James Webb Uzay Teleskobu: Özellikleri, Önemi ve Konumu

James Webb Uzay Teleskobu'nun (JWST) önemi ve özelliği nedir? 13,8 milyar yıl önce evren çok sıcak ve yoğundu ve soğudukça elektronlar çekirdeklerle etkileşime girerek ilk atomları oluşturdular. Birkaç yüz milyon yıl sonraysa ilk yıldızlar ve ardından galaksiler ortaya çıktı.

Peki tüm bunlar nasıl oldu? Hubble Uzay Teleskobu'ndan 100 kat güçlü olan James Webb Uzay Teleskobu bu soruyu yanıtlamamıza ve evrenin nasıl oluştuğunu anlamamıza yardımcı oluyor. NASA, ESA (Avrupa Uzay Ajansı) ve CSA (Kanada Uzay Ajansı) tarafından 10 milyar dolar maliyetle 25 yılı aşkın sürede geliştirilen JWST bir zaman makinesidir. Bu teleskop, ilk galaksi ve yıldızların oluşmaya başladığı Büyük Patlama'dan 100 milyon yıl sonrasını gösterebiliyor.

James Webb Uzay Teleskobu'nun önemi

James Webb Uzay Teleskobu'nun ilk adımı 1990'larda atıldı. O zamanki adı Yeni Kuşak Uzay Teleskobu'ydu ve NASA'yı 1961'den 1968'e dek yönetmiş James Webb onuruna 2002'de adı değiştirildi. Yeni teleskop Hubble kadar uzun ömürlü olmayacak ve yalnız 10 yıl serviste kalacak ancak insanlığın en heyecan verici makinelerinden biri olacak. James Webb Uzay Teleskobu'nun en önemli yönü kızılötesi ışığı yakalama yeteneği. İlk yıldızlardan yayılan zayıf kızılötesi ışığı görüntülemede üstün işleve sahip. Bu teleskop Ay kadar uzak bir nesnedeki arı kadar minik bir canlının yaydığı ısıyı algılayabiliyor.

Satürn gibi Uranüs, Neptün ve Jüpiter de halkalara sahipler ancak halkaların çoğu yeri karanlık ve belirsizdir. JWST'nin kızılötesi mercekleri bu dört gezegenin etrafındaki halkaları inceleyerek nasıl oluştuklarını gösterebiliyor. Buna Güneş Sistemi'nin dışındaki bir ötegezegenin atmosferinin ayrıntılı analizi dahil. Atmosfer analizi gezegenin su içeriği gibi özelliklerini ve kimyasal bileşimini açığa çıkarır.

Örneğin, JWST Güneş sistemine en yakın ötegezegen olan Proxima Centauri b'nin atmosfer içeriğini görmemizi sağlayacak. Bu yüzden bazı bilim insanları James Webb Uzay Teleskobu ile sonunda uzaylı yaşama rastlayabileceğimize inanıyor. Öyle olmasa bile galaksilerin ve gezegenlerin doğumuna dair daha fazlasını öğrenmek evrenin nasıl oluşmaya başladığını aydınlatacak. JWST, Hubble benzeri fotoğraflar çekmeyecek ancak ondan daha detaylı görüntüler oluşturmayı sağlayan veriler sunacak. Hubble'ın aksine Webb teleskobu renkli fotoğraflar çekebiliyor.

JWST için seçilen L2 bölgesi sayesinde Dünya daima JWST ile Güneş arasındaki yörüngede kalacak ve teleskop her zaman uzaya bakacak. Ancak teleskobun serin tutulması için koruyucu güneşlik iç Güneş sistemine dönük olduğundan Webb Güneş, Dünya, Ay, Merkür, Venüs ve de kuyruklu yıldızlar gibi birçok Dünya'ya yakın nesneyi gösteremeyecek.

James Webb Uzay Teleskobu'nun özellikleri

James Webb Uzay Teleskobu'nun 6,5 metrelik aynası Hubble Uzay Teleskobu'nun 6 katı büyüklüğe sahip. Hubble 13,4 milyar yıl geçmişi görüntüleyebiliyorken Webb bunu 13,7 milyara çıkartıyor. Küçük bir fark gibi gelebilir ancak devasadır çünkü evrenin oluştuğu o ilk ana daha fazla yaklaşmamızı sağlıyor. Kendi Güneş sistemimizdeki Plüton'a bir uzay aracı gönderene dek gerçekten nasıl göründüğünü bilmiyorduk.

İkinci büyük fark görüntü spektrumu. Hubble Uzay Teleskobu görünür ışığı algılamaya ayarlıyken JWST kızılötesi ışığı görüntülemek için geliştirildi. Kızılötesi ışınlar bir toz bulutunun içini göstererek orada oluşmakta olan yıldızları saptamayı sağlıyor. Kızılötesi ışık, görünür ışıktan uzun dalga boyuna sahiptir ve gaz ve toz gibi görünür ışığı engelleyen nesnelerin içinden geçebilir. Kızılötesi frekansı algılayan teleskopla çekilen görüntüler bu bulutların ötesindeki nesneleri Hubble gibi diğer teleskoplardan kat ve kat net gösterir.

