Teleskop Angkasa James Webb (JWST) adalah teleskop "generasi akan datang" yang dinanti-nantikan dan ditunggu-tunggu. Dirancangkan untuk pelancaran di 2013 Oktober 2018, JWST disebut-sebut sebagai penerus Teleskop Angkasa Hubble. Dengan itu, para astronom berharap dapat melihat kembali masa ketika alam semesta baru berusia 200 juta tahun, dan melihat bintang dan galaksi pertama. Saintis utama yang membimbing projek ini ialah Dr. John Mather, penerima bersama Hadiah Nobel Fizik 2006 untuk karyanya dengan Cosmic Background Explorer (COBE), yang mengukur bentuk badan hitam dan anisotropi latar belakang gelombang mikro kosmik.
Kami merasa terhormat apabila Dr. Mather menghubungi Space Magazine, mengatakan bahawa dia ingin bercakap dengan kami mengenai status JWST. "Saya rasa mungkin sudah waktunya untuk membicarakan apa yang sedang kita lakukan," katanya, "kerana perkara-perkara menarik mulai terjadi."
Majalah Angkasa: Dr. Mather, selama lebih dari satu dekad kita telah mendengar tentang Teleskop Angkasa Generasi Seterusnya, yang kemudian secara resmi diberi nama Teleskop Angkasa James Webb. Bolehkah anda memberitahu kami bagaimana konsep teleskop ini bermula?
John Mather: Pada tahun 1989, bahkan sebelum Hubble dilancarkan, sebuah persidangan diadakan mengenai bagaimana teleskop ruang angkasa seterusnya. Mereka membincangkan teleskop masa depan yang hebat dan dari prosiding, menerbitkan buku. Tetapi mereka sebenarnya tidak menganggap bahawa inframerah adalah gelombang masa depan yang hebat. Kemudian, pada tahun 1993, terdapat sebuah jawatankuasa bernama HST dan Beyond. Mereka menerbitkan laporan kecil yang indah pada tahun 1996 yang mengatakan bahawa ada dua perkara penting yang harus dilakukan. Salah satunya ialah membangun teleskop inframerah, tidak seperti yang dikatakan oleh buku sebelumnya, dan yang lain adalah membangun teleskop untuk mencari planet-planet seperti Bumi. Pada ketika itu, para astronom hanya menyedari bahawa mencari planet luar angkasa adalah mungkin. Jadi pada bulan Oktober 1995, Ibu Pejabat NASA memanggil saya, memberi saya senarai saintis dan jurutera untuk dihubungi dan dikatakan mula merancang. Oleh itu, kami berjaya, dan kami segera menemui percanggahan pemikiran dan pendapat yang luar biasa. Kami dengan cepat menyetujui konsep yang memenuhi kehendak komuniti saintifik dan memenuhi cita-cita NASA. Anda akan dapati bahawa teleskop yang ingin kita terbang ketika itu sangat serupa dengan teleskop yang akan kita terbang pada tahun 2013.
UT: Bolehkah anda memberi kami maklumat terkini mengenai status JWST sekarang?
Mather: Perkakasan instrumen penerbangan akan datang dari seluruh dunia pada musim panas 2010. Sensor panduan yang baik berasal dari Kanada, satu setengah pakej instrumen berasal dari Eropah dan selebihnya berasal dari AS. Jadi, dalam 18 bulan pakej instrumen mula berjalan bersama, dan kemudian ia bertemu dengan teleskop sekitar setahun kemudian. Keempat instrumen sains itu adalah kamera inframerah dekat, spektrograf multi-objek dekat inframerah, instrumen inframerah pertengahan, dan pencitraan penapis yang dapat disesuaikan.
Kami baru sahaja melalui tinjauan Reka Bentuk Kritikal untuk modul instrumen. Minggu lalu kami mempunyai ratusan orang datang untuk melihat segala sesuatu dan memberitahu kami jika kami melakukannya dengan betul. Saya rasa kami sudah lulus, walaupun saya belum melihat dokumen rasmi. Tetapi saya kagum.
UT: Soalan yang banyak orang tanyakan kepada saya adalah, kerana Hubble begitu berjaya, mengapa JWST tidak akan menjadi teleskop optik?
