Ana Sayfa Bilim James Webb Uzay Teleskobu hakkında her şey!

Bilim

James Webb Uzay Teleskobu hakkında her şey!

Yazar

3 Kasım 2021

14’ten fazla ülke, 300 üniversite ve kuruluş, binlerce bilim insanı, mühendis ve teknisyen…Yıllardır bir proje üzerinde çalışıyor. James Webb uzay teleskobu.

Bazıları belki kariyerlerinin tamamında bu proje için çalışacak.

40 milyon saat mesai harcandı.

Ay’a yapılan insanlı inişten bu yana gerçekleştirilecek en büyük uzay görevi.

Hubble’ı unutun.

18 Aralık’ta şimdiye kadar yapılmış en büyük ve en güçlü uzay teleskobu uzaya gönderiliyor.

James Webb teleskobu…

Webb, gözlemlenebilir evrenin büyük bölümünü gözler önüne serecek. Daha önce hiç gözlemlenmemiş kozmik tarihimizi görebilmemiz için devrim niteliğinde keşifler yapacak.

Aslında o bir zaman makinesi.

Çünkü evrende mesafeler o kadar uzun ki Webb’in yakalayacağı ışıklar, milyonlarca hatta milyarlarca yıl öncesinden gelecek.

Arkadaşlar, bu öyle bir proje ki mühendisler Webb’i tasarlarken yeni icatlar yapmak zorunda kaldılar.

İşte bu yüzden çok pahalı ve bu kadar uzun sürdü.

1996’da fikir ilk ortaya atıldığından beri 25 yıl geçti. Defalarca kez ertelenmek zorunda kalındı. Ve 10 milyar dolar para harcandı.

Öyle ki bu teleskobun geliştirilmesi için harcanan onca zaman, emek ve para dünyaya fayda sağlayan yan ürünlerin bile çıkmasını sağladı. İnsanlığa yeni teknolojiler kazandırdı.

Mesela lazer göz ameliyatlarında kullanılan LASIK yöntemi James Webb teleskobuna çok şey borçlu.

James Webb’in kısa tarihi

Webb ortak bir girişim.

Dümende yine NASA var fakat Avrupa ve Kanada uzay ajansları da çok önemli görevler üstlendiler. Mesela fırlatma işi Avrupa Uzay Ajansı’nda. Güney Amerika kıtasında bulunan Fransız Guyana’sından fırlatılacak.

Webb’in yolculuğu çok önce başladı dedik.

İlk fikirler 1996 yılına kadar gidiyor.

2002’de NASA tarafından ekip toplanmaya başlıyor.

Ve 2004’te Webb’in inşası başlıyor.

2005’te Fransa’nın Güney Amerika kıtasındaki topraklarında bulunan Guyana Uzay Merkezi fırlatma sahası olarak seçiliyor.

2011 yılına kadar 18’li ayna tasarımı tamamlanıyor ve testlerden başarıyla geçiyor.

2013’te Amerika’nın Maryland eyaletinde, farklı yerlerden gelen diğer aksamları birleştirilmeye başlanıyor.

Yine 2013’te, önemli bir görev üstlenen güneşliğin tasarımı ortaya çıkıyor.

Ve 2016’ya kadar da teleskobun tüm hassas aletleri çeşitli sıcaklık ve titreşim testlerine tabi tutuluyor.

2017’de Houston’da kriyojenik testleri yapılıyor, en son da uzay ortamındaki operasyonlara hazır olduğundan emin olmak için sıkı testlere sokulduğu Kaliforniya’daki Space Park’a getiriliyor.

James Webb’in fırlatma noktasına götürülmesi

Bakın sadece Kaliforniya’dan fırlatma noktası olan Fransız Guyana’sına götürülmesi bile başlı başına çok büyük bir operasyon.

Ne demiştik?

10 milyar dolarlık bir görevden bahsediyoruz!

