James Webb Uzay Teleskobu Nedir, Neler Yapacak?

Uzun senelerdir James Webb Uzay Teleskobu’nun inşası için, NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi’nde aceleci bir montaj emek vermesi sürüyor. 25 Aralık 2021’de bir Fransız Ariana 5 roketi ile fırlatılmak suretiyle oldukça gelişmiş bir teleskop hazırlanıyor.

Doğrusu “Webb” diyebileceğimiz bu teleskop öyleki duyarlı ve gelişmiş bir enstrüman olacak ki; evrenin ilk yıldızlarının, galaksilerinin oluşumunu ve başka yıldızların yörüngelerindeki gezegenlerin direkt gözlemini olası kılacak.

James Webb

Evvela birazcık tarih… Kimdir bu James Webb?

James Edwin Webb, 1961-68 yılları aralığında vazife yapmış NASA’nın ikinci yöneticisidir. ABD’nın ilk insanlı feza uçuşlarını, Mercury ve Gemini programlarını kendi döneminde oluşturan Webb, bunun yanında insanlığın Ay’a ulaşmasını elde eden Apollo programlarını da başlatmıştır. Yalnız insanlı görevlerle ilgilenmekle kalmayan Webb, NASA’nın Mariner ve Pioneer robotik sondaları üstünde çalışmaya başlamasını da elde etmiştir.

Kendisinin büyük katkıları ile NASA, birbirine sıska bağı olan bir inceleme tesisleri topluluğundan iyi koordine edilmiş bir organizasyona dönüşmüştür. Kısacası, kendisinin NASA’da yeri ve önemi fazlaca büyüktür.

1992 senesinde, 85 yaşlarında yaşamını kaybeden Webb’in adı 2002 yılına kadar “Yeni Nesil Uzay Teleskobu” olarak isimlendirilen projeye verilerek onurlandırıldı.

Müthiş Gözlemevleri ve Yeni Nesil Uzay Teleskobu

Hubble Uzay Teleskobu, Dünya yörüngesindeki en mükemmel cihazlarımızdan biridir sadece yörüngede dolanan tek teleskop değildir. Geçmişi 1946’ya kadar dayanan “Great Observatories” (Müthiş Gözlemevleri) başlığı altında uzaya fırlatılan dört büyük teleskobun her biri elektromanyetik spektrumun belli tayfları göz önüne alınarak hazırlanmıştır.

• 1990’da fırlatılan Hubble, görünür fer, yakın-ultraviyole ve yakın-kızılötesi tayflarında deney yapar.
• 1991-2000 yılları aralığında hizmet veren Compton Rasathane, gamma ışınları gözlemleri yapmaktaydı. Bugünkü halefi, 2008’de fırlatılan Fermi Gamma-Işını Teleskobu’dur.
• 1999’da fırlatılan Chandra rasathane, X-ışınları tayfına odaklanır.
• 2003’de fırlatılan Spitzer Teleskobu ise kızılötesi spektrumda deney yapar.

Medya, Hubble Teleskobu’na odaklanmış olsa da Compton, Chandra ve Spitzer teleskopları pek oldukça astronomik obje hikayesinde informasyon dağarcığımızda devrim yaratmış ve binlerce yeni objenin keşfine imkan sağlamışlardır.

Günümüzde astronomide devrim yaratan bu enstrümanlar ailesine yeni ve oldukça gelişmiş bir üye katılmak suretiyle. James Webb Teleskobu olarak adlandırılan Yeni Nesil Uzay Teleskobu, Ay’ın ötesindeki, Dünya’ya 1.5 milyon kilometre mesafede bulunan stabil Lagrange-2 bölgesine yerleştirilecek ve kozmolojik mesafelerde toz partiküllerinin ötesini görebilmek için kızılötesi tayfta gözlemler meydana getirecek. Taşıyacağı aygıtlar ve ayna çapı ile evrenin tüm süre dilimlerini gözlemleyebilecek. (Ihmal etmeyin, uzayda ne kadar uzağı gözlemlersek, o denli geçmişe bakmış oluruz.)

James Webb Teleskobu

Doğrusu Webb diyebileceğimiz bu internasyonal teleskop NASA, ESA ve Kanada Uzay Ajansı ortaklığında geliştirilmektedir. Montajı tamamlandığında 705 kilo kütle sahibi ve 6.5 metre çapındaki ana aynası ile Hubble’dan beş kat daha büyük bir fer toplama alanına haiz olacak. Teleskop yakın ve orta-kızılötesi spektruma odaklanarak gözlemlerini gerçekleştirecektir. Bunun da üç ana nedeni var;

İlki yüksek kırmızıya-kayma (red-shift) değerine haiz oldukça uzak gök cisimlerinin görünür emisyonları kızılötesi spektrumunda bulunmakta.