Mather: Mengapa panitia berubah dari optik menjadi inframerah? Ia dua kali ganda. Salah satunya adalah bahawa Hubble menjadi sangat baik, mereka dapat melihatnya sukar untuk mengalahkannya, tidak kira seberapa besar anda membina teleskop. Perkara lain yang berlaku ialah orang melihat anda boleh membina teleskop optik besar di tanah. Teleskop Keck berfungsi dengan sangat baik, dan orang-orang mulai berbicara mengenai optik adaptif, yang bermaksud teleskop yang lebih besar di tanah berharga. Oleh itu, dua perkara itu menunjuk kita ke arah teleskop inframerah. Juga semua saintis JWST mengatakan bahawa kita memerlukan inframerah. Dari kemampuan kecil yang kita miliki pada masa itu, inframerah menarik, mendapati bahawa alam semesta yang paling jauh menarik dan berubah merah dari yang kelihatan. Ia bermula dengan sinar ultraviolet dan menjadi inframerah kerana jarak besar objek ini dan pergeseran merah besar yang mereka miliki. Oleh itu, jika anda ingin melakukan astronomi ultraviolet di hampir semesta, anda memerlukan teleskop inframerah.
UT: Teleskop Spitzer Inframerah inframerah beroperasi dengan baik, apakah itu mengubah pemikiran siapa pun, atau apakah itu membuat para saintis ingin pergi ke tahap seterusnya dengan inframerah?
Mather: Ya, Spitzer telah membuktikan bahawa ini sebenarnya wilayah yang menarik. Spitzer sebenarnya adalah teleskop kecil menurut standard moden; lebarnya hanya 3 kaki, 85 cm. Tetapi ia menghasilkan beberapa kejutan yang mengejutkan. Mereka dapat melihat pergeseran merah yang sangat tinggi, dan tidak ada yang diharapkan. Jadi, yang memberitahu kita inframerah adalah di mana penemuan indah akan berada. Kita sekarang tahu bahawa kita dapat melakukan teknologi, jadi mari kita dapatkan teleskop yang lebih baik. Ilmu pengetahuannya sangat menarik, dan terdapat banyak perkara di luar sana yang menunggu untuk ditemui.
UT: Pada pendapat anda, apa yang akan membezakan JWST daripada teleskop ruang angkasa sebelumnya?
Mather: Setiap teleskop mengatakan, "Saya lebih baik daripada yang sebelumnya," dan kami mengatakan hal yang sama. Sudah tentu, teleskop ini akan melihat masa yang lebih jauh dengan keupayaan inframerah dan bukaannya yang besar; ia akan melihat melalui awan debu untuk melihat di mana bintang dilahirkan; ia akan melihat perkara-perkara yang bersuhu bilik, seperti anda dan saya, planet, atau bintang muda yang dilahirkan. Semua perkara itu dapat dilihat secara langsung dengan kemampuan inframerah yang ada pada teleskop baru ini. Sebilangan besar kerja akan dilakukan dalam inframerah, dengan beberapa kemampuan dalam jarak yang dapat dilihat.
Tetapi kami telah membina teleskop tujuan umum. Selepas pelancaran, para saintis dapat menulis proposal seperti yang mereka lakukan untuk Hubble, untuk apa yang ingin mereka amati, sehingga mereka dapat melihat apa sahaja topik hangat pada waktu itu.
UT: Dengan pengalaman anda dengan COBE dan penghormatan seterusnya yang anda terima, bagaimana anda menerapkannya di JWST?
Mather: Bukan begitu banyak penghormatan yang mempengaruhi hidup saya, itu adalah fakta bahawa saya telah melalui proses dari awal hingga akhir untuk sebuah balai cerap yang dirancang secara radikal, yang COBE, yang memberi saya keberanian untuk berfikir besar perkara. Oleh itu, ketika Ibu Pejabat NASA mengatakan bahawa mereka mahukan pengganti Hubble, saya fikir itu akan menarik, dan saya cukup berani untuk mengatakan ya, saya ingin mencubanya. COBE sangat bercita-cita tinggi buat masa ini, tetapi cukup kecil sehingga saya mengenali jurutera secara peribadi dan saya boleh bercakap dengan mereka setiap hari mengenai apa sahaja. Jadi saya fikir saya boleh lulus ke projek yang lebih besar.
UT: Dan sekarang anda bekerjasama dengan orang dari seluruh dunia?
Mather: Ya, ini adalah masalah besar. Pasukan sains kami adalah sekitar 19 orang, dari Eropah, AS dan Kanada. Pasukan kejuruteraan adalah lebih daripada 2,000 orang yang tersebar di seluruh dunia. Jelas, saya tidak tahu semuanya. Saya bekerjasama dengan para saintis dan bercakap dengan mereka mengenai apa yang ingin kita capai, dan memastikan bahawa kita berjaya melakukannya. Oleh itu, saya mempunyai peranan yang berbeza sekarang. Saya tidak mempunyai tanggungjawab langsung untuk sebarang perkakasan, tetapi saya bekerjasama dengan orang yang melakukannya. Kami mempunyai akses kepada beberapa orang terbaik di dunia dalam setiap topik.
