James Webb romteleskopet (JWST) er det etterlengtede, etterlengtede “neste generasjons” teleskopet. Planlagt for lansering i 2013 Oktober 2018 har JWST blitt utpekt som etterfølgeren til Hubble-romteleskopet. Med det håper astronomer å se tilbake i tid til da universet bare var 200 millioner år gammelt, og se de første stjernene og galakser. Den ledende forskeren som guider dette prosjektet er Dr. John Mather, medmottaker av Nobelprisen i fysikk i 2006 for sitt arbeid med Cosmic Background Explorer (COBE), som målte den svarte kroppsformen og anisotropien av den kosmiske mikrobølgebakgrunnen.
Vi ble forståelig beæret da Dr. Mather tok kontakt med Space Magazine og sa at han ville snakke med oss om statusen til JWST. "Jeg regnet med at det kan være på tide å snakke om hva vi gjør," sa han, "fordi spennende ting begynner å skje."
Space Magazine: Dr. Mather, i over et tiår har vi hørt om Next Generation Space Telescope, som senere offisielt ble kalt James Webb Space Telescope. Kan du fortelle oss hvordan konseptet for dette teleskopet begynte?
John Mather: I 1989, selv før Hubble ble lansert, ble det holdt en konferanse om hva det neste romteleskopet skulle være. De diskuterte fremtidige teleskoper og publiserte en bok fra forhandlingene. Men de vurderte virkelig ikke at infrarød var fremtidens store bølge. Så, i 1993, var det et utvalg kalt HST og utover. De publiserte en nydelig liten rapport i 1996 som sa at det var to viktige ting å gjøre. Det ene var å bygge et infrarødt teleskop, i motsetning til hva den forrige boka hadde sagt, og den andre var å bygge et teleskop for å søke etter jordlignende planeter. På det tidspunktet anerkjente astronomer at det var mulig å søke etter ekstrasolære planeter. Så i oktober 1995 ringte NASA-hovedkvarteret meg opp, ga meg en liste over forskere og ingeniører som jeg kunne kontakte og sa å begynne å planlegge. Det gjorde vi, og vi kom umiddelbart til en bemerkelsesverdig konvergens av tanker og mening. Vi ble raskt enige om et konsept som tilfredsstilte det vitenskapelige samfunns ønsker og kom innenfor ambisjonene fra NASA. Du vil oppdage at teleskopet vi ønsket å fly tilbake da er veldig likt det vi skal fly i 2013.
UT: Kan du gi oss en oppdatering om statusen til JWST akkurat nå?
Mather: Flyinstrumentmaskinvaren kommer inn fra hele verden sommeren 2010. Den fine veiledningssensoren kommer fra Canada, halvannet instrumentpakke kommer fra Europa og resten kommer fra USA. Så om 18 måneder begynner instrumentpakken å gå sammen, og så møter den opp med teleskopet rundt et år senere. De fire vitenskapelige instrumentene er et nærinfrarødt kamera, et nærinfrarødt spektrograf med flere objekter, et midtinfrarødt instrument og et avstemningsbart filterbilde.
Vi har nettopp gjennomgått kritisk design gjennomgang for instrumentmodulen. Forrige uke hadde vi hundrevis av mennesker kommet for å se på alt og fortelle oss om vi gjør det riktig. Jeg tror vi har gått, selv om jeg ikke har sett det offisielle papirarbeidet ennå. Men selv jeg ble imponert.
UT: Spørsmålet mange stiller meg er, siden Hubble har vært så vellykket, hvorfor kommer ikke JWST til å være et optisk teleskop?
Mather: Hvorfor endret komiteen fra optisk til infrarød? Det var todelt. Det ene var at Hubble ble så bra at de kunne se at det ville være vanskelig å slå den, uansett hvor stor du bygde et teleskop. En annen ting som skjedde var at folk så at du kunne bygge store optiske teleskoper på bakken. Keck-teleskopet fungerte veldig bra, og folk begynte å snakke om adaptiv optikk, noe som betydde at enda større teleskoper på bakken var verdt. Så disse to tingene pekte oss mot et infrarødt teleskop. Også alle forskerne fra JWST sa at vi trengte infrarød. Fra den lille evnen vi hadde den gangen, var infrarød fascinerende, og fant ut at det fjerneste universet er spennende og er forskjøvet fra det synlige. Det starter i ultrafiolett og blir infrarødt på grunn av de store avstandene til disse gjenstandene og det enorme røde skiftet de har. Så hvis du vil gjøre ultrafiolett astronomi i nesten-kanten av universet, trenger du et infrarødt teleskop.
