Džeimsa Veba kosmiskais teleskops (JWST) ir ļoti gaidītais, ilgi gaidītais “nākamās paaudzes” teleskops. Plānots uzsākt 2006 2013 2018. gada oktobris JWST tika atzīts par Habla kosmiskā teleskopa pēcteci. Ar to astronomi cer atskatīties laikā, kad Visumam bija tikai 200 miljoni gadu, un redzēt pirmās zvaigznes un galaktikas. Vadošais zinātnieks, kurš vada šo projektu, ir doktors Džons Meters, 2006. gada Nobela fizikas balvas saņēmējs par darbu ar Kosmiskā fona pētnieku (COBE), kurš mērīja kosmiskās mikroviļņu fona melnās ķermeņa formu un anisotropiju.
Mēs saprotam, ka mēs bijām pagodināti, kad Dr. Maters sazinājās ar Space Magazine, sakot, ka viņš gribētu ar mums runāt par JWST statusu. "Es domāju, ka varētu būt laiks runāt par to, ko mēs darām," viņš sacīja, "jo sāk notikt aizraujošas lietas."
Žurnāls Kosmoss: Dr Mather, vairāk nekā desmit gadus mēs esam dzirdējuši par Nākamās paaudzes kosmisko teleskopu, kas vēlāk tika oficiāli nosaukts par Džeimsa Veba kosmisko teleskopu. Vai varat pastāstīt, kā sākās šī teleskopa koncepcija?
Džons Maiters: 1989. gadā, pat pirms Habla palaišanas, notika konference par to, kādam vajadzētu būt nākamajam kosmosa teleskopam. Viņi apsprieda lieliskos nākotnes teleskopus un no rakstu krājumiem, izdeva grāmatu. Bet viņi patiešām neuzskatīja, ka infrasarkanais ir nākotnes lielais vilnis. Tad 1993. gadā bija komiteja ar nosaukumu HST and Beyond. Viņi 1996. gadā publicēja jauku mazu ziņojumu, kurā teikts, ka ir jāveic divas svarīgas lietas. Viens bija būvēt infrasarkano staru teleskopu, atšķirībā no tā, ko teica iepriekšējā grāmata, un otrs bija būvēt teleskopu, lai meklētu Zemei līdzīgas planētas. Tajā brīdī astronomi tikai atzina, ka ir iespējama ekstrasolāru planētu meklēšana. Tā 1995. gada oktobrī NASA mītne mani izsauca, sniedza man zinātnieku un inženieru sarakstu, ar kuriem sazināties, un teica, lai sāk plānot. Tā mēs izdarījām, un mēs uzreiz nonācām pie ievērojamas domas un viedokļa saplūšanas. Mēs ātri vienojāmies par koncepciju, kas atbilda zinātniskās sabiedrības vēlmēm un nonāca NASA ambīciju lokā. Jūs atradīsit, ka teleskops, ar kuru mēs toreiz vēlējāmies lidot, ir ļoti līdzīgs tam, ar kuru mēs lidosim 2013. gadā.
UT: Vai varat mums sniegt jaunāko informāciju par JWST statusu šobrīd?
Māte: Lidojuma instrumentu aparatūra tiks piegādāta no visas pasaules 2010. gada vasarā. Smalkās vadības sensors nāk no Kanādas, pusotra instrumentu pakete nāk no Eiropas, bet pārējā - no ASV. Tātad 18 mēnešu laikā instrumentu pakete sāk iet kopā, un pēc tam aptuveni gadu vēlāk tā tiekas ar teleskopu. Četri zinātniskie instrumenti ir tuvu infrasarkano staru kamera, gandrīz infrasarkano staru objektu spektrogrāfs, vidējais infrasarkanais instruments un noskaņojams filtru attēls.
