Космическият телескоп Джеймс Уеб (JWST) е дългоочакваният, дългоочакван телескоп от следващо поколение. Планирано е за пускане през 2013 Октомври 2018 г. JWST е обявен за наследник на космическия телескоп Хъбъл. С него астрономите се надяват да погледнат назад във времето, когато Вселената е била само на 200 милиона години, и да видят първите звезди и галактики. Водещият учен, ръководещ този проект, е д-р Джон Матер, съ-носител на Нобеловата награда за физика за 2006 г. за работата му с Космическия фон Explorer (COBE), който измерва черната форма на тялото и анизотропия на космическия микровълнов фон.
Разбираемо ни беше чест, когато д-р Матер се свърза с Space Magazine, като каза, че би искал да говори с нас за статута на JWST. „Реших, че може да е време да поговорим за това, което правим - каза той,„ защото вълнуващи неща започват да се случват. “
Космическо списание: Д-р Матер, повече от десетилетие чуваме за космическия телескоп от ново поколение, който по-късно официално беше наречен космическият телескоп Джеймс Уеб. Можете ли да ни кажете как започна концепцията за този телескоп?
Джон Матер: През 1989 г., дори преди старта на Хъбъл, се проведе конференция за това какъв трябва да бъде следващият космически телескоп. Те обсъдиха страхотни телескопи на бъдещето и от процеса, издадоха книга. Но те наистина не са смятали, че инфрачервеният лъч е голямата вълна на бъдещето. Тогава, през 1993 г., имаше комитет, наречен HST и отвъд. Те публикуват прекрасен малък доклад през 1996 г., в който се казва, че има две важни неща. Единият беше да се изгради инфрачервен телескоп, за разлика от казаното в предишната книга, а другият - да се изгради телескоп за търсене на планети, подобни на Земята. В този момент астрономите просто осъзнаваха, че е възможно да се търси извънусоциални планети. Така през октомври 1995 г. щабът на НАСА ме извика, даде ми списък с учени и инженери, с които да се свържа и каза да започна да планирам. Така и направихме и веднага стигнахме до забележително сближаване на мисли и мнения. Бързо се съгласихме по концепция, която отговаря на желанията на научната общност и влезе в рамките на амбициите на НАСА. Ще откриете, че телескопът, с който искахме да летим назад, много прилича на този, който ще летим през 2013 г.
UT: Можете ли да ни дадете актуализация за състоянието на JWST в момента?
Mather: Хардуерът на летателния инструмент ще идва от цял свят през лятото на 2010 г. Сензорът за фино насочване идва от Канада, един и половина пакети инструменти идват от Европа, а останалата част идва от САЩ. Така след 18 месеца пакетът инструменти започва да върви заедно, а след това той се среща с телескопа около година по-късно. Четирите научни инструмента са близо инфрачервена камера, близо инфрачервен многообективен спектрограф, средно инфрачервен инструмент и регулируем филтър.
Току-що преминахме през рецензията на критичния дизайн за модула с инструменти. Миналата седмица имахме стотици хора да дойдат да разгледат всичко и да ни кажат дали се справяме правилно. Мисля, че преминахме, въпреки че още не съм видял официалната документация. Но дори бях впечатлен.
UT: Много хора ми задават въпроса, тъй като Хъбъл е толкова успешен, защо JWST няма да бъде оптичен телескоп?
Mather: Защо комитетът се промени от оптичен в инфрачервен? Беше двукратно. Едното беше, че Хъбъл ставаше толкова добър, че можеха да видят, че ще бъде трудно да го победим, независимо колко голям си построил телескоп. Друго, което се случи, беше, че хората виждаха, че можете да изградите големи оптични телескопи на земята. Телескопът Keck работеше наистина добре и хората започнаха да говорят за адаптивна оптика, което означаваше, че още по-големи телескопи на земята си заслужават. Така че тези две неща ни насочиха към инфрачервен телескоп. Също така всички учени от JWST казаха, че имаме нужда от инфрачервена връзка. От малката способност, която имахме по онова време, инфрачервеният беше увлекателен, установявайки, че най-далечната Вселена е вълнуваща и е изместена от червено от видимата. Започва ултравиолетово и стига до инфрачервена връзка поради големите разстояния на тези обекти и огромното червено изместване, което имат. Така че, ако искате да направите ултравиолетова астрономия в почти края на Вселената, ви е необходим инфрачервен телескоп.
