James Webb Uzay Teleskobu

Transkript

1 James Webb Uzay Teleskobu Uzun yıllardır, NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi nde telaşlı bir montaj çalışması sürüyor. 30 Nisan 2021 de bir Fransız Ariana 5 roketi ile fırlatılmak üzere yeni bir teleskop hazırlanıyor. Kısaca Webb diyebileceğimiz bu teleskop öyle hassas ve gelişmiş bir enstrüman olacak ki; evrenin ilk yıldızlarının, galaksilerinin oluşumunu ve başka yıldızların yörüngelerindeki gezegenlerin doğrudan gözlemini mümkün kılacak. James Webb Öncelikle biraz tarih Kimdir bu James Webb? James Edwin Webb, yılları arasında görev yapmış NASA nın ikinci yöneticisidir. Amerika nın ilk insanlı uzay uçuşlarını, Mercury ve Gemini programlarını kendi döneminde gerçekleştiren Webb, bunun yanında insanlığın Ay a ulaşmasını sağlayan Apollo programlarını da başlatmıştır. Sadece insanlı

2 görevlerle ilgilenmekle kalmayan Webb, NASA nın Mariner ve Pioneer robotik sondaları üzerinde çalışmaya başlamasını da sağlamıştır. James Webb, 7 Ağustos 1965 te Gemini kenetlenme simulatörünü test ederken. Kendisinin büyük katkıları ile NASA, birbirine zayıf bağları olan bir araştırma tesisleri topluluğundan iyi koordine edilmiş bir organizasyona dönüşmüştür. Kısacası, kendisinin NASA da yeri ve önemi oldukça büyüktür yılında, 85 yaşında hayatını kaybeden Webb in ismi 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 harika cihazlarımızdan biridir ancak 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

3 alınarak hazırlanmıştır. Hubble Uzay Teleskobu. Bu fotoğraf, tamir için teleskoba yaklaşan uzay mekiği astronotları tarafından çekildi da fırlatılan Hubble, görünür ışık, yakın-ultraviyole ve yakın-kızılötesi tayflarında gözlem yapar yılları arasında hizmet veren Compton Gözlemevi, gamma ışınları gözlemleri yapmaktaydı. Bugünkü halefi, 2008 de fırlatılan Fermi Gamma-Işını Teleskobu dur da fırlatılan Chandra gözlemevi, X-ışınları tayfına odaklanır de fırlatılan Spitzer Teleskobu ise kızılötesi spektrumda gözlem yapar. Medya, Hubble Teleskobu na odaklanmış olsa da Compton, Chandra ve Spitzer teleskopları pek çok astronomik obje konusunda bilgi dağarcığımızda çığır açmış ve binlerce yeni objenin keşfine olanak sağlamışlardır.

4 Spitzer Uzay Teleskobu nun bir sanatçı çizimi. Günümüzde astronomide çığır açan bu enstrümanlar ailesine yeni ve çok gelişmiş bir üye katılmak üzere. 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 yapacak. Taşıyacağı aygıtlar ve ayna çapı ile evrenin bütün zaman dilimlerini gözlemleyebilecek. (Unutmayın, uzayda ne kadar uzağı gözlemlersek, o kadar geçmişe bakmış oluruz.) James Webb Teleskobu Kısaca Webb diyebileceğimiz bu uluslararası teleskop NASA, ESA ve Kanada Uzay Ajansı ortaklığında geliştirilmektedir. Montajı tamamlandığında 705 kilogram kütle sahibi ve 6.5 metre çapındaki ana aynası ile Hubble dan beş kat daha büyük bir ışık toplama alanına sahip olacak. Teleskop yakın ve orta-kızılötesi spektruma

5 odaklanarak gözlemlerini gerçekleştirecektir. Bunun da üç ana sebebi var; İlki yüksek kırmızıya-kayma (red-shift) değerine sahip çok uzak gök cisimlerinin görünür emisyonları kızılötesi spektrumunda bulunmakta. İkincisi, yıldızların çevresindeki gezegenler ve döküntü diskleri gibi soğuk objeler en iyi kızılötesi spektrumda gözlemlenebilir. Son olarak kızılötesi spektrumun Dünya dan gözlemi zordur. Hubble ve Spitzer gibi mevcut teleskoplar ise amaçlarımız ve hedeflerimiz için artık yetersiz kalmaktadır. Yüzlerce dış gezegen keşfine olanak sağlayan Kepler teleskobu da yaşadığı sorunlar nedeni ile galaksinin sadece çok küçük bir bölümünü gözlemleyebilmektedir ve taşıdığı ekipman ile dış gezegenlerin doğrudan değil, yalnızca dolaylı gözlemi mümkündür. Gelmiş Geçmiş En Pahalı Teleskop 25 yıldır hizmet veren Hubble Uzay Teleskobu, 2.1 milyar dolar ile Guiness Rekorlar Kitabı ndaki yerini yakında Webb Teleskobu na kaptıracak. Birçok şeyin değeri para ile ölçülemez ancak harcanan ödenek ile bir projeye ne kadar önem verildiği anlaşılabilir. Ar-Ge çalışmaları, montajı, 2018 yılındaki fırlatması ve takip eden beş yıllık operasyon için öngörülen ücret tamı tamına 8.7 milyar dolardır. (Bu paranın sadece 800 milyon doları ilk beş yıllık operasyon içindir.) Tabii bu müthiş rakam sizi yanıltmasın. Webb yörüngedeki en pahalı şey olmayacak, bu ünvan yıllık gideri 2.9 milyar dolar olan, 150 milyar dolarlık Uluslararası Uzay İstasyonu na aittir.