Hata kabul etmez!

Kaliforniya’da, Uzay Parkı’ndaki testleri tamamlandıktan sonra sadece paketlenmesi yani katlanıp, istiflenip gemiye bindirilmesi bile bir ay sürmüş. Siz düşünün.

Tabii bu kadar değerli bir makineyi taşırken sıkıntı çıkmasını istemezsiniz. Olur ya fırtına çıkar. Deprem olur. Her şey mümkün. İşte bu yüzden onu yolda başına gelebileceklere karşı çok iyi korumalısınız.

Nasa’da öyle yapmış ve bu işler için özel olarak tasarlanan STTARS isimli devasa bir konteynırın içerisine koymuş. Sadece bu konteynırın ağırlığı 76 Ton.

Ardından 16 günlük bir gemi yolculuğu.

Panama Kanalı üzerinden Güney Amerika Kıtası’na.

Fransa’nın deniz aşırı ili olan Fransız Guyana’sına getirilmiş.

12 Ekim’de.

9300 kilometrelik bir yolculuk.

Şu anda operasyonel hazırlıklar sürüyor. Fırlatma gününe kadar da devam edecek. Eğer bir aksilik çıkmazsa da yıllardır herkesin heyecanla beklediği bu görev nihayet 18 Aralık’ta başlamış olacak.

James Webb nereye gönderilecek?

Öncelikle bu kadar pahalı ve karmaşık bir makine neden yerde inşa edilmiyor da uzaya gönderiliyor diye düşünebilirsiniz. Bunun sebebi yeryüzünde atmosferden kaynaklı bir filtreleme söz konusu. Atmosfer kızılötesi ışığı filtrelediği için net ve uzak bir görüş sağlamıyor. İşte bu yüzden Webb de Hubble gibi uzaya gönderiliyor.

Fakat Hubble’dan oldukça uzağa.

Yaklaşık 1.6 milyon kilometre kadar uzağa.

Hubble dünya yörüngesinde dönüyor. 560 kilometre yukarıda. Fakat Webb Güneş yörüngesinde dönecek.

Bu kadar uzağa gönderilmesinin de bir sebebi var. Önemli avantajlar sağlıyor. Birazdan geleceğiz.

Güneş-Dünya ikilisinin yörünge düzleminde 5 farklı lagrange noktası var. Bu noktalar iki kütlenin yarattığı potansiyel denge noktaları. Yani buraya gönderilen cisimler bir şeyle çarpışmadıkları sürece uzun süre yörüngede kalmaya devam edebilirler.

Güneş-Dünya ikilisinin lagrange noktaları ve Webb’in konumu

İşte Webb bu noktalardan ikincisinde yani L2 noktasında görev yapacak.

Bu yörüngenin bir başka avantajı da Webb’in Dünya’ya göre her zaman aynı konumda olacak olması. Böylece, dünyayla sürekli iletişim halinde kalabilecek kadar yakın olacak.

Bu yörünge, teleskobu hem Dünya’nın hem de Ay’ın gölgelerinden uzak tutacak. Her 90 dakikada bir Dünya’nın gölgesine girip çıkan Hubble’ın aksine Webb, 7/24 bilim operasyonlarına hazır, engelsiz bir görüşe sahip olacak.

James Webb’in yörüngeye giden yolculuğu

Webb, 100’ün üzerinde başarılı görev gerçekleştirmiş Ariane 5 roketiyle fırlatılacak.

Ariane 5, katı ve kriyojenik sıvı yakıt kombinasyonunu kullanan çok aşamalı bir roket.

Kalkıştan sonra 26 dakika boyunca Ariane roketi itme sağlayacak. Daha sonra Webb roketten ayrılacak ve güneş panelleri devreye girecek. Böylece Webb güneş ışığından elektrik üretmeye başlayacak.

L2 noktasına giden 1.6 milyon kilometrelik yolculuğu 1 ay sürecek.

