Космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) - довгоочікуваний, довгоочікуваний телескоп "нового покоління". Планується на запуск в 2013 У жовтні 2018 року JWST рекламується як наступник космічного телескопа Хаббл. З його допомогою астрономи сподіваються оглянути назад у часі, коли Всесвіту було всього 200 мільйонів років, і побачити перші зірки та галактики. Провідним вченим, який керує цим проектом, є доктор Джон Матерс, співодержувач Нобелівської премії 2006 року з фізики за свою роботу з Космічним фоновим дослідником (COBE), який вимірював форму чорного тіла та анізотропію космічного мікрохвильового фону.
Ми зрозуміли, що доктор Метер звернувся до Space Magazine, сказавши, що хоче поговорити з нами про статус JWST. "Я подумав, що можливо час поговорити про те, що ми робимо", - сказав він, "тому що починають відбуватися захоплюючі речі".
Космічний журнал: Доктор Матерс, ми вже більше десяти років чуємо про космічний телескоп нового покоління, який згодом офіційно був названий космічним телескопом Джеймса Вебба. Чи можете ви сказати нам, як почалася концепція цього телескопа?
Джон Матер: У 1989 році, ще до запуску Хаббла, була проведена конференція про те, яким повинен бути наступний космічний телескоп. Вони обговорили великі телескопи майбутнього та з випусків, видали книгу. Але вони насправді не вважали, що інфрачервона система - це велика хвиля майбутнього. Тоді, в 1993 році, був комітет під назвою HST і далі. Вони опублікували чудовий маленький звіт у 1996 році, в якому сказали, що потрібно зробити дві важливі речі. Один полягав у тому, щоб побудувати інфрачервоний телескоп, на відміну від попередньої книги, а другий - побудувати телескоп для пошуку планет, подібних до Землі. У той момент астрономи просто визнавали, що пошук позасонячних планет можливий. Тож у жовтні 1995 року штаб-квартира НАСА мені зателефонувала, дала мені список вчених та інженерів, з якими можна зв’язатися, і сказала розпочати планування. Так ми і зробили, і ми одразу дійшли до неабиякого зближення думок і думок. Ми швидко домовилися про концепцію, яка відповідала б побажанням наукової спільноти та втілювалась в амбіції NASA. Ви побачите, що телескоп, яким ми хотіли відлітати назад, дуже схожий на той, який ми будемо літати у 2013 році.
UT: Чи можете ви повідомити нам зараз про стан JWST?
Mather: Апаратура льотного приладу буде надходити з усього світу влітку 2010 року. Датчик тонкого наведення приходить з Канади, півтора пакети інструментів надходять з Європи, а решта - з США. Отже, через 18 місяців пакет інструментів починає спільно, а потім через рік він зустрічається з телескопом. Чотири наукові прилади - це майже інфрачервона камера, майже інфрачервоний багатооб'єктний спектрограф, прилад середнього інфрачервоного випромінювання та регульований фільтр.
Ми щойно пройшли огляд критичного дизайну для приладового модуля. Минулого тижня у нас були сотні людей, щоб подивитися на все і сказати, чи ми робимо це правильно. Я думаю, що ми пройшли, хоча офіційної документації я ще не бачив. Але навіть я був вражений.
UT: Багато людей задають мені питання, оскільки Хаббл настільки успішний, чому JWST не стане оптичним телескопом?
Mather: Чому комітет змінився з оптичного на інфрачервоний? Це було дворазово. Одне полягало в тому, що Хаббл вийшов настільки хорошим, що вони могли бачити, що важко буде це перемогти, незалежно від того, наскільки великим ти побудував телескоп. Інша справа, що люди бачили, як ви можете побудувати на землі великі оптичні телескопи. Телескоп Keck працював дуже добре, і люди починали говорити про адаптивну оптику, що означало, що ще більші телескопи на землі були варті. Тож ці дві речі вказали нам на інфрачервоний телескоп. Також усі вчені JWST сказали, що нам потрібна інфрачервона система. З тієї малої можливості, яку ми мали у той час, інфрачервона система була захоплюючою, виявивши, що найвіддаленіший Всесвіт є захоплюючим і червоно зміщеним від видимого. Вона починається в ультрафіолеті і потрапляє до інфрачервоного зв'язку через великі відстані цих об'єктів та величезний червоний зсув, який вони мають. Тож якщо ви хочете займатися ультрафіолетовою астрономією на майже краю Всесвіту, вам потрібен інфрачервоний телескоп.
UT: Тепер, коли інфрачервоний космічний телескоп Спітцер працює так добре, чи це змінило чиїсь думки, чи це змушує вчених хочуть перейти на наступний рівень інфрачервоним?