UT: Bolehkah anda membincangkan masalah yang harus diatasi oleh teleskop ini, kos yang berlebihan dan kelewatan yang ditanggungnya?
Mather: Yang pertama, kosnya tidak besar seperti yang digambarkan oleh beberapa orang yang menginginkan wang untuk idea projek mereka sendiri. Pada asalnya Dan Goldin adalah ketua NASA ketika kami mulai, dan dia berkata, "Kami ingin anda memikirkan cara untuk melakukan observatorium ini dengan harga setengah miliar dolar pada tahun 1996 dolar." Kami berkata kami akan mencuba. Tetapi kami dengan cepat menyedari bahawa pembinaan ini akan menjadi sukar. Pada saat kami bersiap untuk menyampaikannya pada tinjauan dekad pada tahun 2000, harganya lebih seperti satu miliar dolar. Kemudian, tiga tahun yang lalu, kami melihat bahawa pekerjaan itu semakin sukar dan kami harus melakukan penambahan dan penambahbaikan. Sekarang, jika anda menghitung keseluruhan kos NASA dari awal tahun 1995 hingga akhir, di suatu tempat selepas 2019 dengan inflasi dan penjawat awam (yang tidak kita hitung sebelumnya) sekarang kira-kira $ 4.5 bilion dolar sebenar, bukan dolar 1996. Oleh itu, terdapat peningkatan kos, tetapi kita berjaya dengan baik dan kita berada di landasan yang tepat untuk melancarkan mesin hebat ini, yang akan digunakan oleh ribuan ahli astronomi. Dan kami tidak perlu mengubah rancangan atau anggaran keseluruhan kami dalam tiga tahun, berkat kepimpinan yang mantap dari Ibu Pejabat NASA dan kerja teknikal yang cemerlang oleh pasukan.
UT: Itu bagus untuk diketahui. Saya fikir orang mempunyai konsep umum bahawa JWST mempunyai kos yang besar.
Mather: Bukan sesuatu yang kecil, dan kami berharap kami dapat melakukannya dengan lebih baik. Tetapi ini mengenai faktor dua pertumbuhan, dan bukan faktor lima yang telah diiklankan oleh beberapa orang yang semestinya lebih tahu. Teleskop ini akan berfungsi untuk masa yang lama. Syaratnya adalah lima tahun, tetapi kami berharap dapat menjalankannya selama sepuluh tahun. Oleh itu, projek kami bermula dari tahun 1995 hingga mungkin 2024 ketika operasi akan berakhir.
Izinkan saya memberi anda idea tentang apa yang perlu kita lakukan untuk bersiap sedia dan apa yang telah kita lakukan selama ini. Kami mengembangkan senarai sepuluh teknologi utama yang kami perlukan. Perkara yang paling sukar ialah mengembangkan cermin. Itu memerlukan dua belas kontrak yang berbeza hanya untuk mengembangkan pesaing di mana reka bentuk mereka cukup baik, sehingga memerlukan beberapa tahun. Pengesannya jelas harus diperbaiki daripada apa yang kita miliki di teleskop Spitzer dan Hubble. Jadi sekarang kita mempunyai pengesan yang lebih besar dan lebih baik, dan mereka hebat. Satu ukuran ahli astronomi adalah berapa banyak elektron sesat yang anda dapat dari pengesan. Sekiranya anda menutup semua lampu, anda akan mendapat sifar. Kita sekarang mempunyai alat pengesan yang mengeluarkan beberapa elektron sesat per piksel per jam, yang hampir sempurna. Akan lebih baik untuk menjadi lebih baik, tetapi ini luar biasa. Saya kagum.
Kita perlu memperbaiki peti sejuk di ruang angkasa. Kami mula mengatakan bahawa kami perlu mendapatkan teleskop yang disejukkan secara radiasi supaya cukup sejuk dengan sendirinya, dan itu benar. Tetapi ternyata kita masih memerlukan peti sejuk aktif untuk memastikan pendingin panjang gelombang terpanjang tetap sejuk, jadi kita harus mengembangkannya.
Jadi, itu adalah beberapa perkara yang harus kita rancang, dan semua perkembangan teknologi akhirnya selesai pada tahun 2007 dan lulus persetujuan lembaga kajian, yang berkata, "Ya, perkara-perkara itu akhirnya siap sekarang untuk dibina."
