Megaprojeler

JWST – James Webb Uzay Teleskobu

mm
Published
Updated
Securities.io maintains rigorous editorial standards and may receive compensation from reviewed links. We are not a registered investment adviser and this is not investment advice. Please view our affiliate disclosure.

Evreni Daha Derin İncelemek

Bazı mega projeler, örneğin CERN parçacık hızlandırıcısının 27 kilometre çapındaki dairesi ya da DUNE’un 800 mil uzunluğundaki nötrin deneyini gibi devasa altyapıları içerir.

Diğerleri, boyutları değil, karmaşıklıkları, maliyetleri ve evreni anlama biçimimizi dönüştürme güçleri nedeniyle mega projeler olarak nitelendirilebilir.

Bu konuda iyi bir örnek James Webb Uzay Teleskobudur (JWST). Bu kızılötesi ışık uzay tabanlı teleskop, şimdiye kadar yaratılan en güçlü ve en büyük teleskoptur. Teleskop, 1961-1968 yılları arasında NASA’nın Mercury, Gemini ve Apollo programları sırasında efsanevi yöneticisi James E. Webb’in adını almıştır.

Kaynak: NASA

JWST o kadar güçlü ki, evrendeki ilk yanan yıldızları gözlemlememize ve potansiyel olarak yaşanabilir ötegezegenleri bulmamıza eşit derecede yardımcı olabilir. Bu sonuçları elde etmek için bilim insanları ve mühendisler, teleskopların neler başarabileceği sınırını zorlamak adına harikalar yarattılar.

Neden Bir Teleskopu Uzaya Koymalıyız?

James Webb Uzay Teleskobunun neden öncelikle uzaya konulması gerektiğini anlamanın ilk adımı budur. Sonuçta, karmaşık bir makineyi uzaya taşıma, aynı şeyi Dünya’da inşa etmekten çok daha zordur.

Atmosferin dışına çıkıldığında, teleskoplar ışık kirliliği, atmosferik türbülans ve tabii ki bulutlar ve hava koşulları tarafından bozulmamış bir evren manzarası elde edebilir.

Bu, nispeten küçük Hubble teleskobunun yer tabanlı teleskoplara kıyasla bu kadar iyi performans göstermesinin nedenidir. Ancak bu, JWST için daha da önemlidir, çünkü bu teleskop görünür ışık yerine kızılötesi ışık ölçmektedir.

Dünya atmosferindeki su buharı kızılötesi radyasyonu emer. Yer tabanlı kızılötesi teleskoplar genellikle yüksek dağlarda ve çok kuru iklimlerde konumlandırılır, böylece görüş netliği artırılır, ancak bu hâlâ ideal değildir ve gözlemleyebilecekleri şeylerde doğuştan bir sınırlama yaratır.

JWST, Infrared Astronomical Satellite (IRAS), Spitzer Space Telescope ve Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) gibi uzay tabanlı kızılötesi teleskopların ardından gelen en yeni ve açık ara en güçlü teleskoptur.

JWST, 2021 yılında Fransız Ariane 5 roketiyle Fransız Guyanası’ndan fırlatıldı. Bir ay sonra, hedefi olan Güneş-Dünya L2 Lagrange noktasına ulaştı; bu nokta Dünya’dan yaklaşık 1,5 milyon kilometre (930.000 mil) uzaktadır.

Lagrange noktaları, Dünya’ya göre sabit kalan, ancak Dünya yörüngesinde olmayan uzaydaki konumlardır. Şu anda, başka bir Lagrange noktası (L1), DSCOVR: Deep Space Climate Observatory tarafından kullanılmaktadır.

Kaynak: NOAA

JWST’nin konumu, yıl boyunca gökyüzünün neredeyse her noktasını gözlemleyebileceği anlamına gelir; sadece Dünya ve Güneş yönünde olmadığı sürece. Gökyüzünün %39’u Webb tarafından her an potansiyel olarak görülebilir.

Neden Kızılötesi Gözlem Kullanılır?

