NASA, Avrupa Uzay Ajansı (ESA) ve Kanada Uzay Ajansı (CSA) liderliğinde 16 ülkenin katkısıyla geliştirilen 10 milyar dolarlık James Webb Uzay Teleskobu (JWST) 24 Aralık 2021’de uzaya gönderildi. Teleskoptan gelen ve ilk kez yayınlanan harikulade derin uzay fotoğrafları, iç karartıcı dünya gündeminde bir ışık oldu. Milyarlarca ışık yılı ötedeki galaksilerin mükemmel keskinlikteki görüntüleri nefes kesti. Görüntüler o kadar güzeldi ki, 11 Temmuz’daki tanıtımını bizzat ABD Başkanı Joe Biden yapmak istedi.
JWST, Dünya’ya 1,5 milyon kilometre uzaklıkta, Dünya ile Güneş’in yerçekimsel bilek güreşinin galibinin olmadığı L2 noktasında, altın kaplı bal peteği şeklinde parıl parıl parlayan aynalarını uzayın derinliklerine çevirmiş, kozmik kızılötesi ışınları hasat ediyor. JWST, L2’de yerçekimi etkilerinden bağımsız olarak “karanlık oda” koşullarında çalışabiliyor. Tek mesele, Güneş’e fazla yakın olması… Onu da aynalarının arkasına konulan özel malzemelerden yapılmış kalkan ile aşmaya çalışıyor.
JWST, farklı birkaç dalga boyunda ışığı gözlemleyebiliyor, ama en önemli özelliği bir kızılötesi teleskop olması. Uzayda nesneler arası mesafeler o kadar uzun ki, Güneş’ten milyonlarca kat büyük yıldızların yaydığı ışık bile, yoğun gaz ve toz bulutlarının da etkisiyle Dünya’ya ulaşana dek eğiliyor, bükülüyor, güç kaybediyor ve sadece kızılötesi izler haline geliyor. JWST işte bu izleri yakalıyor. Ayrıca söz konusu izlerin önemli bir bölümü “fosil” niteliğinde: Bunlar Dünya’ya ulaştığında ışığın kaynağı nesne ölmüş veya büyük dönüşüm geçirmiş olabiliyor. Bu nedenle JWST’nin yakaladığı kızılötesi ışınlar evrenin tarihi konusunda birçok bilinmeyeni aydınlatacak nitelikte…
Geçen hafta yayınlanan fotoğraflar bir “ön gösterim” niteliğinde… Gerisini sadece NASA veya JWST’ye destek veren ülkelerin bilim insanları değil, Dünya’nın tüm astronomları getirecek.
Derin uzay astronomisi, diğer uzay çalışmalarının aksine rekabetin değil işbirliğinin hakim olduğu bir alan. Çünkü kainat uçsuz bucaksız ve uzay teleskopları bir veya bir grup bilim insanın üstesinden gelebileceğinden çok daha büyük veri kümeleri üretiyor. Bunların işlenmesi için devasa bilgi işlem gücüne ve bolca emeğe ihtiyaç var. Ancak JWST’nin birtakım sınırları var ve bu nedenle bu muazzam teleskoptan yararlanmak için bir dizi kural oluşturdu.
Bu kısıtların başında JWST’nin ön görülen ömrünün sadece beş yıl olması ve manevra kabiliyetinin sınırlı olması geliyor. Bilim insanları JWST’nin 2040’a kadar görev yapabileceğine inanıyor, ama bu pahalı teleskoba çarpacak küçük bir göktaşı veya Güneş’teki şiddetli bir patlama her an her şeyi berbat edebilir. O yüzden JWST için en kıymetli şey zaman.
NASA’dan Jane Rigby, küresel astronomi camiasının JWST’yi kullanılabilmesi için belirlenen kuralları Scientific American’a anlattı. Bir astrofizikçi olarak yıllarca yeryüzündeki ve uzaydaki en gelişmiş teleskoplar üzerinde çalışan ve JWST’nin proje bilim insanı olarak görev alan Rigby’nin Scientific American’dan Lee Billings ile söyleşisinden bölümler aktarıyoruz.
