Yapımı 20 yıldır süren ve maliyeti 10 milyar doları bulan James Webb Uzay Teleskobu (JWST) 2021 yılında göreve başlıyor.
NASA’nın Hubble Uzay Teleskobu (HST),1990 yılından beri, evrenin derinliklerine ulaşan gözlemleri ile gökbilim ve evrenbilimde (astronomi ve kozmolojide) devrim yaptı. HST bize evrenin milyarlarca yıldır nasıl değiştiğini, onun ilk gökadalarını (galaksileri) ve olağanüstü güzellikteki oluşumlarını gösterdi. Ama Hubble’ın da cevaplayamadığı birçok soru var:
- Evrenin ilk ışığının görüntüsü nasıldır ve özellikleri nelerdir?
- İlk oluşan gökada ve yıldızlar neye benziyorlardı?
- Gökadaların merkezlerindeki dev karadelikler nasıl ortaya çıktılar? (Not: Geçtiğimiz günlerde ilk kez görüntülenen bu tür karadeliklerin nasıl oluştukları halen bilinmiyor.)
- Tozla dolu bir bulutsuda (nebülada) yıldızlar nasıl oluştu?
- İlk gökada ve yıldızlar nasıl bir evrim geçirerek bu günkü evreni oluşturdular?
- Dünyamız benzeri gezegenlerin atmosferlerinin bileşimleri nedir? Yaşamın kimyasal izlerini taşıyorlar mı? Bir diğer deyişle, gökadamız Samanyolundaki bu tür 40 milyar (!) gezegenin içinde yaşamı barındıranlar var mı?
JWST işte bu soruları cevaplamak için tasarlandı. Ama onun bilime esas katkıları büyük olasılıkla en beklemediğimiz biçimlerde ve henüz hayal bile edemediğimiz konularda olacak.
Bir bilim ve mühendislik başyapıtı
Gelecek yıl dünyamız çevresindeki yörüngesinde 30 uncu yılını tamamlayacak olan Hubble uzay teleskobu ne kadar olağanüstü bir gözlem aracı olsa da birçok sınırlamaları var. Teleskobun ana aynasının çapı yalnızca 2.4 m. Dolayısıyla son nesil ‘yer’ teleskoplarının aldığı ışığın yüzde birini ancak alıyor. Yerküremize yakın olduğundan onun yaydığı ısıdan etkileniyor ve kızıl ötesi görüşü de iyi değil. Işığın, ancak insan gözünün gördüğü bölgesini (spektrumunu) görebiliyor. Bütün bu sınırlamalar da, genişlemekte olan evrenimizde, bizden çok uzaktaki gök cisimlerinin ışıklarının kızıl ve kızılötesine kaymaları (redshift) nedeniyle, uzayın ve zamanın derinliklerini gözlemlememizi engelliyor.
Peki çözüm nedir? Eğer Hubble’dan epey daha büyük bir aynası olan ve kızılötesi ışınlarını görebilen bir uzay gözlemevi yapar, onu uzayın dünyadan yeterince uzak ve kararlı (stabil) bir noktasına yerleştirir ve teleskobumuzu güneşin ışınlarından da koruyarak (ekranlayarak) algılayıcılarını mutlak sıfıra yakın derecede soğutursak tüm bu sınırlamalardan kurtulabiliriz.
James Webb uzay teleskobu işte bu özelliklere sahip. 6.5 metre çapındaki aynası, herbiri berilyum metalinden yapılmış, 18 adet, altın kaplı, altıgen biçimli aynadan oluşuyor ve Webb’in Hubble’dan yedi kat daha fazla ışık almasını sağlıyor. Üstelik de onun aynasının yarı ağırlığında ve yüzeyindeki en büyük pürüz 20 nanometre (metrenin milyarda biri) kadar! Teleskop uzayda L2 Lagrange noktasına yerleştirilecek, yani yerküremizle birlikte güneşin etrafında dönecek ve dünyamıza 1.5 milyon km uzakta bulunacak. Bu uzaklıkta ise, ne güneş ne de dünyanın ‘gölgeleri’ uyduyu etkilemeyecekler. Beş tabakalı yepyeni bir güneş ekranı tasarımı sayesinde uydunun güneşe bakan üst bölümleri +110 derece santigrada kadar ısınabilirken, alt bölümü, ek bir soğutma gerektirmeksizin, sıvı azot soğukluğunda yani -210 derece santigradın altında tutulabilecek. Bu da, sağlayacağı kızıl ötesi görüş olanakları ile, evrenin derinliklerinin çok çok uzak ve zayıf ışınımlarını ilk kez alabilmemizi sağlayacak. Beklentiler, 13.8 milyar yıl önce büyük patlama ile oluşan evrenimizin, oluşmasından 300 milyon yıl sonrasını, yani 13.5 milyar ışık yılı uzaklığı (zamanımızdan 13.5 milyar yıl öncesini..) görebilmek!
