Megaprojects
JWST – Ang James Webb Space Telescope
Idagdag ang Securities.io sa mga gusto mong mapagkunan sa Google
Mas Malalim na Pagsusuri sa Uniberso
Ang ilang megaproject ay kinabibilangan ng napakalaking imprastruktura, tulad halimbawa, ang 27-kilometro ang diyametro na bilog ng accelerator ng particle ng CERN o ang 800-milyang mahabang eksperimento ng neutrino ng DUNE.
Ang iba ay maaaring ituring na megaproject hindi dahil sa kanilang laki kundi dahil sa kanilang lubos na komplikasyon, gastos, at kung paano nila binabago ang ating pag-unawa sa Uniberso.
Isang magandang halimbawa nito ay ang James Webb Space Telescope (JWST). Ang infrared na teleskopyong nasa kalawakan ay ang pinakamakapangyarihan at pinakamalaking kailanman na nilikha. Ang pangalan ng teleskop ay hango kay James E. Webb, ang maalamat na administrador ng NASA mula 1961 hanggang 1968 sa panahon ng mga programang Mercury, Gemini, at Apollo.
Pinagmulan: NASA
Napakalakas ng JWST na maaari rin nitong tulungan tayong obserbahan ang mga unang bituin na nagningning sa Uniberso at makahanap ng mga posibleng tirahan na exoplanet. At upang makamit ang mga resulta, ang mga siyentipiko at inhinyero ay gumawa ng mga kahanga-hangang pagsisikap upang itulak ang hangganan ng kayang gawin ng mga teleskop.
Bakit Maglagay ng Teleskop sa Kalawakan?
Ang unang dapat maunawaan tungkol sa James Webb Space Telescope ay kung bakit ito kailangang nasa kalawakan. Pagkatapos, ang pag-angat ng komplikadong makinarya papunta sa kalawakan ay mas mahirap kaysa sa paggawa nito dito sa Earth.
Sa paglabas sa labas ng atmospera, ang mga teleskop ay makakakuha ng tanaw sa Uniberso na hindi naaapektuhan ng polusyon sa liwanag, pag-ugong ng atmospera, at siyempre, mga ulap at mga pattern ng panahon.
Ito ang dahilan kung bakit ang medyo maliit na teleskop na Hubble ay nagpakita ng napakagandang pagganap kumpara sa mga teleskop na nasa lupa. Ngunit ito ay lalong mahalaga para sa JWST, dahil sinusukat ng teleskop na ito hindi ang nakikitang liwanag, kundi ang infrared na liwanag.
Ang singaw ng tubig sa atmospera ng Earth ay sumisipsip ng infrared na radiation. Ang mga infrared na teleskop na nasa lupa ay karaniwang inilalagay sa matataas na bundok at sa napaka-tuyong klima upang mapabuti ang visibility, ngunit hindi pa rin ito perpekto at nagdudulot ng likas na limitasyon sa kanilang maaaring obserbahan.
Ang JWST ay ang pinakabagong at pinakamakapangyarihang teleskop sa hanay ng mga space-based infrared na teleskop, kasunod ng Infrared Astronomical Satellite, ang Spitzer Space Telescope, at ang Wide-field Infrared Survey Explorer.
Inilunsad ang JWST noong 2021 gamit ang French Ariane 5 launcher, mula sa French Guiana. Isang buwan pagkatapos, ito ay nakarating sa destinasyon nito, ang Sun-Earth L2 Lagrange point, na mga 1.5 milyong kilometro (930,000 milya) mula sa Earth.
Ang mga Lagrange point ay mga posisyon sa kalawakan na nananatiling constant kumpara sa Earth, kahit hindi ito nasa orbit ng Earth. Sa kasalukuyan, isa pang Lagrange point (L1) ang ginagamit ng DSCOVR: Deep Space Climate Observatory.
Pinagmulan: NOAA
Ang posisyon ng JWST ay nangangahulugang maaari nitong obserbahan halos anumang punto sa kalangitan sa buong taon, basta’t hindi ito nakaharap sa direksyon ng Earth at ng Sun; 39% ng kalangitan ay potensyal na nakikita ng Webb anumang oras.
Bakit Gumamit ng Infrared na Obserbasyon?
