Il James Webb Space Telescope (JWST) è il tanto atteso, tanto atteso telescopio di "prossima generazione". Previsto per il lancio in 2013 Ottobre 2018, JWST è stato pubblicizzato come il successore del telescopio spaziale Hubble. Con esso, gli astronomi sperano di guardare indietro nel tempo a quando l'universo aveva solo 200 milioni di anni e vedere le prime stelle e galassie. Il principale scienziato che guida questo progetto è il Dr. John Mather, co-destinatario del Premio Nobel 2006 per la fisica per il suo lavoro con Cosmic Background Explorer (COBE), che ha misurato la forma del corpo nero e l'anisotropia del fondo cosmico a microonde.
Siamo stati comprensibilmente onorati quando il Dr. Mather ha contattato Space Magazine, dicendo che gli sarebbe piaciuto parlare con noi dello stato di JWST. "Ho pensato che potrebbe essere il momento di parlare di ciò che stiamo facendo", ha detto, "perché stanno iniziando a succedere cose eccitanti".
Space Magazine: Dr. Mather, da oltre un decennio sentiamo parlare del Next Generation Space Telescope, che in seguito fu ufficialmente chiamato James Webb Space Telescope. Puoi dirci come è iniziato il concetto di questo telescopio?
John Mather: Nel 1989, anche prima del lancio di Hubble, si tenne una conferenza su quale dovrebbe essere il prossimo telescopio spaziale. Hanno discusso dei grandi telescopi del futuro e degli atti hanno pubblicato un libro. Ma non hanno davvero considerato che l'infrarosso fosse la grande ondata del futuro. Poi, nel 1993, c'era un comitato chiamato HST e Beyond. Nel 1996 pubblicarono un delizioso rapporto che affermava che c'erano due cose importanti da fare. Uno era quello di costruire un telescopio a infrarossi, diversamente da quanto aveva detto il libro precedente, e l'altro era quello di costruire un telescopio per cercare pianeti simili alla Terra. A quel punto, gli astronomi stavano solo riconoscendo che era possibile cercare pianeti extrasolari. Quindi, nell'ottobre 1995, il quartier generale della NASA mi ha chiamato, mi ha dato un elenco di scienziati e ingegneri da contattare e mi ha detto di iniziare a pianificare. Così abbiamo fatto e siamo subito arrivati a una straordinaria convergenza di pensiero e opinione. Abbiamo rapidamente concordato un concetto che soddisfaceva i desideri della comunità scientifica e rientrava nelle ambizioni della NASA. Scoprirai che il telescopio su cui volevamo tornare allora è molto simile a quello su cui voleremo nel 2013.
UT: Puoi darci un aggiornamento sullo stato del JWST in questo momento?
Madre: L'hardware dello strumento di volo arriverà da tutto il mondo nell'estate del 2010. Il sensore di guida fine viene dal Canada, un pacchetto di strumenti e mezzo proviene dall'Europa e il resto proviene dagli Stati Uniti. Quindi, in 18 mesi il pacchetto di strumenti inizia ad andare insieme, e poi si incontra con il telescopio circa un anno dopo. I quattro strumenti scientifici sono una telecamera a infrarossi vicini, uno spettrografo multi-oggetto a infrarossi vicini, uno strumento a infrarossi medi e un riproduttore di immagini sintonizzabile.
Abbiamo appena passato la revisione del Critical Design per il modulo dello strumento. La scorsa settimana abbiamo avuto centinaia di persone che sono venute a vedere tutto e a dirci se lo stiamo facendo bene. Penso che siamo passati, anche se non ho ancora visto i documenti ufficiali. Ma anche io sono rimasto colpito.
UT: La domanda che molte persone mi pongono è che, dato che Hubble ha avuto tanto successo, perché JWST non sarà un telescopio ottico?