Mēs tikko pārbaudījām instrumenta moduļa kritisko dizainu. Pagājušajā nedēļā simtiem cilvēku ieradās visu apskatīt un pateikt, vai mēs rīkojamies pareizi. Es domāju, ka mēs izturējām, lai gan oficiālo dokumentu izstrādi vēl neesmu redzējis. Bet pat es biju pārsteigts.
UT: Jautājums, ko daudzi cilvēki man uzdod, ir šāds: tā kā Habls ir bijis tik veiksmīgs, kāpēc JWST nav optiskais teleskops?
Māte: Kāpēc komiteja mainījās no optiskās uz infrasarkano? Tas bija divējāds. Viens bija tas, ka Habls kļuva tik labs, viņi varēja redzēt, ka būs grūti to pārspēt neatkarīgi no tā, cik lielu jūs uzbūvējāt teleskopu. Cita lieta, kas notika, bija tā, ka cilvēki redzēja, ka jūs varat uz zemes uzbūvēt lielus optiskos teleskopus. Keka teleskops strādāja patiešām labi, un cilvēki sāka runāt par adaptīvo optiku, kas nozīmēja vēl lielākus teleskopus uz zemes. Tātad šīs divas lietas norādīja mūs uz infrasarkano teleskopu. Arī visi JWST zinātnieki teica, ka mums vajag infrasarkano savienojumu. No mazajām iespējām, kuras mums tolaik bija, infrasarkanais starojums bija aizraujošs, secinot, ka visattālākais Visums ir aizraujošs un ir sarkani nobīdīts no redzamā. Tas sākas ar ultravioleto starojumu un nokļūst infrasarkanā starojumā, ņemot vērā šo objektu lielo attālumu un milzīgo sarkano nobīdi. Tātad, ja vēlaties veikt ultravioleto astronomiju visuma gandrīz malā, jums ir nepieciešams infrasarkanais teleskops.
UT: Tagad, kad infrasarkanais Spicera kosmiskais teleskops ir izveidots un darbojas tik labi, vai tas ir mainījis kāda cilvēku prātu, vai tas liek zinātniekiem vēlēties pāriet uz nākamo līmeni ar infrasarkano staru?
Māte: Jā, Špicers ir pierādījis, ka šī faktiski ir aizraujoša teritorija. Špicers pēc mūsdienu standartiem faktiski ir mazliet nekaunīgs teleskops; tas ir tikai 3 pēdas plats, 85 cm. Bet tas ir sagādājis dažus pārsteidzošus pārsteigumus. Viņi var redzēt lietas ļoti, ļoti augstās sarkanās maiņās, un neviena no šīm lietām nebija gaidīta. Tas nozīmē, ka infrasarkanais starojums atradīs brīnišķīgos atklājumus. Tagad mēs zinām, ka varam izmantot šo tehnoloģiju, tāpēc iegūsim labāku teleskopu. Zinātne ir veids, aizraujošs, un tur ir tik daudz, kas gaida atklāšanu.
UT: Jūsuprāt, kas JWST atšķirs no iepriekšējiem kosmosa teleskopiem?
Māte: Katrs teleskops saka: “Es esmu labāks nekā tas, kurš man priekšā”, un mēs sakām to pašu. Protams, šis teleskops ar tā infrasarkano staru spējām un milzīgo diafragmu redzēs tālāku laiku; caur putekļu mākoņiem tas redzēs, kur dzimst zvaigznes; tas redzēs lietas, kas ir istabas temperatūrā, piemēram, jūs un es, planētas vai jaunas zvaigznes piedzimst. Visas šīs lietas var redzēt tieši ar infrasarkano staru iespējām, kādas mums ir uz šī jaunā teleskopa. Lielāko daļu darba veiks infrasarkanais starojums, ar zināmām iespējām redzamā diapazonā.
Bet mēs esam izveidojuši vispārēja lietojuma teleskopu. Pēc atklāšanas zinātnieki var rakstīt priekšlikumus Habla jautājumam par to, ko viņi vēlētos novērot, lai viņi varētu novērot neatkarīgi no tā laika aktuālā temata.
