Džeimso Webbo kosminis teleskopas (JWST) yra labiausiai lauktas, ilgai lauktas „naujos kartos“ teleskopas. Planuojama išleisti 2006 m 2013 2018 m. Spalio mėn. JWST buvo pripažintas Hablo kosminio teleskopo įpėdiniu. Su ja astronomai tikisi pažvelgti į laiką, kai visatai buvo tik 200 milijonų metų, ir pamatyti pirmąsias žvaigždes ir galaktikas. Pagrindinis mokslininkas, vadovaujantis šiam projektui, yra daktaras Johnas Matheris, 2006 m. Nobelio fizikos premijos gavėjas už darbą su „Cosmic Background Explorer“ (COBE), kuris išmatavo juodo kūno formą ir kosminės mikrobangų fono anizotropiją.
Suprantama, kad buvome pagerbti, kai dr. Mather susisiekė su „Space Magazine“, sakydamas, kad norėtų su mumis pasikalbėti apie JWST statusą. „Aš pagalvojau, kad gali būti laikas kalbėti apie tai, ką darome“, - sakė jis, „nes pradeda veikti įdomūs dalykai“.
Žurnalas „Kosmosas“: Dr Mather, daugiau nei dešimtmetį girdime apie naujos kartos kosminį teleskopą, kuris vėliau buvo oficialiai pavadintas James Webb kosminiu teleskopu. Ar galite pasakyti, kaip atsirado šio teleskopo koncepcija?
Johnas Matheris: 1989 m., Net prieš Hablo paleidimą, buvo surengta konferencija apie tai, koks turėtų būti kitas kosminis teleskopas. Jie aptarė puikius ateities teleskopus ir iš pranešimų, išleido knygą. Bet jie tikrai nemanė, kad infraraudonieji spinduliai buvo didžioji ateities banga. Tada, 1993 m., Buvo komitetas, pavadintas HST ir už jos ribų. 1996 m. Jie paskelbė puikų pranešimą, kuriame sakoma, kad reikia padaryti du svarbius dalykus. Vienas iš jų buvo pastatytas infraraudonųjų spindulių teleskopas, skirtingai nei buvo pasakyta ankstesnėje knygoje, o kitas - pastatyti teleskopą, kad būtų galima ieškoti į Žemę panašių planetų. Tuo metu astronomai kaip tik suprato, kad įmanoma ieškoti ekstrasoliarių planetų. Taigi 1995 m. Spalio mėn. NASA būstinė iškvietė mane, pateikė man sąrašą mokslininkų ir inžinierių, su kuriais reikia susisiekti, ir pasakė, kad pradeda planuoti. Taigi mes padarėme ir iškart pasiekėme puikų minčių ir nuomonių suartėjimą. Greitai sutarėme dėl koncepcijos, tenkinančios mokslo bendruomenės norus ir patenkančios į NASA siekius. Pamatysite, kad teleskopas, į kurį tada norėjome skristi, yra labai panašus į tą, kuriuo skrisime 2013 m.
UT: Ar galite mums pranešti apie JWST būklę dabar?
Mather: Skrydžio prietaisų aparatūra bus pristatyta iš viso pasaulio 2010 m. Vasarą. Puikus orientavimo jutiklis yra iš Kanados, pusantro prietaisų paketų - iš Europos, o likusi dalis - iš JAV. Taigi, po 18 mėnesių instrumentų paketas pradeda vykti kartu, o po maždaug metų jis susitinka su teleskopu. Keturi mokslo prietaisai yra artimoji infraraudonųjų spindulių kamera, beveik infraraudonųjų spindulių daugiaobjektyvinis spektrografas, vidutinės infraraudonosios spinduliuotės instrumentas ir sureguliuojamas filtrų vaizduoklis.
Ką tik apžiūrėjome instrumentų modulio „Kritinis dizainas“ apžvalgą. Praėjusią savaitę šimtai žmonių atėjo apžiūrėti visko ir pasakyti, ar mes elgiamės teisingai. Manau, kad praėjome, nors dar nebuvau mačiusi oficialių dokumentų. Bet net buvau sužavėtas.
UT: Daugelis žmonių man užduoda klausimą, kadangi „Hubble“ buvo toks sėkmingas, kodėl JWST netaps optiniu teleskopu?