Fırlatmadan sonra Webb aksiyon dolu 6 aylık bir devreye alma döneminden geçecek.

İlk birkaç gün geçtikten sonra güneşliği açılmaya başlayacak. Bu güneşlik teleskobun optik parçalarını, yanıltıcı Güneş ışığından korumak için tasarlanmış. Ayrıca bazı aletleri de sıcaktan koruyacak.

Güneşlik soğuma işlemini sağladıktan sonra bazı optik cihazların hizalanması ve bilimsel cihazların kalibrasyonu gerçekleştirilecek. Bu süreç 6. aya kadar devam edecek.

En nihayetinde de fırlatmadan yaklaşık 6 ay sonra bilimsel çalışmaların başlamasını bekliyor bilim insanları.

James Webb’in tasarımı

Teleskop 3 ana bölümden oluşuyor.

-Optik ve bilimsel aletler

-Güneşlik

-Uzay mekiği kısmı yani gövdesi.

Tasarımında ise iki ana zorluk karşılarına çıkmış mühendislerin:

-Yeterli ışık toplamak için gereken büyük bir ayna

-Optik kısımlarının soğuk tutulmasının gerekmesi

Webb teleskobu o kadar büyük ki, onu fırlatacak roketin içine sığabilmesi için katlanması gerekiyor. Bu da yepyeni mühendislik problemleri demek.

Eee hedefler büyük olunca teleskop da büyük oluyor.

İlk olarak Webb, yaklaşık 6200 kilogram ağırlığında. Bir okul otobüsü kadar ağır.

İkinci olaraksa güneşliğiyle beraber bir tenis kortu kadar büyük.

Görev süresi 5 yıl.

Ama 10 yıla kadar uzayabilir.

James Webb’in teknolojisi

İkonik ayna

Webb’in ikonik ana aynası 18 parçadan oluşuyor ve 6.5 metre çapında.

Bu devasa aynanın her bir parçası kendi başına hareket edebilir şekilde tasarlanmış. Doğadan ilham alınan bu aynalar arı kovanı gibi altıgen şeklinde tasarlanmış ve her biri berilyumdan üretildiği için oldukça hafifler. Berilyum aynı zamanda güçlü bir element ve düşük sıcaklıklarda şeklini iyi koruyabiliyor. Dış katmanları ise 100 nanometre kalınlığında altınla kaplı. Yani insan saçından bin kat daha ince bir kaplama.

Webb, çok düşük ışık seviyelerini algılayabilen son derece hassas bir teleskop. Bu yüzden çok ama çok uzaktaki gök cisimlerinden bile sinyaller alabilecek.

İşte bu kadar uzakları gözlemleyebilmek için Webb’in aynasının çok büyük olması gerekiyordu. Gelin görün ki bu kadar geniş bir aynanın herhangi bir roketin içine sığması da mümkün değildi.

Böylece dev bir arı kovanına benzeyen ve 18 altıgen aynadan oluşan tasarım ortaya çıktı. Her iki taraftaki 3 parça fırlatma sırasında katlanacak ve uzaya çıktığında açılacak.

Fakat bu tasarım beraberinde yeni sorunları getirdi. Katlanma mekanizması birçok hareketli parça demek. Birçok hareketli parça demek de uzayda çıkabilecek küçücük bir sorunun bütün görevi tehlikeye atması demek. Üstelik Webb o kadar uzakta olacak ki ona bir insan gönderip tamir etmemiz de mümkün değil.

Bu yüzden NASA ve partnerleri bu işi riske atmamak adına olabildiğince fazla test yapıyorlar.

Yıllardır.

İkincil ayna

Webb’in ikincil aynasıysa, 74 cm çapında daha küçük, yuvarlak ve dış bükey. Birincil aynadan uzanan 7.6 metre uzunluğunda 3 kol tarafından desteklenmiş. Bu destekler de ana ayna gibi fırlatma için katlanabilir olarak tasarlanmış.