Maalay na mga Bagay
Para sa napakalayong mga bagay sa Uniberso, nagaganap ang phenomenon na tinatawag na “redshift”, na naglilipat ng kanilang liwanag patungo sa infrared. Kaya, anumang obserbasyon ng napakalalim (at samakatuwid napakatanda) na bahagi ng Uniberso ay kailangang gawin sa infrared na bahagi ng spectrum ng liwanag.
Pinagmulan: SciTech Daily
Dahil sa phenomenon na ito, ang Hubble ay limitado lamang sa distansya at sa pagbalik sa panahon hanggang sa unang nabuo ang mga galaxy. Sa pamamagitan ng pagtingin sa infrared, ang JWST ay maaaring makita hanggang sa kasaysayan ng Uniberso kung kailan nabubuo ang mga unang bituin.
Exoplanet
May isa pang benepisyo ang infrared na obserbasyon, lalo na sa pagsusuri ng mga exoplanet. Magdadala ang JWST ng sistemang tinatawag na coronagraph: ito ay hahadlang sa liwanag na nagmumula sa isang bituin, na magpapahintulot sa atin na mas malinaw na makita ang mga hindi gaanong maliwanag na bagay na umiikot tulad ng maliliit na exoplanet.
Ang imahe ng isang exoplanet ay magiging isang tuldok lamang, hindi isang malawak na panorama.
Pinagmulan: NASA
Gayunpaman, ang liwanag mula sa tuldok na iyon ay maaaring suriin gamit ang metodong tinatawag na spectroscopy, na makakapagsabi sa atin ng komposisyon ng atmospera ng mga exoplanet na ito. Sa infrared na wavelength, ang mga molekula sa atmospera ng mga exoplanet ay may pinakamaraming spectral features, kaya makakakuha tayo ng mas maraming impormasyon kaysa sa paggamit ng nakikitang liwanag.
Gamit ang metodong ito, hindi lamang natin matutukoy kung ang mga planeta sa ibang solar system ay may tubig at CO2 kundi pati methane, ammonia, o kumplikadong molekula na maaaring magpahiwatig ng buhay na banyaga.
Paghahambing ng JWST sa Hubble
Tungkol sa kakayahan nitong mag-obserba, ang JWST ay pangunahing nakatuon sa near-infrared na liwanag, ngunit maaari rin nitong makita ang orange at pulang nakikitang liwanag, at mid-infrared na saklaw, depende sa instrumentong ginagamit.
Maaari nitong madetect ang mga bagay na 100 beses na mas hindi maliwanag kaysa sa kaya ng Hubble. At sa maraming kaso, ginagamit ito upang balikan ang mga bagay na unang naipakita ng Hubble upang makakuha ng mga bagong pananaw tungkol dito.
Gayunpaman, ang kalinawan ng imahe ay magiging katulad ng Hubble dahil ang mga infrared na imahe ay likas na hindi kasing talas ng nakikitang liwanag dahil sa mas mahabang wavelength.
Isa pang pagkakaiba sa pagitan ng dalawang iconic na teleskop ay ang JWST ay kayang makita sa pamamagitan ng mga ulap ng gas, na humaharang sa nakikitang liwanag ngunit hindi sa infrared. Kaya ang bersyon ng JWST ng sikat na larawan ng Pillars of Creation, sa Eagle Nebula, ay nagpapakita ng maraming bituin sa loob at paligid ng mga haligi.
Pinagmulan: Webb Telescope
Mga Espesipikasyon ng JWST
Ang JWST ay may 6.5 metro (21 talampakan) na primary mirror na beryllium na may gold coating, binubuo ng 18 hiwalay na hexagonal na salamin, na nagbibigay dito ng iconic na anyo.
Bawat isa sa mga salaming ito ay may bigat na 20kg (44 pounds). Ang 100-nanometer na gold coating ay nagbibigay ng pagbalik ng infrared na liwanag at natakpan ng salamin upang maging sapat ang tibay. Nagbibigay ito ng light collecting area na 6 na beses na mas malaki kaysa sa Hubble. Sa kabuuan, 48.25g lamang ng ginto (1.7 ounces) ang ginamit.
Pinagmulan: NASA
Ang Webb, kabaligtaran sa Hubble, ay hindi dinisenyo para sa serbisyo ng mga astronaut, dahil sa malayong distansya nito mula sa Earth. Bilang resulta, lahat ng kritikal na sub-component ay doble, halimbawa dalawang Near Infrared Cameras, o dinisenyo upang tumagal ng maraming taon tulad ng mga salamin.
