Megaproyek
JWST – Teleskop Luar Angkasa James Webb
Securities.io mempertahankan standar editorial yang ketat dan dapat menerima kompensasi dari tautan yang ditinjau. Kami bukan penasihat investasi terdaftar dan ini bukan nasihat investasi. Silakan lihat pengungkapan afiliasi.
Melihat Lebih Jauh Ke Alam Semesta
Beberapa megaproyek melibatkan infrastruktur raksasa, seperti misalnya, lingkaran berdiameter 27 kilometer dari akselerator partikel CERN atau itu Percobaan neutrino sepanjang 800 mil oleh DUNE.
Yang lainnya dapat digolongkan sebagai megaproyek bukan karena ukurannya, tetapi karena kompleksitasnya, biayanya, dan seberapa transformatifnya proyek tersebut terhadap pemahaman kita tentang Alam Semesta.
Contoh yang bagus adalah Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST). Teleskop luar angkasa berbasis cahaya inframerah ini adalah yang terkuat dan terbesar yang pernah dibuat. Nama teleskop ini diambil dari James E. Webb, administrator legendaris NASA dari tahun 1961 hingga 1968 selama program Mercury, Gemini, dan Apollo.
Sumber: NASA
JWST begitu hebat sehingga dapat membantu kita mengamati bintang-bintang pertama yang terbentuk di alam semesta dan menemukan eksoplanet yang berpotensi layak huni. Dan untuk memperoleh hasil ini, para ilmuwan dan teknisi telah bekerja keras untuk melampaui batas kemampuan teleskop.
Mengapa Menempatkan Teleskop di Luar Angkasa?
Hal pertama yang perlu dipahami tentang Teleskop Luar Angkasa James Webb adalah mengapa ia harus berada di luar angkasa. Lagi pula, mengangkat mesin yang rumit ke luar angkasa jauh lebih sulit daripada membangun benda yang sama di Bumi.
Dengan keluar dari atmosfer, teleskop dapat mengamati Alam Semesta tanpa gangguan polusi cahaya, turbulensi atmosfer, dan, tentu saja, awan dan pola cuaca.
Inilah alasan mengapa teleskop Hubble yang relatif kecil berkinerja sangat baik dibandingkan dengan teleskop berbasis darat. Namun, ini sangat penting bagi JWST, karena teleskop ini tidak mengukur cahaya tampak, tetapi cahaya inframerah.
Uap air di atmosfer Bumi menyerap radiasi inframerah. Teleskop inframerah berbasis darat cenderung ditempatkan di pegunungan tinggi dan di iklim yang sangat kering untuk meningkatkan visibilitas, tetapi hal ini masih belum ideal dan menciptakan batasan inheren terhadap apa yang dapat diamati.
JWST adalah teleskop inframerah berbasis ruang angkasa terbaru dan paling kuat yang pernah ada, mengikuti jejak Satelit Astronomi Inframerah (IRAS), yaitu Teleskop Luar Angkasa Spitzer, Dan Penjelajah Survei Inframerah Bidang Lebar (BIJAK).
JWST diluncurkan pada tahun 2021 menggunakan peluncur Ariane 5 milik Prancis, dari Guyana Prancis. Sebulan kemudian, wahana ini tiba di tujuannya, titik Lagrange L2 Matahari-Bumi, sekitar 1.5 juta kilometer (930,000 mil) dari Bumi.
Titik Lagrange adalah posisi di ruang angkasa yang tetap konstan dibandingkan dengan Bumi, meskipun tidak berada di orbit Bumi. Saat ini, titik Lagrange lain (L1) digunakan oleh DSCOVR: Observatorium Iklim Luar Angkasa.
Sumber: NOAA
Posisi JWST berarti ia dapat mengamati hampir semua titik di langit sepanjang tahun, selama titik tersebut tidak berada di arah Bumi dan Matahari; 39% langit berpotensi terlihat oleh Webb kapan saja.
Mengapa Menggunakan Observasi Inframerah?