Ana ayna tarafından yakalanan ışık ikincil aynaya, oradan da ana aynanın ortasında bulunan üçüncül ince yönlendirme aynasına gönderiliyor. Daha sonra gerekli değerlendirmeyi yapacak aletler verileri topluyor ve dünyaya gönderiyor.

Güneşlik

Webb’in en önemli ve karmaşık bileşenlerinden biri de Güneşlik.

Güneşlik Webb’i ikiye bölüyor aslında.

-Birincisi gövde kısmının bulunduğu Güneş ve Dünya’ya bakan sıcak taraf

-İkincisi Güneşle Dünya’dan uzakta derin uzaya bakan soğuk taraf.

Bu sıcak ve soğuk taraflar arasındaki fark öyle büyük olacak ki bir tarafta su rahatça kaynayabilirken diğer tarafta nitrojeni bile dondurabileceksiniz!

Güneşlik beş katmanlı ve elmas şeklinde tasarlanmış.

Alüminyumla kaplanmış her katman çok hafif ve ince polimer membranlardan oluşuyor.

Bu kalkan bir tenis kortu kadar büyük. Teleskobun iki yanını sararak Ariane 5 roketinin içine sığacak şekilde özel tasarlanmış.

Bakın sadece bu güneşliğin katlanması bile aylar sürmüş. Düşünebiliyor musunuz?

Bir teknisyen ekibi teleskobun her iki tarafında akordeon benzeri zar yığınları oluşturmak için her katmanı zikzak şeklinde dikkatlice katlamışlar.

Peki ne iş yapacak bu güneşlik?

Teleskobun optik kısımlarını, yani aynalarını, Güneş, Dünya ve Ay’dan gelen yüksek ısı ve ışıktan koruyacak. Webb bir kızılötesi teleskop olduğundan, evrendeki uzak nesnelerden gelen zayıf ısı sinyallerini algılamak için aynalarının ve sensörlerinin oldukça soğuk tutulması gerekiyor.

Nitrojeni bile donduracak kadar soğuk!

1 milyon faktörlük bir korumadan bahsediyoruz.

Yapılan modellemeler kalkanın en dıştaki katmanının 125 santigrat dereceye kadar ısınacağını öngörürken derin uzaya bakan tarafı ise tam tersi -230 dereceye kadar soğuyacak.

Görüntüleme araçları

Webb bize uzayın gizli bölgelerini göstermek için görünür aralığın dışındaki ışığı algılamak üzere tasarlandı. Gök cisimlerinden gelen kızılötesi ışığı her zamankinden çok daha fazla netlik ve hassasiyetle inceleyecek.

Görünür ışığın kısa, dar dalga boylarından farklı olarak, kızılötesi ışığın daha uzun dalga boyları uzaydaki gaz ve tozun üzerinden daha kolay geçer. İşte bu nedenle, toz bulutlarının arkasına “gizlenen” yıldız ve gezegenler, Webb’in kızılötesi cihazlarından kaçamayacak.

Webb’i halihazırda kullanılan Hubble ve Spitzer uzay teleskoplarının geliştirilmiş bir kombinasyonu olarak düşünebilirsiniz.

Hubble’ın hassasiyeti ve çözünürlüğü ve Spitzer’in kızılötesi evren görüşü.

Webb gök cisimlerinden gelen ışığı devasa aynasında toplayacak ve 4 farklı teknoloji kullanarak değerlendirecek.

-Yakın kızılötesi kamera (NIRCam)

-Yakın kızılötesi spektrograf (NIRSpec)

-Orta kızılötesi cihaz (MIRI) ve

-Yakın kızılötesi tarayıcı (NIRISS)

daha sonra da bu verileri dünyaya gönderecek.

Webb’in teknolojisi o kadar hassas ki, Dünya’dan Ay’ın üzerinde bulunan bir yaban arısının ısı izini dahi tespit edebilir.

