Dört soruda James Webb Uzay Teleskobu

Webb nedir? 

James Webb Uzay Teleskobu (JWST veya Webb olarak da bilinir) yeni nesil bir uzay teleskobudur.  Webb teleskobu atmosferin bozucu etkilerinin ötesinde, bilimsel gözlemler için yeterli soğuklukta bir noktada evrenin sırlarını çözmek için astronomlara yardım edecek. Tam olarak Hubble’ın yerine gönderildiğini söylemek doğru olmaz, ancak Hubble’dan sonra sürekli ismini duyacağımız ve astronomi dünyasının büyük umutlarla beklediği bir teleskop olduğunu söyleyebiliriz. James Webb Uzay Teleskobu 25 Aralık 2021’de uzaya fırlatıldı.

Uzay teleskoplarının fikir aşamasından operasyonel aşamaya geçmesi on yıllar sürüyor. Bir uzay teleskobu fikri ilk defa 1946 yılında Lyman Spitzer tarafından ortaya atılmıştı, 70’lerde tasarımına onay verilen Hubble, 1980’lerde fırlatmaya hazırdı. 1986’daki Challenger faciası nedeniyle fırlatmaların ertelenmesi nedeniyle ancak 1990’da uzaya gönderilebildi.

İşte James Webb Uzay Teleskobu (JWST)’nin projesi de bu tarihlerde geliştirilmeye başlandı. Yani Hubble Uzay Teleskobu yörüngeye oturtulduktan çok kısa bir süre sonra. Yeni bir uzay teleskobu fikrinin somutlaşması ise 2002 yılını buldu. NASA, bu yeni teleskoba tarihindeki ikinci yöneticisi olan James Webb’in ismini verdi.  James Webb, Ay’a gidiş görevlerinden yani Apollo programından sorumluydu.

Webb ne yapacak?

Hubble’ın daha yeni çalışmaya başladığı yıllarda tasarlanan Webb’in elbette farklı bir amaca hizmet etmesi düşünüldü. Hubble’ın aksine Webb, kızılötesi bölgede çalışacak, evrendeki soğuk nesneleri inceleyecek ve en uzak galaksileri gözlemeye çalışacak. Hubble Uzay Teleskobu morötesi bölgeden yakın kızılötesi bölgeye kadar gözlem yapabilirken, Webb görünür bölge ile orta kızılötesi bölge arasında gözlem yapabilecek.

Morötesi, kızılötesi veya görünür bölgede gözlem yapmak ne demek? 

 

Farklı dalga boylarında astronomi hakkında daha fazla okumak isterseniz Altan Baykal ve Sıtkı Çağdaş İnam’ın “Gökyüzünün renkleri: Farklı dalga boylarında astronomi” başlıklı yazısı burada.

Geçtiğimiz yıllarda 30. yaşını dolduran Hubble Uzay Teleskobu şimdiye kadar dört bakım görevi ile yenilendi ve gelişmiş bilimsel detektörlerle donatıldı. Astronomideki birçok problemin ve gökcisminin doğasını anlayabilmek için daha duyarlı ve daha yetenekli yeni alıcılar ile daha büyük bir teleskoba ihtiyaç vardı.  Tüm bunlar gözönüne alındığında 2003’de Webb için fizibilite çalışmaları başladı. O tarihte teleskobun 500 milyon USD’ye üretilebileceği tahmin ediliyordu, 2021’in son günlerinde fırlatıldığında yaklaşık maliyeti 10 milyar USD’ye ulaşmıştı. Bu bütçeyle Webb, astronomi tarihinin en büyük bütçeli projesi oldu.

James Webb Uzay Teleskobu evrenin ivmelenerek genişlemesine neden olduğu düşünülen karanlık enerjinin anlaşılması için Büyük Patlama sonrasında oluşan ilk galaksileri gözlemeye çalışacak. Evrenin en soğuk bölgelerine bakarak yıldızların çevresinde oluşan gezegenleri gözleyecek. Ötegezegenlerin atmosferlerini inceleyerek Dünya benzeri gezegenler olup olmadığını araştıracak ve gezegen oluşum modelleri için önemli veriler sağlayacak.

Webb nerede olacak?

Webb Teleskobu 100 mikron dalgaboyuna kadar ulaşan bir bölgede kızılötesi ışınımı inceleyeceği için üzerindeki alıcıların (detektör) soğuk tutulmasına ihtiyaç var.

Alıcıların  elektronik çevre birimleri ve metal aksamları hem ısı hem de ısıya bağlı elektronik gürültü üretirler. Orta ve uzak kızılötesi bölgede incelemek istediğimiz bazı nesnelerin sıcaklıkları son derece düşük (-250^oC gibi).  Dolayısıyla teleskobun ve bilimsel detektörlerin de bu derecelere kadar soğutulması gerekiyor.

Yer tabanlı gözlemevlerinde teleskoplar genelde sıvı azot yardımıyla veya düşük basınç yaratan vakum sistemleri ile soğutulurlar. Uzaydaki ortam yeterince soğuk olduğundan morötesi ve görünür bölgede çalışacak uzay teleskoplarının ayrıca soğutulmalarına ihtiyaç olmaz. Ancak Webb gibi daha uzun dalgaboyu bölgesinde çalışacak bir teleskop uzayda bile soğutulmaya ihtiyaç duyar.