Inaasahan na ang JWST ay magtatagal ng hindi bababa sa 5 taon, na may layuning 10 taon ng operasyon. Mayroon itong sapat na propellant (para manatili sa Lagrange point) para sa kabuuang 20 taon, kaya maaari itong tumagal nang mas mahaba kung walang kritikal na bahagi ang mabigo.
Badyet ng JWST
Sa kabuuan, ang James Webb Space Telescope ay nagkakahalaga ng higit sa $11B, higit sa 10 beses ng paunang estima ng NASA para sa proyektong ito. Ang pagtaas ng presyo ay nagbanta sa kakayahang magpatuloy ng proyekto noong 2010s, dahil ang (noong panahong iyon) budget ay tumaas sa “lamang” $6.5B.
Ang paglulunsad na orihinal na nakaplano para 2014, na naging 7 taon ang pagkaantala, ay nagdagdag sa mga kritisismo.
“Ang pangunahing ugat na sanhi ng problema ay na noong (ang pormal na pag-apruba ng programa), na bumabalik sa Hulyo 2008, ang budget na iniharap sa NASA ng opisina ng proyekto ay talagang may depekto,” sinabi niya sa mga mamamahayag sa isang hapon na teleconference.
Ang budget ay simpleng hindi naglalaman ng nilalaman na alam pa ng proyekto noon. Kaya mula sa pananaw ng pera, ito ay hindi sapat upang maisakatuparan ang gawain.”
John Casani, isang kilalang project manager sa NASA’s Jet Propulsion Laboratory
Habang ang proyekto ay tumagal halos 2 dekada upang idisenyo at itayo, hindi ito kailanman lumagpas sa 3% ng taunang budget ng NASA. Gayunpaman, ito ay kumonsumo ng 1/3 ng budget ng Astrophysics Division ng NASA mula 2003-2021.
At ngayon na ang JWST ay isa sa pinaka-kahanga-hangang at matagumpay na programa sa kasaysayan ng astronomiya, karamihan sa mga debateng ito ay nalilimutan na.
Kamangha-manghang Inhenyeriya ng JWST
Pagbawas ng Kaunting Timbang
Ang unang problemang kailangang lutasin ng mga taga-disenyo ng JWST ay ang napakalaking salamin na magiging masyadong mabigat. Kung ginamit nila muli ang disenyo ng Hubble, magiging masyadong mabigat ito para ilunsad sa kalawakan.
Kaya napili ang paggamit ng beryllium, na parehong matibay at magaan. Isa pang salik ay ang napakababang temperatura ng malalim na kalawakan, na maaaring magbago ng hugis ng napaka-precise na kurbada ng mga salamin.
Ang beryllium ay magandang opsyon din dito, dahil hindi ito nagbabago ng hugis kapag napakalamig. Kaya ang mga salamin ay ginawa na may “maling” anggulo, na magbabaluktot eksaktong sa ninanais na huling hugis kapag na-expose sa lamig ng kalawakan (-233°C/-388°F).
Pinagmulan: JWST
Bawat salamin ay sa huli ay i-aalign sa precision na katumbas ng 1/10,000 ng kapal ng isang hibla ng tao.
Ang mga ultra-light na materyales tulad ng composites ay pinili rin para sa backbone ng teleskop, na nakatipid pa ng karagdagang timbang.
Pinagmulan: NASA
Pagpupilo
Isa pang malaking isyu ay ang napakalaking sukat ng salamin ng teleskop na kinakailangan ng disenyo ay hindi magkasya sa anumang magagamit na rocket.
Kaya sa maagang yugto ay napagpasyahan na i-unfold ang istruktura bahagi-bahagi, kasama ang sunshield at mga salamin. Ang kung paano i-fold nang mahusay ang buong istruktura at ma-unfold nang maaasahan ay nanatiling alalahanin.
Kinuha ng mga siyentipiko ng NASA ang inspirasyon mula sa origami, ang sining ng Japan sa pag-fold ng papel, at ang huling pagpili ay isang hexagonal na pattern ng origami.