Mather: Так, Спітцер довів, що це насправді захоплююча територія. Спітцер - це насправді трохи кусатий телескоп за сучасними мірками; ширина лише 3 фути, 85 см. Але це приготувало дивовижні сюрпризи. Вони можуть бачити речі в дуже, дуже високих червоних змінах, і нічого з цього не очікували. Отже, це говорить нам, що інфрачервоні - це чудові відкриття. Тепер ми знаємо, що можемо використовувати цю технологію, тому давайте покращимо телескоп. Наука - це шлях, захоплююче, і там є стільки, що чекає, щоб їх відкрили.
UT: На вашу думку, що відрізнятиме JWST від попередніх космічних телескопів?
Mather: Кожен телескоп каже: "Я кращий за мене перед тим", і ми говоримо те саме. Звичайно, цей телескоп побачить далі у часі завдяки своїй інфрачервоній здатності та величезній діафрагмі; вона побачить крізь хмари пилу, щоб побачити, де народжуються зірки; він побачить речі кімнатної температури, як ви і я, планети чи молоді зірки, що народжуються. Всі ці речі можна побачити безпосередньо за допомогою інфрачервоної можливості, яку ми маємо на цьому новому телескопі. Більшість робіт буде виконано інфрачервоним, з деякою можливістю у видимому діапазоні.
Але ми побудували телескоп загального призначення. Після запуску вчені можуть писати пропозиції, як це роблять для Хаббла, за тим, що вони хотіли б спостерігати, щоб вони могли спостерігати за будь-якою гарячою темою на той час.
UT: З досвідом роботи з COBE та подальших відзнак, які ви отримали, як ви застосували це до JWST?
Mather: На моє життя вплинули не так великі відзнаки, це факт пережитого процесу від самого початку до самого кінця для дуже радикально розробленої обсерваторії, якою була КОБЕ, що дало мені нерв думати великим речі. Тож, коли штаб-квартира NASA сказала, що хочуть наступника Хаббла, я подумав, що це буде цікаво, і мені вистачає нервів, щоб сказати «так», я б хотів це спробувати. COBE був дуже амбітним для того часу, але досить малим, що я особисто знав інженерів і я міг поговорити з ними в будь-який день про що завгодно. Тож я думав, що можу перейти до більшого проекту.
UT: А тепер ви працюєте з людьми з усього світу?
Матер: Так, це величезна угода. У нашому науковому колективі працює близько 19 людей з Європи, США та Канади. Колектив інженерів - понад 2000 людей, які розповсюджені по всьому світу. Ясна річ, я їх усіх не знаю. Я найбільш тісно співпрацюю з науковцями і розмовляю з ними про те, що ми хочемо досягти, і переконуюсь, що ми це досягаємо. Тож у мене зараз інша роль. Я не несу відповідальності за будь-яке обладнання, але я працюю з людьми, які це роблять. Ми маємо доступ до одних із найкращих людей у світі з кожної теми.
UT: Чи можете ви говорити про проблеми, які довелося подолати цим телескопом, перевищення вартості та затримки, що виникли?
Mather: Перше, перевищення вартості не настільки велике, як зображено деякими людьми, які хотіли б грошей на власні ідеї проекту. Спочатку Ден Голдін був головою NASA, коли ми починали, і він сказав: "Ми хочемо, щоб ви придумали спосіб зробити цю обсерваторію на півмільярда доларів в 1996 році". Ми сказали, що спробуємо. Але ми швидко зрозуміли, що будувати це буде важко. На той час, коли ми готувались представити його декадальному опитуванню в 2000 році, вартість становила більше мільярда доларів. Потім, три роки тому, ми побачили, що робота стає все складніше, і нам доведеться пересаджувати та перепланувати. Тепер, якщо порахувати всю вартість НАСА від початку 1995 року до кінця, десь після 2019 року з інфляцією та державними службовцями (яких ми раніше не рахували), це приблизно 4,5 мільярда доларів фактичних реальних доларів, а не 1996 доларів. Таким чином, спостерігається зростання витрат, але ми досягли чудового успіху, і ми рухаємося до запуску цієї чудової машини, яку використовуватимуть тисячі астрономів. І нам не довелося змінювати наш план чи наш загальний бюджет за три роки, завдяки стійкому керівництву штаб-квартирою NASA та чудовій технічній роботі команд.
UT: Це добре знати. Я думаю, що у людей є загальна концепція того, що JWST зазнав величезного перевищення витрат.