Uzak Nesneler

Evrenin çok uzak nesneleri için, “kızılötesi kayma” (redshift) adı verilen bir fenomen gerçekleşir ve ışıkları kızılötesi bölgeye kayar. Bu nedenle, evrenin çok derin (ve dolayısıyla çok eski) kısmının gözlemi kızılötesi ışık spektrumunda yapılmak zorundadır.

Bu fenomen nedeniyle, Hubble yalnızca ilk galaksilerin oluştuğu zamana kadar uzakta ve geriye doğru görebildi. Kızılötesine bakarak, JWST evrenin tarihindeki ilk yıldızların oluştuğu zamana kadar görebilir.

Ötegezegenler

Kızılötesi gözlemlerin bir diğer avantajı, bu sefer ötegezegenlerin analizine yönelik olmasıdır. JWST, koronağraf adı verilen bir sistem taşıyacak: bu sistem bir yıldızdan gelen ışığı engelleyerek, küçük ötegezegenler gibi daha az parlak yörüngedeki nesneleri daha iyi görmemizi sağlayacak.

Bir ötegezegenin görüntüsü sadece bir nokta olur, geniş bir panorama değil.

Kaynak: NASA

Yine de, bu noktanın ışığı spektroskopi adı verilen bir yöntemle analiz edilebilir; bu yöntem bu ötegezegenlerin atmosfer bileşimini bize söyleyebilir. Kızılötesi dalga boylarında, ötegezegen atmosferlerindeki moleküller en çok spektral özelliğe sahiptir, bu yüzden görünür ışığa göre çok daha fazla bilgi elde ederiz.

Bu yöntemle, diğer güneş sistemlerindeki gezegenlerin su ve CO2‘ye sahip olup olmadığını, ayrıca metan, amonyak ya da potansiyel olarak uzaylı yaşamı işaret edebilecek karmaşık moleküllere sahip olup olmadığını belirleyebiliriz.

JWST ve Hubble Karşılaştırması

Gözlem yeteneği açısından, JWST çoğunlukla yakın kızılötesi ışığa odaklanır, ancak kullanılan enstrümana bağlı olarak turuncu ve kırmızı görünür ışığı ve orta kızılötesi aralığını da görebilir.

Hubble’ın görebildiğinden 100 kat daha az parlak nesneleri tespit edebilir. Ve birçok durumda, Hubble’ın ilk kez ortaya çıkardığı nesnelere geri bakarak onlarla ilgili yeni içgörüler elde etmek için kullanılır.

Bununla birlikte, kızılötesi görüntüler daha uzun dalga boyları nedeniyle doğası gereği görünür ışığa göre daha az keskin olduğundan, görüntü keskinliği Hubble ile karşılaştırılabilir.

Diğer bir fark, JWST’nin görünür ışığı engelleyen ancak kızılötesi ışığı engellemeyen gaz bulutlarını görebilmesidir. Bu yüzden JWST’nin Eagle Nebula’daki ünlü Yaratılış Sütunları fotoğrafı, sütunların içinde ve çevresinde birçok yıldızı ortaya çıkarır.

JWST Teknik Özellikleri

JWST, 18 ayrı altıgen ayna içeren 6,5 metrelik (21 feet) altın kaplı berilyum birincil aynaya sahiptir; bu, ona ikonik görünümünü verir.

Bu aynaların her biri 20 kg (44 pound) ağırlığındadır. 100 nanometre altın kaplama kızılötesi ışığı yansıtır ve camla kaplanarak yeterince dayanıklı hâle getirilir. Bu, Hubble’dan 6 kat daha büyük bir ışık toplama alanı sağlar. Toplamda sadece 48,25 g altın (1,7 ons) kullanılmıştır.

Kaynak: NASA

Webb, Hubble’ın aksine, Dünya’dan uzun mesafesi nedeniyle astronotlar tarafından servis edilmek üzere tasarlanmamıştır. Sonuç olarak, tüm kritik alt bileşenler çift olarak tasarlanmıştır; örneğin iki Yakın Kızılötesi Kamera ya da aynalar gibi yıllarca dayanacak şekilde tasarlanmıştır.

