obrázok, ktorý ukazuje, kam idú, a čoskoro dokážeme dokázať, že spolupracujú alebo nie. V čase, keď dostaneme všetky časti na Goddarde, budú všetky testované jednotlivo, takže by mali spolu hrať dobre. Prírode sa však nepáči arogancia, takže celú vec musíme otestovať od začiatku do konca, rovnako ako ju budeme používať za letu. Keď to tu dáme dokopy, odložíme ho do Johnson Spaceflight Center a vložíme ho do obrovskej vákuovej nádrže. Bude to mimoriadny proces.
UT: Ďakujem vám veľmi pekne za rozhovor.
Mather: Bola to zábava. Rád rozprávam svoj príbeh a som rád, že to chcete povedať spolu s nami. Myslel som si, že je čas hovoriť o tom, čo robíme, pretože sa začínajú diať vzrušujúce veci. Deje sa skvelé veci. Teraz máme hore Keplerov observatórium a dúfajme, že nájdu hrsť planét podobných Zemi, ktoré budú sledovať, a my sa na ne podrobnejšie pozrieme.
