Proyek mega
JWST – Teleskop Luar Angkasa James Webb
Tambahkan Securities.io ke sumber pilihan Anda di Google
Menyelami Lebih Dalam Alam Semesta
Beberapa megaproyek melibatkan infrastruktur raksasa, seperti, misalnya, lingkaran berdiameter 27 kilometer dari akselerator partikel CERN atau eksperimen neutrino sepanjang 800 mil dari DUNE.
Lainnya dapat dikategorikan sebagai megaproyek bukan karena ukurannya tetapi karena kompleksitas, biaya, dan betapa transformatifnya bagi pemahaman kita tentang Alam Semesta.
Contoh yang baik adalah Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST). Teleskop berbasis ruang ini yang mengamati cahaya inframerah adalah yang paling kuat dan terbesar yang pernah dibuat. Teleskop ini dinamai dari James E. Webb, administrator legendaris NASA dari tahun 1961 hingga 1968 selama program Mercury, Gemini, dan Apollo.
Sumber: NASA
JWST begitu kuat sehingga dapat membantu kita mengamati bintang-bintang pertama yang menyala di Alam Semesta serta menemukan eksoplanet yang berpotensi dapat dihuni. Dan untuk memperoleh hasil tersebut, ilmuwan dan insinyur telah bekerja luar biasa untuk mendorong batas apa yang dapat dicapai 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. Bagaimanapun, mengangkat mesin kompleks ke luar angkasa jauh lebih sulit daripada membangun hal yang sama di Bumi.
Dengan keluar dari atmosfer, teleskop dapat melihat Alam Semesta tanpa gangguan polusi cahaya, turbulensi atmosfer, dan tentu saja awan serta pola cuaca.
Inilah alasan mengapa teleskop Hubble yang relatif kecil tampil sangat baik dibandingkan teleskop berbasis darat. Namun hal ini menjadi lebih penting bagi JWST, karena teleskop ini mengukur bukan cahaya tampak, melainkan cahaya inframerah.
Uap air di atmosfer Bumi menyerap radiasi inframerah. Teleskop inframerah berbasis darat biasanya ditempatkan di gunung tinggi dan iklim sangat kering untuk meningkatkan visibilitas, namun ini tetap tidak ideal dan menciptakan batas inheren pada apa yang dapat mereka amati.
JWST adalah yang terbaru dan jauh paling kuat dalam rangkaian teleskop inframerah berbasis ruang, mengikuti Infrared Astronomical Satellite (IRAS), Spitzer Space Telescope, dan Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE).
JWST diluncurkan pada tahun 2021 dengan peluncur Ariane 5 buatan Prancis, dari Guyana Prancis. Sebulan kemudian, ia tiba di tujuan, titik Lagrange Sun-Earth L2, sekitar 1,5 juta kilometer (930.000 mil) dari Bumi.
Titik Lagrange adalah posisi di ruang yang tetap konstan dibandingkan Bumi, meskipun tidak berada dalam orbit Bumi. Saat ini, titik Lagrange lain (L1) digunakan oleh DSCOVR: Deep Space Climate Observatory.
Sumber: NOAA
Posisi JWST berarti ia dapat mengamati hampir semua titik di langit sepanjang tahun, selama tidak berada di arah Bumi dan Matahari; 39% langit berpotensi terlihat oleh Webb setiap saat.
Mengapa Menggunakan Pengamatan Inframerah?
Objek Jauh
Untuk objek yang sangat jauh di Alam Semesta, fenomena yang disebut “redshift” terjadi, menggeser cahaya mereka ke arah inframerah. Jadi, setiap pengamatan bagian yang sangat dalam (dan karenanya sangat kuno) dari Alam Semesta harus dilakukan pada spektrum cahaya inframerah.
Sumber: SciTech Daily
Akibat fenomena ini, Hubble hanya dapat melihat sejauh jarak dan kembali ke masa ketika galaksi pertama terbentuk. Dengan melihat ke inframerah, JWST dapat melihat sejauh sejarah Alam Semesta hingga bintang-bintang pertama terbentuk.
Eksoplanet
Pengamatan inframerah memiliki keuntungan lain, terkait analisis eksoplanet kali ini. JWST akan membawa sistem yang disebut koronograf: ini akan memblokir cahaya yang datang dari bintang, memungkinkan kita melihat objek yang kurang terang seperti eksoplanet kecil dengan lebih baik.