UT: Сега, когато инфрачервеният космически телескоп Спицър работи и работи толкова добре, променило ли е мнението на някого или това кара учените да искат да преминат на следващото ниво с инфрачервен?
Mather: Да, Спицер доказа, че това всъщност е завладяваща територия. Спицер всъщност е малко битов телескоп по съвременни стандарти; широк е само 3 фута, 85 см. Но той произвежда някои удивителни изненади. Те могат да виждат нещата до много, много високи червени смени и нито едно от тези неща не се очакваше. И така, това ни казва инфрачервеното е мястото, където ще бъдат прекрасните открития. Сега знаем, че можем да се справим с технологията, така че нека вземем по-добър телескоп. Науката е начин, вълнуващо е и има толкова много, които чакат да бъдат открити.
UT: Според вас какво ще раздели JWST освен предишните космически телескопи?
Mather: Всеки телескоп казва: „По-добър съм от този преди мен“ и ние казваме същото. Разбира се, този телескоп ще види по-далеч назад във времето със своята инфрачервена способност и огромната си бленда; тя ще види през облаците прах, за да види къде се раждат звезди; тя ще вижда неща, които са със стайна температура, като вас и мен, планети или млади звезди се раждат. Всички тези неща могат да се видят директно с инфрачервената способност, която имаме на този нов телескоп. По-голямата част от работата ще бъде извършена в инфрачервено, с известна възможност във видимия диапазон.
Но ние сме изградили телескоп с общо предназначение След стартирането учените могат да напишат предложения, както правят за Хъбъл, за това, което биха искали да наблюдават, така че да могат да наблюдават каквато и да е горещата тема по това време.
UT: С вашия опит с COBE и последвалите отличия, които получихте, как го приложихте към JWST?
Mather: Не толкова отличията се отразиха на живота ми, а фактът, че преживях процеса от самото начало до самия край за една много радикално проектирана обсерватория, каквато беше COBE, ми даде нерва да мисля голям неща. Така че, когато щабът на НАСА каза, че искат приемник за Хъбъл, реших, че би било интересно и имах достатъчно нерви да кажа „да“, бих искал да опитам това. COBE беше много амбициозен за времето, но достатъчно малък, че познавах лично инженерите и можех да говоря с тях всеки ден за каквото и да било. Затова реших, че мога да завърша по-голям проект.
UT: И сега работите с хора от цял свят?
Матер: Да, това е огромна сделка. Нашият научен екип е около 19 души, от Европа, САЩ и Канада. Инженерният екип е над 2000 души, които са разпространени по целия свят. Ясно е, че не ги знам всички. Работя най-отблизо с учените и разговарям с тях за това, което искаме да постигнем, и се уверявам, че постигаме това. Така че сега имам различна роля. Не нося практическа отговорност за никакъв хардуер, но работя с хората, които го правят. Имаме достъп до някои от най-добрите хора в света по всяка тема.
UT: Можете ли да говорите за проблемите, които този телескоп трябваше да преодолее, превишаването на разходите и закъсненията, които имаше?
Mather: Първо, надвишаването на разходите не е толкова голямо, колкото се представя от някои хора, които биха искали парите за собствените си идеи за проекти. Първоначално Дан Голдин беше ръководител на НАСА, когато започнахме, и той каза: „Искаме да измислите начин да направите тази обсерватория за половин милиард долара през 1996 долара.“ Казахме, че ще опитаме. Но бързо разбрахме, че изграждането на това ще бъде трудно. Докато се подготвихме да го представим на десетилетие през 2000 г., цената беше повече от един милиард долара. Тогава, преди три години, видяхме, че работата става все по-трудна и трябва да презаредим и да рестартираме. Сега, ако преброите целия разход на НАСА от началото на 1995 г. до края, някъде след 2019 г. с инфлацията и държавните служители (които не сме броили преди) сега това е приблизително 4,5 милиарда долара реални реални долари, а не 1996 долара. Така че има ръст на разходите, но имахме отличен успех и сме на път да стартираме тази прекрасна машина, която ще бъде използвана от хиляди астрономи. И не трябваше да променяме плана си или общия си бюджет от три години, благодарение на стабилното ръководство от щаба на НАСА и блестящата техническа работа от екипите.
UT: Това е добре да знаете. Мисля, че хората имат общо понятие, че JWST е имало огромно надвишаване на разходите.