Objek Jauh
Untuk objek yang sangat jauh di Alam Semesta, fenomena yang disebut "pergeseran merah" terjadi, yang menggerakkan cahayanya ke arah inframerah. Jadi, pengamatan apa pun terhadap bagian Alam Semesta yang sangat dalam (dan karenanya sangat kuno) cenderung harus dilakukan di bagian inframerah spektrum cahaya.
Sumber: Harian SciTech
Karena fenomena ini, Hubble hanya dapat melihat sejauh jarak dan waktu saat galaksi-galaksi pertama terbentuk. Dengan melihat inframerah, JWST dapat melihat sejauh sejarah alam semesta saat bintang-bintang pertama terbentuk.
Planet ekstrasurya
Pengamatan inframerah memiliki keunggulan lain, terkait analisis eksoplanet kali ini. JWST akan membawa sistem yang disebut koronagraf: sistem ini akan menghalangi cahaya yang datang dari bintang, sehingga kita dapat melihat dengan lebih baik objek yang kurang terang yang mengorbit seperti eksoplanet kecil.
Citra sebuah eksoplanet hanya akan berupa sebuah titik, bukan panorama megah.
Sumber: NASA
Namun, cahaya dari titik itu dapat dianalisis melalui metode yang disebut spektroskopi, yang dapat memberi tahu kita komposisi atmosfer eksoplanet tersebut. Pada panjang gelombang inframerah, molekul-molekul di atmosfer eksoplanet memiliki jumlah fitur spektral terbesar, sehingga kita akan memperoleh lebih banyak informasi daripada saat menggunakan cahaya tampak.
Melalui metode ini, kita tidak hanya bisa menentukan apakah planet-planet di tata surya lain memiliki air dan CO2 tetapi juga metana, amonia, atau molekul kompleks yang berpotensi menunjukkan kehidupan alien.
JWST Dibandingkan dengan Hubble
Mengenai kemampuan pengamatannya, JWST sebagian besar terfokus pada cahaya inframerah dekat, tetapi juga dapat melihat cahaya tampak oranye dan merah, serta jangkauan inframerah menengah, tergantung pada instrumen yang digunakan.
Teleskop ini dapat mendeteksi objek yang 100 kali lebih redup daripada Hubble. Dan dalam banyak kasus, teleskop ini digunakan untuk melihat kembali objek yang pertama kali diungkap Hubble guna memperoleh wawasan baru tentang objek tersebut.
Namun, ketajaman gambarnya akan sebanding dengan Hubble karena gambar inframerah pada dasarnya kurang tajam dibandingkan cahaya tampak karena panjang gelombangnya lebih panjang.
Perbedaan lain antara kedua teleskop ikonik ini adalah JWST mampu menembus awan gas, menghalangi cahaya tampak, tetapi tidak inframerah. Jadi, versi JWST dari gambar Pilar Penciptaan yang terkenal, di Nebula Elang, mengungkap banyak bintang di dalam dan di sekitar pilar.
Sumber: Teleskop Webb
Spesifikasi JWST
JWST membawa cermin primer berilium berlapis emas sepanjang 6.5 meter (21 kaki) yang terdiri dari 18 cermin heksagonal terpisah, memberikannya tampilan ikonik.
Setiap cermin ini beratnya 20 kg (44 pon). Lapisan emas 100 nanometer memberikan pantulan cahaya inframerah dan dilapisi kaca agar cukup kuat. Ini memberikan area pengumpulan cahaya 6x lebih besar dari Hubble. Secara total, hanya 48.25 g emas (1.7 ons) yang digunakan.
Sumber: NASA
Berbeda dengan Hubble, Webb tidak dirancang untuk digunakan oleh astronot, karena jaraknya yang jauh dari Bumi. Akibatnya, semua subkomponen penting bersifat ganda, misalnya dua Kamera Inframerah Dekat, atau dirancang untuk bertahan bertahun-tahun seperti cermin.
