James Webb Uzay Teleskobu Hakkında Bilmeniz Gereken Her Şey: Nasıl Üretildi, Görevi Ne, Nasıl Tasarlandı?

James Webb Uzay Teleskobu (JWST), NASA önderliğinde ve Avrupa Uzay Ajansı ile Kanada Uzay Ajansı katkılarıyla üretilen bir uzay teleskobudur. James Webb Uzay Teleskobu, 25 Aralık 2021 tarihinde Ariane Uçuş VA256 ile uzaya gönderilmiştir. Teleskop, öncülü olan Hubble Uzay Teleskobu'na nazaran çok daha gelişmiş kızılötesi çözünürlük ve hassasiyetle görüntü toplayacak, insanlığın astronomi ve kozmoloji bilgilerini genişletecek, Evren'deki en uzak ve en yaşlı gök cisimlerini gözleyecek ve potansiyel olarak yaşanabilir ötegezegenlerin atmosferini karakterize edecek biçimde tasarlanmıştır.

Sci Tech Daily

James Webb Uzay Teleskobu'nun Tarihi

Hubble Uzay Teleskobu fırlatılmadan önce yapımı hala devam ediyorken, 1980'lerin sonunda bazı bilim insanları ileriyi düşünmeye başlamıştı bile. Sonuçta Hubble onların zamanında çok yakında, 1990 yılında fırlatılacaktı ve buluntuları çığır açacak olsa da sonsuza kadar çalışmayacaktı. Peki bunu ne takip edecekti? NASA'nın yeni görevi ne olacaktı? Bu sorunun peşine yeni bir teleskobun tasarıları ve konuyu tartışan seminerlerin doğuşu uzun sürmedi ve James Webb Teleskobu'nun temeli böylece atılmış oldu.

1989'da Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü (Space Telescope Science Institute: STScI) tarafından düzenlenen Yeni Jenerasyon: HST'nin 10 m Sınıfı UV-Görünür-Kızılötesi Takipçisi (The Next Generation: A 10 m Class UV-Visible-IR Successor to HST) isimli seminerde karşılaşabilecek zorluklar tartışıldı ve adında da görüldüğü gibi, yapılacak yeni teleskobun aynasının 10 metre çaplı olması planlandı. Fakat 1990 yılında yapılan 10 Yıllık Araştırma bu konuya el attığında, seminerin planlarının aşırı büyük olduğunu belirtti ve onun yerine teleskop aynasının çapı 6 metre olan bir gözlem aracının yapımını öne sürüp raporda bu projeye "Geniş Uzay Teleskobu" adıyla hitap edildi. O yılın parasıyla 2 milyar dolarlık bir bütçe sınırı koyuldu ve yeni yüzyılın ilk on yılında fırlatılmasına karar verildi. Gelgelelim bu zamanlama oldukça şanssız olarak görülebilir; çünkü ekonomik kriz, hükümet değişimi ve Hubble'da karşılaşılan sorunlar gibi olaylar, adı artık Yeni Jenerasyon Uzay Teleskobu (Next Generation Space Telescobe: NGST) olan bu projenin durmasına sebebiyet verdi.

1993'te Astronomi Araştırmaları Üniversite Birliği (Association of Universities for Research in Astronomy: AURA); gelecek hedeflerin tartışılacağı, başında astronom Alan Dressler'ın bulunduğu bir komite oluşturdu ve bu komite 1996'da NGST çalışmalarının devam etmesini sağlayacak iki hedefli bir rapor yayımladı [HST ve Ötesi: Orijinlerin Keşfi ve Araştırılması: Ultraviyole-Optik-Kızılötesi Uzay Astronomisi Vizyonu (HST and Beyond: Exploration and the Search for Origins: A Vision for Ultraviolet-Optical-Infrared Space Astronomy)]. Komitenin açıklamasında tek bir sorun vardı: Gözlem aracının teleskop ayna çapının 4 metre olmasını istiyordu. Fakat bu sorun, NASA yöneticisi Dan Goldin'in aynı yıl yaptığı bir konuşmada bu boyutları mütevazı olarak tanımlayıp neden daha büyük olmayabileceğini sorgulaması ile çözülmüş oldu. Sonraki yıllarda, 2000'in 10 Yıllık Araştırması'nda da onaylandığı üzere, 8 metre kabul edilmiş olsa da bu sayı 2001'de 6.5 metreye düştü. 1993'te, o zamanın parasına göre, 500 milyon dolar olarak hesaplanan bütçe de boyutlar ile birlikte değişti ve 4 milyar dolara çıktı. 2002'de ise NGST ismi, NASA'nın ikinci müdürü ve Apollo gibi birçok önemli projeyi yöneten James Webb'in anısına James Webb Uzay Teleskobu olarak değiştirildi.