UT: Nå som det infrarøde Spitzer-romteleskopet er oppe og går så bra, har det forandret noens sinn, eller gjør det at forskere vil gå til neste nivå med infrarød?
Mather: Ja, Spitzer har bevist at dette faktisk er et fascinerende territorium. Spitzer er faktisk et lite bittet teleskop etter moderne standarder; den er bare 3 fot bred, 85 cm. Men det har gitt noen fantastiske overraskelser. De kan se ting ut til veldig, veldig høye røde skift, og ingen av disse tingene var forventet. Så det som forteller oss infrarød er hvor de fantastiske funnene vil være. Vi vet nå at vi kan gjøre teknologien, så la oss få et bedre teleskop. Vitenskapen er måte, veldig spennende, og det er så mye der ute som venter på å bli oppdaget.
UT: Hva vil etter din mening skille JWST fra tidligere romteleskoper?
Mather: Hvert teleskop sier: "Jeg er bedre enn det foran meg," og vi sier det samme. Selvfølgelig vil dette teleskopet se lenger tilbake i tid med sin infrarøde evne og sin enorme blenderåpning; den vil se gjennom støvskyer for å se hvor stjerner blir født; det vil se ting som er romtemperatur, som deg og meg, planeter eller unge stjerner som blir født. Alle disse tingene kan sees direkte med den infrarøde muligheten vi har på dette nye teleskopet. Det meste av arbeidet vil bli utført i infrarød, med en viss evne i det synlige området.
Men vi har bygget et teleskop med generelle formål. Etter lansering kan forskere skrive forslag som de gjør for Hubble, for hva de vil observere, slik at de kan observere hva det hette temaet er på den tiden.
UT: Hvordan har du brukt det til JWST med din erfaring med COBE og den påfølgende utmerkelsen du mottok?
Mather: Det var ikke så mye honnørene som påvirket livet mitt, det var faktum at jeg hadde vært gjennom prosessen helt fra begynnelsen til helt til et veldig radikalt designet observatorium, som COBE var, og som ga meg nerven til å tenke stort tingene. Så da NASA-hovedkvarteret sa at de ville ha en etterfølger for Hubble, tenkte jeg at det ville være interessant, og jeg hadde nok nerve til å si ja, det vil jeg prøve. COBE var veldig ambisiøs for tiden, men liten nok til at jeg kjente ingeniørene personlig og jeg kunne snakke med dem når som helst om hva som helst. Så jeg tenkte at jeg kunne oppgradere til et større prosjekt.
UT: Og nå jobber du med mennesker fra hele verden?
Mather: Ja, dette er veldig bra. Vårt vitenskapsteam er rundt 19 personer, fra Europa, USA og Canada. Ingeniørteamet er over 2000 mennesker som er spredt over hele verden. Det er klart jeg ikke kjenner dem alle. Jeg jobber nærmest med forskerne og snakker med dem om hva vi vil oppnå, og sørger for at vi oppnår det. Så jeg har en annen rolle nå. Jeg har ikke praktisk ansvar for maskinvare, men jeg jobber med menneskene som gjør det. Vi har tilgang til noen av de aller beste menneskene i verden på alle emner.
UT: Kan du snakke om problemene dette teleskopet har måttet overvinne, kostnadsoverskridelser og forsinkelser det har hatt?
Mather: Nummer én, kostnadsoverskridelsen er ikke så stor som blir fremstilt av noen mennesker som vil ha penger til egne prosjektideer. Opprinnelig var Dan Goldin sjef for NASA da vi startet, og han sa: "Vi vil at du skal tenke på en måte å gjøre dette observatoriet for en halv milliard dollar i 1996 dollar." Vi sa at vi ville prøve det. Men vi skjønte raskt at det ville bli vanskelig å bygge dette. Da vi gjorde oss klare til å presentere den for tiårsundersøkelsen i 2000, var kostnadene mer enn en milliard dollar. Så, for tre år siden, så vi at jobben ble vanskeligere og at vi måtte planlegge og rebudget. Hvis du teller hele NASA-kostnadene fra begynnelsen i 1995 til slutten, et sted etter 2019 med inflasjon og embetsmenn (som vi ikke regnet med før), er det nå omtrent 4,5 milliarder dollar i faktiske dollar, ikke 1996 dollar. Så det er kostnadsvekst, men vi har hatt en suksess og vi er på vei til å lansere denne fantastiske maskinen, som vil bli brukt av tusenvis av astronomer. Og vi trenger ikke å endre planen eller vårt totale budsjett på tre år, takket være jevn ledelse fra NASA HQ og strålende teknisk arbeid fra teamene.
UT: Det er godt å vite. Jeg tror folk har et generelt konsept om at JWST har hatt en enorm kostnadsoverskridelse.