Gambar eksoplanet hanya akan berupa titik, bukan panorama megah.
Sumber: NASA
Namun, cahaya dari titik tersebut dapat dianalisis melalui metode yang disebut spektroskopi, yang dapat memberi tahu kita komposisi atmosfer eksoplanet tersebut. Pada panjang gelombang inframerah, molekul dalam atmosfer eksoplanet memiliki jumlah fitur spektral terbesar, sehingga kita akan memperoleh jauh lebih banyak informasi dibandingkan menggunakan cahaya tampak.
Melalui metode ini, kita tidak hanya dapat menentukan apakah planet di sistem 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 berfokus pada cahaya dekat-inframerah, tetapi juga dapat melihat cahaya oranye dan merah yang tampak, serta rentang inframerah menengah, tergantung pada instrumen yang digunakan.
Ia dapat mendeteksi objek yang 100 kali kurang terang dibandingkan yang dapat dilihat Hubble. Dan dalam banyak kasus, ia digunakan untuk melihat kembali objek yang pertama kali diungkap Hubble untuk mendapatkan wawasan baru tentang mereka.
Namun, ketajaman gambar akan sebanding dengan Hubble karena gambar inframerah secara inheren kurang tajam daripada cahaya tampak akibat panjang gelombangnya yang lebih panjang.
Perbedaan lain antara dua teleskop ikonik ini adalah JWST dapat melihat menembus awan gas yang memblokir cahaya tampak, tetapi tidak menghalangi inframerah. Jadi versi JWST dari gambar terkenal Pillars of Creation di Eagle Nebula mengungkap banyak bintang di dalam dan sekitar pilar.
Sumber: Webb Telescope
Spesifikasi JWST
JWST membawa cermin utama berukuran 6,5 meter (21 kaki) berlapis emas berbahan berilium yang terdiri dari 18 cermin heksagonal terpisah, memberikan tampilan ikoniknya.
Setiap cermin ini beratnya 20kg (44 pon). Lapisan emas setebal 100 nanometer memberikan refleksi cahaya inframerah dan dilapisi kaca agar cukup tahan. Ini memberikan area pengumpul cahaya 6 kali lebih besar daripada Hubble. Secara total, hanya 48,25g emas (1,7 ons) yang digunakan.
Sumber: NASA
Webb, tidak seperti Hubble, tidak dirancang untuk dilayani oleh astronot, karena jaraknya yang jauh dari Bumi. Akibatnya, semua sub-komponen kritis bersifat ganda, misalnya dua Kamera Inframerah Dekat, atau dirancang untuk bertahan bertahun‑tahun seperti cermin‑cerminnya.
JWST diperkirakan akan bertahan setidaknya 5 tahun, dengan target 10 tahun operasi. Namun ia memiliki cukup bahan bakar (untuk tetap di titik Lagrange) untuk total 20 tahun, sehingga dapat bertahan lebih lama jika tidak ada bagian penting yang gagal.
Anggaran JWST
Secara total, Teleskop Luar Angkasa James Webb berakhir dengan biaya lebih dari $11 Miliar, lebih dari 10 kali perkiraan awal NASA untuk proyek ini. Ledakan harga ini mengancam kelangsungan proyek pada tahun 2010-an, karena (pada saat itu) anggaran meledak menjadi “hanya” $6,5 Miliar.
Peluncuran yang awalnya direncanakan untuk 2014, akhirnya tertunda 7 tahun, menambah kritik.
“Penyebab utama masalah ini adalah pada saat (persetujuan resmi program), yang kembali ke Juli 2008, anggaran yang disajikan NASA oleh kantor proyek pada dasarnya cacat,” katanya kepada wartawan dalam konferensi telepon sore.
Anggaran tersebut memang tidak mencakup konten yang proyek bahkan belum ketahui pada saat itu. Jadi dari sudut pandang keuangan, anggaran itu tidak cukup untuk melaksanakan pekerjaan.
John Casani, manajer proyek yang sangat dihormati di Jet Propulsion Laboratory NASA
Karena proyek ini memakan hampir 2 dekade untuk dirancang dan dibangun, namun tidak pernah melebihi 3% dari anggaran tahunan NASA. Namun, proyek ini mengonsumsi 1/3 anggaran Divisi Astrofisika NASA antara 2003‑2021.