Madre: Perché il comitato è passato dall'ottico all'infrarosso? Era duplice. Uno era che Hubble stava diventando così bravo, che potevano vedere che sarebbe stato difficile batterlo, non importa quanto grande avessi costruito un telescopio. Un'altra cosa che succedeva era che le persone ti vedevano in grado di costruire grandi telescopi ottici sul terreno. Il telescopio Keck funzionava davvero bene e le persone stavano iniziando a parlare dell'ottica adattiva, il che significava che valevano anche i telescopi più grandi sul terreno. Quindi queste due cose ci hanno indicato un telescopio a infrarossi. Inoltre, tutti gli scienziati del JWST hanno affermato che avevamo bisogno dell'infrarosso. Dalla scarsa capacità che avevamo in quel momento, l'infrarosso era affascinante, scoprendo che l'universo più distante è eccitante ed è spostato in rosso dal visibile. Inizia nell'ultravioletto e arriva all'infrarosso a causa delle grandi distanze di questi oggetti e dell'enorme spostamento rosso che hanno. Quindi, se vuoi fare l'astronomia ultravioletta al margine quasi dell'universo, hai bisogno di un telescopio a infrarossi.
UT: Ora che lo Spitzer Space Telescope a infrarossi è attivo e funziona così bene, ha cambiato la mente di qualcuno o fa sì che gli scienziati vogliano passare al livello successivo con l'infrarosso?
Madre: Sì, Spitzer ha dimostrato che questo è in realtà un territorio affascinante. Spitzer è in realtà un piccolo telescopio per gli standard moderni; è largo solo 3 piedi, 85 cm. Ma ha prodotto alcune sorprese sorprendenti. Riescono a vedere le cose in turni rossi molto, molto alti, e nessuna di queste cose era prevista. Quindi, ciò ci dice che l'infrarosso è dove saranno le meravigliose scoperte. Ora sappiamo che possiamo fare la tecnologia, quindi otteniamo un telescopio migliore. La scienza è molto, molto eccitante, e c'è così tanto là fuori che aspetta di essere scoperto.
UT: Secondo te, cosa distinguerà il JWST dai precedenti telescopi spaziali?
Madre: Ogni telescopio dice "Sono migliore di quello che ho davanti" e diciamo lo stesso. Naturalmente, questo telescopio vedrà più indietro nel tempo con la sua capacità a infrarossi e la sua enorme apertura; vedrà attraverso le nuvole di polvere per vedere dove nascono le stelle; vedrà nascere cose a temperatura ambiente, come te e me, pianeti o giovani stelle. Tutte queste cose possono essere viste direttamente con la capacità a infrarossi che abbiamo su questo nuovo telescopio. La maggior parte del lavoro verrà eseguita a infrarossi, con alcune capacità nel campo visibile.
Ma abbiamo costruito un telescopio per tutti gli usi. Dopo il lancio, gli scienziati possono scrivere proposte come fanno per Hubble, per ciò che vorrebbero osservare, in modo da poter osservare qualunque sia l'argomento caldo in quel momento.
UT: Con la tua esperienza con COBE e le successive onorificenze che hai ricevuto, come le hai applicate al JWST?
Madre: Non sono stati gli onori a influenzare la mia vita, ma il fatto di aver attraversato il processo dall'inizio alla fine per un osservatorio molto radicalmente progettato, che era COBE, che mi ha dato il coraggio di pensare in grande cose. Quindi, quando il quartier generale della NASA disse che volevano un successore per Hubble, pensai che sarebbe stato interessante, e avevo abbastanza coraggio per dire di sì, mi piacerebbe provarlo. COBE era molto ambizioso per il momento, ma abbastanza piccolo da conoscere personalmente gli ingegneri e poter parlare con loro ogni giorno di qualsiasi cosa. Quindi ho pensato di poter passare a un progetto più grande.
UT: E ora stai lavorando con persone provenienti da tutto il mondo?