JWST’nin en az 5 yıl, hedefi ise 10 yıl çalışması bekleniyor. Ancak, Lagrange noktasında kalmak için toplam 20 yıl yetecek kadar itici maddeye sahip, bu yüzden kritik bir parça arızalanmazsa daha uzun süre çalışabilir.

JWST Bütçesi

Toplamda, James Webb Uzay Teleskobu 11 milyar dolardan fazla bir maliyete ulaşmış, bu da NASA’nın bu proje için yaptığı ilk tahminin 10 katından fazlasıdır. Bu fiyat patlaması, 2010’larda projenin sürdürülebilirliğini tehdit etti; o zaman bütçe “sadece” 6,5 milyar dolara yükselmişti.

İlk olarak 2014 için planlanan bir fırlatma, nihayetinde 7 yıl gecikmesi eleştirileri artırdı.

“Problemin temel kök nedeni, (programın resmi onayının) alındığı zamana, yani Temmuz 2008’e kadar, proje ofisi tarafından NASA’ya sunulan bütçenin temelde hatalı olmasıdır,” diye bir öğleden sonra telekonferansta gazetecilere söyledi.

Bütçe, o dönemde projenin bile bildiği içeriği içermiyordu. Bu yüzden maddi açıdan işi yürütmek için yeterli değildi.

John Casani, NASA Jet Propulsion Laboratory’da geniş çapta saygı gören bir proje yöneticisi

Projenin tasarlanıp inşa edilmesi neredeyse iki on yıl sürdü, ancak NASA’nın yıllık bütçesinin %3’ünden fazla bir pay almadı. Yine de, 2003-2021 yılları arasında NASA’nın Astrofizik Bölümü bütçesinin üçte birini tüketti.

Ve şimdi JWST, astronomide tarihin en etkileyici ve başarılı programlarından biri olduğundan, bu tartışmaların çoğu unutulmaya başladı.

JWST’nin Muhteşem Mühendisliği

Biraz Ağırlık Kaybı

JWST tasarımcıları için çözülmesi gereken ilk sorun, bu kadar büyük bir aynanın çok ağır olacağıydı. Hubble’ın tasarımını yeniden kullansalardı, uzaya fırlatmak için çok ağır olurdu.

Bu yüzden, hem güçlü hem de yeterince hafif olan berilyum kullanılmaya karar verildi. Bir diğer faktör ise derin uzayın aşırı sıcaklığıydı; bu, aynaların gereken son derece hassas eğriliğini şekilsizleştirebilirdi.

Berilyum burada da iyi bir seçenekti, çünkü çok soğuk olduğunda şeklini değiştirmeyi durdurur. Bu yüzden aynalar, uzayın soğuğuna (-233°C/-388°F) maruz kaldığında tam olarak istenen son şekle bükülecek şekilde “yanlış” bir açıyla üretildi.

Kaynak: JWST

Her bir ayna, nihayetinde insan saçının kalınlığının 1/10.000’i kadar bir hassasiyetle hizalanacaktı.

Kompozit gibi ultra hafif malzemeler de teleskobun omurgası için seçildi, bu da ek ağırlık tasarrufu sağladı.

Kaynak: NASA

Katlanma

Bir diğer büyük sorun, bu tasarımın gerektirdiği teleskop aynasının aşırı boyutunun mevcut hiçbir rokete sığmamasıydı.

Bu yüzden, erken aşamalarda yapıyı parça parça açmaya karar verildi; bu, güneş kalkanı ve aynaları da içeriyordu. Tüm yapıyı verimli bir şekilde katlamak ve güvenilir bir şekilde açılmasını sağlamak hâlâ bir endişeydi.

NASA bilim insanları, kağıt katlama Japon sanatı origamiden ilham alarak, son seçim olarak altıgen bir origami desenini tercih etti.

Bu, James Webb tasarım ekibi için yüksek riskli bir karardı; böyle karmaşık bir açılma daha önce hiç yapılmamıştı. Herhangi bir başarısızlık tüm projeyi mahvedebilirdi.

Bu kısa JWST videosunda açılmanın adım adım nasıl çalıştığını görebilirsiniz:

Güneş Kalkanı

Teleskop hedeflerini kızılötesi olarak gözlemlediği için, onu Güneş’in ısısından korumak, aynaların yeterince hafif ve düzgün açılmış olması kadar hayati öneme sahipti.