Ito ay isang mataas na panganib na desisyon para sa James Webb design team, dahil ang ganitong komplikadong pag-unfold ay hindi pa nagawa noon. At anumang kabiguan ay magpapahamak sa buong proyekto.
Makikita mo kung paano nagtrabaho ang pag-unfold hakbang-hakbang sa maikling video na ito ng JWST:
Sunshield
Dahil ang teleskop ay nag-oobserba ng mga target nito sa infrared, ang pagprotekta nito mula sa init ng Araw ay kasinghalaga ng pagkakaroon ng mga salamin na magaan at maayos na na-unfold.
Ang sunshield ng JWST ay nagpapanatili ng pagkakaiba sa pagitan ng mainit at malamig na bahagi ng teleskop na halos 315°C/600°F, salamat sa 5-layer na isolation.
Ang sunshield ay kasing laki ng isang tennis court at gawa sa mga layer ng Kapton E (polyimide film) na may aluminum at doped-silicon coatings upang ibalik ang init ng araw pabalik sa kalawakan.
Telekomunikasyon
Ang JWST ay nagpapadala ng data pabalik at tumatanggap ng mga tagubilin mula sa Earth sa pamamagitan ng NASA’s Deep Space Network. Ito ay dumadaan sa mga ground station na matatagpuan sa Canberra, Madrid, at Goldstone.
Maaaring mag-downlink ang Webb ng hindi bababa sa 57.2 gigabytes ng naitalang siyentipikong data araw-araw, na may maximum na data rate na 28 megabits kada segundo.
Pinagmulan: Webb Telescope
Iba pang mga Komponent
Ang natitirang bahagi ng teleskop ay hindi rin mababa sa high-tech at high-performance. Maaaring kilalanin ang ilang kagamitan:
- Cryocooler: Ang mid-infrared (MIRI) sensors ng JWST ay kailangang mag-operate sa -266.15°C/-447°F, mas malamig pa kaysa sa pinakamalalim na bahagi ng kalawakan. Kaya kailangan magdagdag ng karagdagang cooling system para palamigin ang instrumento.
- Backplane: The backbone of the telescope ay may bigat na 2.4 tonelada (5,300 pounds) at nagbibigay ng ganap na hindi gumagalaw na posisyon na kailangan para makakuha ng matatalas na larawan. Dinisenyo ito upang maging matatag hanggang 32 nanometers, na katumbas ng 1/10,000 ng diyametro ng hibla ng tao.
- Micro-shutters: this grid of 248,000 tiny doors ay maaaring buksan at isara nang paisa-isa upang magpadala o harangan ang liwanag. Pinapayagan nito ang JWST na sabay-sabay na obserbahan ang daan-daang indibidwal na bagay sa isang field ng mga bituin o galaxy. Bilang resulta, mas marami ang maaring obserbahan ng JWST sa isang takdang panahon.
Mga Tagumpay ng JWST
Sa ilang taon lamang ng operasyon, ang JWST ay ganap nang binago kung paano nauunawaan ng mga astronomo ang Uniberso. Kaya, bagaman halos imposibleng ilista ang lahat ng nagawa nito, ilang kwento ang karapat-dapat bigyang-diin.
Pagkalat ng Bagong Buo na Carbon
Nakilala ng JWST ang dalawang bituin na responsable sa pagbuo ng carbon-rich na alikabok na 5,000 light-years lamang ang layo sa ating Milky Way galaxy. Nakakita ito ng concentric spherical “shells” na nabuo mula sa nagbabangga na solar winds ng dalawang bituin na naglalaganap ng bagong buong carbon sa galaxy.
Pinagmulan: Webb Telescope
Ang bawat shell ay tumatakbo palayo sa mga bituin nang higit sa 1,600 milya kada segundo (2,600 kilometro kada segundo), halos 1% ng bilis ng liwanag. Sa sistemang ito, ipinapakita ng observatory na ang mga dust shell ay lumalawak taon-taon.
Ang mid-infrared na imahe ng teleskop ay nadetect ang mga shell na tumagal ng higit sa 130 taon. Ang mga mas matandang shell ay naglaho na nang sapat na kaya na hindi na ito makita.
Jennifer Hoffman, isang co-author at propesor sa University of Denver
Aktibong mga Bagay sa Gilid ng Ating Solar System
Nakakita ang JWST ng pagbuga ng gas mula sa yelong “Centaur 29P/Schwassmann-Wachmann“, isang comet-like na bagay sa paligid ng Neptune.