Mather: Sì, questo è un grosso problema. Il nostro team scientifico è composto da circa 19 persone, provenienti da Europa, Stati Uniti e Canada. Il team di ingegneri è composto da oltre 2.000 persone sparse in tutto il mondo. Chiaramente, non li conosco tutti. Lavoro più da vicino con gli scienziati e parlo con loro di ciò che vogliamo realizzare, e mi assicuro che lo stiamo realizzando. Quindi ora ho un ruolo diverso. Non ho alcuna responsabilità diretta per alcun hardware, ma lavoro con le persone che lo fanno. Abbiamo accesso ad alcune delle persone migliori al mondo su ogni argomento.
UT: Puoi parlarci dei problemi che questo telescopio ha dovuto superare, dei costi superati e dei ritardi che ha avuto?
Madre: Numero uno, il superamento dei costi non è così grande come viene rappresentato da alcune persone che vorrebbero i soldi per le proprie idee di progetto. Inizialmente Dan Goldin era il capo della NASA quando abbiamo iniziato, e ha detto: "Vogliamo che tu pensi a un modo per fare questo osservatorio per mezzo miliardo di dollari in 1996 dollari". Abbiamo detto che ci avremmo provato. Ma presto ci siamo resi conto che costruire questo sarebbe stato difficile. Quando ci siamo preparati a presentarlo al sondaggio decadale del 2000, il costo era più simile a un miliardo di dollari. Poi, tre anni fa, abbiamo visto che il lavoro stava diventando più difficile e abbiamo dovuto ripianificare e ripudiare. Ora, se si considera l'intero costo della NASA dall'inizio nel 1995 alla fine, da qualche parte dopo il 2019 con l'inflazione e i dipendenti pubblici (che prima non contavamo) ora si tratta di circa 4,5 miliardi di dollari in dollari reali reali, non di 1996 dollari. Quindi c'è una crescita dei costi, ma abbiamo avuto un successo eccellente e siamo sulla buona strada per lanciare questa meravigliosa macchina, che verrà utilizzata da migliaia di astronomi. E non abbiamo dovuto cambiare il nostro piano o il nostro budget totale in tre anni, grazie alla costante leadership del quartier generale della NASA e al brillante lavoro tecnico dei team.
UT: Buono a sapersi. Penso che la gente abbia un concetto generale secondo cui il JWST ha avuto un enorme sovraccarico di costi.
Madre: Bene, non è qualcosa di piccolo e vorremmo poter fare di meglio. Ma si tratta di un fattore di crescita due, e non del fattore cinque che è stato pubblicizzato da alcune persone che dovrebbero conoscere meglio. Questo telescopio funzionerà a lungo. Il requisito è di cinque anni, ma speriamo di eseguirlo per dieci. Quindi, il nostro progetto si estende dal 1995 al 2024 forse quando le operazioni sarebbero finite.
Lascia che ti dia un'idea di ciò che dovevamo fare per prepararci e di cosa abbiamo fatto tutto il tempo. Abbiamo sviluppato un elenco di dieci principali tecnologie di cui avevamo bisogno. La cosa più difficile è stata sviluppare gli specchi. Ciò ha richiesto dodici contratti diversi solo per lo sviluppo dei concorrenti in cui i loro progetti erano abbastanza buoni, quindi ci sono voluti alcuni anni. I rivelatori dovevano chiaramente essere migliorati rispetto a quelli che abbiamo sui telescopi Spitzer e Hubble. Quindi ora abbiamo rilevatori più grandi e migliori, e sono favolosi. Una misura che gli astronomi hanno è quanti elettroni vaganti ottieni dai rivelatori. Se chiudi tutta la luce dovresti ottenere zero. Ora abbiamo rilevatori che emettono alcuni elettroni vaganti per pixel all'ora, il che è quasi perfetto. Sarebbe bello essere ancora meglio, ma è favoloso. Sono impressionato.
Dovevamo migliorare i frigoriferi nello spazio. Abbiamo iniziato dicendo che abbiamo bisogno di ottenere un telescopio raffreddato a radiazione in modo che sia abbastanza freddo da solo, e questo è per lo più vero. Ma risulta che abbiamo ancora bisogno di un frigorifero attivo per mantenere freddi i rilevatori di lunghezza d'onda più lunghi, quindi abbiamo dovuto svilupparlo.