UT: Kā jūs to izmantojāt JWST ar savu pieredzi ar COBE un sekojošajiem saņemtajiem apbalvojumiem?
Māte: Ne tik daudz apbalvojumi ietekmēja manu dzīvi, bet fakts, ka process no paša sākuma līdz pat beigām bija ļoti radikāli izveidotā observatorijā, kas bija COBE, tas man deva nervu domāt par lielu lietas. Tāpēc, kad NASA mītne teica, ka vēlas Habla pēcteci, es domāju, ka tas būs interesanti, un man bija pietiekami daudz nervu, lai pateiktu jā, es gribētu to izmēģināt. COBE tajā laikā bija ļoti ambiciozs, taču pietiekami mazs, ka es personīgi zināju inženierus un katru dienu ar viņiem varēju parunāt par jebko. Tāpēc es domāju, ka es varētu pāriet uz lielāku projektu.
UT: Un tagad jūs strādājat ar cilvēkiem no visas pasaules?
Mather: Jā, tas ir milzīgs darījums. Mūsu zinātnes komanda sastāv no aptuveni 19 cilvēkiem no Eiropas, ASV un Kanādas. Inženieru komandā ir vairāk nekā 2000 cilvēku, kas ir izkaisīti visā pasaulē. Skaidrs, ka es tos visus nezinu. Es visciešāk sadarbojos ar zinātniekiem un runāju ar viņiem par to, ko vēlamies paveikt, un pārliecinieties, ka to arī darām. Tāpēc man tagad ir atšķirīga loma. Man nav praktiskas atbildības par jebkādu aparatūru, bet es strādāju ar cilvēkiem, kuri to dara. Mums ir pieeja dažiem no labākajiem cilvēkiem pasaulē par katru tēmu.
UT: Vai jūs varat runāt par problēmām, ar kurām šis teleskops ir nācies pārvarēt, par izmaksu pārsniegšanu un kavējumiem, kādi tam bijuši?
Māte: Pirmkārt, izmaksu pārsniegšana nav tik liela, kā to attēlo daži ļaudis, kuri vēlas naudu savām projektu idejām. Sākotnēji Dans Goldins bija NASA vadītājs, kad mēs sākām, un viņš teica: "Mēs vēlamies, lai jūs domājat par veidu, kā izveidot šo observatoriju par pusmiljardu dolāru 1996. gada dolāros." Mēs teicām, ka mēģināsim. Bet mēs ātri sapratām, ka to izveidot būs grūti. Laikā, kad mēs bijām gatavi to iesniegt 2000. gada dekadalas aptaujā, izmaksas bija vairāk kā viens miljards dolāru. Tad pirms trim gadiem mēs redzējām, ka darbs kļūst grūtāks, un mums bija jāpārplāno un jāpārdomā. Ja jūs saskaitīsit visas NASA izmaksas no 1995. gada sākuma līdz beigām, kaut kur pēc 2019. gada ar inflāciju un ierēdņiem (kurus mēs iepriekš nerēķinājām), tagad tas ir aptuveni 4,5 miljardi ASV dolāru faktiskajos reālajos dolāros, nevis 1996 dolāros. Tātad ir izmaksu pieaugums, taču mums ir bijuši lieliski panākumi un mēs ejam uz priekšu, lai uzsāktu šo brīnišķīgo mašīnu, kuru izmantos tūkstošiem astronomu. Un trīs gadu laikā mums nebija jāmaina savs plāns vai kopējais budžets, pateicoties pastāvīgajai NASA štāba vadībai un komandu lieliskajam tehniskajam darbam.
UT: Ir labi to zināt. Es domāju, ka cilvēkiem ir vispārēja koncepcija, ka JWST ir bijis milzīgs izmaksu pārsniegums.