İkincisi, yıldızların çevresindeki gezegenler ve döküntü diskleri benzer biçimde “soğuk objeler” en iyi kızılötesi spektrumda gözlemlenebilir.

En son kızılötesi spektrumun Dünya’dan gözlemi zor olsa gerek. Hubble ve Spitzer benzer biçimde mevcut teleskoplar ise amaçlarımız ve hedeflerimiz için artık kifayetsiz kalmaktadır. Yüzlerce dış gezegen keşfine imkan elde eden Kepler teleskobu da yaşamış olduğu problemler sebebi ile galaksinin bir tek oldukça minik bir bölümünü gözlemleyebilmektedir ve taşımış olduğu ekipman ile dış gezegenlerin direkt değil, yalnızca bilvasıta gözlemi mümkündür.

Gelmiş Geçmiş En Pahalı Teleskop

25 senedir hizmet veren Hubble Uzay Teleskobu, 2.1 milyar dolar ile Guiness Rekorlar Kitabı’ndaki yerini yakında Webb Teleskobu’na kaptıracak. Birçok şeyin kıymeti para ile ölçülemez sadece harcanan tahsisat ile bir projeye ne kadar ehemmiyet verildiği anlaşılabilir.

Ar-Ge emek harcamaları, montajı, 2018 yılındaki fırlatması (hemen sonra 2020’ye, peşinde 2021’e ertelendi) ve takip eden beş senelik operasyon için öngörülen ücret tamı tamına 8.7 milyar dolardır. (Bu paranın bir tek 800 milyon doları ilk beş senelik operasyon içindir.)

Doğal bu müthiş sayı sizi yanıltmasın. Webb yörüngedeki en pahalı şey olmayacak, bu ünvan senelik gideri 2.9 milyar dolar olan, 150 milyar dolarlık Internasyonal Uzay İstasyonu’na aittir.

Bu aşamada feza çalışmalarını oldukça pahalı gören, bu çalışmalara harcanan paranın yoksulluğu gidermek ve Afrika’daki açlara yardım için kullanılması icap ettiğini söyleyecek olan, reel yaşamdan uzak kalmış okurlarımıza ithafen şunları söylemek gerek; 2014’te Dünya’nın bir tek bir senelik askeri masrafları 1.7 trilyon dolara ulaşmıştır. Bu korkulu israfta ABD, 610 milyar dolar ile birinci, Çin 216 milyar dolar ile ikinci, Türkiye 22.6 milyar dolar ile 15’inci sıradadır.

Birbirimizi öldürmek için 1.7 trilyon harcarken ve mutlak sulh bir tek parasal olarak tüm insanlığa 1.7 trilyon kazandırabilecekken, bilime harcanan paraya sakın göz dikmeyin. Kendinizi fakirliği ve açlığı gidermeye adamışsanız, ilkin komşularınızdan, sonrasında Dünya’nın geri kalanından nefret etmemenin bir yolunu bulmak için ve enerji-kaynak arz/istek dengesizliğini gidermek için çabalayın. Sosyal mesajımızı da verdiğimize bakılırsa, devam edebiliriz.

Sıkıntılı Bir Proje Dönemi

Tahmin edilenlerden oldukça daha yüksek rakamlara ulaşan bu tahsisat ihtiyacı ile Webb uzun zaman vehamet altında kaldı. 1990’lardaki ilk Yeni Nesil Teleskop konseptine 500 milyon dolar masraf öngörülmüştü. 2005’te meydana getirilen yine planlama ile bu miktar üretim için 3.5 milyar, 10 senelik işletme için de bir milyar dolara çıktı.

2007 senesinde proje için lüzumlu olan 10 teknolojiden dokuzu yeterince geliştirildi ve 2008’de proje öncül tasavvur aşaması başarıyla tamamlandı. 2009’da entegre ilmi ekipman modülü ve 2010’da Güneş kalkanı parçaları da onaylanan Webb, yeniden 2010 yılındaki görev-kritik tasavvur incelemesinin teknik bölümünü de geçti.