Mather: Ну, це не щось маленьке, і ми хотіли б, щоб ми могли зробити краще в цьому. Але йдеться про коефіцієнт зростання в два рази, а не про п’ять, який рекламували деякі люди, які повинні знати краще. Цей телескоп буде працювати довго. Ця вимога становить п'ять років, але ми сподіваємось виконати її протягом десяти. Отже, наш проект охоплює від 1995 до, можливо, 2024 року, коли операції закінчаться.
Дозвольте дати вам деяке уявлення про те, що нам потрібно було зробити, щоб підготуватися і що ми до цього часу працювали. Ми розробили список з десяти основних технологій, які нам були потрібні. Найважче було розробити дзеркала. Для цього знадобилося дванадцять різних контрактів лише для того, щоб розробити конкурентів, де їх проекти були досить хорошими, так що це зайняло досить багато років. Детектори, очевидно, мали бути покращені у порівнянні з тим, що ми маємо на телескопах Шпіцера та Хаббла. Тож тепер у нас є більші та кращі детектори, і вони казкові. Один міра астрономів - це скільки бродячих електронів ви отримуєте від детекторів. Якщо ви закриєте все світло, ви повинні отримати нуль. Зараз у нас є детектори, які виділяють кілька бродячих електронів на піксель на годину, що майже ідеально. Було б добре бути ще кращим, але це казково. Я вражений.
Нам потрібно було покращити холодильники в космосі. Ми почали говорити, що нам потрібно отримати радіаційно охолоджений телескоп, щоб він був досить прохолодний сам по собі, і це в основному так. Але виявляється, нам все-таки потрібен активний холодильник, щоб зберігати найдовші детектори довжини хвилі холодними, тому нам довелося це розвивати.
Отже, це лише деякі речі, які нам довелося розробити, і весь розвиток технології був нарешті закінчений у 2007 році, і він отримав схвалення комісії з огляду, яка сказала: "Так, ці речі нарешті готові зараз будуватися".
Тож, якраз до 2007 року пройшов довгий час, і я не думаю, що люди справді оцінили те, що потрібно, щоб отримати нові технології. З іншого боку, ми були благословлені тим, що не потрібно "створювати резервні копії". Ми вкладаємо достатньо планування та зусиль у ці технології, над якими вони працюють зараз. Це було одне, що ми дізналися з проекту Хаббла, а саме: не доробляйте дизайн, поки не дізнаєтесь, що ви повинні будувати.
UT: Як щодо вашого тестування. Це досить суворо?
Mather: Це ще один урок, який нам довелося вивчити з Хаббла. Якщо ви не тестуєте його, воно не працюватиме. Ми навчилися вести дуже рішучий і жорсткий процес. Вони зробили достатньо тестування на Hubble, щоб вони могли знати про проблеми дзеркального фокусування. Виробник дзеркал провів два тести, які не погодилися, і вони вирішили проігнорувати один із них, а не з'ясовувати причину, і це виявилося дурним і дорогим.
У нас є узагальнення, що якщо щось дійсно має значення, роби це два рази. Ми фактично перевіримо телескоп холодним у великому вакуумному баку в космічному центрі Джонсона. Тож це буде повномасштабний тест "світло-в-початку", "світло-в-кінці", те, що вони не могли зробити для Хаббла. Але вони знали, що можуть зафіксувати Хаббла в космосі, і ми знаємо, що ми не можемо виправити JWST, оскільки телескоп буде в точці L-2, приблизно в 1,5 мільйона кілометрів від Землі, що приблизно в чотири рази далі від Земля, ніж Місяць.
Це складний проект, але наш підхід до виконання складного проекту кардинально відрізняється від того, коли я був молодим валячем. Коли я потрапив сюди до Годдарда, ми використовували олівці та правила слайдів, а комп’ютери були досить новими, і більшість людей не мали їх. Зараз у нас є скрізь комп’ютери, які відстежують наші документи. Ми можемо робити інженерії систем, і навіть можемо робити дуже точні, повні симуляції, щоб знати, чи буде щось підходити і працювати, перш ніж ми навіть побудували це. Таким чином, світ змінився, і це чудово бачити. Ось чому ми зараз можемо створити цю обсерваторію приблизно за стільки ж реальних витрат, скільки потрібно для запуску та роботи Хаббла. Але JWST настільки більший і потужніший.
UT: Чи можете ви розповісти про дизайн дзеркала для JWST?
Mather: Найважче було побудувати дзеркало, адже нам було потрібно щось, що набагато більше, ніж Хаббл. Але ви не можете підняти щось таке велике або помістити його в ракету, тому вам потрібно щось легше, але все-таки більше, тому воно повинно мати можливість складатись.