Mather: Е, това не е нещо малко и бихме искали да се справим по-добре в това. Но става въпрос за растеж на фактор два, а не за фактор пет, рекламиран от някои хора, които трябва да знаят по-добре. Този телескоп ще работи дълго време. Изискването е пет години, но се надяваме да го изпълним за десет. И така, нашият проект се простира от 1995 г. до може би 2024 г., когато операциите ще приключат.
Нека ви дам някаква представа какво трябваше да направим, за да се подготвим и какво сме подготвили през цялото това време. Разработихме списък от десет основни технологии, от които се нуждаехме. Най-трудното беше да развиеш огледалата. Това изискваше дванадесет различни договора само за разработване на конкурентите, докъдето проектите им бяха достатъчно добри, така че това отне доста години. Детекторите очевидно трябваше да бъдат подобрени спрямо това, което имаме на телескопите Спицер и Хъбъл. Така че сега имаме по-големи и по-добри детектори, и те са страхотни. Една мярка, която астрономите имат, е колко бездомни електрони получавате от детекторите. Ако изключите цялата светлина, трябва да получите нула. Вече имаме детектори, които отделят няколко бездомни електрона на пиксел на час, което е почти перфектно. Би било добре да бъдем още по-добри, но това е приказно. Впечатлен съм.
Трябваше да се подобрим по отношение на хладилниците в космоса. Започнахме да казваме, че трябва да вземем радиационно охладен телескоп, за да може той сам да е достатъчно хладен и това е най-вече вярно. Но се оказва, че все още се нуждаем от активен хладилник, за да поддържаме студените детектори с най-дълга вълна студени, така че трябваше да разработим това.
Това са само част от нещата, които трябваше да проектираме, а цялата технологична разработка най-накрая беше завършена през 2007 г. и премина одобрението на рецензионния съвет, който каза: „Да, тези неща са готови сега да бъдат изградени.“
И така, стигането до 2007 г. беше много време и не мисля, че хората наистина оценяват това, което е необходимо, за да бъдат готови новите технологии. От друга страна, ние сме били благословени от това, че не е необходимо да „архивираме“. Ние влагаме достатъчно планиране и усилия в тези технологии, които работят сега. Това беше едно от нещата, които научихме от проекта Хъбъл, а именно: не довършвайте дизайна си, докато не разберете какво трябва да изградите.
UT: Какво ще кажете за процеса на тестване Доста строг ли е?
Mather: Това е още един урок, който трябваше да научим от Хъбъл. Ако не го тествате, няма да работи. Научихме се да имаме много решителен и строг процес. Те направиха достатъчно тестове на Хъбъл, че можеха да знаят за проблемите с огледалния фокус. Производителят на огледала имаше два теста, които не бяха съгласни и решиха да игнорират един от тях, вместо да проследят причината и това се оказа глупаво и скъпо.
Имаме обобщение, че ако нещо наистина има значение, направете го два пъти. Ние всъщност ще тестваме телескопа студен в големия вакуум резервоар надолу в космическия център на Джонсън. Така че това ще бъде пълен мащаб „тест в началото, светлина в края”, нещо, което те не биха могли да направят за Хъбъл. Но те знаеха, че могат да поправят Хъбъл в космоса и знаем, че не можем да поправим JWST, тъй като телескопът ще бъде в точката L-2, на около 1,5 милиона километра от Земята, което е на около четири пъти по-далеч от Земя, отколкото Луната.
Това е сложен проект, но подходът ни за правене на сложен проект е драстично различен от този, когато бях млад селекционер. Когато стигнах до Годард, използвахме моливи и правила за слайдове, а компютрите бяха доста нови и повечето хора не ги имаха. Сега имаме компютри навсякъде, които следят нашите документи. Можем да правим инженеринг на системи и дори да правим много точни, пълни симулации, за да знаем дали нещо ще се събере и работи, преди дори да го изградим. Така светът се е променил и е чудесно да се види. Ето защо сега ние сме в състояние да изградим тази обсерватория за приблизително същите реални разходи, необходими за стартирането и работата на Хъбъл. Но JWST е толкова по-голям и по-мощен.
UT: Можете ли да ни кажете за дизайна на огледалото за JWST?
Mather: Най-трудното нещо за изграждане беше огледалото, защото ни трябваше нещо, което е много по-голямо от Хъбъл. Но не можете да вдигнете нещо толкова голямо или да го поставите в ракета, така че се нуждаете от нещо, което е с по-малка тежест, но въпреки това по-голямо, така че трябва да има възможност да се сгъва.