Nadiskubre nila ang isang bagong jet ng carbon monoxide (CO) at mga dati hindi nakitang jet ng carbon dioxide (CO2) gas, na nagbibigay ng bagong pahiwatig sa kalikasan ng core ng stellar na bagay.
Pinagmulan: Webb Telescope
Larawan ng Malapit na mga Exoplanet
Nakakuha ang JWST ng direktang imahe ng isang exoplanet na 12 light-years lamang ang layo mula sa atin, ang Epsilon Indi Ab. Ang planeta ay ilang beses na mas malaki kaysa sa Jupiter, umiikot sa isang bituin na medyo kahawig ng ating Sun.
Ito ay isa sa pinakamalamig na exoplanet na direktang nadetect, na may tinatayang average na temperatura na 2°C/35°F (para sa sanggunian, ang average na temperatura ng Earth ay 15°C (59 °F).
Ang mga malamig na planeta ay napakababa ng liwanag, at karamihan ng kanilang emission ay nasa mid-infrared.
Medyo mas mainit ito at mas malaki, ngunit mas kahawig ng Jupiter kaysa sa anumang ibang planeta na nailarawan hanggang ngayon.
Elisabeth Matthews ng Max Planck Institute for Astronomy sa Germany.
Kumplikadong Molekula sa Pagbuo ng mga Planeta
Samantala, ang exoplanet na K2-18 b ay maaaring isang Hycean exoplanet, na may potensyal na magkaroon ng hydrogen-rich na atmospera at ibabaw na may dagat ng tubig.
Ang mga exoplanet tulad ng K2-18 b, na may sukat sa pagitan ng Earth at Neptune, ay walang katulad sa ating solar system. Ang aming mga natuklasan ay nagbigay-diin sa kahalagahan ng pagsasaalang-alang sa iba’t ibang kapaligirang maaaring tirahan sa paghahanap ng buhay sa ibang lugar.
Nikku Madhusudhan, isang astronomo sa University of Cambridge
Nakakita din ang JWST ng ilang carbon compounds, at kahit dimethyl-sulfide sa atmospera ng planeta.
Pinagmulan: NASA
Nakakita ang JWST sa unang pagkakataon sa labas ng ating solar system ng ethane (C2H6), pati ethylene (C2H4), propyne (C3H4), at ang methyl radical CH3 sa paligid ng isang batang bituin.
Nagawa din nito ang unang detection ng mabibigat na elemento mula sa pagsasanib ng mga bituin, na nagresulta sa ikalawang pinakamaliwanag na gamma-ray burst na kailanman nadetect, o isang kilonova. Natuklasan ng mga siyentipiko ng JWST ang tellurium sa aftermath ng pagsabog.
Pinakamatagal (Sinaunang) na Itim na Butas na Kailanman Nadetect
Sa kombinasyon ng NASA’s Chandra X-ray Observatory, nadetect ng JWST ang isang lumalaking itim na butas 470 milyong taon pagkatapos ng Big Bang. Natagpuan ng JWST ang galaxy, at ng Chandra ang itim na butas mismo.
Pinagmulan: NASA
Sa tingin namin ito ang unang detection ng isang ‘Outsize Black Hole’ na direktang nabuo mula sa pag-collapse ng isang napakalaking ulap ng gas.
Sa unang pagkakataon, nakikita natin ang isang maikling yugto kung saan ang isang supermassive na itim na butas ay may timbang na halos kasingbig ng mga bituin sa galaxy nito bago ito bumaba.
Priyamvada Natarajan ng Yale University
Hinaharap ng JWST
Pagkatapos mahanap at masuri ang mga exoplanet, maghahanap ang JWST ng mga exomoons. Alam natin na ang mga planetary na katawan na ito, na posibleng mas malaki kaysa sa Earth sa ilang kaso, ay dapat umiiral, ngunit wala pang instrumentong sapat ang sensitibidad para madetect ang mga ito. Ang mga gaseous giant exoplanet tulad ng Jupiter ay pangunahing kandidato.
Mag-iimbestiga rin ang JWST ng supermassive na itim na butas at quasars, mga itim na butas na nagbubuga mula sa kanilang mga pole sa bilis ng liwanag na katumbas ng dami ng materyal ng isang bituin. Magtutuon ang teleskop sa napakaunang mga halimbawa ng mga stellar na penomena.
