James Webb Space Telescope (JWST) adalah teleskop "generasi berikutnya" yang banyak dinanti. Direncanakan untuk diluncurkan 2013 Oktober 2018, JWST disebut-sebut sebagai penerus Hubble Space Telescope. Dengan itu, para astronom berharap dapat melihat ke masa lalu ketika alam semesta baru berusia 200 juta tahun, dan melihat bintang dan galaksi pertama. Ilmuwan utama yang memandu proyek ini adalah Dr. John Mather, penerima bersama Hadiah Nobel Fisika 2006 untuk karyanya dengan Cosmic Background Explorer (COBE), yang mengukur bentuk tubuh hitam dan anisotropi dari latar belakang gelombang mikro kosmik.
Kami merasa terhormat ketika Dr. Mather menghubungi Space Magazine, mengatakan bahwa ia ingin berbicara dengan kami tentang status JWST. "Saya pikir mungkin sudah waktunya untuk berbicara tentang apa yang kita lakukan," katanya, "karena hal-hal menarik mulai terjadi."
Majalah Luar Angkasa: Dr. Mather, selama lebih dari satu dekade kami telah mendengar tentang Teleskop Luar Angkasa Generasi Selanjutnya, yang kemudian secara resmi bernama James Webb Space Telescope. Bisakah Anda ceritakan bagaimana konsep teleskop ini dimulai?
John Mather: Pada tahun 1989, bahkan sebelum Hubble diluncurkan, sebuah konferensi diadakan tentang apa yang seharusnya menjadi teleskop ruang angkasa berikutnya. Mereka membahas teleskop besar di masa depan dan dari prosesnya, menerbitkan sebuah buku. Tetapi mereka benar-benar tidak menganggap bahwa inframerah adalah gelombang besar masa depan. Kemudian, pada tahun 1993, ada sebuah komite bernama HST and Beyond. Mereka menerbitkan laporan kecil yang indah pada tahun 1996 yang mengatakan ada dua hal penting yang harus dilakukan. Salah satunya adalah membangun teleskop inframerah, tidak seperti apa yang dikatakan buku sebelumnya, dan yang lainnya adalah membangun teleskop untuk mencari planet yang mirip Bumi. Pada titik itu, para astronom baru menyadari bahwa mencari planet ekstrasurya adalah mungkin. Jadi pada bulan Oktober 1995, Markas Besar NASA menelepon saya, memberi saya daftar ilmuwan dan insinyur untuk dihubungi dan mengatakan untuk memulai perencanaan. Jadi kami melakukannya, dan kami segera sampai pada konvergensi pemikiran dan pendapat yang luar biasa. Kami dengan cepat menyetujui sebuah konsep yang memenuhi keinginan komunitas ilmiah dan masuk dalam ambisi NASA. Anda akan menemukan bahwa teleskop yang ingin kami terbangi saat itu sangat mirip dengan yang akan kami terbang pada tahun 2013.
UT: Bisakah Anda memberi kami pembaruan tentang status JWST sekarang?
Mather: Perangkat keras instrumen penerbangan akan datang dari seluruh dunia pada musim panas 2010. Sensor panduan yang baik berasal dari Kanada, satu setengah paket instrumen berasal dari Eropa dan sisanya berasal dari AS. Jadi, dalam 18 bulan paket instrumen mulai berjalan bersama, dan kemudian bertemu dengan teleskop sekitar setahun kemudian. Empat instrumen sains adalah kamera inframerah-dekat, spektograf multi-objek inframerah-dekat, instrumen inframerah-tengah, dan pencitraan filter yang dapat ditala.
Kami baru saja melewati tinjauan Desain Kritis untuk modul instrumen. Minggu lalu kami memiliki ratusan orang yang datang untuk melihat semuanya dan memberi tahu kami jika kami melakukannya dengan benar. Saya pikir kami sudah lewat, meskipun saya belum melihat dokumen resmi. Tetapi bahkan saya terkesan.
UT: Pertanyaan yang banyak orang tanyakan kepada saya adalah, karena Hubble telah begitu sukses, mengapa JWST tidak akan menjadi teleskop optik?