Mather: Det er ikke noe lite, og vi skulle ønske vi kunne ha gjort det bedre. Men det handler om en faktor av to vekst, og ikke om faktoren fem som er annonsert av noen mennesker som burde vite bedre. Dette teleskopet vil fungere i lang tid. Kravet er fem år, men vi håper å få det i ti. Så prosjektet vårt spenner fra 1995 til kanskje 2024 når driften skulle avsluttes.
La meg gi deg en ide om hva vi trengte å gjøre for å bli klar og hva vi har holdt på med hele denne tiden. Vi utviklet en liste over ti viktige teknologier som vi trengte. Det vanskeligste var å utvikle speilene. Det krevde tolv forskjellige kontrakter bare for å utvikle konkurrentene der designene deres var gode nok, så det tok ganske mange år. Detektorene måtte helt klart forbedres i forhold til hva vi har på Spitzer og Hubble-teleskopene. Så nå har vi større og bedre detektorer, og de er fantastiske. Et mål astronomer har er hvor mange omstreifede elektroner du får fra detektorene. Hvis du stenger av alt lyset, bør du få null. Vi har nå detektorer som gir fra seg noen få bortkomne elektroner per piksel i timen, noe som er nesten perfekt. Det ville være bra å bli enda bedre, men dette er fantastisk. Jeg er imponert.
Vi trengte å forbedre kjøleskapene i verdensrommet. Vi startet med å si at vi trenger å få et strålingskjølet teleskop slik at det ville være kult nok av seg selv, og det er mest sant. Men det viser seg at vi fortsatt trenger et aktivt kjøleskap for å holde de lengste bølgelengdetektorene kalde, så vi måtte utvikle det.
Så dette er bare noen av tingene vi måtte utforme, og all teknologiutviklingen ble endelig ferdig i 2007 og vedtok gjennomgangsstyrets godkjenning, som sa: "Ja, disse tingene er endelig klare nå til å bygges."
Så det var lenge å komme til 2007, og jeg tror ikke folk virkelig har satt pris på hva som skal til for å få nye teknologier klare. På den annen side har vi blitt velsignet av å ikke måtte "sikkerhetskopiere." Vi legger nok planlegging og innsats i disse teknologiene som de jobber nå. Det var en av tingene vi lærte fra Hubble-prosjektet, som var, ikke fullfør designen din før du vet hva du skulle bygge.
UT: Hva med testprosessen. Er det ganske strengt?
Mather: Det er en annen leksjon vi måtte lære av Hubble. Hvis du ikke tester det, vil det ikke fungere. Vi har lært å ha en veldig bestemt og streng prosess. De testet nok på Hubble til at de kunne ha visst om speilfokusproblemene. Speilprodusenten hadde to tester som ikke var enige, og de bestemte seg for å ignorere en av dem i stedet for å spore opp årsaken, og det viste seg å være tåpelig og dyrt.
Vi har en generalisering om at hvis noe virkelig betyr noe, gjør det to ganger. Vi skal faktisk teste teleskopet kaldt i den store vakuumtanken nede på Johnson Space Center. Så det vil være en full-skala ende-til-ende “lett-i-begynnelsen, lett-ut-på-slutten” -test, noe de ikke kunne gjøre for Hubble. Men de visste at de kunne gå og fikse Hubble i verdensrommet, og vi vet at vi ikke kan fikse JWST, siden teleskopet vil være på L-2-punktet, omtrent 1,5 millioner kilometer fra Jorden, som er omtrent fire ganger lenger unna Jorden enn månen.
Dette er et komplisert prosjekt, men tilnærmingen vår for å gjøre et komplisert prosjekt er dramatisk annerledes enn da jeg var en ung feller. Da jeg kom hit til Goddard, brukte vi blyanter og lysbilde-regler, og datamaskiner var ganske nye og de fleste hadde ikke dem. Nå har vi datamaskiner overalt som holder rede på dokumentene våre. Vi kan gjøre systemteknikk, og til og med kan gjøre veldig nøyaktige, komplette simuleringer for å vite om noe vil passe sammen og fungere før vi selv bygde det. Så verden har forandret seg, og det er en fantastisk ting å se. Så dette er grunnen til at vi nå kan bygge dette observatoriet for omtrent de samme reelle kostnadene som det tok å få Hubble lansert og fungert. Men JWST er så mye større og kraftigere.
UT: Kan du fortelle oss om designet til speilet for JWST?
Mather: Det vanskeligste å bygge var speilet, fordi vi trengte noe som er langt større enn Hubble. Men du kan umulig løfte noe så stort eller passe det inn i en rakett, så du trenger noe som er lettere, men likevel større, så det må ha muligheten til å brette seg opp.