Gördüğünüz suretiyle böylesi ayrıntılı, duyarlı ve fırlatıldıktan sonrasında değiştirilemeyecek ilmi bir aygıt için geliştirme ve üretim periyodu fazlaca uzun ve ayrıntılı olmak zorundadır. Bundan dolayı 2011 senesinde son tasavvur ve üretim aşamasında, tüm parçaların tasarımı, üretimi ve operasyonel kullanması baştan aşağı yeniden incelendi. 2014’te ilmi ekipman modülü dört aylık bir vakum testinden geçirildi. Tüm bu süreç işlerken, gereksinim duyulan fon garanti dibine alınmışken ve teleskop parçaları tamamlanırken bile proje devamlı artan giderler ile tartışmaların odağında kaldı. Birçok NASA projesinde sorunlara sebep olan bütçe planlaması, Webb Teleskobu’nda da soğuk nefesini hissettirdi. O şekilde ki 2011 senesinde kurultay, projenin ABD ayağını (NASA) ücret planlama sorunları nedeni ile tamamen iptal etmeye, kısacası Webb Teleskobu projesini bitirmeye kadar vardırdı. Her neyse ki bu bütçe sorunları sonucunda aşıldı. Webb’in fırlatılışı şu an da garantilenmiş görünüyor.

Vazife
James Webb Teleskobunun Ana Görevleri

Bu teleskop ile evrenin ilk yıldızları olan metal açısından yoksul Nesil-3 (Population-III) yıldızların tespit edilebilmesi, ilk galaksilerin oluşumu ve evrim periyodunun gözlemlenmesi ve en son yıldızların ve gezegen disklerinin oluşumunun gözlenip anlaşılması ve dış gezegenlerin incelenmesi amaçlanmaktadır. Böylesi uzak hedeflerin gözlemi için yıldızlararası ve galaksilerarası uzayda bulunan toz ve gaz bulutlarının ötesini görmek şarttır. Teleskobun kızılötesi spektruma odaklanması da bu yüzdendir.

Kızılötesi ışınım, bu şekilde yerleri görünür spektruma bakılırsa daha azca yitik yaşayarak geçer. Örnek olarak galaksimizin merkezindeki dev gibi kütleli karadelik Sagitarrius A, Webb için oldukça cazip bir hedeftir bu sebeple mevcut ekipmanlarımız, galaksinin bu bölümündeki yoğunluğun ardını görmekte kifayetsiz kalmaktadır. Soğuk objelerin de ışımasının büyük bir yüzdesi kızılötesi spektrumda gerçekleşir. Güneş sistemi gezegenleri ve dış gezegenler, kahverengi cüceler, Kuiper kuşağı objeleri, Oort bulutu objeleri ve başka yıldızların döküntü disklerini en kolay görebileceğimiz tayf, kızılötesidir.

Güneş Kalkanı

Kızılötesi tayfta deney yapmak için Webb teleskobu yoğun kızılötesi ışınım kaynaklarına karşı kalkanlanmış, oldukça soğuk bir ortamda bulunmalıdır. Bundan dolayı Lagrange-2 bölgesi mükemmeldir. L-2’de Güneş, Dünya ve Ay üçlüsü teleskobun aynı yönünde kalmış olarak bir tek tek bir yönün kalkanlanması kolaylığını sunacaklardır. Teleskop bu üçlüden gelecek ışığı polyimid filmden yapılmış, bir tarafı alüminyum, öteki tarafı silikon kaplı bir Güneş kalkanı ile engelleyerek ekipmanların bulunmuş olduğu bölgeyi durağan(durgun) -220 santigrat derecede tutacaktır.

Bilim ekipmanları ve aynalar bu süper soğuk ortamda iken kalkanın Güneş yanındaki yüzü +85 santigrat aşama olacak. Şu demek oluyor ki kalkanın iki tarafı içinde 300 derecelik bir ayrım bulunacak. Teleskobun inşasının niçin bu kadar duyarlı ve ayrıntılı gerçekleştirildiği böylece daha iyi anlaşılıyor. Bu Güneş kalkanı fırlatma anında kapsülü içerisinde katlanmış biçimde tutulacak ve açıldığında 12.2 x 18 metrelik bir alan kaplayacaktır.

Optik

6.5 metrelik altın kaplamalı berilyum ayna, 25 metre karelik bir toplayıcı alan mevcut roketler için oldukça büyüktür. Bundan dolayı ayna, 18 tane altıgen parçadan oluşmaktadır ve füze içinde katlanmış biçimde bulunacaktır. Bu 18 aynanın operasyon başlamadan ilkin doğru pozisyonlara yerleştirilmeleri için duyarlı dedektörler ve mikro motorlar kullanılacak ve gözlemler esnasında belirlenen hedefe bakılırsa bu dedektörler ve motorlar ile ince odak ayarları yapılabilecektir. Yanlış okumadınız evet, altın kaplamadan bahsettik sadece 25 metre karelik alanı kaplayan bu altın kaplama 0,00001 cm inceliği ile 48.25 grama muadil geliyor. Şu demek oluyor ki milyar dolarlar dibine harcanmıyor.

