El telescopio espacial James Webb (JWST) es el muy esperado y esperado telescopio de "próxima generación". Planificado para su lanzamiento en 2013 Octubre de 2018, JWST ha sido promocionado como el sucesor del telescopio espacial Hubble. Con él, los astrónomos esperan mirar atrás en el tiempo cuando el universo tenía solo 200 millones de años y ver las primeras estrellas y galaxias. El científico principal que guía este proyecto es el Dr. John Mather, co-receptor del Premio Nobel de Física 2006 por su trabajo con el Cosmic Background Explorer (COBE), que midió la forma del cuerpo negro y la anisotropía del fondo cósmico de microondas.
Es comprensible que nos honremos cuando el Dr. Mather contactó a la revista Space, diciendo que le gustaría hablar con nosotros sobre el estado de JWST. "Pensé que podría ser hora de hablar sobre lo que estamos haciendo", dijo, "porque empiezan a suceder cosas emocionantes".
Revista espacial: Dr. Mather, durante más de una década hemos estado escuchando sobre el Telescopio espacial Next Generation, que más tarde se denominó oficialmente el Telescopio espacial James Webb. ¿Puede decirnos cómo comenzó el concepto de este telescopio?
John Mather: En 1989, incluso antes del lanzamiento del Hubble, se celebró una conferencia sobre cuál debería ser el próximo telescopio espacial. Discutieron los grandes telescopios del futuro y, a partir de las actas, publicaron un libro. Pero realmente no consideraron que los infrarrojos fueran la gran ola del futuro. Luego, en 1993, había un comité llamado HST y más allá. Publicaron un pequeño informe encantador en 1996 que decía que había dos cosas importantes que hacer. Uno era construir un telescopio infrarrojo, a diferencia de lo que había dicho el libro anterior, y el otro era construir un telescopio para buscar planetas similares a la Tierra. En ese momento, los astrónomos estaban reconociendo que era posible buscar planetas extrasolares. Entonces, en octubre de 1995, la sede de la NASA me llamó, me dio una lista de científicos e ingenieros para contactar y me dijo que comenzara a planificar. Así lo hicimos, e inmediatamente llegamos a una notable convergencia de pensamiento y opinión. Rápidamente acordamos un concepto que cumplió los deseos de la comunidad científica y estuvo dentro de las ambiciones de la NASA. Encontrará que el telescopio que queríamos volar en ese entonces es muy parecido al que vamos a volar en 2013.
UTAH: ¿Puede darnos una actualización sobre el estado del JWST en este momento?
Mather: El hardware del instrumento de vuelo llegará de todo el mundo en el verano de 2010. El sensor de guía fina proviene de Canadá, un paquete y medio de instrumentos proviene de Europa y el resto proviene de los EE. UU. Entonces, en 18 meses, el paquete de instrumentos comienza a unirse, y luego se encuentra con el telescopio alrededor de un año después. Los cuatro instrumentos científicos son una cámara de infrarrojo cercano, un espectrógrafo de objetos múltiples de infrarrojo cercano, un instrumento de infrarrojo medio y un filtro de imagen sintonizable.
Acabamos de pasar por la revisión de Diseño Crítico para el módulo del instrumento. La semana pasada tuvimos cientos de personas que vinieron a mirar todo y decirnos si lo estamos haciendo bien. Creo que aprobamos, aunque todavía no he visto la documentación oficial. Pero incluso yo estaba impresionado.
UTAH: La pregunta que mucha gente me hace es, dado que Hubble ha tenido tanto éxito, ¿por qué JWST no será un telescopio óptico?
Mather: ¿Por qué el comité cambió de óptico a infrarrojo? Fue doble. Una era que el Hubble se estaba volviendo tan bueno que podían ver que sería difícil vencerlo, sin importar cuán grande haya construido un telescopio. Otra cosa que sucedió fue que la gente estaba viendo que podías construir grandes telescopios ópticos en el suelo. El telescopio Keck funcionaba realmente bien, y la gente comenzaba a hablar sobre óptica adaptativa, lo que significaba que valían la pena incluso los telescopios más grandes en el terreno. Entonces esas dos cosas nos apuntaron hacia un telescopio infrarrojo. Además, todos los científicos del JWST dijeron que necesitábamos infrarrojos. Por la poca capacidad que teníamos en ese momento, el infrarrojo era fascinante, descubriendo que el universo más distante es emocionante y se desplaza hacia el rojo desde lo visible. Comienza en ultravioleta y llega al infrarrojo debido a las grandes distancias de estos objetos y al enorme desplazamiento hacia el rojo que tienen. Entonces, si quieres hacer astronomía ultravioleta en el borde del universo, necesitas un telescopio infrarrojo.
