Космический телескоп Джеймса Вебба (JWST) - это долгожданный, долгожданный телескоп «следующего поколения». Запланировано для запуска в 2013 Октябрь 2018 года JWST рекламируется как преемник космического телескопа Хаббла. С его помощью астрономы надеются оглянуться назад во времени, когда Вселенной было всего 200 миллионов лет, и увидеть первые звезды и галактики. Ведущий ученый, руководящий этим проектом, - доктор Джон Мазер, один из лауреатов Нобелевской премии по физике 2006 года за работу с Космическим исследователем фона (COBE), который измерял форму черного тела и анизотропию космического микроволнового фона.
По понятным причинам мы были удостоены чести, когда доктор Мазер связался с журналом «Спейс», сказав, что хотел бы поговорить с нами о статусе JWST. «Я подумал, что пришло время поговорить о том, что мы делаем, - сказал он, - потому что начинают происходить захватывающие вещи».
Космический журнал: Доктор Мазер, уже более десяти лет мы слышим о космическом телескопе следующего поколения, который впоследствии был официально назван космическим телескопом Джеймса Уэбба. Можете ли вы рассказать нам, как началась концепция этого телескопа?
Джон Мазер: В 1989 году, еще до запуска Хаббла, была проведена конференция о том, каким должен быть следующий космический телескоп. Они обсудили великие телескопы будущего и из материалов дела опубликовали книгу. Но они действительно не считали, что инфракрасный свет был великой волной будущего. Затем, в 1993 году, был комитет под названием HST и Beyond. Они опубликовали прекрасный небольшой отчет в 1996 году, в котором говорилось о двух важных вещах. Один из них заключался в создании инфракрасного телескопа, в отличие от того, что было сказано в предыдущей книге, а другой - в создании телескопа для поиска планет, похожих на Землю. В этот момент астрономы только что осознали, что поиск внесолнечных планет возможен. Поэтому в октябре 1995 года штаб-квартира НАСА позвонила мне, дала мне список ученых и инженеров, с которыми нужно связаться, и сказала, что нужно начинать планирование. Так мы и сделали, и сразу пришли к замечательному сближению мыслей и мнений. Мы быстро согласились с концепцией, которая отвечала бы пожеланиям научного сообщества и входила в амбиции НАСА. Вы обнаружите, что телескоп, которым мы хотели летать тогда, очень похож на тот, который мы собираемся летать в 2013 году.
UT: Можете ли вы дать нам обновленную информацию о состоянии JWST прямо сейчас?
Mather: Оборудование для летных приборов поступит со всего мира летом 2010 года. Датчик точного наведения поступает из Канады, полтора комплекта приборов из Европы, а остальные из США. Итак, через 18 месяцев пакет инструментов начинает собираться вместе, а затем встречается с телескопом примерно через год. Четырьмя научными инструментами являются камера ближнего инфракрасного диапазона, многообъектный спектрограф ближнего инфракрасного диапазона, прибор среднего инфракрасного диапазона и настраиваемый формирователь изображений.
Мы только что прошли обзор Critical Design для модуля инструментов. На прошлой неделе сотни людей пришли посмотреть на все и сказать нам, правильно ли мы это делаем. Я думаю, что мы прошли, хотя я еще не видел официальных документов. Но даже я был впечатлен.
UT: Вопрос, который мне задают многие, так как «Хаббл» был настолько успешным, почему JWST не станет оптическим телескопом?
Mather: Почему комитет изменился с оптического на инфракрасный? Это было в два раза. Одна из них заключалась в том, что Хаббл становился настолько хорошим, что они могли видеть, что будет трудно победить его, независимо от того, насколько велик вы построили телескоп. Другое дело, что люди видели, что вы можете строить большие оптические телескопы на земле. Телескоп Keck работал очень хорошо, и люди начали говорить об адаптивной оптике, что означало, что на земле стоят даже большие телескопы. Так что эти две вещи указали нам на инфракрасный телескоп. Также все ученые JWST сказали, что нам нужен инфракрасный порт. Из того небольшого потенциала, который у нас был в то время, инфракрасное излучение было захватывающим, обнаруживая, что самая отдаленная вселенная является захватывающей и смещена в красный цвет от видимого. Он начинается в ультрафиолете и достигает инфракрасного из-за больших расстояний этих объектов и огромного красного смещения, которое они имеют. Поэтому, если вы хотите заняться ультрафиолетовой астрономией почти на краю Вселенной, вам нужен инфракрасный телескоп.