JWST’nin güneş kalkanı, 5 katmanlı izolasyon sayesinde teleskobun sıcak ve soğuk tarafı arasındaki farkı yaklaşık 315°C/600°F tutar.

Güneş kalkanı bir tenis kortu büyüklüğündedir ve Kapton E (poliamid film) katmanlarından, alüminyum ve doplanmış silikon kaplamalarla yapılmıştır; bu kaplamalar Güneş’in ısısını uzaya geri yansıtır.

Telekomünikasyon

JWST, verilerini Dünya’ya geri gönderir ve talimatları NASA’nın Derin Uzay Ağı aracılığıyla alır. Bu ağ, Canberra, Madrid ve Goldstone’da bulunan yer istasyonları üzerinden geçer.

Webb, her gün en az 57,2 gigabayt kaydedilmiş bilim verisi indirebilir; maksimum veri hızı ise saniyede 28 megabit’tir.

Diğer Bileşenler

Teleskobun geri kalan kısmı da yüksek teknoloji ve yüksek performanstan eksik değildi. Birkaç ekipmana onurlu bir şekilde bahsedilebilir:

  • Cryocooler: JWST’nin orta kızılötesi (MIRI) sensörlerinin -266,15°C/-447°F’de çalışması gerekir; bu, uzayın derinliklerinden bile daha soğuktur. Bu yüzden enstrümanı soğutmak için ekstra bir soğutma sistemi eklenmeliydi.
  • Backplane: Teleskobun omurgası 2,4 ton (5.300 pound) ağırlığındadır ve teleskobun keskin fotoğraflar çekmesi için gereken mutlak hareketsiz konumu sağlar. 32 nanometreye kadar (insan saçının çapının 1/10.000’i) sabit olacak şekilde tasarlanmıştır.
  • Micro-shutters: 248.000 küçük kapıdan oluşan bu ızgara, ışığı iletmek ya da engellemek için tek tek açılıp kapanabilir. Bu, JWST’nin bir yıldız ya da galaksi alanında aynı anda yüzlerce nesneyi gözlemlemesini sağlar. Sonuç olarak, JWST belirli bir zaman diliminde çok daha fazla gözlem yapabilir.

JWST’nin Başarıları

Sadece birkaç yıl çalışmasına rağmen, JWST astronomların evreni anlama şeklini tamamen değiştirdi. Bu yüzden, yaptığı her şeyi listelemek neredeyse imkânsız olsa da, birkaç hikaye daha fazla vurgulanmaya değerdir.

Yeni Oluşmuş Karbonun Yayılımı

JWST, Samanyolu galaksimizde sadece 5.000 ışık yılı uzakta karbon açısından zengin toz üreten iki yıldızı tespit etti. Bu iki yıldızın çarpışan güneş rüzgarlarıyla oluşan konsantrik küresel “kabukları” fark etti; bu kabuklar yeni oluşmuş karbonu galaksiye yaymaktadır.

Her kabuk, yıldızlardan saniyede 1.600 mil (2.600 kilometre)den fazla bir hızla uzaklaşıyor, ışık hızının yaklaşık %1’i. Bu sistemde, gözlem istasyonu toz kabuklarının bir yıldan diğerine genişlediğini gösteriyor.

Teleskobun orta kızılötesi görüntüleri, 130 yıldan fazla süren kabukları tespit etti. Daha eski kabuklar o kadar dağılmış ki artık tespit edilemeyecek kadar sönük.

Jennifer Hoffman, Denver Üniversitesi’nde ortak yazar ve profesör

Güneş Sistemimizin Kenarındaki Aktif Nesneler

JWST, Neptün yakınlarındaki buzlu “Centaur 29P/Schwassmann-Wachmann” adlı kuyruklu yıldız benzeri nesneden gaz püskürmesini tespit etti.

Yeni bir karbon monoksit (CO) jet’i ve daha önce görülmemiş karbon dioksit (CO2) gaz jet’leri keşfettiler; bu da yıldız nesnesinin çekirdeğinin doğasına yeni ipuçları sağlıyor.