Māte: Tas nav nekas mazs, un mēs vēlamies, lai mēs būtu to paveikuši labāk. Bet tas ir par divu izaugsmes faktoru, nevis piecu faktoru, ko reklamējuši daži cilvēki, kuriem vajadzētu labāk zināt. Šis teleskops darbosies ilgu laiku. Prasība ir pieci gadi, bet mēs ceram to izpildīt desmit. Tātad mūsu projekts ilgst no 1995. gada līdz varbūt 2024. gadam, kad darbība beigsies.
Ļaujiet man sniegt jums nelielu ideju par to, kas mums bija jādara, lai sagatavotos, un ko mēs visu šo laiku esam nodarbojušies. Mēs izstrādājām desmit galveno tehnoloģiju sarakstu, kas mums bija nepieciešami. Pats grūtākais bija spoguļu izstrāde. Tam bija nepieciešami divpadsmit dažādi līgumi, tikai lai attīstītu konkurentus tur, kur viņu projekti bija pietiekami labi, tāpēc tas prasīja daudzus gadus. Detektori acīmredzami bija jāuzlabo salīdzinājumā ar to, kas mums ir Spicera un Habla teleskopos. Tāpēc tagad mums ir lielāki un labāki detektori, un tie ir pasakaini. Astronomiem ir noteikts, cik daudz nomaldījušos elektronu jūs saņemat no detektoriem. Slēdzot visu gaismu, jums vajadzētu iegūt nulli. Tagad mums ir detektori, kas izdala dažus klaiņojošus elektronus uz pikseļu stundā, kas ir gandrīz ideāli. Būtu labi, ja būtu vēl labāk, bet tas ir pasakaini. Es esmu pārsteigts.
Mums vajadzēja uzlabot ledusskapju daudzumu kosmosā. Mēs sākām teikt, ka mums jāiegūst radiācijas dzesēts teleskops, lai tas pats par sevi būtu pietiekami atdzisis, un tas lielākoties ir taisnība. Bet izrādās, ka mums joprojām ir nepieciešams aktīvs ledusskapis, lai garāko viļņu garuma detektori nebūtu auksti, tāpēc mums tas bija jāizstrādā.
Tātad, tās ir tikai dažas no lietām, kas mums bija jāizstrādā, un visa tehnoloģiju izstrāde tika pabeigta 2007. gadā un tika nodota izskatīšanas padomes apstiprinājumam, kas teica: “Jā, šīs lietas beidzot ir gatavas uzbūvēšanai.”
Tātad, tikai nokļūšana 2007. gadā bija ilgs laiks, un es nedomāju, ka cilvēki ir patiešām novērtējuši, kas nepieciešams, lai sagatavotu jaunās tehnoloģijas. No otras puses, mēs esam svētīti, ka mums nav “jāveido dublējums”. Mēs pieliekam pietiekami daudz plānošanas un piepūles šīm tehnoloģijām, kuras tās darbojas tagad. Tā bija viena no lietām, ko mēs uzzinājām no Habla projekta, proti, nepabeidziet savu dizainu, kamēr nezināt, ko jums vajadzētu uzbūvēt.
UT: Kā būtu ar jūsu pārbaudes procesu. Vai tas ir diezgan stingri?
Māte: Tā ir vēl viena mācība, kas mums bija jāmācās no Habla. Ja jūs to nepārbaudīsit, tas nedarbosies. Mēs esam iemācījušies ļoti apņēmīgu un stingru procesu. Viņi veica pietiekami daudz Habla pārbaudi, ko varēja zināt par spoguļa fokusa problēmām. Spoguļu ražotājam bija divi testi, kas nepiekrita, un viņi nolēma ignorēt vienu no tiem, nevis noskaidrot iemeslu, un tas izrādījās muļķīgs un dārgs.