Mather: Kodėl komitetas pasikeitė iš optinio į infraraudonąjį? Tai buvo dvejopai. Viena buvo ta, kad Hablas pasidarė toks geras, jie matė, kad bus sunku jį įveikti, kad ir koks didelis būtų teleskopas. Kitas įvykis buvo tas, kad žmonės matė, kaip jūs galite ant žemės pastatyti didelius optinius teleskopus. Kecko teleskopas veikė tikrai gerai, ir žmonės pradėjo kalbėti apie adaptyviąją optiką, o tai reiškė, kad verta naudoti dar didesnius teleskopus ant žemės. Taigi šie du dalykai nukreipė mus į infraraudonųjų spindulių teleskopą. Taip pat visi JWST mokslininkai teigė, kad mums reikia infraraudonųjų spindulių. Iš to, kiek tuo metu turėjome nedaug galimybių, infraraudonieji spinduliai buvo žavūs, nes tolimiausia visata yra jaudinanti ir raudonai nukreipta nuo matomo. Jis prasideda ultravioletiniu spinduliu ir tampa infraraudonuoju spinduliu dėl didelių šių objektų atstumų ir didžiulės raudonos poslinkio. Taigi, jei norite atlikti ultravioletinių spindulių astronomiją beveik visatos krašte, jums reikia infraraudonųjų spindulių teleskopo.
UT: Dabar, kai infraraudonųjų spindulių „Spitzer“ kosminis teleskopas veikia ir veikia taip gerai, ar tai pakeitė kieno nors mintį, ar dėl to mokslininkai nori pereiti į kitą lygį su infraraudonaisiais spinduliais?
Mather: Taip, Špiceris įrodė, kad tai iš tikrųjų žavi teritorija. „Spitzer“ iš tikrųjų yra mažai nuobodus teleskopas pagal šiuolaikinius standartus; jis yra tik 3 pėdų pločio, 85 cm. Tačiau tai pateikė keletą stulbinamų staigmenų. Jie gali pamatyti dalykus labai, labai ryškiai raudonai, ir nė vienas iš jų nebuvo tikimasi. Taigi infraraudonųjų spindulių ryšys rodo, kur bus nuostabūs atradimai. Dabar mes žinome, kad galime naudoti šią technologiją, todėl įsigykime geresnį teleskopą. Mokslas yra labai įdomus ir įdomus, todėl jo laukia be galo daug.
UT: Jūsų nuomone, kas JWST skirsis nuo ankstesnių kosminių teleskopų?
Mather: Kiekvienas teleskopas sako: „Aš geresnis už mane priešais“, ir mes sakome tą patį. Šis teleskopas, be abejo, matys tolimesnį laiką su savo infraraudonųjų spindulių galimybe ir didžiuliu diafragma; pro dulkių debesis matysis, kur gimsta žvaigždės; tai pamatys kambario temperatūros dalykus, tokius kaip jūs ir aš, planetas ar gimusias jaunas žvaigždes. Visi šie dalykai gali būti tiesiogiai matomi naudojant infraraudonųjų spindulių ryšį, kurį turime šiame naujajame teleskope. Didžioji darbo dalis bus atliekama infraraudonųjų spindulių pagalba, kai kurios galimybės bus matomos.
Bet mes sukūrėme bendrosios paskirties teleskopą. Po paleidimo mokslininkai gali rašyti pasiūlymus, susijusius su Hablu, ką jie norėtų pastebėti, kad galėtų stebėti, kokia aktuali tema tuo metu yra.
UT: Kaip pritaikėte JWST, turėdami patirties su COBE ir vėlesnius apdovanojimus, kuriuos gavote?
Mather: Mano pagyrimai paveikė ne tiek pagyrimus, kiek tai, kad nuo pat pradžių iki pat pabaigos buvau patyręs labai radikaliai sukurtą observatoriją, kuri buvo COBE, ir tai mane paskatino susimąstyti daiktai. Taigi, kai NASA būstinė pasakė, kad nori „Hablo“ įpėdinio, maniau, kad tai bus įdomu, ir turėjau pakankamai nervų pasakyti „taip“, norėčiau tai išbandyti. COBE tuo metu buvo labai ambicingas, tačiau pakankamai mažas, kad aš inžinierių pažinojau asmeniškai ir bet kada galėjau su jais kalbėti apie bet ką. Taigi pamaniau, kad galėčiau pereiti prie didesnio projekto.
UT: O dabar jūs dirbate su žmonėmis iš viso pasaulio?