Ertelenmeler ve Yüzleşilen Sorunlar

2000'in 10 Yıllık Araştırması'nda James Webb Teleskobu'nun öneminin büyük olduğuna karar veren astronomlar, projenin bu milenyumun ilk 10 yılının önceliği olması gerektiğine karar verdi ve tahmini maliyetini 1 milyar dolar olarak belirledi. Teleskobun fırlatma tarihi o zamanlarda 2007 yılı olarak seçilse de o günden bu güne birçok kez ertelendi. İlk önce 2007'den 2011'e, sonra da 2013'e ertelenen bu proje, gittikçe daha da dikkat çekmeye başladı.

James Webb Teleskobu'nun gözlemlerinden yararlanacak olan araştırmacı Heidi Hammel, ertelenmelerde bütçenin rolüne şu sözlerle dikkat çekiyor:

Her toplantıda zaman çizelgesi değişiyordu. Bütçenin düzgün kullanılamadığını herkes açıkça görebilirdi.

Zaten birçok insanın dikkatini ve eleştirisini çeken nokta da James Webb Teleskobu'nun zaman geçtikçe artan maliyeti oldu. Bu sorun o kadar büyüdü ki James Webb Teleskobu, NASA'nın bütçesini kaplayarak diğer projelerin önüne geçmeye başladı. Pasadena'daki Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü'nden Shri Kulkarni kaygılarından şu şekilde bahsetti:

Ben, sırf maliyetini baştan anlayamadığımız için, şimdi uzaya dayalı astronomiyi tüketen bir projeye başlamış olduğumuzdan endişeliyim. O alandaki diğer her araştırmayı terk etmeye değecek bir proje olduğuna inanmıyorum.

Hatta 2010'da, Nature'dan bir makale Webb'e takma bir isim bile buldu: Astronomiyi Yiyip Bitiren Teleskop. Çünkü bu gözlem aracı, bütçenin çok üzerine çıkmıştı. Hatta toplam maliyet bir önceki araştırmada bir milyar gözükmüş olduğu halde, 2010'un 10 Yıllık Araştırması'nın sonuçlarına göre James Webb Teleskobu için 3,5 milyar harcanmıştı bile! Ancak yapımı iptal edilmedi; çünkü bu aşamada James Webb Teleskobu, başarısız olunamayacak kadar önemli bir hale gelmişti (merak edenler için buna Batık Maliyet Safsatası adı verilmektedir).

James Webb Teleskobu, 10 Yıllık Araştırma'nın onayını almış olsa da bazı bağımsız araştırmaların buluntularına göre NASA'nın en büyük projesi bir krize girmişti. Bütçe yalnızca çok hızlı harcanmıyordu, aynı zamanda da yapılacakların bir kısmı ertelenip duruyordu. 2011'de ABD Temsilciler Meclisi'nin ödenek komitesi, projeyi iptal etme fikrini sundu. Neyse ki bu zorlu dönem, projenin destekçileri sayesinde atlatıldı.

İşte bu noktada NASA ve ABD Kongresi müdahale etme gereği duyup yeni bir plan oluşturdular. Bu plana göre James Webb Teleskobu'nun yeni bütçesi inşa için 8 milyar, ek olarak da uzayda çalışma için 837 milyon dolara çıkarıldı. Fırlatma ise Ekim 2018'e çekildi. Fakat 2018'e gelindiğinde, yeni bir ertelenme duyurularak tarih 2019'da Mart ile Haziran arasına itildi. Yapılan açıklamada bunun nedeni ise teleskobun parçalarının birleşimi ile testlerin beklenenden uzun sürmesi olduğu ifade edildi. James Webb Teleskobu'nun yapımında çalışan astrofizikçi John Mather; işi şansa bırakamayacaklarını, teleskobun uzayda çalışacağından emin olmak için testlerin ne kadar önemli olduğunu vurguladı.