Daha önceki videolarımda bahsettiğim gibi her element ve molekülün belirli bir spektrumu vardır. Yani elementler ve moleküller belirli bir dalga boyunda ışık yayarlar. İşte Webb’in spektrografları farklı parçacıkların; sıcaklık, bileşim, yoğunluk, mesafe ve hareket gibi özelliklerini tespit edecek. Böylece çok uzaklardaki yıldız ve gezegenlerde bile hangi elementlerin var olduğunu keşfedebileceğiz.

Ayrıca Webb’in içerisinde bulunan NIRSpec mikro deklanşör dizisi, Webb’e aynı anda düzinelerce farklı yıldız veya galaksiden spektrum yakalama imkanı verecek.

Reaksiyon çarkları

Peki Webb teleskobu uzayda yönünü nasıl değiştirecek?

Açısal momentumu depolayıp değiştirebilen altı reaksiyon çarkıyla.

Aynen motokros yarışçılarının havada süzülürken kullandığı yöntemi kullanarak.

Bir motokros yarışçısı havada süzülürken gaza bastığında arka tekerlek hızla dönmeye başlar ve motosiklet, dönüşün tersi yönde bir etkiye maruz kalır. Ya da tam tersi, motorcu frene bastığında motosikletin dengesi aksi yönde değişir.

İşte bunu altı farklı çarkla uzayda yaptığınızda teleskobu istediğiniz yöne çevirebilirsiniz.

James Webb neler keşfedecek?

Webb 2022’de görevine başladığında yapacağı ilk işlerden biri COSMOS-Webb olarak adlandırılan yarım milyon galaksiyi taramak olacak.

Evet yanlış duymadınız yarım milyon galaksi!

Galaksilerin nasıl oluştuğunu daha iyi anlamamıza yardımcı olacak. Bu galaksiler üzerindeki karanlık madde dağılımını araştıracak. Yani karanlık maddenin galaksilerin ve yıldızların evriminde nasıl bir rol üstlendiğini çok daha iyi anlayabileceğiz Webb sayesinde.

Kullandığımız en güçlü teleskop olan Hubble’dan gizlenmiş ne kadar yıldız varsa hepsini ortaya çıkaracak. Yıldız sistemlerini oluşturan koşulları ve çok genç yıldızların yaşadığı doğum evlerini, yani yıldız oluşturan gaz ve toz bulutlarını inceleyecek.

Yıldızların doğumu, ölümü, gezegenlerin oluşumu, evrenin genişlemesi gibi henüz hakkında yeterince bilgi sahibi olmadığımız konuları araştıracak.

Samanyolu’nun merkezindeki süper kütleli karadeliği inceleyecek mesela. Bunu yaparken yerdeki Event Horizon teleskop ağıyla güçlerini birleştirecek. Hani şu ilk kara delik fotoğrafını çeken teleskoplar dizgesi vardı ya işte onlarla.

Webb faaliyete geçtiğinde kozmik tarihin tüm aşamaları hakkında bilgi toplayacak. Öyle ki büyük patlamadan hemen sonra neler yaşandığını bile öğrenebileceğiz. 13.8 milyar yıl öncesine gideceğiz.

Alın size zamanda yolculuk!

O kadar uzak noktaları incelememize imkan verecek ki Hubble’ın çektiği fotoğraflar, yaptığı keşifler falan biraz yavan kalacak.

Ötegezegen keşifleri

Webb kendi Güneş sistemimize de bakacak tabii. Gezegenlerin yüzeylerini ve atmosferlerini çok daha detaylı incelememize olanak sağlayacak. Yaşamın kökenlerini araştıracak. Belki de ilkel yaşam formları bulacak.