JWST diperkirakan akan bertahan setidaknya 5 tahun, dengan target 10 tahun beroperasi. Namun, ia memiliki cukup propelan (untuk tetap berada di titik Lagrange) selama total 20 tahun, sehingga dapat bertahan lebih lama jika tidak ada bagian penting yang rusak.
Anggaran JWST
Secara total, Teleskop Luar Angkasa James Webb menghabiskan biaya lebih dari $11 miliar, lebih dari 10 kali lipat estimasi awal NASA untuk proyek ini. Lonjakan harga ini mengancam kelangsungan proyek pada tahun 2010-an, karena anggaran (pada saat itu) meledak menjadi “hanya” $6.5 miliar.
Peluncuran yang awalnya direncanakan pada tahun 2014, akhirnya terlambat 7 tahun, menambah kritik.
"Akar penyebab utama masalahnya adalah pada saat (program tersebut disetujui secara resmi), yang dimulai pada Juli 2008, anggaran yang diberikan kantor proyek kepada NASA pada dasarnya cacat," ujarnya kepada wartawan dalam telekonferensi sore hari.
Anggaran tersebut tidak memuat konten yang diketahui proyek tersebut pada saat itu. Jadi dari sudut pandang keuangan, anggaran tersebut tidak cukup untuk melaksanakan pekerjaan tersebut.”
John Casani, seorang manajer proyek yang sangat dihormati di Laboratorium Propulsi Jet NASA
Meskipun proyek ini membutuhkan waktu hampir 2 dekade untuk dirancang dan dibangun, anggarannya tidak pernah melebihi 3% dari anggaran tahunan NASA. Proyek ini menghabiskan 1/3 anggaran Divisi Astrofisika NASA antara tahun 2003-2021.
Dan sekarang JWST menjadi salah satu program astronomi yang paling mengesankan dan sukses dalam sejarah, sebagian besar perdebatan ini dilupakan.
Teknik Luar Biasa JWST
Menurunkan Berat Badan
Masalah pertama yang harus dipecahkan oleh para perancang JWST adalah bahwa cermin sebesar itu akan terlalu berat. Jika mereka menggunakan kembali desain Hubble, cermin itu akan terlalu berat untuk diluncurkan ke luar angkasa.
Itulah sebabnya pilihan dibuat untuk menggunakan berilium, yang kuat dan cukup ringan. Faktor lainnya adalah suhu ekstrem di luar angkasa, yang dapat membengkokkan bentuk cermin yang sangat tepat dan membutuhkan kelengkungan yang sangat presisi.
Berilium juga merupakan pilihan yang baik di sini, karena ia berhenti berubah bentuk saat cuaca benar-benar dingin. Jadi cermin tersebut diproduksi dengan sudut yang “salah”, yang akan melengkung persis ke bentuk akhir yang diinginkan saat terkena suhu dingin di luar angkasa (-233°C/-388°F).
Sumber: JWST
Setiap cermin pada akhirnya akan disejajarkan dengan presisi yang setara dengan 1/10,000 ketebalan rambut manusia.
Bahan yang sangat ringan seperti komposit juga dipilih untuk tulang belakang teleskop, sehingga menghemat bobot lebih lanjut.
Sumber: NASA
Melipat
Masalah besar lainnya adalah ukuran ekstrem cermin teleskop yang dibutuhkan oleh desain ini tidak akan muat di roket mana pun yang tersedia.
Jadi, sejak awal diputuskan untuk membuka struktur komponen demi komponen, termasuk pelindung matahari dan kaca spion. Bagaimana cara melipat keseluruhan secara efisien dan membuatnya dapat dibuka dengan andal masih menjadi perhatian.
Ilmuwan NASA mengambil inspirasi dari origami, seni melipat kertas dari Jepang, dengan pilihan terakhir adalah pola origami heksagonal.
Ini merupakan keputusan berisiko tinggi bagi tim desain James Webb, karena pengembangan yang rumit seperti itu belum pernah dilakukan sebelumnya. Dan kegagalan apa pun akan menghancurkan keseluruhan proyek.