Mather: Mengapa komite berubah dari optik ke inframerah? Ada dua. Salah satunya adalah bahwa Hubble menjadi sangat baik, mereka bisa melihat akan sulit untuk mengalahkannya, tidak peduli seberapa besar Anda membangun teleskop. Hal lain yang terjadi adalah orang-orang melihat Anda dapat membangun teleskop optik besar di tanah. Teleskop Keck bekerja dengan sangat baik, dan orang-orang mulai berbicara tentang optik adaptif, yang berarti bahkan teleskop yang lebih besar di tanah bermanfaat. Jadi kedua hal itu mengarahkan kami ke teleskop inframerah. Juga semua ilmuwan JWST mengatakan kami membutuhkan inframerah. Dari sedikit kemampuan yang kami miliki saat itu, inframerah sangat menarik, menemukan bahwa alam semesta yang paling jauh menarik dan bergeser merah dari yang terlihat. Itu dimulai dalam ultraviolet dan sampai ke inframerah karena jarak yang sangat jauh dari benda-benda ini dan pergeseran merah besar yang mereka miliki. Jadi jika Anda ingin melakukan astronomi ultraviolet di ujung jagat raya, Anda memerlukan teleskop inframerah.
UT: Sekarang setelah Spitzer Space Telescope infra merah berjalan dan bekerja dengan baik, apakah hal itu mengubah pikiran siapa pun, atau apakah itu membuat para ilmuwan ingin naik ke level berikutnya dengan inframerah?
Mather: Ya, Spitzer telah membuktikan ini sebenarnya wilayah yang menarik. Spitzer sebenarnya adalah teleskop kecil dengan standar modern; lebarnya hanya 3 kaki, 85 cm. Tetapi telah menghasilkan beberapa kejutan yang mencengangkan. Mereka dapat melihat banyak perubahan besar, dan tidak ada satupun yang diharapkan. Jadi, itu memberitahu kita inframerah adalah tempat penemuan-penemuan indah itu berada. Kami sekarang tahu kami bisa melakukan teknologinya, jadi mari kita dapatkan teleskop yang lebih baik. Ilmu pengetahuan adalah cara, cara yang mengasyikkan, dan ada banyak hal di luar sana yang menunggu untuk ditemukan.
UT: Menurut Anda, apa yang akan membedakan JWST dari teleskop ruang angkasa sebelumnya?
Mather: Setiap teleskop berkata, "Aku lebih baik dari yang ada di depanku," dan kami mengatakan hal yang sama. Tentu saja, teleskop ini akan melihat lebih jauh ke masa lalu dengan kemampuan inframerah dan aperture yang sangat besar; ia akan melihat melalui awan debu untuk melihat di mana bintang-bintang dilahirkan; ia akan melihat hal-hal yang bersuhu ruangan, seperti Anda dan saya, planet, atau bintang muda yang dilahirkan. Semua hal itu dapat dilihat langsung dengan kemampuan inframerah yang kita miliki pada teleskop baru ini. Sebagian besar pekerjaan akan dilakukan dalam inframerah, dengan beberapa kemampuan dalam rentang yang terlihat.
Tetapi kami telah membangun teleskop tujuan umum. Setelah diluncurkan, para ilmuwan dapat menulis proposal seperti yang mereka lakukan untuk Hubble, untuk apa yang ingin mereka amati, sehingga mereka dapat mengamati apa pun topik hangat saat itu.
UT: Dengan pengalaman Anda dengan COBE dan penghargaan-penghargaan berikutnya yang Anda terima, bagaimana Anda menerapkannya pada JWST?
Mather: Bukan begitu banyak penghargaan yang memengaruhi hidup saya, itu adalah fakta telah melalui proses dari awal sampai akhir untuk sebuah observatorium yang dirancang secara radikal, yang COBE, yang memberi saya keberanian untuk berpikir besar sesuatu. Jadi ketika Markas Besar NASA mengatakan mereka menginginkan pengganti Hubble, saya pikir itu akan menarik, dan saya cukup berani untuk mengatakan ya, saya ingin mencobanya. COBE sangat ambisius untuk saat itu, tetapi cukup kecil sehingga saya mengenal para insinyur secara pribadi dan saya dapat berbicara dengan mereka kapan saja tentang apa pun. Jadi saya pikir saya bisa lulus ke proyek yang lebih besar.
UT: Dan sekarang Anda bekerja dengan orang-orang dari seluruh dunia?
Mather: Ya, ini masalah besar. Tim sains kami adalah sekitar 19 orang, dari Eropa, AS dan Kanada. Tim teknik lebih dari 2.000 orang yang tersebar di seluruh dunia. Jelas, saya tidak tahu semuanya. Saya bekerja dengan para ilmuwan paling dekat dan berbicara dengan mereka tentang apa yang ingin kita capai, dan memastikan kita mencapai itu. Jadi saya punya peran yang berbeda sekarang. Saya tidak memiliki tanggung jawab langsung untuk perangkat keras apa pun, tetapi saya bekerja dengan orang-orang yang melakukannya. Kami memiliki akses ke beberapa orang terbaik di dunia dalam setiap topik.