Bir referans değeri (baseline) olması için Hubble teleskobunun olağanüstü performansını örnekler isek: Hubble‘ın ‘Uçdeğer Derin Alan’ (Extreme Deep Field - XDF) kamerası, gözlenebilen uzayın 32 milyonda biri kadar bir bölümüne odaklanıp, diyaframını tam 23 gün açık tuttuğunda (ışık aldığında) o bölgede 5.500 gökada görmüştü.İşte böyle bir performansı olan Hubble, en gelişmiş yer teleskoplarına göre ne kadar ileride ise, James Webb uzay teleskobu da Hubble’a göre öyle ileride olacak!
Yandaki resmin üst bölümünde Hubble’ın ünlü ‘Yaradılışın Sütunları’ (Pillars of Ceation) adlı görüntüsü, altta ise James Webb’in kızıl ötesi kameraları ile alacağı ve orada oluşan yıldızları da içerecek olan görüntü bulunuyor!
Origami gibi katlanacak
Bir Boeing 737 uçağının yarısı büyüklüğünde olan JWST’nin ağırlığı ise 737 nin sadece 8 de biri. Uçak 79.000 kg gelirken uzay teleskobu ise 6.200 kg. Peki ama, bu kadar büyük bir uydu onu uzaya gönderecek olan ARIANE V füzesine nasıl sığdırılacak? Bir Origami gibi katlanarak tabii! Resimde görüldüğü gibi, JWST Ariane V roketinin yük taşıma alanında iken, ana anteni, güneş panelleri ve özellikle de, 0.05 mmden daha ince olan ısı yalıtım ekranlarının hepsi, defalarca katlanacak ve uzayda sırayla açılacaklar. Bu da kendi başına çok ileri bir mühendislik ve teknoloji gerektiriyor.
14 ülkeden 1200 bilim insanının uzun yıllardır üzerinde çalıştığı JWST, ilk tasarlandığında, bütçesi 1 milyar dolar ve uzaya gönderilme tarihi 2007 civarı olarak planlanmıştı. Bütçe günümüzde 10 miyar dolara yaklaştı ve uydunun fırlatılışı da 10 yıldan fazla gecikti! Karşıtları bu projeyi ‘Astronomi yatırımlarının karadeliği!’ olarak niteliyor, destekleyenler ise ‘Bu proje için, biz, halen mevcut olmayan birçok yeni teknoloji geliştiriyor ve onları daha şimdiden proje dışı endüstriyel alanlarda da uyguluyoruz. Ayrıca tüm bunları ABD nin bir yılda patates çipslerine harcadığı para kadar (9 milyar dolar civarında..) harcama yaparak gerçekleştiriyoruz’ diyorlar.
Özetle, olağanüstü özelliklere sahip gelecek nesil uzay teleskobu için gerekli 10 milyar dolar ABD için bile sorun olabiliyor. Ama, gerekliliği ve olumsuz etkileri hala tartışılmakta olan İstanbul’un üçüncü hava limanına 29 milyar dolar (25.6 milyar euro) yatırmakta olan bizler için ise sözü bile olmazdı, değil mi?
Erdal Musoğlu / [email protected]
Kaynaklar
https://jwst.nasa.gov/index.html
https://medium.com/starts-with-a-bang/how-nasas-james-webb-space-telescope-will-answer-astronomy-s-biggest-questions-6c8a5d27eb39