Mums ir vispārinājums, ka, ja kaut kas patiešām ir svarīgs, dariet to divreiz. Faktiski mēs pārbaudīsim teleskopu auksti lielajā vakuuma tvertnē Džonsona kosmosa centrā. Tātad tas būs pilna mēroga “gaisma sākumā”, “gaisma sākumā”, “gaisma galu galā” veida pārbaude, kaut ko viņi nevarētu darīt Habla labā. Bet viņi zināja, ka viņi varētu izlabot Habla kosmosā, un mēs zinām, ka nevaram salabot JWST, jo teleskops atradīsies L-2 punktā, apmēram 1,5 miljonu kilometru attālumā no Zemes, kas ir apmēram četras reizes tālāk no Zeme nekā Mēness.
Šis ir sarežģīts projekts, taču mūsu pieeja sarežģīta projekta veikšanai krasi atšķiras no tā, kad es biju jauns pārdevējs. Kad es nonācu šeit pie Goddard, mēs izmantojām zīmuļus un slīdēšanas noteikumus, un datori bija diezgan jauni, un lielākajai daļai cilvēku to nebija. Tagad mums visur ir datori, kas seko mūsu dokumentiem. Mēs varam veikt sistēmu inženieriju un pat veikt ļoti precīzas, pilnīgas simulācijas, lai zināt, vai kaut kas derēs un darbosies, pirms mēs to pat uzbūvējām. Tātad pasaule ir mainījusies, un to ir brīnišķīgi redzēt. Tāpēc tagad mēs varam izveidot šo observatoriju par aptuveni tām pašām reālajām izmaksām, kādas bija nepieciešamas Habla palaišanai un darbībai. Bet JWST ir tik daudz lielāks un jaudīgāks.
UT: Vai varat pastāstīt par JWST spoguļa dizainu?
Māte: Visgrūtāk bija uzbūvēt spoguli, jo mums vajadzēja kaut ko, kas ir daudz lielāks par Hablu. Bet jūs, iespējams, nevarat pacelt kaut ko tik lielu vai ievietot to raķetē, tāpēc jums ir nepieciešams kaut kas, kas ir vieglāks, bet tomēr lielāks, tāpēc tam ir jābūt iespējai salocīt.
Spogulis ir izgatavots no viegla berilija, un tam ir 18 sešstūra segmenti. Teleskops saliecas kā tauriņš savā hrizālā un būs pilnībā jāatsauc. Tas ir diezgan sarežģīts process, kas prasīs daudzas stundas. Teleskops ir milzīgs, sasniedzot 6,5 metrus (21 pēdas), tāpēc tas ir diezgan iespaidīgs.
Saules aizsargs ir pilnīgi jauns, un arī tas būs jāizvieto. Tātad, tas, kas bija iesaiņots mazā cilindrā, salīdzinoši runājot, kļūst par milzu vairogu apmēram tikpat liels kā tenisa korts. Tas ir milzīgs. Tas viss notiek vairākos posmos un prasīs dienas. Mēs noalgojām uzņēmumu Northrop Grumman, kam bija pieredze lietu izvēršanā kosmosā, un viņi mums saka, ka tas noteikti nav vissarežģītākais, ko viņi ir atvēruši kosmosā, un tas ir pārliecinoši.
Video par JWST izvietošanu kosmosā:
UT: Vai ir bijušas diskusijas par pirmo gaismu un ko JWST izskatīs vispirms?
Māte: Jā nedaudz. Tā būs jautrā daļa pēc tam, kad lietu sakārtosim.
UT: Vai jums ir kādi iecienīti ieteikumi?
Māte: Es domāju, ka mums jāsāk ar viegli sasniedzamiem mērķiem, kas būs diezgan, un tie sabiedrībai ļaus pateikt: “Ak, es redzu, ka tā darbojas!” Daži no pirmajiem novērojumiem var tikt veikti, kad mēs uzstādām teleskopu, pat pirms tas ir pilnībā noregulēts. Tā kā tas tiek izlikts pēc palaišanas un spogulis sākumā nav tuvu pareizajai formai, mēs pakāpeniski pie tā strādāsim. Kolorādo Boulder, Ball Aerospace, ir pieejams testa modelis, kurā mēs praktizējam 18 spoguļu segmentus novietojot savā vietā. Katrā segmentā ir 7 motori, lai kontrolētu pozīciju un izliekumu, tāpēc mums šis ir jāatskaņo.