UT: Bisakah Anda berbicara tentang masalah yang harus diatasi teleskop ini, biaya yang melebihi dan penundaan yang dimilikinya?
Mather: Yang pertama, kelebihan biaya tidak sebesar yang digambarkan oleh beberapa orang yang menginginkan uang untuk ide proyek mereka sendiri. Awalnya Dan Goldin adalah kepala NASA ketika kami mulai, dan dia berkata, "Kami ingin Anda memikirkan cara untuk melakukan observatorium ini dengan setengah miliar dolar pada tahun 1996 dolar." Kami katakan kami akan mencoba. Tetapi kami segera menyadari membangun ini akan sulit. Pada saat kami siap untuk mempresentasikannya pada survei dekadal pada tahun 2000, biayanya lebih seperti satu miliar dolar. Kemudian, tiga tahun yang lalu, kami melihat bahwa pekerjaan itu semakin sulit dan kami harus merencanakan ulang dan memarahi kembali. Sekarang, jika Anda menghitung seluruh biaya NASA dari awal tahun 1995 hingga akhir, di suatu tempat setelah tahun 2019 dengan inflasi dan pegawai negeri sipil (yang kami tidak hitung sebelumnya) sekarang kira-kira $ 4,5 miliar dalam dolar riil aktual, bukan 1996 dolar. Jadi ada pertumbuhan biaya, tetapi kami telah sukses luar biasa dan kami berada di jalur yang tepat untuk meluncurkan mesin yang luar biasa ini, yang akan digunakan oleh ribuan astronom. Dan kami tidak harus mengubah rencana atau total anggaran kami dalam tiga tahun, berkat kepemimpinan yang mantap dari NASA HQ dan kerja teknis yang brilian oleh tim.
UT: Itu menyenangkan untuk diketahui. Saya pikir orang memiliki konsep umum bahwa JWST telah dibanjiri biaya besar.
Mather: Ya, itu bukan sesuatu yang kecil, dan kami berharap kami bisa melakukan yang lebih baik dalam hal itu. Tapi ini tentang faktor pertumbuhan dua, dan bukan faktor lima yang telah diiklankan oleh beberapa orang yang seharusnya tahu lebih baik. Teleskop ini akan bekerja untuk waktu yang lama. Persyaratannya lima tahun, tetapi kami berharap untuk menjalankannya selama sepuluh tahun. Jadi, proyek kami merentang dari 1995 hingga mungkin 2024 ketika operasi akan berakhir.
Biarkan saya memberi Anda gambaran tentang apa yang perlu kami lakukan untuk bersiap-siap dan apa yang sudah kami lakukan selama ini. Kami mengembangkan daftar sepuluh teknologi utama yang kami butuhkan. Hal tersulit adalah mengembangkan cermin. Itu membutuhkan dua belas kontrak berbeda hanya untuk mengembangkan para pesaing ke tempat desain mereka cukup baik, sehingga perlu beberapa tahun. Detektor jelas harus ditingkatkan dari apa yang kita miliki pada teleskop Spitzer dan Hubble. Jadi sekarang kita memiliki detektor yang lebih besar dan lebih baik, dan mereka luar biasa. Salah satu ukuran yang dimiliki para astronom adalah berapa banyak elektron liar yang Anda dapatkan dari detektor. Jika Anda menutup semua lampu Anda harus mendapatkan nol. Kami sekarang memiliki detektor yang mengeluarkan beberapa elektron liar per piksel per jam, yang hampir sempurna. Akan lebih baik menjadi lebih baik, tetapi ini luar biasa. Saya terkesan.
Kami perlu memperbaiki lemari es di ruang angkasa. Kami memulai dengan mengatakan bahwa kami perlu mendapatkan teleskop yang didinginkan secara radiasi sehingga cukup dingin dengan sendirinya, dan itu sebagian besar benar. Tapi ternyata kami masih membutuhkan kulkas aktif untuk menjaga detektor panjang gelombang terpanjang, jadi kami harus mengembangkannya.
Jadi, itu hanya beberapa hal yang harus kami rancang, dan semua pengembangan teknologi akhirnya selesai pada 2007 dan melewati persetujuan dewan peninjau, yang mengatakan, "Ya, hal-hal itu akhirnya siap sekarang untuk dibangun."