UT: Теперь, когда инфракрасный космический телескоп Spitzer запущен и работает так хорошо, это изменило чье-то мнение, или это заставляет ученых хотеть перейти на следующий уровень с инфракрасным излучением?
Mather: Да, Спитцер доказал, что это действительно захватывающая территория. Спитцер на самом деле - маленький телескоп по современным стандартам; ширина всего 3 фута, 85 см Но это преподносит удивительные сюрпризы. Они могут видеть вещи до очень, очень высоких красных смещений, и ничего из этого не ожидалось. Итак, это говорит нам, что инфракрасные лучи - это то, где будут чудесные открытия. Теперь мы знаем, что можем сделать эту технологию, поэтому давайте получим лучший телескоп. Наука очень интересна, и там так много всего, что ждет своего открытия.
UT: По вашему мнению, что отличит JWST от предыдущих космических телескопов?
Mather: Каждый телескоп говорит: «Я лучше предыдущего», и мы говорим то же самое. Конечно, этот телескоп будет видеть дальше во времени благодаря своим инфракрасным возможностям и огромной апертуре; сквозь пылевые облака он увидит, где рождаются звезды; он будет видеть вещи, которые имеют комнатную температуру, такие как вы и я, рождающиеся планеты или молодые звезды. Все эти вещи можно увидеть непосредственно с помощью инфракрасного излучения, которое есть у нас на этом новом телескопе. Большая часть работы будет выполнена в инфракрасном диапазоне, с некоторыми возможностями в видимом диапазоне.
Но мы построили телескоп общего назначения. После запуска ученые могут написать предложения, как они делают для Хаббла, для того, что они хотели бы наблюдать, чтобы они могли наблюдать любую горячую тему в то время.
UT: Имея опыт работы с COBE и последующие награды, которые вы получили, как вы применили это к JWST?
Mather: На мою жизнь повлияли не столько награды, сколько факт, что я прошел через процесс с самого начала и до самого конца для очень радикально разработанной обсерватории, которой был COBE, что дало мне смелость мыслить масштабно вещи. Поэтому, когда штаб-квартира НАСА сказала, что хочет преемника Хаббла, я подумал, что это будет интересно, и у меня хватило смелости сказать «да», я хотел бы попробовать это. COBE был очень амбициозным в то время, но достаточно маленьким, чтобы я лично знал инженеров и мог говорить с ними в любой день о чем угодно. Поэтому я подумал, что смогу перейти к большему проекту.
UT: А теперь вы работаете с людьми со всего мира?
Мазер: Да, это огромная сделка. Наша научная команда состоит из 19 человек из Европы, США и Канады. Команда инженеров насчитывает более 2000 человек, которые разбросаны по всему миру. Очевидно, я не знаю их всех. Я работаю с учеными наиболее тесно и говорю с ними о том, чего мы хотим достичь, и удостоверяюсь, что мы достигаем этого. Так что теперь у меня другая роль. У меня нет практической ответственности за любое оборудование, но я работаю с людьми, которые делают. У нас есть доступ к некоторым из лучших людей в мире по каждой теме.
UT: Можете ли вы рассказать о проблемах, которые пришлось преодолеть этому телескопу, перерасходе средств и задержках?
Mather: Во-первых, перерасход средств не так велик, как это показывают некоторые люди, которые хотели бы получить деньги за свои собственные идеи проекта. Первоначально Дэн Голдин был главой НАСА, когда мы начинали, и он сказал: «Мы хотим, чтобы вы подумали, как сделать эту обсерваторию за полмиллиарда долларов в 1996 году». Мы сказали, что попробуем. Но мы быстро поняли, что строить это будет сложно. К тому времени, когда мы собрались представить его на декадном опросе в 2000 году, его стоимость была больше, чем один миллиард долларов. Затем, три года назад, мы увидели, что работа становится все труднее, и нам пришлось перепланировать и провести повторный бюджет. Теперь, если вы посчитаете всю стоимость НАСА от начала в 1995 году до конца, где-то после 2019 года с инфляцией и государственными служащими (которые мы не подсчитывали ранее) сейчас это составляет примерно 4,5 миллиарда долларов в реальных долларах, а не в 1996 году. Таким образом, наблюдается рост затрат, но мы добились отличного успеха, и мы находимся на пути к запуску этой замечательной машины, которой будут пользоваться тысячи астрономов. И нам не пришлось менять наш план или общий бюджет в течение трех лет благодаря устойчивому руководству в штаб-квартире НАСА и блестящей технической работе команд.
UT: Это хорошо знать. Я думаю, что у людей есть общее представление о том, что JWST имеет огромный перерасход.