Bilimin vicdanı olma görevini üstlenmek
“Proje bilim insanının yaptığı şeylerden biri de ‘bilimin vicdanı’ olma görevini üstlenmektir. Bu teleskop çoğunlukla mühendisler ve yöneticiler tarafından inşa edildi. Ama bilim insanlarının da bilim yapabilmesini için döngüde olması gerekiyordu. Şimdi, bir “operasyon” projesi bilimcisi olarak, bu, teleskopun nasıl kullanacağıyla ilgilenmem, önerilen gözlemleri seçmem, astronomik gözlem programlarını hazırlamam, teleskopu çalıştırmaktan verileri Dünya’ya geri getirmeye ve tüm verileri kaldırmaya kadar bilimsel çalışmaların yürütülmesini sağlamam gerekiyor.”
200 uzmanlı kurul, kimden geldiğine bakmadan önerileri değerlendirecek
“Süreçte bilinen kişilere ayrıcalık olmayacak. JWST’nin zamanı son derece rekabetçi bir bilimsel değerlendirme sürecinden geçecek. Birinci etapta 200 uzmandan oluşacak bir kurul dünya genelinden binden fazla öneriyi (gözlem önerisi) değerlendirecek ve sıralayacak. Önerilerin en üst sıralarda yer alan dörtte biri seçildi bile. Seçimi yapanlar öneriyi kimin yaptığını, öneri sahipleri ise seçimi kimin yaptığını bilmiyor. Fikirlerin niteliğine göre karar verilmesini istiyoruz. Bu, akademisyenler dışında, kendi kendini yetiştirmiş kişilerin JWST’yi kullanmak için zaman bulabileceği anlamına geliyor. Bizim ülkemizden hoşlanmayan ve JWST’ye katkı sağlamamış bir ülkede yaşıyor olabilirsiniz, ama yine de onu kullanabilirsiniz. Bu herkese açık bir rekabet, çünkü en iyi fikirlere ulaşmak istiyoruz.”
Kullanım süresi nasıl hesaplanıyor?
“JWST herhangi bir günde uzayın üçte birini kapsayacak şekilde yönlendirilebiliyor. Kısıtlamanın nedeni, kalkanın Güneş’ten gelen veya Dünya ya da Ay’dan yansıyan ışıkları engelleyecek pozisyonda kalmak zorunda olması. Yine de bu gözlem alanı JWST’nin bir yılda uzayın yüzde 100’ünün gözlenmesini sağlayabiliyor. Dolayıyla evrende sabit bir hedefin bir yılda kaç gün gözlemlenebileceğini hesaplayabiliyoruz. Mesela Güneş Sistemi’ndeki nesneler yılda 60 gün gözlemlenebiliyor. Güneş Sistemi dışında ve sistemin tam kuzey ve güney kutupları üzerindeki hedefler ise yıl boyunca gözlemlenebilir. Ara alanlardaki hedefler ise bu iki süre arasında gözlemlenebiliyor.
Ancak Güneş Sistemi dışında kendi yıldızları çevresinde belli noktada olan gezegenler veya patlayan yıldızlar gibi bazı hedefleri belli zamanlarda gözlemlemek gerekiyor.
Bir de uzayın ne kadar karanlık olduğu meselesi var. Aradaki toz ve gaz bulutlarının sıcaklık durumuna göre belirli hedefleri gözlemlemek için uzayın ne kadar karanlık olduğu mevsimsel olarak değişiyor. Bazı gözlemler için, bunu gerçekten umursamıyoruz. Ancak gerçekten soluk şeylere bakıyorsak, arka plandaki gökyüzünün mümkün olduğunca karanlık olduğu zamanı seçmek istiyoruz.
JWST’nin boş durmasını da istemiyoruz. Ayrıca verileri Dünya’ya geri getirmemiz gerekiyor. Veri hızı fena değil, saniyede yaklaşık 30 mega bit. Ancak bu, bir kablo modemin hızından daha yavaş… JWST’nin cihazlarında 57 mega piksel bellek var. Bu nedenle, kullanıcılardan veri yutucuları olmamalarını isteyerek ve çok fazla veri sıkıştırması yaparak yönetiyoruz.