Jadi, mencapai 2007 adalah waktu yang lama, dan saya tidak berpikir orang sangat menghargai apa yang diperlukan untuk menyiapkan teknologi baru. Di sisi lain, kami diberkati dengan tidak harus "mendukung." Kami menempatkan cukup perencanaan dan upaya ke dalam teknologi ini sehingga mereka berfungsi sekarang. Itu adalah salah satu hal yang kami pelajari dari proyek Hubble, yaitu, jangan menyelesaikan desain Anda sampai Anda tahu apa yang seharusnya Anda buat.
UT: Bagaimana dengan proses pengujian Anda. Apakah ini cukup ketat?
Mather: Itu adalah pelajaran lain yang harus kami pelajari dari Hubble. Jika Anda tidak mengujinya, itu tidak akan berfungsi. Kami telah belajar untuk memiliki proses yang sangat ditentukan dan ketat. Mereka melakukan cukup pengujian pada Hubble sehingga mereka bisa tahu tentang masalah fokus cermin. Pabrik cermin memiliki dua tes yang tidak setuju dan mereka memutuskan untuk mengabaikan salah satu dari mereka bukannya melacak alasannya, dan itu ternyata menjadi bodoh dan mahal.
Kami memiliki generalisasi bahwa jika ada sesuatu yang benar-benar penting, lakukan dua kali. Kami benar-benar akan menguji teleskop dingin di tangki vakum besar di Johnson Space Center. Jadi itu akan menjadi semacam tes skala penuh "end-to-end" ringan-di-awal, terang-keluar-pada-akhir, sesuatu yang tidak bisa mereka lakukan untuk Hubble. Tapi mereka tahu mereka bisa memperbaiki Hubble di luar angkasa, dan kita tahu kita tidak bisa memperbaiki JWST, karena teleskop akan berada di titik L-2, sekitar 1,5 juta kilometer jauhnya dari Bumi, yang berjarak sekitar empat kali lebih jauh dari Bumi. Bumi dari Bulan.
Ini adalah proyek yang rumit, tetapi pendekatan kami untuk melakukan proyek yang rumit secara dramatis berbeda dari ketika saya masih muda. Ketika saya tiba di sini untuk Goddard, kami menggunakan pensil dan mistar slide, dan komputer cukup baru dan kebanyakan orang tidak memilikinya. Sekarang kami memiliki komputer di mana-mana yang melacak dokumen kami. Kita dapat melakukan rekayasa sistem, dan bahkan dapat melakukan simulasi yang sangat akurat dan lengkap untuk mengetahui apakah ada sesuatu yang cocok dan bekerja sebelum kita membangunnya. Jadi dunia telah berubah, dan merupakan hal yang indah untuk dilihat. Jadi inilah mengapa kita sekarang dapat membangun observatorium ini dengan biaya yang kira-kira sama dengan yang dibutuhkan untuk membuat Hubble diluncurkan dan berfungsi. Tetapi JWST jauh lebih besar dan lebih kuat.
UT: Bisakah Anda memberi tahu kami tentang desain cermin untuk JWST?
Mather: Hal tersulit untuk dibangun adalah cermin, karena kami membutuhkan sesuatu yang jauh lebih besar daripada Hubble. Tapi Anda mungkin tidak bisa mengangkat sesuatu yang besar atau memasukkannya ke dalam roket, jadi Anda membutuhkan sesuatu yang lebih ringan tetapi tetap lebih besar, sehingga harus memiliki kemampuan untuk dilipat.
Cermin terbuat dari berilium ringan, dan memiliki 18 segmen heksagonal. Teleskop terlipat seperti kupu-kupu di kepompongnya dan harus benar-benar diurungkan sendiri. Ini adalah proses yang agak rumit yang akan memakan waktu berjam-jam. Teleskopnya sangat besar, 6,5 meter (21 kaki), jadi cukup mengesankan.
Perisai matahari benar-benar baru, dan itu juga harus digunakan. Jadi, apa yang terbungkus dalam sebuah silinder kecil, secara relatif menjadi tameng raksasa sebesar lapangan tenis. Itu besar. Semua ini terjadi dalam beberapa tahap dan akan memakan waktu berhari-hari. Kami menyewa sebuah perusahaan, Northrop Grumman yang memiliki pengalaman membuka hal-hal di ruang angkasa, dan mereka memberi tahu kami ini jelas bukan hal paling rumit yang mereka buka di ruang angkasa, yang meyakinkan.