Mather: Taip, tai yra didžiulis sandoris. Mūsų mokslo komandą sudaro apie 19 žmonių iš Europos, JAV ir Kanados. Inžinerijos komandą sudaro daugiau nei 2000 žmonių, kurie yra pasiskirstę visame pasaulyje. Aišku, aš nežinau jų visų. Aš glaudžiausiai bendradarbiauju su mokslininkais ir kalbu su jais apie tai, ką norime pasiekti, ir įsitikinu, kad tai darome. Taigi dabar turiu kitokį vaidmenį. Neturiu jokios atsakomybės už bet kokią techninę įrangą, tačiau bendradarbiauju su žmonėmis, kurie tai daro. Mes turime prieigą prie geriausių pasaulio žmonių kiekviena tema.
UT: Ar galite kalbėti apie problemas, kurias šis teleskopas turėjo įveikti, išlaidų viršijimą ir vėlavimus?
Mather: Visų pirma, išlaidų viršijimas nėra toks didelis, kokį vaizduoja kai kurie žmonės, norintys pinigų savo projekto idėjoms. Iš pradžių Danas Goldinas, kai mes pradėjome, buvo NASA vadovas. Jis sakė: „Mes norime, kad jūs sugalvotumėte būdą, kaip padaryti šią observatoriją už pusę milijardo dolerių 1996 m.“. Sakėme, kad bandysime. Tačiau greitai supratome, kad tai padaryti bus sunku. Tuo metu, kai mes pasiruošėme jį pristatyti 2000 m. Dekadaliniam tyrimui, kaina buvo panašesnė į vieną milijardą dolerių. Tuomet prieš trejus metus pamatėme, kad darbas tampa vis sunkesnis, ir mes turime persiplanuoti ir persigalvoti. Jei skaičiuoti visas NASA sąnaudas nuo 1995 m. Pradžios iki pabaigos, kažkur po 2019 m. Su infliacija ir valstybės tarnautojais (kurių mes anksčiau neskaičiavome), tai dabar yra maždaug 4,5 milijardo JAV dolerių realiais realiais doleriais, o ne 1996 doleriais. Taigi išlaidos didėja, tačiau mums labai pasisekė ir mes einame į priekį išleisdami šią nuostabią mašiną, kurią naudos tūkstančiai astronomų. Niekada nereikėjo keisti savo plano ar bendro biudžeto per trejus metus dėl nuolatinio NASA būstinės vadovavimo ir puikių komandų techninio darbo.
UT: Tai gera žinoti. Manau, kad žmonės turi bendrą idėją, kad JWST viršijo dideles išlaidas.
Mather: Na, tai nėra kažkas maža, ir mes norime, kad galėtume padaryti geriau. Bet tai yra dviejų augimo faktorių, o ne penkių faktorių, kurį reklamuoja kai kurie žmonės, kurie turėtų geriau žinoti. Šis teleskopas veiks ilgai. Reikalavimas yra penkeri metai, bet mes tikimės, kad jį įgyvendinsime dešimt. Taigi mūsų projektas trunka nuo 1995 m. Iki 2024 m., Kai baigsis operacijos.
Leiskite man pateikti jums keletą idėjų, ką mums reikėjo padaryti, norint pasiruošti, ir to, ką mes visą laiką išgyvenome. Mes sukūrėme dešimties svarbiausių reikalingų technologijų sąrašą. Sunkiausia buvo sukurti veidrodžius. Tam prireikė dvylikos skirtingų sutarčių, kad konkurentai galėtų išsivystyti ten, kur jų dizainas buvo pakankamai geras, taigi prireikė nemažai metų. Detektorius aiškiai turėjo būti patobulinti, palyginti su tuo, ką turime „Spitzer“ ir „Hablo“ teleskopuose. Taigi dabar turime didesnių ir geresnių detektorių, ir jie yra pasakiški. Vienas matas, kurį turi astronomai, yra tai, kiek pasklidusių elektronų jūs gaunate iš detektorių. Jei uždarysite visą šviesą, turėtumėte gauti nulį. Dabar turime detektorių, kurie išskiria keletą pasklidusių elektronų per pikselį per valandą, o tai yra beveik tobula. Būtų gerai, kad būtų dar geriau, bet tai yra pasaku. Aš sužavėtas.
Mums reikėjo patobulinti šaldytuvų erdvę. Pradėjome sakyti, kad turime įsigyti radiatyviai aušinamą teleskopą, kad jis pats būtų pakankamai kietas, ir tai yra tiesa. Tačiau paaiškėja, kad mums vis dar reikia aktyvaus šaldytuvo, kad ilgiausio bangos ilgio detektoriai būtų šalti, todėl mes turėjome tą sukurti.