UTAH: Ahora que el Telescopio Espacial Spitzer infrarrojo está funcionando tan bien, ¿eso ha cambiado la opinión de alguien, o eso hace que los científicos quieran pasar al siguiente nivel con infrarrojo?
Mather: Sí, Spitzer ha demostrado que este es realmente un territorio fascinante. Spitzer es en realidad un telescopio pequeño para los estándares modernos; solo mide 3 pies de ancho, 85 cm. Pero ha estado produciendo algunas sorpresas sorprendentes. Pueden ver los cambios rojos muy, muy altos, y no se esperaba nada de eso. Entonces, eso nos dice que el infrarrojo es donde estarán los maravillosos descubrimientos. Ahora sabemos que podemos hacer la tecnología, así que obtengamos un mejor telescopio. La ciencia es muy, muy emocionante, y hay mucho por ahí esperando ser descubierto.
UTAH: En su opinión, ¿qué diferenciará al JWST de los telescopios espaciales anteriores?
Mather: Todos los telescopios dicen: "Soy mejor que el anterior", y nosotros decimos lo mismo. Por supuesto, este telescopio verá más atrás en el tiempo con su capacidad infrarroja y su gran apertura; verá a través de las nubes de polvo para ver dónde nacen las estrellas; verá cosas que están a temperatura ambiente, como tú y yo, planetas o estrellas jóvenes naciendo. Todas esas cosas se pueden ver directamente con la capacidad infrarroja que tenemos en este nuevo telescopio. La mayor parte del trabajo se realizará en infrarrojo, con cierta capacidad en el rango visible.
Pero hemos construido un telescopio de uso general. Después del lanzamiento, los científicos pueden escribir propuestas como lo hacen para el Hubble, para lo que les gustaría observar, para que puedan observar cualquier tema candente en ese momento.
UTAH: Con su experiencia con COBE y los honores posteriores que recibió, ¿cómo ha aplicado eso al JWST?
Mather: No fueron tanto los honores los que afectaron mi vida, fue el hecho de haber pasado por el proceso desde el principio hasta el final para un observatorio muy radicalmente diseñado, que fue COBE, lo que me dio el valor para pensar en grande. cosas. Entonces, cuando la sede de la NASA dijo que querían un sucesor para el Hubble, pensé que sería interesante, y tuve el descaro de decir que sí, me gustaría intentarlo. COBE era muy ambicioso para la época, pero lo suficientemente pequeño como para conocer personalmente a los ingenieros y poder hablar con ellos cualquier día sobre cualquier cosa. Entonces pensé que podría graduarme a un proyecto más grande.
UTAH: ¿Y ahora estás trabajando con personas de todo el mundo?
Mather: Sí, esto es un gran problema. Nuestro equipo científico está formado por 19 personas, de Europa, Estados Unidos y Canadá. El equipo de ingeniería está formado por más de 2.000 personas repartidas por todo el mundo. Claramente, no los conozco a todos. Trabajo con los científicos más de cerca y hablo con ellos sobre lo que queremos lograr, y me aseguro de que lo estemos logrando. Entonces tengo un papel diferente ahora. No tengo responsabilidad práctica sobre ningún hardware, pero trabajo con las personas que lo hacen. Tenemos acceso a algunas de las mejores personas del mundo en cada tema.
UTAH: ¿Puede hablar sobre los problemas que ha tenido que superar este telescopio, los sobrecostos y los retrasos que ha tenido?
Mather: Número uno, el sobrecosto no es tan grande como lo representan algunas personas a las que les gustaría el dinero para sus propias ideas de proyectos. Originalmente, Dan Goldin era el jefe de la NASA cuando comenzamos, y dijo: "Queremos que piensen en una forma de hacer este observatorio por medio billón de dólares en 1996". Dijimos que lo intentaríamos. Pero rápidamente nos dimos cuenta de que construir esto iba a ser difícil. Cuando nos preparamos para presentarlo a la encuesta de década en 2000, el costo era más de mil millones de dólares. Luego, hace tres años, vimos que el trabajo se estaba volviendo más difícil y tuvimos que volver a planificar y reorganizar. Ahora, si cuenta el costo total de la NASA desde principios de 1995 hasta el final, en algún lugar después de 2019 con la inflación y los funcionarios públicos (que no contábamos antes) ahora son aproximadamente $ 4.5 mil millones en dólares reales reales, no en dólares de 1996. Así que hay un aumento en los costos, pero hemos tenido un éxito excelente y estamos en camino de lanzar esta maravillosa máquina, que será utilizada por miles de astrónomos. Y no hemos tenido que cambiar nuestro plan o nuestro presupuesto total en tres años, gracias al liderazgo constante de la sede de la NASA y al brillante trabajo técnico de los equipos.
UTAH: Es bueno saberlo. Creo que la gente tiene un concepto general de que el JWST ha tenido un enorme costo excesivo.