Anda dapat melihat bagaimana proses ini berlangsung langkah demi langkah dalam video JWST singkat ini:
Pelindung matahari
Karena teleskop mengamati targetnya dalam inframerah, melindunginya dari panas matahari sama pentingnya dengan memastikan cermin cukup terang dan terbuka dengan benar.
Pelindung matahari JWST menjaga perbedaan antara sisi panas dan dingin teleskop pada hampir 315°C/600°F, berkat isolasi 5 lapis.
Pelindung matahari tersebut seluas lapangan tenis dan terbuat dari lapisan Kapton E (film polimida) dengan aluminium dan lapisan silikon terdoping untuk memantulkan panas matahari kembali ke luar angkasa.
Telekomunikasi
JWST mengirimkan datanya kembali dan menerima instruksi dari Bumi melalui Jaringan Luar Angkasa Dalam NASA. Jaringan ini melewati stasiun-stasiun darat yang terletak di Canberra, Madrid, dan Goldstone.
Webb dapat melakukan downlink setidaknya 57.2 gigabyte data sains terekam setiap hari, dengan kecepatan data maksimum 28 megabit per detik.
Sumber: Teleskop Webb
Komponen Lainnya
Bagian teleskop lainnya juga tidak kalah canggih dan berkinerja tinggi. Beberapa peralatan yang patut disebutkan adalah:
- pendingin krio:Inframerah menengah JWST sensor (MIRI) perlu beroperasi pada suhu -266.15°C/-447°F, lebih dingin daripada kedalaman ruang angkasa. Jadi sistem pendingin ekstra harus ditambahkan untuk mendinginkan instrumen tersebut.
- Pesawat belakang: Tulang punggung teleskop beratnya 2.4 ton (5,300 pon) dan menyediakan posisi diam mutlak yang dibutuhkan teleskop untuk mengambil gambar yang tajam. Teleskop ini dirancang agar stabil hingga 32 nanometer, yang merupakan 1/10,000 diameter rambut manusia.
- Penutup mikro: jaringan 248,000 pintu kecil ini dapat dibuka dan ditutup secara individual untuk mengirimkan atau memblokir cahaya. Hal ini memungkinkan JWST untuk mengamati ratusan objek individual secara bersamaan di bidang bintang atau galaksi secara bersamaan. Hasilnya, JWST dapat melakukan lebih banyak pengamatan dalam rentang waktu tertentu.
Prestasi JWST
Beroperasi hanya beberapa tahun, JWST telah sepenuhnya mengubah cara para astronom memahami alam semesta. Jadi, meskipun hampir mustahil untuk mencantumkan semua yang telah dilakukannya, beberapa cerita layak untuk disorot lebih lanjut.
Penyebaran Karbon Baru Terbentuk
JWST telah mengidentifikasi dua bintang yang bertanggung jawab atas pembentukan debu kaya karbon hanya 5,000 tahun cahaya jauhnya di galaksi Bima Sakti kita. Ia menemukan "cangkang" bulat konsentris yang terbentuk oleh angin matahari yang bertabrakan dari dua bintang yang menyebarkan karbon yang baru terbentuk ke dalam galaksi.
Sumber: Teleskop Webb
Setiap cangkang bergerak menjauh dari bintang-bintang dengan kecepatan lebih dari 1,600 mil per detik (2,600 kilometer per detik), hampir 1% kecepatan cahaya. Dalam sistem ini, observatorium menunjukkan bahwa cangkang debu mengembang dari satu tahun ke tahun berikutnya.
Citra inframerah tengah teleskop mendeteksi cangkang yang telah bertahan selama lebih dari 130 tahun. Cangkang yang lebih tua telah menghilang cukup banyak sehingga sekarang terlalu redup untuk dideteksi.”
Jennifer Hoffman, salah satu penulis dan profesor di Universitas Denver
Objek Aktif di Tepi Tata Surya Kita
JWST mendeteksi lontaran gas dari “Centaur 29P/Schwassmann-Wachmann”, objek mirip komet di sekitar Neptunus.