Quindi, queste sono solo alcune delle cose che dovevamo progettare e tutto lo sviluppo della tecnologia è stato finalmente completato nel 2007 e ha superato l'approvazione del comitato di revisione, che ha dichiarato: "Sì, quelle cose sono finalmente pronte per essere costruite".
Quindi, arrivare al 2007 è stato molto tempo e non credo che le persone abbiano davvero apprezzato ciò che serve per preparare le nuove tecnologie. D'altra parte, siamo stati benedetti dal fatto di non dover "fare il backup". Mettiamo abbastanza pianificazione e impegno in queste tecnologie che funzionano ora. Questa è stata una delle cose che abbiamo imparato dal progetto Hubble, che è stato, non finire il tuo progetto fino a quando non sai cosa dovresti costruire.
UT: Come circa il processo di test. È piuttosto rigoroso?
Madre: Questa è un'altra lezione che abbiamo dovuto imparare da Hubble. Se non lo testate, non funzionerà. Abbiamo imparato ad avere un processo molto determinato e rigoroso. Hanno fatto abbastanza test su Hubble da sapere sui problemi di messa a fuoco dello specchio. Il produttore del mirror ha fatto due test che non erano d'accordo e hanno deciso di ignorarne uno invece di rintracciarne il motivo, e questo si è rivelato sciocco e costoso.
Abbiamo una generalizzazione secondo cui se qualcosa conta davvero, fallo due volte. Verificheremo il freddo del telescopio nel grande serbatoio del vuoto del Johnson Space Center. Quindi sarà una specie di test end-to-end "light-in-at-the-first-light-out-to-end", qualcosa che non potrebbero fare per Hubble. Ma sapevano che avrebbero potuto riparare Hubble nello spazio, e sappiamo che non possiamo riparare JWST, dal momento che il telescopio si troverà nel punto L-2, a circa 1,5 milioni di chilometri dalla Terra, che è circa quattro volte più lontano dal Terra che luna.
Questo è un progetto complicato, ma il nostro approccio per realizzare un progetto complicato è drammaticamente diverso da quando ero un giovane ragazzo. Quando sono arrivato a Goddard, abbiamo usato matite e regole per le diapositive, e i computer erano piuttosto nuovi e la maggior parte delle persone non li aveva. Ora abbiamo computer ovunque che tengono traccia dei nostri documenti. Possiamo fare ingegneria dei sistemi e persino simulazioni complete e molto accurate per sapere se qualcosa si adatterà e funzionerà prima ancora di costruirlo. Quindi il mondo è cambiato ed è una cosa meravigliosa da vedere. Questo è il motivo per cui ora siamo in grado di costruire questo osservatorio per circa lo stesso costo reale impiegato per far funzionare e lanciare Hubble. Ma JWST è molto più grande e più potente.
UT: Puoi parlarci del design dello specchio per JWST?
Madre: La cosa più difficile da costruire era lo specchio, perché avevamo bisogno di qualcosa di molto più grande di Hubble. Ma non puoi sollevare qualcosa di così grande o inserirlo in un razzo, quindi hai bisogno di qualcosa che sia più leggero ma comunque più grande, quindi deve avere la capacità di piegare.
Lo specchio è realizzato in berillio leggero e ha 18 segmenti esagonali. Il telescopio si piega come una farfalla nella sua crisalide e dovrà disfare completamente se stesso. È un processo piuttosto elaborato che richiederà molte ore. Il telescopio è enorme, a 6,5 metri (21 piedi), quindi è piuttosto impressionante.
Lo schermo solare è completamente nuovo e anche esso dovrà essere installato. Quindi, ciò che è stato avvolto in un piccolo cilindro, relativamente parlando, diventa uno scudo gigante grande quanto un campo da tennis. È enorme. Tutto ciò avviene in più fasi e richiederà giorni. Abbiamo assunto una società, Northrop Grumman, che ha avuto esperienza nello spiegare le cose nello spazio e ci dicono che questa non è sicuramente la cosa più complicata che hanno avuto nello spazio, il che è rassicurante.