Mather: Ну, это не что-то маленькое, и мы хотели бы сделать это лучше. Но речь идет о факторе роста в два раза, а не о факторе пяти, который рекламировался некоторыми людьми, которые должны знать лучше. Этот телескоп будет работать долго. Требование составляет пять лет, но мы надеемся выполнить его в течение десяти. Таким образом, наш проект охватывает период с 1995 года до, возможно, 2024 года, когда операции будут завершены.
Позвольте мне дать вам некоторое представление о том, что нам нужно было сделать, чтобы подготовиться, и чем мы занимались все это время. Мы разработали список из десяти основных технологий, которые нам нужны. Сложнее всего было разработать зеркала. Это потребовало двенадцати различных контрактов только для разработки конкурентов, где их проекты были достаточно хорошими, так что это заняло довольно много лет. Детекторы явно должны были быть улучшены по сравнению с тем, что мы имеем на телескопах Spitzer и Hubble. Так что теперь у нас есть большие и лучшие детекторы, и они великолепны. Одна из мер, которую имеют астрономы, это то, сколько блуждающих электронов вы получаете от детекторов. Если вы закроете весь свет, вы должны получить ноль. Теперь у нас есть детекторы, которые испускают несколько случайных электронов на пиксель в час, что почти идеально. Было бы хорошо быть еще лучше, но это невероятно. Я впечатлен.
Нам нужно было улучшить холодильники в космосе. Мы начали с того, что нам нужен радиационно охлажденный телескоп, чтобы он был достаточно прохладным сам по себе, и это в основном так. Но оказывается, что нам все еще нужен активный холодильник, чтобы держать холодные детекторы с самой длинной длиной волны, поэтому мы должны были это разработать.
Таким образом, это лишь некоторые из вещей, которые мы должны были спроектировать, и все технологические разработки были окончательно завершены в 2007 году и получили одобрение рецензионной комиссии, которая сказала: «Да, эти вещи, наконец, уже готовы к созданию».
Так что переход на 2007 год был долгим, и я не думаю, что люди действительно оценили то, что нужно для подготовки новых технологий. С другой стороны, мы были благословлены тем, что нам не пришлось «отступать». Мы вложили достаточное количество планирования и усилий в эти технологии, чтобы они работали сейчас. Это было одной из вещей, которую мы узнали из проекта Хаббла, а именно: не заканчивайте свой дизайн, пока не узнаете, что вы должны построить.
UT: Как насчет вашего процесса тестирования. Это довольно строгое?
Mather: Это еще один урок, который мы должны были извлечь из Хаббла. Если вы не протестируете это, это не сработает. Мы научились иметь очень решительный и строгий процесс. Они провели достаточно тестов на Хаббле, чтобы знать о проблемах с фокусировкой зеркала. Производитель зеркал провел два испытания, которые не были согласованы, и они решили проигнорировать один из них вместо того, чтобы отследить причину, и это оказалось глупо и дорого.
У нас есть обобщение: если что-то действительно имеет значение, сделайте это дважды. На самом деле мы проверим холодность телескопа в большом вакуумном резервуаре в Космическом Центре Джонсона. Таким образом, это будет полномасштабный тест типа «свет в начале, свет в конце», чего они не могли сделать для Хаббла. Но они знали, что могут починить Хаббла в космосе, и мы знаем, что не можем починить JWST, поскольку телескоп будет находиться в точке L-2, примерно в 1,5 миллиона километров от Земли, что примерно в четыре раза дальше от Земля, чем Луна.
Это сложный проект, но наш подход к выполнению сложного проекта кардинально отличается от того, когда я был молодым феллером. Когда я добрался до Годдарда, мы использовали карандаши и правила скольжения, и компьютеры были довольно новыми, и у большинства людей их не было. Теперь у нас везде есть компьютеры, которые отслеживают наши документы. Мы можем заниматься системным проектированием и даже можем проводить очень точные и полные симуляции, чтобы знать, будет ли что-то соответствовать друг другу и работать еще до того, как мы это построим. Так что мир изменился, и это замечательно. Вот почему мы теперь можем построить эту обсерваторию примерно за те же реальные затраты, которые потребовались для запуска и работы Хаббла. Но JWST намного больше и мощнее.
UT: Можете рассказать нам о дизайне зеркала для JWST?
Mather: Самым сложным было построить зеркало, потому что нам нужно было нечто большее, чем Хаббл. Но вы не можете поднять что-то такое большое или уместить его в ракету, поэтому вам нужно что-то более легкое, но, тем не менее, большее, поэтому оно должно иметь возможность складываться.