Space News

2018 yılının James Webb Teleskobu için oldukça kötü geçtiği söylenebilir; çünkü bu yıl yapılan büyük hatalar, yine bir ertelenme ile sonuçlandı. İlk olarak Nisan'da yapılan bir sallantı kontrol testinde James Webb Teleskobu, kalkışta gözlenmesi beklenenden iki kat kuvvetli bir titreşime tabi tutuldu. Test sonucunda ise vidaların gevşediği keşfedildi. Bu, ilerlemeyi yavaşlatmış olsa da kötü bir şey sayılamaz; çünkü bunun sayesinde şayet kalkış zorlu geçecek olsa, James Webb Teleskobu'nun hasar görebilecek olduğu öğrenildi. İşte bu testler de bu yüzden her olası senaryoya karşı önlem almakta birebir.

Vida sorununa çözüm olarak teknisyenler conta eklemeye karar verdi. Ama vidalar, bir kilit somununa uymak için tasarlanmış ve contaların da bu kilit yapısını bozacağı ne yazık ki öngörülmemişti. Bir de bunların üstüne hem iticiler temizlenirken yanlış bir çözücü kullanılmış hem de kabloların yanlış bağlanması da aşırı elektrik gerilimine sebep olmuştu.

İşte bu hatalar, yalnızca projeyi bir buçuk yıl geri atmakla kalmadı, aynı zamanda 600 milyon dolara da mal oldu ve fırlatmayı Mayıs 2020'ye kadar itti. 2020'nin başında ise NASA, testler ve küçük teknik sorunlar yüzünden tarihi Mart 2021'e aldı. Gelgelelim 2020'de başlayan pandemi, programı yeniden yerle bir etmeyi başardı. Fırlatma tarihi, Ekim 2021 olarak duyuruldu; ancak üst üste yaşanan aksaklıklar sonucunda fırlatma, 25 Aralık 2021 tarihinde başarıyla yapılabildi.

James Webb Uzay Teleskobu, Uzayda Ne Yapacak?

James Webb Teleskobu'nun, her biri ayrı heyecan verici olan birden fazla görevi bulunuyor. İlk olarak; James Webb Teleskobu'nun öncüsü Hubble, kullandığı kameraların yapısından dolayı "zamanda" belirli bir noktadan gerisini (yani uzayda belirli bir derinliğin ötesini) göremiyordu; ancak kızılötesi gözlem aletleri ile Webb, bundan çok daha öncesini görebilme kapasitesine sahip olacak. Çok daha öncesi derken kastımız şu: James Webb Teleskobu, 13,5 milyar yıl kadar geriyi görebilecek. Bu, Büyük Patlama'dan 100 ila 250 milyon yıl sonrası demek ve hiç kimse daha önce bu kadar eskiyi incelememişti. James Webb Teleskobu, insanlık tarihinde bir ilke öncülük edecek ve Evren'deki ilk ışığı ve Büyük Patlama'dan kısa bir süre sonra oluşan ilk göksel nesneleri gözlemleyecek.

Bunun yanı sıra James Webb Teleskobu, galaksilerin nasıl oluşup geliştiğini araştıracak; Güneş Sistemi'mizdeki gezegenlerin fotoğraflarını çekecek; hatta karanlık maddenin kanıtını bile arayacak! Ancak en heyecanlı kısmı şu: James Webb Teleskobu, ötegezegenlerin atmosferlerini araştırıp, kimyasal yaşam izleri arayarak ya da oksijen miktarını ölçerek yaşanabilir gezegenler bulmaya çalışacak!

James Webb Teleskobu'nun etkileyici bir özelliği daha var: Yıldızlar ile gezegen sistemlerinin doğduğu çok büyük toz bulutlarının içini görebilecek. Bu da bir ilk; çünkü Hubble gibi görünür ışık gözlem araçları bu bulutları yalnızca mat olarak görebiliyordu.