Mather: Bueno, no es algo pequeño, y desearíamos haberlo hecho mejor en eso. Pero se trata de un factor de crecimiento de dos, y no el factor de cinco que han anunciado algunas personas que deberían saber mejor. Este telescopio funcionará por mucho tiempo. El requisito es de cinco años, pero esperamos ejecutarlo durante diez. Por lo tanto, nuestro proyecto abarca desde 1995 hasta quizás 2024, cuando las operaciones terminarían.
Déjame darte una idea de lo que teníamos que hacer para prepararnos y de lo que hemos estado haciendo todo este tiempo. Desarrollamos una lista de diez tecnologías principales que necesitábamos. Lo más difícil fue desarrollar los espejos. Eso requirió doce contratos diferentes solo para desarrollar a los competidores para que sus diseños fueran lo suficientemente buenos, por lo que tomó bastantes años. Los detectores claramente tuvieron que ser mejorados sobre lo que tenemos en los telescopios Spitzer y Hubble. Así que ahora tenemos detectores más grandes y mejores, y son fabulosos. Una medida que tienen los astrónomos es cuántos electrones perdidos obtienen de los detectores. Si cierra toda la luz, debería obtener cero. Ahora tenemos detectores que emiten algunos electrones perdidos por píxel por hora, lo cual es casi perfecto. Sería bueno ser aún mejor, pero esto es fabuloso. Estoy impresionado.
Necesitábamos mejorar los refrigeradores en el espacio. Comenzamos diciendo que necesitamos un telescopio enfriado por radiación para que sea lo suficientemente frío por sí mismo, y eso es principalmente cierto. Pero resulta que todavía necesitamos un refrigerador activo para mantener fríos los detectores de longitud de onda más largos, por lo que tuvimos que desarrollar eso.
Entonces, esas son solo algunas de las cosas que tuvimos que diseñar, y todo el desarrollo de la tecnología finalmente se terminó en 2007 y pasó la aprobación de la junta de revisión, quien dijo: "Sí, esas cosas finalmente están listas para ser construidas".
Entonces, llegar al 2007 fue mucho tiempo, y no creo que la gente realmente haya apreciado lo que se necesita para preparar nuevas tecnologías. Por otro lado, hemos sido bendecidos por no tener que "retroceder". Ponemos suficiente planificación y esfuerzo en estas tecnologías para que funcionen ahora. Esa fue una de las cosas que aprendimos del proyecto Hubble, que era, no termines tu diseño hasta que sepas lo que se supone que debes construir.
UTAH: ¿Qué hay de su proceso de prueba? ¿Es bastante riguroso?
Mather: Esa es otra lección que tuvimos que aprender de Hubble. Si no lo prueba, no funcionará. Hemos aprendido a tener un proceso muy determinado y riguroso. Hicieron suficientes pruebas en el Hubble que podrían haber sabido sobre los problemas de enfoque del espejo. El fabricante del espejo tuvo dos pruebas que no estuvieron de acuerdo y decidieron ignorar una de ellas en lugar de rastrear la razón, y eso resultó ser tonto y costoso.
Tenemos una generalización de que si algo realmente importa, hazlo dos veces. Realmente probaremos el telescopio en frío en el gran tanque de vacío en el Centro Espacial Johnson. Por lo tanto, será una prueba de escala completa de extremo a extremo "luz al principio, luz al final", algo que no podrían hacer por el Hubble. Pero sabían que podían ir a arreglar el Hubble en el espacio, y sabemos que no podemos arreglar JWST, ya que el telescopio estará en el punto L-2, a aproximadamente 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, que está aproximadamente cuatro veces más lejos del Tierra que la luna.
Este es un proyecto complicado, pero nuestro enfoque para hacer un proyecto complicado es dramáticamente diferente de cuando era un niño. Cuando llegué a Goddard, usamos lápices y reglas de cálculo, y las computadoras eran bastante nuevas y la mayoría de la gente no las tenía. Ahora tenemos computadoras en todas partes que realizan un seguimiento de nuestros documentos. Podemos hacer ingeniería de sistemas, e incluso podemos hacer simulaciones muy precisas y completas para saber si algo encajará y funcionará incluso antes de que lo construyamos. Así que el mundo ha cambiado y es algo maravilloso de ver. Es por eso que ahora podemos construir este observatorio por aproximadamente el mismo costo real que se necesitó para poner en funcionamiento el Hubble. Pero JWST es mucho más grande y más poderoso.
UTAH: ¿Puede contarnos sobre el diseño del espejo para el JWST?
Mather: Lo más difícil de construir fue el espejo, porque necesitábamos algo que fuera mucho más grande que el Hubble. Pero no puedes levantar algo tan grande o meterlo en un cohete, por lo que necesitas algo que sea más liviano pero aún más grande, por lo que debe tener la capacidad de plegarse.