Yakındaki Ötegezegenlerin Görüntüsü

JWST, bize sadece 12 ışık yılı uzakta olan Epsilon Indi Ab adlı bir ötegezegenin doğrudan bir görüntüsünü yakaladı. Gezegen, Jüpiter’in birkaç katı kütleye sahip ve Güneşimize benzer bir yıldız etrafında dönüyor.

Bu, doğrudan tespit edilen en soğuk ötegezegenlerden biridir; tahmini ortalama sıcaklığı 2°C/35°F’dir (referans olarak, Dünya’nın ortalama sıcaklığı 15°C (59°F) dir).

Soğuk gezegenler çok sönüktür ve emisyonlarının çoğu orta kızılötesidedir.

Biraz daha sıcak ve daha büyük bir kütleye sahip, ancak şimdiye kadar görüntülenmiş diğer gezegenlerden daha çok Jüpiter’e benziyor.

Almanya’daki Max Planck Astronomi Enstitüsü’nden Elisabeth Matthews

Oluşan Gezegenlerde Karmaşık Moleküller

Orion Nebulası’nda, 1.350 ışık yılı uzakta bir yıldız etrafında oluşan protoplanetary diskte, JWST metil katyonu (CH3+) tespit etti.

Bu arada, K2-18 b ötegezegeni bir Hycean ötegezegeni olabilir; bu, hidrojen açısından zengin bir atmosfere ve suyla kaplı bir yüzeye sahip olma potansiyeline sahiptir.

Dünya ile Neptün arasında boyutlara sahip K2-18 b gibi ötegezegenler, güneş sistemimizdeki hiçbir şeye benzemiyor. Bulgularımız, başka yerlerde yaşam ararken çeşitli yaşanabilir ortamları göz önünde bulundurmanın önemini vurguluyor.

Cambridge Üniversitesi’nden astronom Nikku Madhusudhan

JWST ayrıca gezegenin atmosferinde birkaç karbon bileşiği ve hatta dimetil-sülfid buldu.

Kaynak: NASA

JWST, güneş sistemimizin dışındaki ilk kez etan (C2H6), ayrıca etilen (C2H4), propyen (C3H4) ve genç bir yıldız etrafındaki metil radikal CH3’ü tespit etti.

Ayrıca bir yıldız birleşiminden gelen ağır elementlerin ilk tespitini yaptı; bu, şimdiye kadar tespit edilen ikinci en parlak gama ışını patlamasına ya da kilonova’ya yol açtı. JWST bilim insanları patlamanın ardından tellür tespit etti.

Şimdiye Kadarki En Uzak (Antik) Kara Delik

NASA’nın Chandra X-ray Gözlemevi ile birlikte, JWST Büyük Patlama’dan sadece 470 milyon yıl sonra büyüyen bir kara deliği tespit etti. JWST galaksiyi, Chandra ise kara deliği buldu.

Kaynak: NASA

Bunun, dev bir gaz bulutunun çöküşünden doğrudan oluşan ilk ‘Aşırı Büyük Kara Delik’ tespiti olduğunu düşünüyoruz.

İlk kez, süper kütleli bir kara deliğin, galaksisindeki yıldızlar kadar ağırlığa sahip olduğu kısa bir evreyi görüyoruz, ardından geride kalıyor.

Yale Üniversitesi’nden Priyamvada Natarajan

JWST’nin Geleceği

Ötegezegenleri bulup analiz ettikten sonra, JWST öteayları (exomoons) avına çıkıyor. Bu gezegen cisimlerinin, bazı durumlarda Dünya’dan daha büyük olabileceğini biliyoruz, ancak onları tespit edecek kadar hassas bir enstrüman hiç bulunmadı. Jüpiter gibi gaz devleri ötegezegenler, birincil adaylardır.

JWST ayrıca süper kütleli kara delikleri ve kuasarları araştıracak; bu kara delikler kutuplarından ışık hızında yıldız değerinde madde püskürtür. Teleskop bu yıldız fenomenlerinin çok erken örneklerine odaklanacak.