James Webb Uzay Teleskobu'nun Yapısı

Hubble'ın takipçisi, fiziksel olarak olmasa da, fikren 30 yılı aşkın süredir ortalıkta ve bu uzun zaman içerisinde tasarımın değişiklikler geçirmesi de hiç şaşırtıcı değil. Daha inşa edilmeye başlanmadan önce bile bu konu üzerine bir çok toplantı ve seminer yapılarak teleskobun detayları gözden geçirildi. Örneğin, bahsettiğimiz üzere teleskop aynasının çap boyutu 4 ila 10 metre arasında, bir salıncak misali ileri geri gidip durdu. Ama bunlara karşın birçok özellik aynı kaldı, ya da teknolojinin gelişmesiyle yerine bir üst modeli getirildi. Hatta teleskobun gelişimiyle ilgilenen NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi, sırf James Webb Teleskobu için yeni teknolojiler bile oluşturdu.

James Webb Teleskobu çalışabilmek için birçok alete sahip ve hepsinin de olağanüstü özellikleri var. Kamera ve spektrometreleri en sönük sinyalleri bile algılayabilecek detektörlere sahip. Hatta ve hatta James Webb Teleskobu, NIRSpec aletinin sahip olduğu ileri teknoloji ile kontrol edilebilen mikrokepenkler sayesinde aynı anda 100 nesneyi bile inceleyebilir! Bu mikrokepenklerden binlerce var ve her biri de tek bir saç telinden daha ince.

Bunların çalışması o kadar kolay değil tabii. Örneğin James Webb Teleskobu'nun başka bir aleti olan MIRI, orta dalga kızılötesi ışığı görebiliyor ama çalışabilmek için sıcaklığı 7 Kelvin (-266.15 °C) olmak zorunda. Eğer teleskobun kendisi ısınırsa bu sıcaklık uzaydan gelen ısıyı baskılayıp James Webb Teleskobu'nun "görüşünü" engelleyebilir. Bu yüzden de teleskop, gözlem aletlerinin yanı sıra bu detektörleri soğutmak için kriyojenik bir soğutucu da içeriyor.

James Webb Teleskobu'nun görevini gerçekleştirebilmesi için, optik bir teleskop olan Hubble'ın aksine kızılötesi olması gerekiyor. Peki bu detay niye bu kadar önemli? Şöyle ki, mutlak sıfırdan sıcak olan her nesne ışıma yapmaktadır. Ancak hareket eden bir nesnenin uzaklığı değiştikçe ışımanın algılanan dalga boyu da değişir. Hatta algılanan dalga boyunun bu şekilde mesafe ile değişmesine Doppler Etkisi (veya Doppler Kayması) adı verilir. Elektromanyetik dalgalarda bir nesne yaklaştıkça ışımanın rengi elektromanyetik tayfta maviye, uzaklaştıkça da kırmızıya kayar. Evren de sürekli genişlemekte olduğu için oluşan ilk galaksiler ile aramızdaki mesafe durmadan artmakta, yani bu galaksilerin ışımaları da kırmızıya (kızılötesine) kaymaktadır. Görevi de bu eski galaksileri gözlemlemek olan James Webb Teleskobu'nun kızılötesi ışığı gözlemlemesi işte bu yüzden önemli. Aynı zamanda bu, ötegezegenleri incelemenin de en iyi metodu olarak biliniyor.

NASA

James Webb Teleskobu, boyu yaklaşık olarak 6.5 metreyi bulan ve birbirinden ayrı 18 parçadan meydana gelen bir primer (birincil) aynaya sahip. Bu parçalar şu anda katlı durumda; ama uzaya çıkınca açılıp şekil alacak. Tabii bu büyüklüğe aldanmayın, Webb'in aynalarının hepsi aşırı hafif berilyumdan yapılma. Bunun yanı sıra James Webb Teleskobu'nun 6.5 metre çaplı primer aynası, Hubble'ın 2.4 metre çaplı aynasından çok daha büyük olduğu için ışık toplayan bölgesi de daha büyük (ama malzeme sayesinde aynası, Hubble'ınkinden yarı yarıya hafif). Bunun katkı sağladığı alan ise "geçmişi görüş": James Webb Teleskobu, Hubble'a kıyasla daha eskiyi görebilecek.