Kabul edilebilir bir çözüm ailesi oluşturmak için tüm bu kısıtlamaları optimize ederek teleskobu planlıyoruz. Uzun vadeli bir program hazırlıyoruz. Her gözlem için, hedefine bağlı olarak ortalama bir aylık bir zaman dilimi atıyoruz. Sonra her yedi ila 10 günde bir o hafta için ayrıntılı bir program hazırlıyoruz. Bu süreç, farklılıklar olmakla birlikte Hubble’dan uyarlandı.”
JWST’nin Hubble’a göre avantajları ve dezavantajları
“Hubble, JWST’ye göre Dünya’ya yarı yol uzaklıkta. Hubble bu zamanı bir sonraki hedefe dönmek ve aksi halde hazırlanmak için kullanır. Derin uzayda olduğu için JWST’de bu sorun yok. Bu, JWST’nin Hubble’ın yaptığı gibi dönüşlerini Dünya’nın arkasına geçtiğinde yapmaya saklamasına gerek olmadığı anlamına geliyor. Webb büyük bir teleskop, bu nedenle saatin yelkovanından daha yavaş döner. Yani 180 derece döndürmek isterseniz, bu bir saate yakın süre alır. Programlama yaparken zaman alıcı dönüşler yapmaktan kaçınıyoruz ve uzayda birbirine yakın noktalara yönelik gözlemleri sıralıyoruz.”
Işık kuvveti, JWST’nin ömrünü kısaltıyor
“JWST’nin kullanım ve bakım programının ayarlanmasında fotonların (ışık parçacığı) kütle itkisini de göz önünde bulundurmamız gerekiyor. Hubble’da, Dünya’nın manyetik alanı onu fotonların kütle itkisinden koruyor. Ama derin uzaydaki JWST için bu söz konusu değil. JWST’nin güneş kalkanına çarpan fotonlar bir tork uyguluyor. Bunu kalkanın açısını değiştirerek savuşturabiliriz, ama bizim amacımız hedefleri gözlemlemek, kalkanı korumak değil.
Fotonların taşıdığı kütle itkisi teleskobun ömrünü de etkiliyor. Çünkü bu kuvvet nedeniyle teleskobun konumunu düzeltmesi için tahrik motorlarını çalıştırması gerekiyor. Tahrik motorunun yakıtı 2040 yılına kadar yeterli olabilir. Ama tahrik motorlarının yakıtının öngörülenden önce tükenmesi, teleskobun da ömrünün son bulmasına neden olacak. Çünkü yakıt bittiğinde güneş panellerinin her zaman Güneş’i görmesini sağlayamayacağız. Sonunda güneş panelleri uzun süre gölgede kalacak ve iyileşmesi mümkün olmayacak. Sanırım bu JWST’nin son nefesi olacak. Ama yine de, alacakaranlık yıllarında JWST’ye tam olarak ne olacağını bilmek zor”.
Minik meteor çapından büyük zarar verdi
“Ayrıca JWST’nin ömrünü kısaltabilecek başka tehditler var. Örneğin bir mikro meteorun birincil aynalarından biri üzerinde beklenenin üzerinde bir etki yaratması bizi şaşırttı. Bu tür olayların JWST’nin optik performansı üzerinde nasıl etkisi olacağını aktif olarak inceliyoruz. Mikro meteoritler, aynaların ve güneşliklerin kalitesini kademeli olarak düşürecek. Bu, yörüngedeki yaşamın bir gerçeği. Biz zaten bunu akılda tutarak aşırı mühendislik yaptık ve kenar boşlukları oluşturduk. Ama bu her beş yılda bir olan bir olay mıydı ve biz sadece şanssız mıyız, yoksa bunun gibi beklediğimizden daha fazla darbe alacak mıyız? Bunu çözmek için çalışıyoruz. JWST’nin verimli ve uzun bir görev ömrü olacağını umuyorum.”
Bu yazı ilk kez 21 Temmuz 2022’de yayımlanmıştır.