Огледалото е направено от лек берилий и има 18 шестоъгълни сегмента. Телескопът се сгъва като пеперуда в хризалиса си и ще трябва сам да го отмени. Това е доста сложен процес, който ще отнеме много часове. Телескопът е огромен, на 6,5 метра (21 фута), така че е доста впечатляващ.
Слънчевият щит е напълно нов и той също ще трябва да се разположи. И така, това, което беше увито в малък цилиндър, сравнително казано се превръща в гигантски щит, голям колкото тенис корта. Огромен е Всичко това се случва на няколко етапа и ще отнеме дни. Наехме компания Northrop Grumman, която имаше опит да разгръща нещата в космоса и те ни казват, че това определено не е най-сложното нещо, което са разгърнали в космоса, което е успокояващо.
Видео на разполагането на JWST в космоса:
UT: Имало ли е някакво обсъждане на първата светлина и как ще изглежда JWST първо?
Mather: Да малко. Това ще бъде забавната част, след като съберем нещата.
UT: Имате ли любими предложения?
Mather: Мисля, че трябва да започнем с лесни цели, които ще бъдат доста, които ще дадат възможност на обществеността да каже: „О, виждам, че работи!“ Някои от първите наблюдения могат да бъдат направени, когато настройваме телескопа, дори преди да е напълно регулиран. Тъй като той е разгърнат след стартиране и огледалото в началото не е близо до правилната форма, ще работим постепенно за това. Има тестов модел в Ball Aerospace в Боулдър Колорадо, където ще практикуваме поставянето на 18 огледални сегмента. Всеки сегмент има 7 мотора на него, за да контролира позицията и кривината, така че трябва да репетираме този.
Това е нещо, което не биха могли да направят с Хъбъл. Искаха да могат, и имаше мотори, но не можеха да натискат достатъчно силно. Това е интересна история. От Хъбъл научихме как да коригираме оптиката въз основа на получените изображения, така че правим това нарочно за този телескоп.
UT: Има някои спорове как ще стартира JWST.
Mather: Ще закараме телескопа до Френска Гвиана и ще го заредим в ракетата долу. ESA купува ракетата за нас; това е ракетата Ariane 5, комерсиален продукт от Европа и те имаха добър пуск напоследък, така че е много надежден.
Естествено, че предизвика много спорове. Дори ако Европа ни даваше ракетата, така да се каже, тук имаше хора, които не искаха да я приемат. Отнемаше на щаба две години, за да го приеме. Това ни струва пари. Единствената причина да бъде приета беше, че имаме нов администратор, който ще го приеме. Това беше Майк Грифин, така че искам да кажа: „много благодаря Майк Грифин!“
UT: Екипът ви все още има много неща пред 2013 г., което вероятно ще е тук, преди да го знаете!
Mather: Да, знам. Вече минаха 13 години, откакто НАСА се свърза с мен по този въпрос, но сега краят идва бързо. Пред нас са изобилие от технически предизвикателства в съставянето на всичко. И не сме стигнали достатъчно далеч, за да разберем колко неща сме нарушили или колко грешки сме направили, но мисля, че сме доста добри да ги измислим, преди да ги направим.
Ще бъде много вълнуващо да съберем оборудването за първи път. Имаме парчетата, имаме снимката на кутията, за да покажем къде отиват и доста скоро ще докажем, че работят заедно или не. Докато получим всички части тук в Годард, всички те ще бъдат тествани индивидуално, така че те трябва да играят заедно добре. Но природата не харесва арогантността, така че ние трябва да тестваме цялото нещо от началото до края, точно както ще го използваме в полет. След като го сглобим тук, го сваляме до центъра за космически полети на Джонсън и го поставяме в гигантския вакуумен резервоар там. Това ще бъде изключителен процес.
UT: Благодаря ви много, че разговаряхте с нас.
Mather: Това беше забавно. Обичам да разказвам своята история и се радвам, че искате да я разкажете с нас. Реших, че може да е време да поговорим за това, което правим, защото вълнуващи неща започват да се случват. Великолепни неща се случват. Сега имаме обсерваторията Кеплер и се надяваме, че ще намерят шепа планети, подобни на Земята, за да ги проследят и ние ще ги разгледаме по-отблизо.