6 Uluslararası Uzay İstasyonu nda Star Trek üniforması giymiş bir astronot. Bu noktada uzay çalışmalarını çok pahalı bulan, bu çalışmalara harcanan paranın yoksulluğu gidermek ve Afrika daki açlara yardım için kullanılması gerektiğini söyleyecek olan, gerçek hayattan uzak kalmış okurlarımıza ithafen şunları söylemek gerek; 2014 te Dünya nın sadece bir yıllık askeri harcamaları 1.7 trilyon dolara ulaşmıştır. Bu korkunç israfta Amerika, 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 barış sadece parasal olarak bütün insanlığa 1.7 trilyon kazandırabilecekken, bilime harcanan paraya sakın göz dikmeyin. Kendinizi fakirliği ve açlığı gidermeye adamışsanız, önce komşularınızdan, sonra Dünya nın geri kalanından nefret etmemenin bir yolunu bulmak için ve enerji-kaynak arz/talep dengesizliğini gidermek için çabalayın. Toplumsal mesajımızı da verdiğimize göre, devam edebiliriz.

7 Zorlu Bir Proje Süreci Tahmin edilenlerden çok daha yüksek sayılara ulaşan bu ödenek ihtiyacı ile Webb uzun süre tehlike altında kaldı lardaki ilk Yeni Nesil Teleskop konseptine 500 milyon dolar gider öngörülmüştü te yapılan yeniden planlama ile bu miktar üretim için 3.5 milyar, 10 yıllık işletme için de bir milyar dolara çıktı yılında proje için gerekli olan 10 teknolojiden dokuzu yeterince geliştirildi ve 2008 de proje öncül tasarım aşaması başarıyla tamamlandı da entegre bilimsel ekipman modülü ve 2010 da Güneş kalkanı parçaları da onaylanan Webb, yine 2010 yılındaki görev-kritik tasarım incelemesinin teknik bölümünü de geçti. Gördüğünüz üzere böylesi detaylı, hassas ve fırlatıldıktan sonra değiştirilemeyecek bilimsel bir cihaz için geliştirme ve üretim süreci oldukça uzun ve detaylı olmak zorundadır. Bu sebeple 2011 yılında son tasarım ve üretim aşamasında, bütün parçaların tasarımı, üretimi ve operasyonel kullanımı baştan aşağı tekrar incelendi te bilimsel ekipman modülü dört aylık bir vakum testinden geçirildi. Bütün bu süreç işlerken, ihtiyaç duyulan fon güvence altına alınmışken ve teleskop parçaları tamamlanırken bile proje sürekli artan giderler ile tartışmaların odağında kaldı. Birçok NASA projesinde sorunlara sebep olan bütçe planlaması, Webb Teleskobu nda da soğuk nefesini hissettirdi. Öyle ki 2011 yılında kongre, projenin Amerika ayağını (NASA) ücret planlama sorunları sebebi ile tamamen iptal etmeye, kısacası Webb Teleskobu projesini bitirmeye kadar vardırdı. Neyse ki bu bütçe sorunları sonunda aşıldı. Webb in fırlatılışı şu an da garantilenmiş görünüyor. Görev James Webb Teleskobunun Ana Görevleri Bu teleskop ile evrenin ilk yıldızları olan metal açısından fakir Nesil-3 (Population- III) yıldızların tespit edilebilmesi, ilk galaksilerin oluşumu ve evrim sürecinin gözlemlenmesi ve son olarak 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 radyasyon, böyle bölgeleri görünür spektruma göre daha az kayıp yaşayarak geçer. Örneğin galaksimizin merkezindeki devasa kütleli karadelik

8 Sagitarrius A, Webb için çok cazip bir hedeftir çünkü mevcut ekipmanlarımız, galaksinin bu bölümündeki yoğunluğun ardını görmekte yetersiz 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 rahat görebileceğimiz tayf, kızılötesidir. Güneş Kalkanı Kızılötesi tayfta gözlem yapmak için Webb teleskobu yoğun kızılötesi radyasyon kaynaklarına karşı kalkanlanmış, çok soğuk bir ortamda bulunmalıdır. Bu sebeple Lagrenge-2 bölgesi mükemmeldir. L-2 de Güneş, Dünya ve Ay üçlüsü teleskobun aynı yönünde kalarak sadece tek bir yönün kalkanlanması kolaylığını sunacaklardır. Teleskop bu üçlüden gelecek ışığı polyimid filmden yapılma, bir tarafı alüminyum, diğer tarafı silikon kaplı bir Güneş kalkanı ile engelleyerek ekipmanların bulunduğu bölgeyi sabit -220 santigrat derecede tutacaktır. James Webb Uzay Teleskobu nun konumlanacağı Lagrange noktasını gösteren diyagram. (Lagrange noktaları hakkında detaylı bilgi almak için şu yazımızı okuyabilirsiniz.)