Dan kini JWST menjadi salah satu program paling mengesankan dan sukses dalam sejarah astronomi, sebagian besar perdebatan ini mulai dilupakan.
Rekayasa Menakjubkan JWST
Mengurangi Beberapa Berat
Masalah pertama yang harus dipecahkan oleh perancang JWST adalah bahwa cermin sebesar itu akan terlalu berat. Jika mereka menggunakan kembali desain Hubble, cermin tersebut akan terlalu berat untuk diluncurkan ke luar angkasa.
Inilah mengapa dipilih berilium, yang kuat dan cukup ringan. Faktor lain adalah suhu ekstrem ruang dalam yang dapat melengkungkan bentuk melengkung sangat presisi yang diperlukan pada cermin.
Berilium juga pilihan yang baik karena tidak berubah bentuk ketika sangat dingin. Jadi cermin dibuat dengan sudut “salah”, yang akan melengkung tepat ke bentuk akhir yang diinginkan ketika terpapar suhu dingin ruang (-233°C/-388°F).
Sumber: JWST
Setiap cermin pada akhirnya akan diselaraskan dengan presisi setara 1/10.000 ketebalan rambut manusia.
Bahan ultra‑ringan seperti komposit juga dipilih untuk rangka utama teleskop, mengurangi berat lebih lanjut.
Sumber: NASA
Melipat
Masalah utama lainnya adalah ukuran ekstrem cermin teleskop yang dibutuhkan desain ini tidak akan muat dalam roket apa pun yang tersedia.
Jadi sejak awal diputuskan untuk membuka struktur komponen demi komponen, termasuk perisai matahari dan cermin. Cara melipat seluruhnya secara efisien dan memastikan pembukaannya dapat diandalkan masih menjadi perhatian.
Ilmuwan NASA mengambil inspirasi dari origami, seni melipat kertas Jepang, dengan pilihan akhir pola origami heksagonal.
Keputusan ini berisiko tinggi bagi tim desain James Webb, karena pembukaan kompleks semacam itu belum pernah dilakukan sebelumnya. Dan kegagalan apa pun akan menghancurkan seluruh proyek.
Anda dapat melihat bagaimana proses pembukaan bekerja langkah demi langkah dalam video singkat JWST ini:
Perisai Matahari
Karena teleskop mengamati targetnya dalam inframerah, melindunginya dari panas Matahari sama pentingnya dengan memiliki cermin yang cukup ringan dan terbuka dengan benar.
Perisai matahari JWST menjaga selisih antara sisi panas dan dingin teleskop hampir 315°C/600°F, berkat isolasi 5 lapis.
Perisai matahari sebesar lapangan tenis dan terbuat dari lapisan Kapton E (film poliimid) dengan lapisan aluminium dan silikon terdop‑ing untuk memantulkan panas Matahari kembali ke ruang.
Telekomunikasi
JWST mengirimkan data kembali dan menerima instruksi dari Bumi melalui Deep Space Network NASA. Jaringan ini melewati stasiun bumi yang terletak di Canberra, Madrid, dan Goldstone.
Webb dapat mengunduh setidaknya 57,2 gigabyte data ilmiah yang direkam setiap hari, dengan kecepatan data maksimum 28 megabit per detik.
Sumber: Webb Telescope
Komponen Lainnya
Sisa teleskop tidak kalah canggih dan berperforma tinggi. Sebutan terhormat dapat diberikan kepada beberapa peralatan berikut:
- Cryocooler: sensor inframerah menengah JWST (MIRI) harus beroperasi pada -266,15°C/-447°F, lebih dingin bahkan dari kedalaman ruang. Jadi sistem pendinginan ekstra harus ditambahkan untuk mendinginkan instrumen.
- Backplane: Rangka utama teleskop beratnya 2,4 ton (5.300 pon) dan menyediakan posisi absolut tak bergerak yang diperlukan agar teleskop dapat mengambil gambar tajam. Dirancang agar stabil hingga 32 nanometer, yaitu 1/10.000 diameter rambut manusia.
- Micro-shutters: grid 248.000 pintu kecil ini dapat dibuka dan ditutup secara individual untuk mentransmisikan atau memblokir cahaya. Ini memungkinkan JWST mengamati secara simultan ratusan objek individual dalam satu bidang bintang atau galaksi. Akibatnya, JWST dapat melakukan jauh lebih banyak pengamatan dalam rentang waktu tertentu.