Tas ir kaut kas, ko viņi nevarētu darīt ar Hablu. Viņi vēlējās, lai viņi varētu, un tam bija arī motori, bet viņi nespēja pietiekami stumt. Tas ir interesants stāsts. No Habla mēs uzzinājām, kā labot optiku, pamatojoties uz iegūtajiem attēliem, tāpēc mēs to darām mērķtiecīgi šim teleskopam.
UT: Par JWST uzsākšanu ir bijušas dažas diskusijas.
Māte: Mēs aizvedīsim teleskopu uz Franču Gviānu un ielādēsim to raķetē tur lejā. EKA mums pērk nesējraķeti; tā ir Ariane 5 raķete, komerciāls produkts no Eiropas, un viņiem pēdējā laikā ir bijusi laba darbība, tāpēc tā ir ļoti uzticama.
Protams, ka tas izraisīja daudz diskusiju. Pat ja Eiropa mums dotu nesējraķeti, tā sakot, šeit bija cilvēki, kuri negribēja to pieņemt. Bija nepieciešami divi gadi, lai to pieņemtu. Tas mums maksāja naudu. Vienīgais iemesls, kāpēc tas tika pieņemts, bija tas, ka mēs saņēmām jaunu administratoru, kurš to pieņems. Tas bija Maiks Grifins, tāpēc es gribu teikt: “Liels paldies Maikam Grifinam!”
UT: Jūsu komandai vēl ir daudz darāmā pirms 2013. gada, kas, iespējams, būs šeit, pirms jūs to uzzināsit!
Māte: Jā, es zinu. Ir pagājuši vairāk nekā 13 gadi, kopš NASA ar mani sazinājās, bet tagad beigas tuvojas ātri. Visu sakārtojot, mums priekšā ir daudz tehnisku izaicinājumu. Un mēs vēl neesam tikuši līdz galam, lai uzzinātu, cik daudz lietu esam izlauzuši vai cik daudz kļūdu esam izdarījuši, bet es domāju, ka mums ir diezgan labi tās izdomāt, pirms mēs tās izdarām.
Būs ļoti aizraujoši pirmo reizi salikt aprīkojumu. Mums ir gabali, mums ir attēls uz kastes, lai parādītu, kurp viņi dodas, un diezgan drīz mums būs jāpierāda, ka viņi strādā kopā, vai ne. Ar laiku, kad mēs saņemsim visas detaļas šeit, Goddard, tās visas būs pārbaudītas individuāli, tāpēc tām vajadzētu spēlēt kopā lieliski. Bet dabai nepatīk augstprātība, tāpēc mums viss ir jāpārbauda no sākuma līdz beigām, tāpat kā mēs to izmantosim lidojuma laikā. Pēc tam, kad mēs to esam salikuši šeit, mēs to nogādājam Džonsona kosmosa lidojumu centrā un ievietojam tur esošajā milzu vakuuma tvertnē. Tas būs ārkārtas process.
UT: Liels paldies, ka runājāt ar mums.
Māte: Tas ir bijis jautri. Man patīk stāstīt savu stāstu un priecājos, ka vēlaties to pastāstīt kopā ar mums. Es domāju, ka varētu būt laiks runāt par to, ko mēs darām, jo sāk notikt aizraujošas lietas. Notiek lieliskas lietas. Mēs esam izveidojuši Keplera observatoriju, un, cerams, ka viņi atradīs nedaudz Zemei līdzīgu planētu, kuras mēs varēsim izsekot, un mēs tos tuvāk apskatīsim.