Зеркало изготовлено из легкого бериллия и имеет 18 шестиугольных сегментов. Телескоп складывается, как бабочка, в свою куколку, и ему придется полностью ее уничтожить. Это довольно сложный процесс, который займет много часов. Телескоп огромен, на 6,5 метра (21 фут), поэтому он впечатляет.
Солнцезащитный экран совершенно новый, и его тоже придется развернуть. Итак, то, что было свернуто в маленький цилиндр, условно говоря, становится гигантским щитом размером с теннисный корт. Это огромная. Все это происходит в несколько этапов и займет несколько дней. Мы наняли компанию Northrop Grumman, которая имела опыт развертывания вещей в космосе, и они говорят нам, что это определенно не самая сложная вещь, которую они развернули в космосе, что обнадеживает.
Видео JWST развертывания в космосе:
UT: Были ли какие-либо дискуссии о первом свете и на что JWST будет смотреть сначала?
Mather: Да, немного. Это будет забавная часть после того, как мы соберем все вместе.
UT: У вас есть любимые предложения?
Mather: Я думаю, что мы должны начать с простых целей, которые будут красивыми, которые позволят общественности сказать: «О, я вижу, как она работает!» Некоторые из первых наблюдений могут быть сделаны, когда мы настраиваем телескоп, даже до того, как он полностью отрегулирован. Поскольку оно развертывается после запуска, а зеркало сначала не очень близко к правильной форме, мы будем постепенно к этому подходить. В Ball Aerospace в Боулдере, штат Колорадо, есть тестовая модель, где мы можем попрактиковаться в установке 18 зеркальных сегментов. Каждый сегмент имеет 7 двигателей для контроля положения и кривизны, поэтому мы должны отрепетировать этот.
Это то, что они не могли сделать с Хабблом. Они хотели, чтобы могли, и у него были моторы, но они не могли толкать достаточно сильно. Это интересная история. Мы узнали от Хаббла, как корректировать оптику на основе изображений, которые мы получали, поэтому мы специально делаем это для этого телескопа.
UT: Был некоторый спор о том, как JWST будет запущен.
Mather: Мы доставим телескоп во Французскую Гвиану и загрузим его в ракету там. ЕКА покупает ракету-носитель для нас; это ракета Ariane 5, коммерческий продукт из Европы, и в последнее время она хорошо себя зарекомендовала, поэтому она очень надежна.
Естественно, это вызвало много споров. Даже если бы Европа давала нам ракету-носитель, так сказать, здесь были люди, которые не хотели ее принимать. Штаб-квартире потребовалось два года, чтобы принять это. Это стоило нам денег. Единственной причиной, по которой это было принято, было то, что у нас появился новый администратор, который примет это. Это был Майк Гриффин, поэтому я хочу сказать: «Большое спасибо, Майк Гриффин!»
UT: У вашей команды еще много работы до 2013 года, которая, вероятно, будет здесь до того, как вы об этом узнаете!
Mather: Да, я знаю. Прошло более 13 лет с тех пор, как НАСА связалось со мной по этому поводу, но теперь конец быстро приближается. У нас впереди много технических проблем, чтобы собрать все воедино. И мы еще не достаточно далеко, чтобы узнать, сколько вещей мы сломали или сколько ошибок мы совершили, но я думаю, что мы довольно хорошо разбираемся в них, прежде чем мы их сделаем.
Будет очень интересно собрать оборудование в первый раз. У нас есть кусочки, у нас есть изображение на коробке, чтобы показать, куда они идут, и довольно скоро мы можем доказать, что они работают вместе или нет. К тому времени, когда мы получим все партии здесь, в Годдарде, все они будут проверены индивидуально, поэтому они должны прекрасно играть вместе. Но природе не нравится высокомерие, поэтому мы должны испытать все это от начала до конца, так же, как мы собираемся использовать это в полете. После того, как мы собрали его здесь, мы доставили его в Центр космических полетов Джонсона и поместили в гигантский вакуумный резервуар. Это будет необычный процесс.
UT: Большое спасибо за разговор с нами.
Mather: Это было весело. Я люблю рассказывать свою историю, и я рад, что вы хотите рассказать ее нам. Я подумал, что пришло время поговорить о том, что мы делаем, потому что начинают происходить захватывающие вещи. Великолепные вещи происходят. Сейчас у нас есть обсерватория Кеплера, и мы надеемся, что они найдут горстку планет, похожих на Землю, чтобы выследить их, и мы подробнее рассмотрим их.