Sa huli, ang pag-aaral ng mga galaxy pati na rin ng malalaking estruktura ng Uniberso sa napakaunang panahon ay maaaring magbigay ng mga bagong pananaw sa kalikasan ng dark matter at dark energy na tila iniiwasan ng mga siyentipiko sa loob ng mga dekada.
Pangunahing Pribadong Kontratista ng JWST
Northrop Grumman Aerospace Systems
NOC Tsart ng Presyo
Ang isang proyektong tulad ng JWST ay halos palaging resulta ng isang internasyonal na kolaborasyon, na sa kasong ito ay may partisipasyon ng NASA, ESA, at ng Canadian Space Agency.
Kabilang din dito ang maraming kontratista mula sa pribadong sektor, kung saan ang pinaka-kilala ay ang aerospace at defense na kumpanya na Northrop Grumman (NOC ).
Ang Northrop Grumman ay kilala sa paglikha ng iconic na B-2 stealth strategic bomber, na bawat isa ay nagkakahalaga ng halos isang bilyong dolyar. Ang disenyo na ito na higit sa 20 taon na ang tanda ay papalitan ng B-21, na kasalukuyang nasa development.
Ang kumpanya ay nasa pinakapatimog ng teknolohiya ng kalawakan, tulad ng ipinapakita ng kanilang trabaho sa makabagong James Webb Space Telescope. Kukunin ng kumpanya ang karamihan ng kita mula sa mga sistema ng kalawakan at aeronautics.
Pinagmulan: Northrop
Isa pang malaking segment ay ang mission systems division, na sumasaklaw sa malawak na hanay ng mga sensor, cyberdefense software, secured communication, at C4ISR (Command, Control, Communications, Computers, Intelligence, Surveillance, at Reconnaissance).
Isa rin ito sa nangungunang gumagawa ng ammunition, mula sa maliit na kalibre hanggang sa guided projectiles at malaking kalibre.
Ang Northrop Grumman ay nag-aabang sa posisyon nito bilang supplier ng mga advanced na armas, kasama ang pag-develop at deployment ng autonomous weapons systems:
- X-47B, isang walang buntot, strike fighter-sized na walang tauhang eroplano.
- Ang helicopter drone na Fire Scout.
- Surveillance drones na Global Hawk at MQ-4C Triton.
- Maritime drones na Manta Ray at AQS-24B/C Minehunting System.
- Bat Unmanned Aircraft System (UAS), multi-mission, persistent, at abot-kayang tactical unmanned aircraft systems.
Pinagmulan: Northrop
Nasa hangganan ng pag-develop ang kumpanya ng direct energy weapons (lasers), electronic warfare, anti-drone systems, at intercontinental ballistic missiles.
Mula sa pananaw ng pamumuhunan at pananalapi, tumaas ng 12% CAGR ang dividend ng Northrop Grumman mula 2014, habang binabawasan din ang bilang ng shares ng 31%. Nagresulta ito sa $2.6B na dividends at share repurchases noong 2023, habang ang kumpanya ay nag-generate ng $2.1B na free cash flow.
Halos eksklusibong kinukuha ng Northrop Grumman ang kita mula sa US defense budget, kung saan ang NASA ay bumubuo ng 3% ng kita at ang international sales ay 12%.
Pinagmulan: Northrop
Habang ang mga kumpanya tulad ng RTX at Lockheed ang nagbibigay ng karamihan sa puwersa ng US Air Force (fighter jet, missiles, air defense), ang Northrop Grumman ay nagbibigay ng pinaka-advanced na kapasidad, mula sa kalawakan hanggang sa integrated command at stealth heavy bombers.
At marahil sa lalong madaling panahon ay magiging malaking bahagi ito ng advanced drone, electronic warfare, at energy weapons din.
Sa patuloy na pagtaas ng kahalagahan ng drone at electronic warfare, malamang na magiging mas sentral ang Northrop sa parehong offensive at defensive na kakayahan ng US. At ang mga bagong stealth bombers nito ay magiging susi upang makasabay sa mga kapantay na kalaban tulad ng Russia at China, kung saan nananatiling napakataas ang tensyon.