Prestasi JWST
Dalam operasi selama beberapa tahun saja, JWST telah sepenuhnya mengubah cara astronom memahami Alam Semesta. Jadi, meskipun hampir tidak mungkin mencantumkan semua yang telah dilakukannya, beberapa cerita layak disorot lebih lanjut.
Penyebaran Karbon yang Baru Terbentuk
JWST telah mengidentifikasi dua bintang yang bertanggung jawab menghasilkan debu kaya karbon hanya 5.000 tahun cahaya jauhnya di galaksi Bima Sakti kita. Ia menemukan “cangkang” bola berongga konsentris yang terbentuk oleh tabrakan angin matahari kedua bintang tersebut, menyebarkan karbon baru terbentuk ke seluruh galaksi.
Sumber: Webb Telescope
Setiap cangkang bergerak menjauh dari 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.
Gambar inframerah menengah teleskop mendeteksi cangkang yang telah bertahan lebih dari 130 tahun. Cangkang yang lebih tua telah menghilang cukup sehingga kini terlalu redup untuk terdeteksi.
Jennifer Hoffman, co‑author dan profesor di University of Denver
Objek Aktif di Tepi Sistem Tata Surya Kita
JWST mendeteksi ejeksi gas dari “Centaur 29P/Schwassmann‑Wachmann” yang bersifat es, objek mirip komet di sekitar Neptunus.
Mereka menemukan jet baru karbon monoksida (CO) dan jet karbon dioksida (CO2) yang sebelumnya tidak terlihat, memberikan petunjuk baru tentang inti objek bintang tersebut.
Sumber: Webb Telescope
Gambar Eksoplanet Dekat
JWST berhasil menangkap gambar langsung eksoplanet yang berjarak hanya 12 tahun cahaya dari kita, Epsilon Indi Ab. Planet ini memiliki massa beberapa kali Jupiter, mengorbit bintang yang agak mirip Matahari kita.
Ini adalah salah satu eksoplanet paling dingin yang terdeteksi secara langsung, dengan perkiraan suhu rata‑rata 2°C/35°F (sebagai perbandingan, 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 Jupiter daripada planet lain yang pernah difoto sejauh ini.”
Elisabeth Matthews dari Max Planck Institute for Astronomy di Jerman.
Molekul Kompleks dalam Planet yang Membentuk
Sementara itu, eksoplanet K2‑18 b dapat menjadi eksoplanet Hycean, yang berpotensi memiliki atmosfer kaya hidrogen dan permukaan yang ditutupi lautan air.
Eksoplanet seperti K2‑18 b, yang berukuran antara Bumi dan Neptunus, tidak ada bandingannya di tata surya kita. Temuan kami menekankan pentingnya mempertimbangkan lingkungan layak huni yang beragam dalam pencarian kehidupan di tempat lain.
Nikku Madhusudhan, astronom di University of Cambridge
JWST juga menemukan beberapa senyawa karbon, bahkan dimetil‑sulfida di atmosfer planet tersebut.
Sumber: NASA
JWST menemukan untuk pertama kalinya di luar tata surya kita etana (C2H6), serta etilena (C2H4), propin (C3H4), dan radikal metil CH3 di sekitar bintang muda.
Ia juga melakukan deteksi pertama unsur berat dari penggabungan bintang, menghasilkan ledakan sinar gamma paling terang kedua yang pernah terdeteksi, atau kilonova. Ilmuwan JWST mendeteksi tellurium dalam sisa ledakan tersebut.
Lubang Hitam Paling Jauh (Kuno) yang Pernah Terdeteksi
Dengan kombinasi Observatorium Sinar‑X Chandra NASA, JWST mendeteksi lubang hitam yang sedang tumbuh hanya 470 juta tahun setelah Big Bang. JWST menemukan galaksinya, dan Chandra menemukan lubang hitamnya sendiri.
Sumber: NASA
Kami berpikir ini adalah deteksi pertama “Lubang Hitam Besar” yang terbentuk langsung dari keruntuhan awan gas raksasa.
Untuk pertama kalinya, kami melihat tahap singkat di mana lubang hitam supermasif memiliki massa hampir setara dengan bintang‑bintang di galaksinya sebelum ia melambat.