Bundan da önemlisi bilim insanlarının bugüne kadar keşfettiği ne kadar ötegezegen varsa bunların hepsini tarayacak ve belki de bunlardan birinde yaşamı bulacak. Bilmiyoruz. Belki mikrobik yaşamı bulacak belki de bizim gibi akıllı canlıların yaydığı radyo dalgalarını ya da nötrino sinyallerini falan bulacak.

Bu gerçekten de insanlığın Ay’a ayak basmasından sonraki en büyük uzay görevi!

Evrende bugün hayal edebileceklerimizin bile ötesinde şeyler göreceğiz.

Bunu ancak bu kadar güçlü bir teleskop yapabilir. Çünkü bu ötegezegenleri keşfetmek sandığınızdan çok daha zor.

Sebebi çevresinde döndükleri yıldızlar.

Bir yıldızın etrafında dönen bir gezegeni keşfetmek, aynı deniz fenerinin ışığında bir ateş böceğini gözlemlemeye çalışmak gibi bir şey.

Webb teleskobu, yıldızların ışığını engellemek için tasarlanmış koronograf denen özel bir optik sistemi kullanacak.

Aktif gezegen sistemleri gözlemi

Webb, şu anda aktif olarak oluşan gezegen sistemlerini de gözlemleyecek.

Peki bunu nasıl yapacak?

Spektroskopi yöntemiyle yayılan ışığın dalga boylarına bakacak. Her molekül, spektrumda benzersiz bir model oluşturduğundan, araştırmacılar bu gezegen öncesi disklerde hangi moleküllerin olduğunu belirleyebilecek.

Mesela oksijen, karbon, nitrojen gibi yaşam için gerekli olan elementler var mı? Bunlara bakacaklar.

Sonuç:

Webb, Hubble ve Spitzer uzay teleskopları gibi kendisinden önceki görevlerden çıkarılan dersler üzerine inşa edildi. Diğer taraftan hem kendisi çok önemli görevler icra edecek hem de gelecekteki daha büyük teleskopların öncülü olacak.

Kısacası, insanlık tarihindeki en büyük ve en önemli görevlerden birinin arifesindeyiz.

Evrenin kökenini ve içindeki yerimizi anlamaya hiç bu kadar yakın olmamıştık.

Şimdiye kadar öğrendiklerimizi, keşfettiklerimizi merak ediyorsanız sizi evrenin başlangıcından, insanın evrimine, oradan da bilimsel keşiflere kadar uzanan uzun bir yolculuğa çıkarayım. Aşağıdaki bağlantıya tıklayın.

Evrenin Başlangıcı: Büyük Patlama ve 4. Boyut

Kaynaklar ve İleri Okuma:

https://webbtelescope.org/

https://jwst.nasa.gov/content/webbLaunch/assets/documents/WebbMediaKit.pdf

https://www.nasa.gov/press-release/nasa-shares-webb-telescope-media-briefing-schedule-resources

https://www.nasa.gov/press-release/nasa-s-webb-space-telescope-arrives-in-french-guiana-after-sea-voyage

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/how-to-ship-the-world-s-largest-space-telescope-5800-miles-across-the-ocean

James Webb’in kısa tarihi

James Webb’in fırlatma noktasına götürülmesi

James Webb nereye gönderilecek?

James Webb’in yörüngeye giden yolculuğu

James Webb’in tasarımı

James Webb’in teknolojisi

İkonik ayna

İkincil ayna

Güneşlik

Görüntüleme araçları

Reaksiyon çarkları

James Webb neler keşfedecek?

Ötegezegen keşifleri

Aktif gezegen sistemleri gözlemi

Sonuç:

Kaynaklar ve İleri Okuma:

Kaliforniya’dan Fransız Guyana’sına taşınma videoları:

Animasyonlar:

İkonik aynanın videoları:

Teleskobun uzayda açılma görüntüleri:

Videolar:

CEVAP VER İptal

Bizi Takip Edin

Bizi Instagram'dan takip edin @holosenkultur