Mereka menemukan semburan baru karbon monoksida (CO) dan semburan gas karbon dioksida (CO2) yang sebelumnya tak terlihat, yang memberikan petunjuk baru tentang sifat inti objek bintang tersebut.
Sumber: Teleskop Webb
Citra Exoplanet Terdekat
JWST menangkap gambar langsung sebuah exoplanet yang hanya berjarak 12 tahun cahaya dari kita, Epsilon Indi Ab. Planet ini memiliki massa beberapa kali massa Jupiter, mengorbit bintang yang agak mirip dengan Matahari kita.
Ini adalah salah satu exoplanet terdingin yang dapat dideteksi secara langsung, dengan perkiraan suhu rata-rata 2°C/35°F (sebagai referensi, suhu rata-rata Bumi adalah 15°C (59 °F).
“Planet dingin sangat redup, dan sebagian besar emisinya berada di inframerah menengah.
Planet ini sedikit lebih hangat dan lebih masif, tetapi lebih mirip dengan Jupiter dibandingkan planet lain yang telah dipotret sejauh ini.”
Elisabeth Matthews dari Institut Max Planck untuk Astronomi di Jerman.
Molekul Kompleks dalam Pembentukan Planet
Sementara itu, exoplanet K2-18 b bisa jadi merupakan exoplanet Hycean, yang berpotensi memiliki atmosfer kaya hidrogen dan permukaan yang ditutupi air laut.
"Exoplanet seperti K2-18 b, yang ukurannya berada di antara Bumi dan Neptunus, tidak seperti planet lain di tata surya kita. Temuan kami menggarisbawahi pentingnya mempertimbangkan lingkungan layak huni yang beragam dalam pencarian kehidupan di tempat lain."
JWST juga menemukan beberapa senyawa karbon, dan bahkan dimetil-sulfida di atmosfer planet tersebut.
Sumber: NASA
JWST ditemukan pertama kalinya di luar tata surya kita etana (C2H6), serta etilena (C2H4), propina (C3H4), dan radikal metil CH3 di sekitar bintang muda.
Objek ini juga merupakan yang pertama mendeteksi unsur-unsur berat dari penggabungan bintang, menghasilkan ledakan sinar gamma paling terang kedua yang pernah terdeteksi, atau kilonova. Para ilmuwan JWST mendeteksi telurium setelah ledakan tersebut.
Lubang Hitam (Kuno) Terjauh yang Pernah Terdeteksi
Bekerja sama dengan Observatorium Sinar-X Chandra milik NASA, JWST mendeteksi lubang hitam yang sedang tumbuh hanya 470 juta tahun setelah Big Bang. JWST menemukan galaksi tersebut, dan Chandra menemukan lubang hitam itu sendiri.
Sumber: NASA
Kami menduga ini merupakan deteksi pertama 'Lubang Hitam Besar' yang terbentuk langsung dari runtuhnya awan gas besar.
Untuk pertama kalinya, kita melihat tahap singkat di mana lubang hitam supermasif memiliki berat yang hampir sama dengan bintang-bintang di galaksi sebelum ia jatuh ke belakang.”
Priyamvada Natarajan dari Universitas Yale
Masa Depan JWST
Setelah menemukan dan menganalisis eksoplanet, JWST akan memburu eksobulan. Kita tahu benda-benda angkasa ini, yang dalam beberapa kasus berpotensi lebih besar dari Bumi, pasti ada, tetapi tidak pernah memiliki instrumen yang cukup sensitif untuk mendeteksinya. Eksoplanet raksasa gas seperti Jupiter adalah kandidat utama.
JWST juga akan menyelidiki lubang hitam supermasif dan quasar, lubang hitam yang menyemburkan materi dari kutubnya dengan kecepatan cahaya yang setara dengan jumlah materi bintang. Teleskop akan fokus pada spesimen paling awal dari fenomena bintang ini.