Oleh itu, hanya untuk mencapai tahun 2007 adalah masa yang lama, dan saya rasa orang tidak begitu menghargai apa yang diperlukan untuk menyiapkan teknologi baru. Sebaliknya, kita diberkati kerana tidak perlu "membuat sandaran." Kami meletakkan cukup banyak perancangan dan usaha ke dalam teknologi ini yang mereka gunakan sekarang. Itu adalah salah satu perkara yang kami pelajari dari projek Hubble, iaitu, jangan menyelesaikan reka bentuk anda sehingga anda tahu apa yang sepatutnya anda bina.
UT: Bagaimana dengan proses ujian anda. Adakah ia cukup ketat?
Mather: Itulah pelajaran lain yang harus kita pelajari dari Hubble. Sekiranya anda tidak mengujinya, ia tidak akan berjaya. Kami telah belajar untuk menjalani proses yang sangat tekun dan ketat. Mereka melakukan ujian yang cukup di Hubble sehingga mereka dapat mengetahui masalah fokus cermin. Pembuat cermin mempunyai dua ujian yang tidak setuju dan mereka memutuskan untuk mengabaikan salah satu daripada mereka daripada mengesan alasannya, dan itu ternyata bodoh dan mahal.
Kami mempunyai generalisasi bahawa jika ada yang penting, lakukan dua kali. Kami benar-benar akan menguji sejuk teleskop di tangki vakum besar di Johnson Space Center. Oleh itu, ini akan menjadi ujian "akhir-ke-awal-awal, ringan-di-akhir-akhir 'skala-akhir-akhir, sesuatu yang tidak dapat mereka lakukan untuk Hubble. Tetapi mereka tahu bahawa mereka boleh memperbaiki Hubble di angkasa, dan kita tahu kita tidak dapat memperbaiki JWST, kerana teleskop akan berada di titik L-2, sekitar 1.5 juta kilometer dari Bumi, yang terletak sekitar empat kali lebih jauh dari Bumi daripada Bulan.
Ini adalah projek yang rumit, tetapi pendekatan kami untuk melakukan projek yang rumit berbeza secara dramatik dari ketika saya masih kecil. Semasa saya sampai di Goddard, kami menggunakan pensil dan peraturan slaid, dan komputer agak baru dan kebanyakan orang tidak memilikinya. Sekarang kita mempunyai komputer di mana-mana yang memantau dokumen kita. Kami boleh membuat kejuruteraan sistem, dan bahkan dapat membuat simulasi yang sangat tepat dan lengkap untuk mengetahui sama ada sesuatu akan sesuai dan berfungsi sebelum kita membuatnya. Jadi dunia telah berubah, dan ini adalah sesuatu yang indah untuk dilihat. Oleh itu, inilah sebabnya kita sekarang dapat membina balai cerap ini dengan kos sebenar yang sama dengan yang diperlukan untuk menjadikan Hubble dilancarkan dan berfungsi. Tetapi JWST jauh lebih besar dan lebih hebat.
UT: Bolehkah anda memberitahu kami mengenai reka bentuk cermin untuk JWST?
Mather: Perkara paling sukar untuk dibina adalah cermin, kerana kami memerlukan sesuatu yang jauh lebih besar daripada Hubble. Tetapi anda tidak mungkin mengangkat sesuatu yang besar atau memasukkannya ke roket, jadi anda memerlukan sesuatu yang lebih ringan tetapi tetap lebih besar, sehingga harus memiliki kemampuan untuk melipat.
Cermin dibuat dari berilium ringan, dan mempunyai 18 segmen heksagon. Teleskop dilipat seperti rama-rama di chrysalisnya dan harus melepaskannya sepenuhnya. Ini adalah proses yang agak rumit yang akan memakan masa berjam-jam. Teleskopnya besar, pada ketinggian 6.5 meter (21 kaki), jadi sangat mengagumkan.
Pelindung matahari benar-benar baru, dan juga harus dipasang. Jadi, apa yang dibungkus ke dalam silinder kecil, secara relatifnya menjadi perisai raksasa sebesar gelanggang tenis. Ia sangat besar. Semua ini berlaku dalam pelbagai peringkat dan akan memakan masa beberapa hari. Kami mengupah sebuah syarikat, Northrop Grumman yang mempunyai pengalaman mengungkap hal-hal di ruang angkasa, dan mereka memberitahu kami bahawa ini bukanlah perkara paling rumit yang mereka lalui di angkasa, yang meyakinkan.
Video penggunaan JWST di ruang angkasa:
UT: Adakah terdapat perbincangan mengenai cahaya pertama dan apa yang akan dilihat oleh JWST pada mulanya?