Soğutulmaktan daha da önemlisi tüm sistemin sıcaklığının olabildiğince kararlı olması, bilimsel ölçümleri etkileyecek bir sıcaklık dalgalanmalarına maruz kalmaması önemli. Halbuki Hubble Uzay Teleskobu her 90 dakikada bir Güneşi görüyor. Hubble için günde defalarca Güneş doğuyor ve batıyor; bu da ciddi bir sıcaklık farkı yaratıyor.

Webb’in bu tür bir dalgalanmaya maruz kalmaması için sürekli Dünya’nın gölgesinde kalması gerekiyor. Bu koşulun sağlandığı yer, Dünya-Güneş yörünge sisteminin özel noktalarından biri olan L2 noktası. L2, Dünya-Güneş sistemindeki beş özel Lagrange noktasından biri ve Dünya’ya uzaklığı yaklaşık 1,5 milyon km. L2 noktasındaki cisimler Güneş etrafındaki dönüşlerini Dünya ile aynı sürede gerçekleştiriyorlar, bu noktaya yerleştirilen uydular Dünya’ya göre neredeyse sabit kalıyorlar. Belirli aralıklarla bazı düzeltme manevraları yapılması gerekiyor ancak teleskop sürekli aynı konumda, aynı sıcaklık koşullarında ve sürekli gölgede kalacak. Webb L2 noktasına 24 Ocak 2021’de ulaştı.^[1]Webb’in fırlatılışından itibaren gerçekleşen basamaklar, https://planet4589.org/space/misc/webb/time.html

Benzer şekilde düşük sıcaklık gerektiren ölçümler yapan WMAP, Planck ve Herschel uzay teleskopları da L2 noktasına yerleştirilmişti. L2 noktası, sürekli gözlem yapılabilmesine olanak tanıdığı için tüm gökyüzü taraması yapan teleskoplar için de avantajlı bir yer. Yakın zamanda çalışmaya başlayan Rus-Alman ortaklığına ait SRG X-Işın Teleskobu da yine L2 noktasında yörüngeye yerleştirildi.

Webb bunları nasıl yapacak?

Webb Teleskobu 6,5 m çaplı bir aynaya sahip. Ancak bu boyuttaki bir teleskobun tamamen kurulu bir şekilde fırlatılması mümkün değil. Bunun için NASA’daki tasarımcılar, uzaya gönderilirken Webb’in birçok bileşeninin katlanmış olmasını, daha sonra bu bileşenlerin uzayda açılmasını öngördüler.  Webb üzerindeki dört bilimsel detektörü Güneş’ten koruyacak olan paneller fırlatmadan kısa bir süre sonra açıldı. Birkaç gün sonra ikinci ve birinci ayna da açıldı ve teleskop operasyonel hale geldi.

Webb üzerinde dört alıcı (detektör) var. Bunların üçü görsel bölgenin bir kısmı ve yakın kızılötesi bölgeden gelen fotonları yakalayacak, sonuncu alıcı ise orta kızılötesi bölgede gözlem yapacak. Bu aygıtlar hem görüntüleme hem de spektrum almak için kullanılacaklar. Bu sayede incelenen gökcisimlerinin kapsamlı bir analizi yapılabilecek.^[2]Baykal, A., İnam, S.Ç. (2021) Gökyüzünün renkleri: Farklı dalga boylarında astronomi, https://sarkac.org/2021/04/gokyuzunun-renkleri-farkli-dalga-boylarinda-astronomi/

Hubble Uzay Teleskobu tam kapasiteyle çalışmaya başladığında astronomi bilimi için çığır açıcı bulgular elde etti.^[3]Hubble’ın 30 yıllık görev süresinde elde ettiği görüntüleri içeren galeri, https://hubblesite.org/hubble-30th-anniversary/images O kadar etkili oldu ki, görev süresi defalarca uzatıldı ve halen çalışmaya devam ediyor. Elde ettiği görüntüler sayesinde yapılan keşifler ve bulgular sayesinde astronomi tarihinin en sevilen teleskobu haline geldi. Şimdi, James Webb Uzay Teleskobu yaklaşık üç kat daha büyük bir aynaya sahip ve kızılötesi bölgede gözlem yapacak. Bilim insanlarının Webb’den beklentisi büyük. Galaksi oluşumu ve evrimi, ötegezegenlerin atmosferlerini ve gezegen sistemlerinin oluşumlarının anlaşılmasına önemli katkılar yapması bekleniyor.

Tüm bu çalışmaları ve çok daha fazlasını yapabilmesi için Webb’in beş yıl çalışması gerekiyor. Ancak NASA’daki araştırmacılar teleskobu 10 yıl çalışacak şekilde planladılar. Bununla birlikte tıpkı Hubble gibi, Webb’in de planlanandan daha uzun çalışması olası. Gerçekçi beklentiler teleskobun 20 yıl hizmet vereceği yönünde.

Bakalım astronomi tarihinin en pahalı teleskobu en sevilen teleskobunun yerini alabilecek mi?

Sinan Aliş
İstanbul Üniversitesi Astronomi ve Uzay Bilimleri Bölümü

Bu eser Creative Commons Atıf-GayriTicari 4.0 Uluslararası Lisansı ile lisanslanmıştır. İçerik kullanım koşulları için tıklayınız.