Bilim Paketi

Entegre Ilmi Enstrüman Modülü (ISIM) dahili ilmi aygıtlara, elektrik, işlemci gücü, soğutma ve stabilite elde eden bir altyapı platformudur. Grafit-epoksi kompozit malzemesi ile meydana getirilen bu platform teleskop gövdesinin alt bölümünde bulunacak ve bir doğrultu bulma kamerası ile beraber dört enstrüman taşıyacaktır. Bu enstrümanlar şunlardır;

Yakın-Kızılötesi Kamera (NIRCam): Bu kızılötesi görüntüleyici, görünür tayfın sınırı (0.6 mikrometre) ve yakın-kızılötesi (5 mikrometre) aralığında çalışacak, hem de dalga cephesi (wavefront) sensörü rolü üstlenecektir.

Yakın-Kızılötesi Spektrograf (NIRSpec): ESA tarafınca hazırlanan bu aygıt, NIRCam ile aynı tayf aralığında, dört değişik gözlemleme modunda emek vererek, ilk yıldızlardan, dış gezegenlere kadar birçok objeyi çözümleme edecektir.

Orta-Kızılötesi Enstrüman (MIRI): 5 – 27 mikrometre arası orta kızılötesi tayfı, hem kamera aynı zamanda spektrometre taşıyan bu aygıt inceleyecektir.

İnce ayar sensörleri ve Yakın-Kızılötesi görüntüleyici/spektrografı: Bu cihaz ise hem ayna odağını ayarlayan aynı zamanda yeniden yakın-kızılötesi görüntülemede kullanılacak cihazlar içermektedir.

Fırlatmaya Doğru

Şu anda James Webb Teleskobu’nun montajı Goddard Uzay Uçuş Merkezi’nde son sürat devam ediyor. 28 Kasım 2015’te ilk teleskobun 18 aynasından ilkinin montajı tamamlandı. Tam bir ay sonrasında, şu demek oluyor ki 28 Aralık itibari ile, teleskobun dokuzuncu aynası da ana gövdeye monte edildi.

Şayet olması fazlaca olası başka bir rötar eğer olmazsa, teleskop önümüzdeki 25 Aralık 2021 tarihinde Dünya’nın en emin fırlatma sistemlerinden olan bir Fransız Ariane 5 ECA roketi ile Fransız Guyanası‘ndan fırlatılacak ve L-2 noktasında en az beş sene sürecek gözlemlerine başlamış olacak. Elbet haiz olduğu yakıt ile ihtiyaç duyulan tahsisat de sağlanırsa 10 sene süresince deney yapabilecek. Açıkçası böylesi mühim bir aygıt için 10 senenin nispeten azca olacağını düşünmeden edemiyoruz.

Ayrıca, fırlatılış tarih için kararlı bir devre veremiyoruz, bu sebeple hemen hemen 10 senedir teleskobun fırlatılması devamlı (mali ve teknolojik nedenlerden ötürü) erteleniyor. Tekrar ertelenirse, bizlerden bilmeyin 🙂

Hubble’dan ortalama yedi kat kuvvetli olacak James Webb Teleskobu ile dış gezegenlerin atmosferlerinin analizi bile olası olacak. Böylece yüzeylerinde sıvı su bulunup bulunmadığı anlaşılabilecek. Son günlerde tartışmalara mevzu olan ihtimaller içinde bir yeni gezegen de şüphesiz en iyi James Webb ile gözlemlenebilecektir. 21’inci yüzyıla tam anlamıyla yakışan bu teleskobun göreve başlamasını heyecanla bekliyoruz.

Makalenin en başındaki görsel, James Webb Uzay Teleskobu’nun tamamlanmış biçimini yayınlayan bir tasvirdir, reel fotoğrafı değil.

Amacınıza en müsait ve en kaliteli teleskop veya dürbünü, en müsait fiyata bir tek Gökbilim Dükkanı‘nda bulabilir, satın alma ve kullanım sürecinde devamlı bizlere danışabilirsiniz
GÖKBİLİM DÜKKANI’NA GİT