Video penyebaran JWST di luar angkasa:
UT: Apakah ada diskusi tentang cahaya pertama dan apa JWST akan terlihat pada awalnya?
Mather: Ya sedikit. Itu akan menjadi bagian yang menyenangkan setelah kita menyelesaikannya.
UT: Apakah Anda punya saran favorit?
Mather: Saya pikir kita harus mulai dengan target mudah yang akan cantik, yang akan memungkinkan masyarakat untuk mengatakan, "Oh, saya melihat itu berhasil!" Beberapa pengamatan pertama dapat dilakukan ketika kita menyiapkan teleskop, bahkan sebelum teleskop sepenuhnya disesuaikan. Karena ini digunakan setelah peluncuran dan cermin tidak mendekati bentuk yang tepat pada awalnya, kami akan mengerjakannya secara bertahap. Ada model uji di Ball Aerospace di Boulder Colorado, di mana kita bisa berlatih menempatkan 18 segmen cermin ke posisinya. Setiap segmen memiliki 7 motor di atasnya untuk mengontrol posisi dan kelengkungan, jadi kita harus berlatih yang ini.
Ini adalah sesuatu yang tidak bisa mereka lakukan dengan Hubble. Mereka berharap bisa, dan memang punya motor tetapi mereka tidak bisa mendorong cukup keras. Itu cerita yang menarik. Kami belajar dari Hubble cara memperbaiki optik berdasarkan gambar yang kami dapatkan, jadi kami melakukannya dengan sengaja untuk teleskop ini.
UT: Ada beberapa kontroversi tentang bagaimana JWST akan diluncurkan.
Mather: Kami akan membawa teleskop ke Guyana Prancis dan memuatnya di roket di sana. ESA membeli kendaraan peluncuran untuk kami; itu roket Ariane 5, produk komersial dari Eropa dan akhir-akhir ini mereka berjalan baik, jadi sangat andal.
Wajar saja yang menimbulkan banyak kontroversi. Bahkan jika Eropa memberi kita kendaraan peluncur, bisa dikatakan, ada orang di sini yang tidak mau menerimanya. Butuh dua tahun markas besar untuk menerimanya. Itu menghabiskan uang kita. Satu-satunya alasan itu diterima adalah bahwa kami mendapat administrator baru yang akan menerimanya. Itu adalah Mike Griffin, jadi saya ingin mengatakan, "terima kasih banyak, Mike Griffin!"
UT: Tim Anda masih memiliki banyak hal yang harus dilakukan sebelum 2013, yang mungkin akan ada di sini sebelum Anda menyadarinya!
Mather: Ya saya tahu. Sudah lebih dari 13 tahun sejak NASA menghubungi saya tentang hal ini, tetapi sekarang akhirnya tiba dengan cepat. Kami memiliki banyak tantangan teknis di depan kami dalam menyatukan semuanya. Dan kami belum cukup jauh untuk mengetahui berapa banyak hal yang kami pecahkan atau berapa banyak kesalahan yang kami buat, tapi saya pikir kami cukup bagus dalam mencari tahu sebelum kami membuatnya.
Akan sangat menarik untuk menyatukan peralatan untuk pertama kalinya. Kami punya bagian, kami punya gambar di kotak untuk menunjukkan ke mana mereka pergi, dan segera kami bisa membuktikan bahwa mereka bekerja sama, atau tidak. Saat kami menerima semua bagian di Goddard, semuanya akan diuji secara terpisah, jadi mereka seharusnya bermain bersama dengan baik. Tapi alam tidak suka kesombongan, jadi kita harus menguji semuanya dari awal sampai akhir, sama seperti kita akan menggunakannya dalam penerbangan. Setelah kami letakkan bersama di sini, kami membawanya ke Johnson Spaceflight Center, dan menaruhnya di tangki vakum raksasa di sana. Itu akan menjadi proses yang luar biasa.
UT: Terima kasih banyak sudah berbicara dengan kami.
Mather: Ini menyenangkan. Saya suka menceritakan kisah saya dan saya senang Anda ingin menceritakannya bersama kami. Saya pikir mungkin sudah waktunya untuk berbicara tentang apa yang kita lakukan karena hal-hal menarik mulai terjadi. Hal-hal luar biasa sedang terjadi. Kami sudah mendapatkan Observatorium Kepler sekarang, dan mudah-mudahan mereka akan menemukan beberapa planet seperti Bumi untuk dilacak dan kami akan melihat lebih dekat pada mereka.