Taigi, tai tik keletas dalykų, kuriuos turėjome suprojektuoti, ir visa technologijos plėtra buvo galutinai baigta 2007 m. Ir sulaukė peržiūros komisijos patvirtinimo, kuris pasakė: „Taip, tie dalykai pagaliau paruošti dabar.“
Taigi tik 2007 m. Buvo ilgas laikas ir nemanau, kad žmonės iš tikrųjų įvertino tai, ko reikia norint paruošti naujas technologijas. Kita vertus, mes buvome palaiminti, kad nereikėjo „kurti atsarginių kopijų“. Mes įdėjome pakankamai planavimo ir pastangų šioms technologijoms, kurios veikia dabar. Tai buvo vienas iš dalykų, ko mes sužinojome iš „Hablo“ projekto, ty nebaigkite savo projekto, kol nesužinosite, ką ketinate sukurti.
UT: O kaip jūsų testavimo procesas. Ar tai gana griežta?
Mather: Tai dar viena pamoka, kurią turėjome išmokti iš Hablo. Jei nepatikrinsite, jis neveiks. Mes išmokome labai ryžtingą ir griežtą procesą. Jie atliko pakankamai „Hablo“ bandymų, kuriuos galėjo žinoti apie veidrodžio fokusavimo problemas. Veidrodžių gamintojas turėjo du bandymus, kurie nesutiko, ir jie nusprendė ignoruoti vieną iš jų, užuot išsiaiškinę priežastį, ir tai pasirodė esą kvaila ir brangu.
Mes turime apibendrinimą, kad jei kas nors tikrai svarbu, darykite tai du kartus. Mes iš tikrųjų išbandysime teleskopą dideliame vakuuminiame rezervuare, esančiame Johnsono kosmoso centre. Taigi tai bus plataus masto „nuo pradžios iki galo“, „šviesos nuo pradžios“, „nuo šviesos iki pabaigos“ tipo bandymas, ko jie negalėjo padaryti „Hubble“. Bet jie žinojo, kad gali pataisyti Hablo kosminėje erdvėje, ir mes žinome, kad negalime pataisyti JWST, nes teleskopas bus L-2 taške, maždaug 1,5 milijono kilometrų atstumu nuo Žemės, kuris yra maždaug keturis kartus toliau nuo Žemė nei Mėnulis.
Tai sudėtingas projektas, tačiau mūsų požiūris į sudėtingo projekto įgyvendinimą kardinaliai skiriasi nuo tada, kai buvau jaunas felleris. Kai nuvykau čia pas Goddardą, mes naudojome pieštukus ir skaidrių taisykles, o kompiuteriai buvo gana nauji ir dauguma žmonių jų neturėjo. Dabar visur turime kompiuterius, kurie stebi mūsų dokumentus. Mes galime atlikti sistemų inžineriją ir netgi atlikti labai tikslius, pilnus modeliavimus, kad sužinotume, ar kažkas derės kartu ir veiks prieš mums net statant. Taigi pasaulis pasikeitė ir tai yra nuostabus dalykas. Todėl dabar mes galime pastatyti šią observatoriją už tokias pačias realias išlaidas, kiek prireikė, kad „Hablas“ būtų paleistas ir veiktų. Bet JWST yra daug didesnis ir galingesnis.
UT: Ar galite papasakoti apie JWST veidrodžio dizainą?
Mather: Sunkiausias dalykas buvo pastatyti veidrodį, nes mums reikėjo kažko, kas yra daug didesnis nei Hablas. Bet jūs negalite pakelti tokio didelio ar tilpti į raketą, todėl jums reikia kažko, kuris būtų lengvesnis, bet vis dėlto didesnis, todėl jis turi turėti galimybę sulankstyti.
Veidrodis pagamintas iš lengvo berilio, jame yra 18 šešiakampių segmentų. Teleskopas sulankstytas kaip drugelis savo chrizalyje ir turės jį visiškai atsisakyti. Tai gana sudėtingas procesas, kuris užtruks daug valandų. Teleskopas yra didžiulis, 6,5 metro (21 pėdos), todėl jis yra gana įspūdingas.
Saulės skydas yra visiškai naujas, ir jį taip pat teks diegti. Taigi, tai, kas buvo suvyniota į mažą cilindrą, santykinai tampa milžinišku skydu, maždaug tokiu dideliu kaip teniso kortai. Jis milžiniškas. Visa tai vyksta keliais etapais ir truks kelias dienas. Mes pasamdėme įmonę „Northrop Grumman“, kuri turėjo patirties, kaip atskleisti daiktus kosmose, ir jie sako, kad tai tikrai nėra pats sudėtingiausias dalykas, kurį jie atskleidė kosmose, ir tai teikia vilčių.