Дзеркало виготовлено з легкого берилію, має 18 шестикутних сегментів. Телескоп складеться, як метелик у своєму хризалі, і йому доведеться повністю відкрутити його. Це досить складний процес, який займе багато годин. Телескоп величезний, 6,5 метрів (21 фут), тож він досить вражаючий.
Сонячний щит абсолютно новий, і його теж доведеться розгорнути. Отже, те, що було загорнуте в маленький циліндр, відносно кажучи, стає гігантським щитом, настільки ж великим, як тенісний корт. Це величезне Все це відбувається в кілька етапів і займе дні. Ми найняли компанію, Northrop Grumman, яка мала досвід розгортання речей у просторі, і вони говорять нам, що це, безумовно, не найскладніша річ, яку вони розгорнули в космосі, і це заспокоює.
Відео розгортання JWST у космосі:
UT: Чи було обговорення першого світла і що спочатку буде виглядати JWST?
Mather: Да мало. Це буде найцікавіша частина після того, як ми зберемо річ разом.
UT: У вас є якісь улюблені пропозиції?
Mather: Я думаю, що ми повинні почати з легких цілей, які будуть досить, що дасть змогу громадськості сказати: "О, я бачу, як це працює!" Деякі перші спостереження можна зробити, коли ми встановлюємо телескоп, ще до того, як він буде повністю відрегульований. Оскільки воно розгорнуте після запуску, і дзеркало спочатку не наближається до потрібної форми, ми будемо працювати над цим поступово. Існує тестова модель у Ball Aerospace у Боулдер-Колорадо, де ми практикуємо ставити 18 сегментів дзеркала. У кожному сегменті є 7 двигунів на ньому для управління положенням і кривизною, тому нам доведеться репетирувати цей.
Це те, що вони не могли зробити з Хабблом. Вони хотіли, що могли, і в них були мотори, але вони не могли натиснути досить сильно. Це цікава історія. Ми дізналися від Хаббла, як виправити оптику на основі отриманих нами зображень, тому ми робимо це спеціально для цього телескопа.
UT: Існували певні суперечки щодо того, як буде запущено JWST.
Mather: Ми візьмемо телескоп до Французької Гвіани і завантажимо його в ракету там. ESA купує для нас ракет-носій; це ракета Ariane 5, комерційний продукт з Європи, і вони останнім часом добре пробігли, тож це дуже надійно.
Природно, що викликало багато суперечок. Навіть якщо Європа давала нам ракет-носій, так би мовити, тут були люди, які не хотіли його прийняти. Щоб прийняти його, було потрібно два роки штабу. Це коштувало нам грошей. Єдиною причиною його прийняття було те, що ми отримали нового адміністратора, який би прийняв його. Це був Майк Гріффін, тому я хочу сказати: "дуже дякую Майку Гріффіну!"
UT: Вашій команді ще належить багато зробити до 2013 року, що, мабуть, буде тут, перш ніж ви це дізнаєтесь!
Mather: Так, я знаю. Минуло вже більше 13 років, як NASA зв’язалася зі мною з цього приводу, але зараз кінець швидко настає. Перед нами багато технічних викликів у складанні всього. І ми ще не зайшли, але ще не з’ясували, скільки речей ми зламали чи скільки помилок ми зробили, але я думаю, що ми досить добре розбираємося в них, перш ніж їх робити.
Буде дуже цікаво вперше зібрати обладнання. У нас є шматки, у нас є зображення на коробці, щоб показати, куди вони йдуть, і досить скоро ми доводимо, що вони працюють разом, чи ні. До того моменту, коли ми отримаємо всі частини тут у Годдарді, всі вони будуть перевірені індивідуально, тому вони повинні грати разом просто чудово. Але природа не любить зарозумілість, тому нам доведеться протестувати всю справу від початку до кінця, як і ми будемо використовувати її в польоті. Після того, як ми зібрали його тут, ми відносимо його до Центру космічних польотів Джонсона і поміщаємо його у гігантський вакуумний бак. Це буде надзвичайний процес.
UT: Дуже дякую вам за розмову з нами.
Mather: Це було весело. Я люблю розповідати свою історію, і рада, що ти хочеш розповісти її нам. Я подумав, що можливо час поговорити про те, що ми робимо, бо починають відбуватися захоплюючі речі. Чудові речі відбуваються. Зараз у нас обсерваторія Кеплера, і, сподіваємось, вони знайдуть кілька планет, подібних до Землі, щоб їх відстежувати, і ми детальніше розглянемо їх.