Mather: Ya sedikit. Itu akan menjadi bahagian yang menyeronokkan setelah kita mengumpulkan perkara itu.
UT: Adakah anda mempunyai cadangan kegemaran?
Mather: Saya rasa kita harus bermula dengan sasaran mudah yang akan menjadi cantik, yang akan membolehkan orang ramai mengatakan, "Oh, saya melihat ia berfungsi!" Beberapa pemerhatian pertama dapat dilakukan ketika kita menyiapkan teleskop, bahkan sebelum disesuaikan sepenuhnya. Oleh kerana ia digunakan setelah pelancaran dan cermin tidak dekat dengan bentuk yang tepat pada awalnya, kami akan menyelesaikannya secara beransur-ansur. Terdapat model ujian di Ball Aerospace di Boulder Colorado, di mana kita boleh berlatih meletakkan 18 segmen cermin pada kedudukannya. Setiap segmen mempunyai 7 motor di atasnya untuk mengawal kedudukan dan kelengkungan, jadi kita harus melakukan latihan yang satu ini.
Ini adalah sesuatu yang tidak dapat mereka lakukan dengan Hubble. Mereka berharap mereka dapat, dan itu memang mempunyai motor tetapi mereka tidak dapat menolak dengan kuat. Itu kisah yang menarik. Kami belajar dari Hubble bagaimana membetulkan optik berdasarkan gambar yang kami peroleh, jadi kami melakukannya dengan sengaja untuk teleskop ini.
UT: Terdapat beberapa kontroversi mengenai bagaimana JWST akan dilancarkan.
Mather: Kami akan membawa teleskop ke Guyana Perancis dan memuatkannya di roket di sana. ESA membeli kenderaan pelancaran untuk kami; ini adalah roket Ariane 5, produk komersial dari Eropah dan mereka telah berjalan lancar sejak kebelakangan ini, jadi sangat dipercayai.
Sememangnya itu menimbulkan banyak kontroversi. Walaupun Eropah memberi kita kenderaan pelancaran, boleh dikatakan, ada orang di sini yang tidak mahu menerimanya. Perlu dua tahun ibu pejabat untuk menerimanya. Itu menelan belanja kita. Satu-satunya sebab ia diterima ialah kami mendapat pentadbir baru yang akan menerimanya. Itulah Mike Griffin, jadi saya ingin mengatakan, "terima kasih banyak Mike Griffin!"
UT: Pasukan anda masih banyak yang perlu dilakukan sebelum tahun 2013, yang mungkin akan berada di sini sebelum anda mengetahuinya!
Mather: Ya saya tahu. Sudah lebih 13 tahun berlalu sejak NASA menghubungi saya mengenai perkara ini, tetapi kini akhirnya tiba dengan cepat. Kami mempunyai banyak cabaran teknikal di hadapan kami dalam menyusun semuanya. Dan kita belum cukup jauh untuk mengetahui berapa banyak perkara yang kita pecahkan atau berapa banyak kesilapan yang kita buat, tetapi saya rasa kita cukup pandai mengetahuinya sebelum kita melakukannya.
Akan sangat menggembirakan untuk mengumpulkan peralatan untuk pertama kalinya. Kami mempunyai kepingan, kami mempunyai gambar di kotak untuk menunjukkan ke mana mereka pergi, dan tidak lama lagi kita dapat membuktikan bahawa mereka bekerja bersama, atau tidak. Pada saat kami menerima semua bahagian di Goddard, semuanya akan diuji secara individu, jadi mereka seharusnya bermain bersama dengan baik. Tetapi alam tidak menyukai kesombongan, jadi kita harus menguji semuanya dari awal hingga akhir, sama seperti kita akan menggunakannya dalam penerbangan. Selepas kami mengumpulkannya di sini, kami membawanya ke Johnson Spaceflight Center, dan memasukkannya ke dalam tangki vakum gergasi di sana. Itu akan menjadi proses yang luar biasa.
UT: Terima kasih banyak kerana bercakap dengan kami.
Mather: Ini sangat menyeronokkan. Saya suka menceritakan kisah saya dan saya gembira anda ingin menceritakannya kepada kami. Saya fikir mungkin sudah waktunya untuk membincangkan apa yang sedang kita lakukan kerana perkara-perkara menarik mula berlaku. Perkara-perkara megah sedang berlaku. Kami mempunyai Balai Cerap Kepler sekarang, dan mudah-mudahan mereka akan menemui sebilangan planet seperti Bumi untuk dilacak dan kita akan melihatnya dengan lebih dekat.