Vaizdo įrašas apie JWST dislokavimą kosmose:
UT: Ar buvo kokių diskusijų apie pirmąją šviesą ir ką JWST pažvelgs iš pradžių?
Mather: Taip truputį. Tai bus smagi dalis, kai susitvarkysime daiktą.
UT: Ar turite kokių nors mėgstamų pasiūlymų?
Mather: Manau, turėtume pradėti nuo lengvų tikslų, kurie bus gana gražūs ir leis visuomenei pasakyti: „O, aš matau, kad jis veikia!“ Kai kuriuos pirmuosius pastebėjimus galime atlikti statant teleskopą, net prieš tai visiškai nesureguliavę. Kadangi jis paleistas po paleidimo ir veidrodis iš pradžių nėra arti tinkamos formos, mes palaipsniui to darysime. Kolorade, „Boulder“, „Ball Aerospace“ yra bandymo modelis, kuriame mes praktikuojame padėdami 18 veidrodžio segmentų į savo vietą. Kiekviename segmente yra 7 varikliai, skirti valdyti padėtį ir kreivumą, todėl turime repetuoti šį.
Tai yra kažkas, ko jie negalėjo padaryti su Hablu. Jie norėjo, kad galėtų, ir tai turėjo variklius, tačiau jie negalėjo pakankamai stipriai pastumti. Tai įdomi istorija. Iš Hablo sužinojome, kaip pataisyti optiką atsižvelgiant į gaunamus vaizdus, todėl mes tai darome pagal paskirtį šiam teleskopui.
UT: Buvo keletas ginčų dėl to, kaip JWST bus paleista.
Mather: Nunešime teleskopą į Prancūzijos Gvianą ir įkelsime į ten esančią raketą. ESA perka mums paleidimo transporto priemonę; tai „Ariane 5“ raketa, komercinis produktas iš Europos, ir pastaruoju metu jie buvo gerai eksploatuojami, todėl yra labai patikimi.
Natūralu, kad tai sukėlė daug ginčų. Net jei Europa mums duotų paleidimo priemonę, taip sakant, čia buvo žmonių, kurie nenorėjo jos priimti. Priimti štabą prireikė dvejų metų. Tai mums kainavo pinigus. Vienintelė priežastis, dėl kurios ji buvo priimta, buvo ta, kad mes turime naują administratorių, kuris jį priims. Tai buvo Mike'as Griffinas, todėl noriu pasakyti: „labai ačiū Mike'ui Griffinui!“
UT: Jūsų komandai dar yra daug ką nuveikti iki 2013 m., Kuri greičiausiai bus čia, kol apie ją nesužinosite!
Mather: Taip, aš žinau. Jau praėjo 13 metų, kai NASA susisiekė su manimi dėl šio klausimo, tačiau dabar pabaiga artėja greitai. Viską sudėjus, mūsų laukia daugybė techninių iššūkių. Mes dar nepakankamai nuvykę, kad sužinotume, kiek dalykų mes sulaužėme ar kiek padarėme klaidų, bet aš manau, kad mums yra gana gerai juos išsiaiškinti prieš juos padarant.
Bus labai įdomu pirmą kartą sudėti įrangą. Turime gabalus, nuotrauką turime dėžutėje, kad parodytume, kur jie eina, ir netrukus turėsime įrodyti, kad jie veikia kartu, ar ne. Kai gausime visas detales čia, Goddard'e, jos visos bus išbandytos atskirai, todėl manoma, kad jos puikiai žais kartu. Bet gamta nemėgsta arogancijos, todėl mes turime išbandyti visą dalyką nuo pradžios iki pabaigos, kaip ir naudosime jį skrydžio metu. Surinkę jį čia, nuvešime į Johnsono kosminių skrydžių centrą ir įdėsime į ten esantį milžinišką vakuuminį baką. Tai bus nepaprastas procesas.
UT: Labai ačiū, kad kalbėtės su mumis.
Mather: Tai buvo smagu. Man patinka pasakoti savo istoriją ir džiaugiuosi, kad norite papasakoti ją kartu su mumis. Galvojau, kad jau laikas kalbėti apie tai, ką darome, nes pradeda jaudintis įdomūs dalykai. Vyksta nuostabūs dalykai. Dabar turime Keplerio observatoriją ir tikimės, kad jie suras saujelę į Žemę panašių planetų, kurias galime susekti, ir atidžiau pažvelgsime į jas.