Speilet er laget av lett beryllium, og har 18 sekskantede segmenter. Teleskopet brettes sammen som en sommerfugl i sin chrysalis og vil måtte løse det helt selv. Det er en ganske omfattende prosess som vil ta mange timer. Teleskopet er stort, 6,5 meter, så det er ganske imponerende.
Solskjoldet er helt nytt, og det må også distribueres. Så, det som ble pakket inn i en liten sylinder, blir relativt sett et kjempeskjold omtrent like stort som en tennisbane. Den er enorm. Alt dette skjer i flere faser og vil ta dager. Vi leide et selskap, Northrop Grumman som hadde erfaring med å utfolde ting i verdensrommet, og de forteller oss at dette absolutt ikke er det mest kompliserte som de har utfoldet seg i verdensrommet, noe som er betryggende.
Video av JWST-distribusjonen i verdensrommet:
UT: Har det vært noen diskusjon om første lys og hva JWST vil se på først?
Mather: Ja litt. Det vil være den morsomme delen etter at vi har satt tingene sammen.
UT: Har du noen favorittforslag?
Mather: Jeg tror vi bør starte med enkle mål som vil være pene, som vil gjøre det mulig for publikum å si: "Å, jeg ser at det fungerer!" Noen av de første observasjonene kan gjøres når vi setter opp teleskopet, selv før det er fullstendig justert. Fordi det er distribuert etter lansering og speilet ikke er i nærheten av riktig form med det første, vil vi jobbe opp etter dette gradvis. Det er en testmodell på Ball Aerospace i Boulder Colorado, hvor vi får øve på å sette de 18 speilsegmentene i posisjon. Hvert segment har 7 motorer på seg for å kontrollere posisjon og krumning, så vi må øve denne.
Dette er noe de ikke kunne gjøre med Hubble. De ønsket at de kunne, og det hadde motorer, men de kunne ikke presse hardt nok. Det er en interessant historie. Vi lærte av Hubble hvordan du korrigerer optikken basert på bildene vi fikk, så vi gjør det med vilje for dette teleskopet.
UT: Det har vært en del kontroverser om hvordan JWST vil bli lansert.
Mather: Vi tar teleskopet til Fransk Guyana og laster det i raketten der nede. ESA kjøper lanseringsbil for oss; det er Ariane 5-raketten, et kommersielt produkt fra Europa, og de har hatt et godt løp i det siste, så det er veldig pålitelig.
Naturlig nok forårsaket det mye kontrovers. Selv om Europa ga oss kjøretøyet, så å si, var det folk her som ikke ønsket å godta det. Det tok to hovedkvarter å godta det. Det kostet oss penger. Den eneste grunnen til at det ble akseptert, var at vi fikk en ny administrator som ville godta den. Det var Mike Griffin, så jeg vil si: "tusen takk Mike Griffin!"
UT: Teamet ditt har fortsatt mye å gjøre før 2013, som sannsynligvis vil være her før du vet ordet av det!
Mather: Ja jeg vet. Det er over 13 år siden NASA kontaktet meg om dette, men nå kommer slutten fort opp. Vi har mange tekniske utfordringer foran oss med å sette sammen alt. Og vi har ikke kommet langt nok til å være med ennå, men finne ut hvor mange ting vi brøt eller hvor mange feil vi gjorde, men jeg tror vi er ganske flinke til å finne ut av dem før vi gjør dem.
Det kommer til å bli veldig spennende å sette sammen utstyret for første gang. Vi har stykkene, vi har bildet på esken for å vise hvor de går, og ganske snart får vi bevise at de jobber sammen, eller ikke. Da vi mottar alle delene her på Goddard, vil de alle ha blitt testet individuelt, så de er ment å spille sammen helt fint. Men naturen liker ikke arroganse, så vi må teste hele saken fra begynnelse til slutt, akkurat som vi skal bruke den på flukt. Etter at vi har satt den sammen her, tar vi den ned til Johnson Spaceflight Center, og setter den i den gigantiske vakuumtanken der. Det vil være en ekstraordinær prosess.
UT: Tusen takk for at du snakket med oss.
Mather: Dette har vært morsomt. Jeg elsker å fortelle historien min, og jeg er glad for at du vil fortelle den med oss. Jeg regnet med at det kan være på tide å snakke om hva vi gjør fordi spennende ting begynner å skje. Storslåtte ting skjer. Vi har fått Kepler-observatoriet opp nå, og forhåpentligvis vil de finne en håndfull jordlignende planeter å spore opp, og vi vil se nærmere på dem.