El espejo está hecho de berilio ligero y tiene 18 segmentos hexagonales. El telescopio se pliega como una mariposa en su crisálida y tendrá que deshacerse por completo. Es un proceso bastante elaborado que tomará muchas horas. El telescopio es enorme, a 6,5 metros (21 pies), por lo que es bastante impresionante.
El protector solar es completamente nuevo, y también tendrá que desplegarse. Entonces, lo que estaba envuelto en un pequeño cilindro, relativamente hablando, se convierte en un escudo gigante casi tan grande como una cancha de tenis. Es enorme. Todo esto sucede en múltiples etapas y tomará días. Contratamos a una compañía, Northrop Grumman, que tenía experiencia en el desarrollo de cosas en el espacio, y nos dicen que esto definitivamente no es lo más complicado que han desarrollado en el espacio, lo cual es tranquilizador.
Video de la implementación de JWST en el espacio:
UTAH: ¿Ha habido alguna discusión sobre la primera luz y lo que el JWST verá primero?
Mather: Sí un poco. Esa será la parte divertida después de armar todo.
UTAH: ¿Tienes alguna sugerencia favorita?
Mather: Creo que deberíamos comenzar con objetivos fáciles que sean bonitos, que permitan al público decir: "¡Oh, veo que funciona!" Algunas de las primeras observaciones se pueden hacer cuando estamos instalando el telescopio, incluso antes de que esté completamente ajustado. Debido a que se implementa después del lanzamiento y el espejo no está cerca de la forma correcta al principio, estaremos trabajando en esto gradualmente. Hay un modelo de prueba en Ball Aerospace en Boulder Colorado, donde podemos practicar la colocación de los 18 segmentos de espejo en su posición. Cada segmento tiene 7 motores para controlar la posición y la curvatura, por lo que tenemos que ensayar este.
Esto es algo que no podrían hacer con el Hubble. Desearon poder hacerlo, y tenía motores, pero no pudieron presionar lo suficiente. Esa es una historia interesante. Aprendimos del Hubble cómo corregir la óptica en función de las imágenes que obtuvimos, por lo que lo estamos haciendo a propósito para este telescopio.
UTAH: Ha habido cierta controversia sobre cómo se lanzará el JWST.
Mather: Llevaremos el telescopio a la Guayana Francesa y lo cargaremos en el cohete allí abajo. La ESA nos está comprando el vehículo de lanzamiento; es el cohete Ariane 5, un producto comercial de Europa y últimamente han tenido un buen funcionamiento, por lo que es muy confiable.
Naturalmente, eso causó mucha controversia. Incluso si Europa nos estuviera dando el vehículo de lanzamiento, por así decirlo, había personas aquí que no querían aceptarlo. Le tomó dos años a la sede aceptarlo. Eso nos costó dinero. La única razón por la que se aceptó fue porque obtuvimos un nuevo administrador que lo aceptaría. Ese era Mike Griffin, así que quiero decir, "¡muchas gracias Mike Griffin!"
UTAH: Su equipo todavía tiene mucho que hacer antes de 2013, ¡que probablemente estará aquí antes de que se dé cuenta!
Mather: Sí, lo sé. Han pasado más de 13 años desde que la NASA me contactó sobre esto, pero ahora el final se acerca rápidamente. Tenemos muchos desafíos técnicos por delante para poner todo junto. Y aún no hemos llegado lo suficientemente lejos como para descubrir cuántas cosas rompimos o cuántos errores cometimos, pero creo que somos bastante buenos para descubrirlos antes de cometerlos.
Va a ser muy emocionante armar el equipo por primera vez. Tenemos las piezas, tenemos la imagen en la caja para mostrar a dónde van, y muy pronto podemos demostrar que funcionan juntas, o no. Para cuando recibamos todas las partes aquí en Goddard, todas habrán sido probadas individualmente, por lo que se supone que deben jugar juntas muy bien. Pero a la naturaleza no le gusta la arrogancia, por lo que tenemos que probar todo de principio a fin, tal como lo vamos a usar en vuelo. Después de armarlo aquí, lo llevamos al Johnson Spaceflight Center y lo colocamos en el tanque de vacío gigante allí. Ese será un proceso extraordinario.
UTAH: Muchas gracias por hablar con nosotros.
Mather: Esto ha sido divertido. Me encanta contar mi historia y me alegra que quieras contarla con nosotros. Pensé que podría ser hora de hablar sobre lo que estamos haciendo porque las cosas emocionantes están comenzando a suceder. Magníficas cosas están sucediendo. Ahora tenemos el Observatorio Kepler y esperamos que encuentren un puñado de planetas similares a la Tierra para rastrear y los examinaremos más de cerca.