Priyamvada Natarajan dari Yale University
Masa Depan JWST
Setelah menemukan dan menganalisis eksoplanet, JWST akan berburu eksomoon. Kami tahu benda planet ini, yang berpotensi lebih besar dari Bumi dalam beberapa kasus, harus ada, tetapi belum ada instrumen yang cukup sensitif untuk mendeteksinya. Eksoplanet raksasa berbentuk gas seperti Jupiter adalah kandidat utama.
JWST juga akan menyelidiki lubang hitam supermasif dan quasar, lubang hitam yang memuntahkan materi dari kutubnya dengan kecepatan cahaya dalam jumlah materi setara bintang. Teleskop akan fokus pada contoh sangat awal dari fenomena stellar ini.
Akhirnya, mempelajari galaksi serta struktur skala besar Alam Semesta pada masa sangat awal dapat menciptakan wawasan baru tentang sifat materi gelap dan energi gelap yang tampaknya mengelak dari ilmuwan selama beberapa dekade.
Kontraktor Swasta Utama JWST
Northrop Grumman Aerospace Systems
NOC Grafik Harga
Proyek seperti JWST hampir selalu merupakan hasil kolaborasi internasional, dengan, dalam kasus ini, partisipasi NASA, ESA, dan Badan Antariksa Kanada.
Proyek ini juga melibatkan banyak kontraktor dari sektor swasta, dengan yang paling menonjol adalah perusahaan aerospace dan pertahanan Northrop Grumman (NOC ).
Northrop Grumman paling terkenal karena menciptakan bom strategis siluman B‑2 ikonik, masing‑masing berbiaya 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 ujung teknologi ruang angkasa seperti yang ditunjukkan oleh pekerjaannya pada Teleskop Luar Angkasa James Webb yang mutakhir. Perusahaan memperoleh sebagian besar pendapatannya dari sistem ruang dan aeronautika.
Sumber: Northrop
Segmen besar lainnya adalah divisi sistem misi, mencakup beragam sensor, perangkat lunak pertahanan siber, komunikasi aman, dan C4ISR (Command, Control, Communications, Computers, Intelligence, Surveillance, and Reconnaissance).
Perusahaan ini juga produsen terkemuka amunisi, dari kaliber kecil hingga proyektil berpemandu dan kaliber besar.
Northrop Grumman menantikan posisinya sebagai pemasok senjata canggih, dengan pengembangan dan penyebaran sistem senjata otonom:
- X-47B, sebuah pesawat tak berawak berukuran penyerang tanpa ekor.
- Drone helikopter Fire Scout.
- Drone pengintai Global Hawk dan MQ-4C Triton.
- Drone maritim Manta Ray dan AQS-24B/C Minehunting System.
- Bat Unmanned Aircraft System (UAS), sistem pesawat tak berawak taktis multi‑misi, tahan lama, dan terjangkau.
Sumber: Northrop
Perusahaan berada di ujung pengembangan senjata energi langsung (laser), perang elektronik, sistem anti‑drone, dan rudal balistik antarbenua.
Dari sudut pandang investasi dan keuangan, Northrop Grumman telah meningkatkan dividen sebesar 12% CAGR sejak 2014, sekaligus mengurangi jumlah saham sebesar 31%. Ini menghasilkan $2,6 Miliar dalam dividen dan pembelian kembali saham pada 2023, sementara perusahaan menghasilkan $2,1 Miliar arus kas bebas.
Northrop Grumman hampir secara eksklusif memperoleh pendapatannya dari anggaran pertahanan AS, dengan NASA menyumbang 3% pendapatan dan penjualan internasional 12%.
Sumber: Northrop
Di mana perusahaan seperti RTX dan Lockheed menyediakan sebagian besar “pukulan” Angkatan Udara AS (pesawat tempur, rudal, pertahanan udara), Northrop Grumman menyediakan kapasitas paling maju, dari ruang angkasa hingga komando terintegrasi dan bomber siluman berat.
Dan mungkin segera sebagian signifikan dari drone canggih, perang elektronik, dan senjata energi juga.
Dengan meningkatnya pentingnya drone dan perang elektronik, Northrop kemungkinan akan semakin menjadi pusat kemampuan ofensif dan defensif AS. Dan bomber siluman barunya akan menjadi faktor kunci dalam menjaga kecepatan dengan pesaing sejawat seperti Rusia dan China, di mana ketegangan tetap sangat tinggi.