Bunlardan etkilendiyseniz bir de şuna bakın, en iyisini sona sakladık: James Webb Teleskobu'nun "güneşliği". Bu, en önemli özellik olarak görülüyor; çünkü hem karmaşık bir yapıya sahip hem de bu görevin başarıya ulaşması için çok önemli. Bu devasa, kapton adlı bir maddeden yapılan 5 katmanlı güneşlik yaklaşık olarak bir tenis sahası kadar yer kaplıyor (22 metreye 12 metre). Güneşlik deyip geçmeyin sakın! Bu güneşlik, Güneş'ten gelen ısıyı en az 1 milyon kat kadar azaltabiliyor! Böylece de Webb hem ısınmamış hem de Güneş, Ay ve Dünya'dan gelen kızılötesi radyasyondan korunmuş olacak. Bu gerçekten de kritik bir görev çünkü James Webb Teleskobu'nun işini yapabilmesi için soğuk kalması gerek.

Tüm bunları okuduktan sonra şaşırmış, "Bu kadar büyük bir teleskop uzaya nasıl gidecek?" diye sorgulamış olabilirsiniz. Ve bu oldukça haklı bir soru: Webb, boyu 13 metre olan Hubble'dan neredeyse 2 kat daha büyük ama 6500 kilogramlık ağırlığı ile de Hubble'dan iki kat daha hafif. Yani James Webb Teleskobu, gerçekten o kadar geniş ki açıkken fırlatılamaz. Buradaki anahtar kelime tabii ki de "açıkken" çünkü mühendislerin bu soruna bulduğu çözüm, James Webb Teleskobu'nu katlamak! James Webb Teleskobu, gözlem noktasına ulaşana kadar aynı bir origami gibi katlı durup ancak yerine ulaştığında açılmaya başlayacak. Aslında bu teleskobun bir origamiyi değil de daha çok bir çiçeği andırdığı söylenebilir.

Webb'in Fırlatılması ve Uzaydaki Durumu

Webb'in fırlatılmasıyla ilgili çok heyecan verici bir detay var: James Webb Teleskobu, dünyadan 1,5 milyon kilometre uzakta bulunacak! Adı ikinci Lagrange (L2) noktası olan bu bölgenin bize olan uzaklığı, aya olan uzaklığımızın neredeyse 4 katı. Bilim insanları oldukça stresli; çünkü bu, daha önce yapılmamış bir şey. Mesela Hubble, Dünya'nın yörüngesinde dolanmakta. Aslında bunun Hubble'a sağladığı bir avantaj var. Herhangi bir arıza çıktığı zaman uzmanlar kolayca gidip gereken tamiratı halledebiliyor. Ama tahmin edilebileceği üzere James Webb Teleskobu'nun böyle bir şansı olmayacak.

NASA

Hubble, dünya yörüngesinde dolaştığı için fırlatılırken bir uzay mekiğinin kullanılması yeterliydi. L2 noktasına ulaşması gereken James Webb Teleskobu bir mekikle gidemeyeceği için fırlatılışında Ariane 5 roketi kullanılacak. L2 noktasına, 30 günlük bir sürede ulaştıktan sonra James Webb Teleskobu yerinde sabit durmayacak tabii. Dünya Güneş'in etrafındaki yörüngesinde dönerken, James Webb Teleskobu da Dünya ile birlikte hareket edecek.

Burada önemli bir detay daha var: Hubble dünyanın yörüngesinde dolanırken her 90 dakikada bir Dünya'nın arkasında, yani gölgesinde kalıyor. Ancak Webb'in L2'de takip edeceği ve tam bir tur atması 6 ay süren yörüngesi, hiçbir zaman ne Dünya'nın ne de Ay'ın gölgesinde kalmayacak. Yani Webb, görüşü kısıtlanmadan, 7/24 uzayı gözlemleyebilecek. Webb uzaya fırlatıldıktan sonra gerçekleşecek olan işletmelerden Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü (STScI) sorumlu olacak. Fırlatmadan ortalama olarak 3 ay sonra ilk kaliteli uzay resimleri çekilmeye başlanılabilecek.

Görev Süresi

James Webb Teleskobu'nun Güneş enerjisi ile çalışan birçok kısmı olsa da, bazı kısımları yakıt ile çalışıyor ve bu yakıt eninde sonunda tükenecek. Uzaklığından dolayı da yakıt değişimi gibi öneriler söz konusu değil. Bu yüzden de James Webb Teleskobu'nun beklenen görev süresi 5 ila 10 yıl olarak gözüküyor; yani yakıt ne zaman tükenirse.