Video del JWST distribuito nello spazio:
UT: C'è stata qualche discussione sulla prima luce e su cosa guarderà prima il JWST?
Madre: Sì, un po. Questa sarà la parte divertente dopo che avremo messo insieme le cose.
UT: Hai qualche suggerimento preferito?
Madre: Penso che dovremmo iniziare con obiettivi facili che saranno belli, che consentiranno al pubblico di dire: "Oh, vedo che funziona!" Alcune delle prime osservazioni possono essere fatte quando installiamo il telescopio, anche prima che sia completamente regolato. Poiché viene distribuito dopo il lancio e all'inizio il mirror non è vicino alla forma corretta, ci riusciremo gradualmente. Esiste un modello di prova presso la Ball Aerospace di Boulder, in Colorado, dove ci esercitiamo mettendo in posizione i 18 segmenti speculari. Ogni segmento ha 7 motori su di esso per controllare la posizione e la curvatura, quindi dobbiamo provare questo.
Questo è qualcosa che non potevano fare con Hubble. Desideravano poterlo fare, e aveva i motori ma non potevano spingere abbastanza forte. Questa è una storia interessante. Abbiamo imparato da Hubble come correggere l'ottica in base alle immagini che stavamo ottenendo, quindi lo stiamo facendo apposta per questo telescopio.
UT: Ci sono state alcune controversie su come sarà lanciato il JWST.
Madre: Prenderemo il telescopio nella Guyana francese e lo cariceremo sul razzo laggiù. L'ESA sta acquistando il veicolo di lancio per noi; è il razzo Ariane 5, un prodotto commerciale dall'Europa e hanno avuto una buona corsa ultimamente, quindi è molto affidabile.
Naturalmente ciò ha causato molte polemiche. Anche se l'Europa ci stava dando il veicolo di lancio, per così dire, c'erano persone qui che non volevano accettarlo. Ci sono voluti due anni al quartier generale per accettarlo. Ci è costato soldi. L'unica ragione per cui è stato accettato è che abbiamo ottenuto un nuovo amministratore che lo avrebbe accettato. Quello era Mike Griffin, quindi voglio dire "grazie mille Mike Griffin!"
UT: La tua squadra ha ancora molto da fare prima del 2013, che probabilmente sarà qui prima che tu lo sappia!
Madre: Si, lo so. Sono passati più di 13 anni da quando la NASA mi ha contattato per questo, ma ora la fine sta arrivando rapidamente. Abbiamo molte sfide tecniche davanti a noi nel mettere tutto insieme. E non siamo arrivati abbastanza avanti da scoprire ancora quante cose abbiamo rotto o quanti errori abbiamo fatto, ma penso che siamo abbastanza bravi a capirli prima di farli.
Sarà molto eccitante mettere insieme l'attrezzatura per la prima volta. Abbiamo i pezzi, abbiamo l'immagine sulla scatola per mostrare dove vanno e molto presto possiamo dimostrare che lavorano insieme o no. Quando avremo ricevuto tutte le parti qui a Goddard, saranno state tutte testate individualmente, quindi dovrebbero suonare insieme bene. Ma alla natura non piace l'arroganza, quindi dobbiamo testare tutto dall'inizio alla fine, proprio come lo useremo in volo. Dopo averlo assemblato qui, lo portiamo al Johnson Spaceflight Center e lo inseriamo nel gigantesco serbatoio del vuoto. Sarà un processo straordinario.
UT: Grazie mille per aver parlato con noi.
Madre: È stato divertente. Adoro raccontare la mia storia e sono felice che tu voglia raccontarla con noi. Ho pensato che potrebbe essere il momento di parlare di ciò che stiamo facendo perché stanno iniziando a succedere cose eccitanti. Stanno accadendo cose magnifiche. Ora abbiamo l'Osservatorio di Keplero e speriamo che trovino una manciata di pianeti simili alla Terra da rintracciare e li daremo un'occhiata più da vicino.