Son olarak, evrenin galaksilerini ve büyük ölçekli yapısını çok erken dönemlerde incelemek, bilim insanlarının on yıllardır kaçınılması zor olan karanlık madde ve karanlık enerji doğasına dair yeni içgörüler sağlayabilir.

JWST’nin Ana Özel Müteahhidi

Northrop Grumman Uzay ve Havacılık Sistemleri

(NOC )

JWST gibi bir proje neredeyse her zaman uluslararası bir iş birliğinin sonucudur, bu durumda NASA, ESA ve Kanada Uzay Ajansı’nın katılımıyla.

Ayrıca özel sektörden birçok müteahhit de dahil oldu; en öne çıkanı uzay ve savunma şirketi Northrop Grumman’dır.

Northrop Grumman, ikonik B-2 gizli stratejik bombardıman uçağının yaratılmasıyla en çok tanınır; her biri neredeyse bir milyar dolar maliyetlidir. Bu 20 yılı aşkın süredir var olan tasarım, hâlâ geliştirilmekte olan B-21 ile değiştirilecektir.

Şirket, aynı zamanda en son teknoloji James Webb Uzay Teleskobu üzerindeki çalışmasıyla uzay teknolojisinin en ön safhasında yer alıyor. Şirketin gelirlerinin çoğu uzay ve havacılık sistemlerinden elde edilmektedir.

Kaynak: Northrop

Bir diğer büyük segment, görev sistemleri bölümü; bu bölüm çok çeşitli sensörler, siber savunma yazılımı, güvenli iletişim ve C4ISR (Komuta, Kontrol, İletişim, Bilgisayarlar, İstihbarat, Gözetim ve Keşif) kapsamına girer.

Ayrıca küçük kalibreden yönlendirilmiş mermilere ve büyük kalibreli mühimmata kadar çeşitli mühimmatların önde gelen üreticisidir.

Northrop Grumman, otonom silah sistemlerinin geliştirilmesi ve dağıtımıyla gelişmiş silah tedarikçisi konumuna ilerlemek istiyor:

Kaynak: Northrop

Şirket, doğrudan enerji silahları (lazerler), elektronik savaş, anti-dron sistemleri ve kıtalararası balistik füzeler geliştirme noktasında da öncü konumdadır.

Yatırım ve finansal açıdan bakıldığında, Northrop Grumman 2014’ten bu yana temettüsünü %12 CAGR oranında artırmış, aynı zamanda hisse sayısını %31 azaltmıştır. Bu, 2023’te 2,6 milyar dolar temettü ve hisse geri alımı, şirketin ise 2,1 milyar dolar serbest nakit akışı üretmesiyle sonuçlanmıştır.

Northrop Grumman neredeyse tamamen ABD savunma bütçesinden gelir elde etmektedir; NASA gelirin %3’ünü, uluslararası satışlar ise %12’sini oluşturmaktadır.

Kaynak: Northrop

RTX ve Lockheed gibi şirketlerin ABD Hava Kuvvetleri’nin büyük kısmını (savaş uçağı, füzeler, hava savunması) sağladığı yerde, Northrop Grumman uzaydan entegre komuta ve gizli ağır bombardıman uçaklarına kadar en gelişmiş kapasiteyi sunmaktadır.

Ve belki yakında gelişmiş dron, elektronik savaş ve enerji silahlarının da önemli bir kısmı.

Drone ve elektronik savaşın artan önemiyle, Northrop muhtemelen ABD’nin hem saldırı hem de savunma yeteneklerinde giderek daha merkezi bir rol oynayacak. Ve yeni gizli bombardıman uçakları, Rusya ve Çin gibi rakip düşmanlarla aynı hızda kalmak için kritik bir faktör olacak; bu ülkelerle gerilimler çok yüksek seviyede.

mm

Jonathan eski bir biyokimya araştırmacısıdır ve genetik analiz ve klinik çalışmalar üzerinde çalışmıştır. Şimdi bir hisse analisti ve finans yazarıdır ve yayınında 'The Eurasian Century' da inovasyon, piyasa döngüleri ve jeopolitika üzerine odaklanmaktadır.