Terakhir, mempelajari galaksi serta struktur berskala besar di Alam Semesta sejak dini dapat menciptakan wawasan baru tentang sifat materi gelap dan energi gelap yang tampaknya luput dari perhatian para ilmuwan selama beberapa dekade terakhir.
Kontraktor Swasta Utama JWST
Sistem Dirgantara Northrop Grumman
Perusahaan Northrop Grumman (NOC -1.88%)
Proyek seperti JWST hampir selalu merupakan hasil kolaborasi internasional, dengan, dalam hal ini, partisipasi NASA, ESA, dan Badan Antariksa Kanada.
Proyek ini juga melibatkan banyak kontraktor dari sektor swasta, yang paling menonjol adalah perusahaan kedirgantaraan dan pertahanan Northrop Grumman.
Northrop Grumman paling terkenal karena menciptakan pembom strategis siluman B-2 yang ikonik, yang masing-masing menghabiskan biaya hampir satu miliar dolar. Desain berusia lebih dari 20 tahun ini akan digantikan oleh B-21, yang masih dalam pengembangan.
Perusahaan ini juga berada di garis terdepan teknologi antariksa sebagaimana yang diilustrasikan oleh karyanya pada Teleskop Antariksa James Webb yang canggih. Perusahaan ini memperoleh sebagian besar pendapatannya dari sistem antariksa dan aeronautika.
Sumber: Northrop
Segmen besar lainnya adalah divisi sistem misi, yang mencakup berbagai macam sensor, perangkat lunak pertahanan siber, komunikasi aman, dan C4ISR (Komando, Kontrol, Komunikasi, Komputer, Intelijen, Pengawasan, dan Pengintaian).
Perusahaan ini juga merupakan produsen amunisi terkemuka, dari kaliber kecil hingga proyektil terarah dan kaliber besar.
Northrop Grumman menantikan posisinya sebagai pemasok senjata canggih, dengan pengembangan dan penyebaran sistem senjata otonom:
- X-47B, pesawat tanpa awak berukuran pesawat tempur serang tanpa ekor.
- Helikopter tak berawak Scout Api.
- Drone pengintai Global Hawk dan Triton MQ-4C.
- Drone maritim Pari Manta dan Sistem Pemburu Ranjau AQS-24B/C.
- Sistem Pesawat Tanpa Awak (UAS) Kelelawar, sistem pesawat tak berawak taktis yang terjangkau, tahan lama, dan multi-misi.
Sumber: Northrop
Perusahaan berada di ujung perkembangan senjata energi langsung (laser), perang elektronik, sistem anti-drone, dan rudal balistik antarbenua.
Dari sudut pandang investasi dan keuangan, Northrop Grumman telah meningkatkan dividennya sebesar 12% CAGR sejak 2014, sekaligus mengurangi jumlah sahamnya sebesar 31%. Hal ini menghasilkan dividen dan pembelian kembali saham sebesar $2.6 miliar pada tahun 2023, sementara perusahaan menghasilkan arus kas bebas sebesar $2.1 miliar.
Northrop Grumman hampir secara eksklusif memperoleh pendapatannya dari anggaran pertahanan AS, dengan NASA menyumbang 3% pendapatan dan penjualan internasional 12%.
Sumber: Northrop
Ketika perusahaan seperti RTX dan Lockheed menyediakan sebagian besar kekuatan Angkatan Udara AS (jet tempur, rudal, pertahanan udara), Northrop Grumman menyediakan kapasitas paling canggih, mulai dari luar angkasa hingga komando terintegrasi dan pembom berat siluman.
Dan mungkin akan segera menjadi bagian penting dari drone canggih, peperangan elektronik, dan senjata energi juga.
Dengan semakin pentingnya drone dan peperangan elektronik, Northrop kemungkinan akan semakin berperan penting dalam kemampuan ofensif dan defensif AS. Pesawat pengebom siluman barunya akan menjadi faktor kunci dalam mengimbangi musuh sejawat seperti Rusia dan Tiongkok, yang ketegangannya masih sangat tinggi.