9 Bilim ekipmanları ve aynalar bu süper soğuk ortamda iken kalkanın Güneş tarafındaki yüzü +85 santigrat derece olacak. Yani kalkanın iki tarafı arasında 300 derecelik bir fark bulunacak. Teleskobun inşasının neden bu kadar hassas ve detaylı gerçekleştirildiği böylece daha iyi anlaşılıyor. Bu Güneş kalkanı fırlatma anında kapsülü içinde katlanmış halde 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 çok büyüktür. Bu sebeple ayna, 18 adet altıgen parçadan oluşmaktadır ve roket içerisinde katlanmış halde bulunacaktır. Bu 18 aynanın operasyon başlamadan önce doğru pozisyonlara yerleştirilmeleri için hassas dedektörler ve mikro motorlar kullanılacak ve gözlemler sırasında belirlenen hedefe göre bu dedektörler ve motorlar ile ince odak ayarları yapılabilecektir. Yanlış okumadınız evet, altın kaplamadan bahsettik ancak 25 metre karelik alanı kaplayan bu altın kaplama 0,00001 santimetre inceliği ile grama denk geliyor. Yani milyar dolarlar altına harcanmıyor.

10 James Webb Uzay Teleskobu nun altın kaplama işleminden geçirilmiş ikincil aynası. Teleskobun birincil aynası görseldeki ikincil aynadan üç kat daha büyük olacak. Bilim Paketi Entegre Bilimsel Enstrüman Modülü (ISIM) dahili bilimsel aygıtlara, elektrik, işlemci gücü, soğutma ve stabilite sağlayan bir altyapı platformudur. Grafit-epoksi kompozit malzemesi ile yapılan bu platform teleskop gövdesinin alt bölümünde bulunacak ve bir yön bulma kamerası ile birlikte 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, aynı zamanda dalga cephesi (wavefront) sensörü görevi üstlenecektir. Yakın-Kızılötesi Spektrograf (NIRSpec): ESA tarafından hazırlanan bu cihaz, NIRCam ile aynı tayf aralığında, dört farklı gözlemleme modunda çalışarak, ilk yıldızlardan, dış gezegenlere kadar birçok objeyi analiz edecektir. Orta-Kızılötesi Enstrüman (MIRI): 5 27 mikrometre arası orta kızılötesi tayfı, hem kamera hem de spektrometre taşıyan bu cihaz inceleyecektir. İnce ayar sensörleri ve Yakın-Kızılötesi görüntüleyici/spektrografı: Bu aygıt ise hem ayna odağını ayarlayan hem de yine 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 sonra, yani 28 Aralık itibari ile, teleskobun dokuzuncu aynası da ana gövdeye monte edildi. Eğer olması oldukça muhtemel başka bir gecikme olmazsa, teleskop önümüzdeki 2021 yılında Dünya nın en güvenilir fırlatma sistemlerinden olan bir Fransız Ariane 5 ECA roketi ile fırlatılacak ve L-2 noktasında minimum beş yıl sürecek gözlemlerine başlayacak. Elbette sahip olduğu yakıt ile gereken ödenek de

11 sağlanırsa 10 yıl boyunca gözlem yapabilecek. Açıkçası böylesi önemli bir cihaz için 10 yılın nispeten az olacağını düşünmeden edemiyoruz. Bu arada, fırlatılış tarih için kesin bir dönem veremiyoruz, çünkü neredeyse 10 yıldır teleskobun fırlatılması sürekli (mali ve teknolojik nedenlerden dolayı) erteleniyor. Yine ertelenirse, bizden bilmeyin Hubble dan yaklaşık yedi kat güçlü olacak James Webb Teleskobu ile dış gezegenlerin atmosferlerinin analizi bile mümkün olacak. Böylece yüzeylerinde sıvı su bulunup bulunmadığı anlaşılabilecek. Son günlerde tartışmalara konu olan olası bir yeni gezegen de şüphesiz en iyi James Webb ile gözlemlenebilecektir. 21 inci yüzyıla tam anlamıyla yakışan bu teleskobun göreve başlamasını heyecanla bekliyoruz. Yazının en başındaki görsel, James Webb Uzay Teleskobu nun tamamlanmış biçimini gösteren bir tasvirdir, gerçek fotoğrafı değil. Berkan Alptekin Amacınıza en uygun ve en kaliteli teleskop ya da dürbünü, en uygun fiyata sadece Gökbilim Dükkanı nda bulabilir, satın alma ve kullanım sürecinde her zaman bize danışabilirsiniz GÖKBİLİM DÜKKANI NA GİT