Evrenimizdeki nesneler durmadan genişliyor ve ilk yıldız ve galaksilerden bize ulaşan ışık da öyle. Bu frekans düşüşüne kızıla kayma denir. Işık ne kadar uzaksa dalga o denli esneyerek kızılötesine dönüşür. Gece gökyüzüne baktığımızda ışığı esneyen ve gözle görünmeyen veya çok sönükleşen birçok yıldız ve galaksi var. JWST bu kızılötesi spektrumu algılıyor.

James Webb Uzay Teleskobu'nda toplanan ışık miktarını artıran büyük bir ayna var. Aynaların her biri 1,32 metrelik 18 altıgen parçadan oluşur ve insan saçının 10.000'de 1'i hassasiyetle ayarlanabilir. Ne kadar ışık o denli detay demek. Altıgen parçalar ışığı ikincil aynada topladıktan sonra veriler bilimsel araçlara gönderiliyor. Görüntü filtreleniyor ve fotonlar elektrik akımına dönüştürülerek aşırı duyarlı kızılötesi algılayıcıya aktarılıyor.

JWST'nun çektiği fotoğraflar

James Webb Uzay Teleskobu Temmuz 2022'de tarihin en derin ve keskin kızılötesi fotoğrafını paylaştı. Görüntüye Webb'in İlk Derin Alanı adı verildi ve SMACS 0723 kod adını taşıyor. Fotoğrafta gökadalar göze çarpıyor. Bazıları parlak noktalar olarak görünürken, diğerleri yerçekiminin bükme etkisiyle çarpıtılmış görünüyor.

JWST sayesinde ilk kez bir uzay fotoğrafında binlerce galaksi kızılötesinde görüldü. Fotoğraftaki galaksi kümesi 4,6 milyar yıl uzaklıkta. Diğer nesneler ise 13 milyar yıl uzaklıkta bulunuyor. Galaksi kümesinin ağırlığı arkasındaki çok daha uzak nesnelerin görüntüsünü büyütüyor ve çarpıtıyor. Devasa evrenin bu fotoğraftaki bölümü bir insanın kol mesafesinde tuttuğu kum tanesi kadardır.

Webb'in çektiği "Kozmik Uçurumlar" adlı fotoğraf Karina Bulutsusu'ndaki NGC 3324 bölgesinin kenarını gösteriyor. Teleskobun kızılötesi yetenekleri görülmemiş yıldız doğum alanlarını açığa çıkardı.

• Karina Bulutsusu: Karina Bulutsusu: Yıldız doğum merkezi ve mezarlığı

Stephan Beşlisi'nin beş galaksisi. 150 milyon pikselle Webb'in çektiği en büyük fotoğraf. Görüntüde birbiri etrafında dönen galaksiler var.

Güney Halka Bulutsusu'nun yakın kızılötesi ışıkta (sol) ve orta kızılötesi ışıkta (sağ) fotoğrafları. Bulutsu Dünya'dan 2.000 ışık yılı uzaklıkta. Fotoğrafta ölmekte olan bir yıldızın çevresinde genişleyen gaz ve genç bir ikincil yıldız var.

Taşıdığı bilimsel araçlar

James Webb Teleskobu dört araçla donatılmış. NIRCam yakın kızılötesi aralığında çalışan birincil görüntüleyicidir. Üzerindeki hassas dedektörler ilk yıldızlardan ve galaksilerden gelen ışığı yakalıyor. NIRCam ayrıca kronografla donatıldı. Kronograf bir kaynaktaki aşırı ışığı engelleyerek etrafındaki daha sönük yıldız, galaksi ve ötegezegenleri görmeyi sağlar.

Konu gezegenlerin fiziksel özelliğini bulmaya geldiğinde karşımıza NIRSpec aracı çıkıyor. NIRSpec ile bir gezegende hava veya su olup olmadığını görebilirsiniz. Atomlar ve moleküller ışık spektrumunda siyah bantlar oluşturur ve NIRSpec bu bantları görmemizi sağlıyor. Nesneden yayılan ışığın spektrumunu inceleyerek kütlesini, sıcaklığını ve kimyasal bileşimini ortaya çıkarıyor. Webb insan gözünden 60.000 kat sönük ışıklı nesneleri algılayabilir ve bunun için nesneye 100 saat boyunca odaklanması yeterli.

Ancak merak etmeyin çünkü Webb aslında aynı anda yüzlerce nesneye odaklanıp spektroskopi verisi alabiliyor. Bunu bağımsız olarak açılıp kapanan 250.000 deklanşörden oluşan mikro deklanşör adlı yeni teknolojisi ile yapıyor. Gece gökyüzüne baktığınızda yukarı yansıyan aşırı kent ışıkları göksel nesneleri engeller. Mikro deklanşör ışık fazlalığını filtreliyor ve sönükleşen nesneleri açığa çıkarıyor.

Milyarlarca yıldızın olduğu uzayda her yer aşırı ışıkla doludur ve belirli bir nesneden gelen ışığın yakalanması için teleskobun sürekli farklı hedefe yönlendirilmesi gerekir. Bu işlem JWST'daki Fine Guidance Sensor (FGS) ile sağlanıyor. Bu hassas yönlendirme sensörüne ek olarak bir yakın kızılötesi görüntüleyici ve bir spektrograf var. Peki teleskobun önünde kızılötesi ışığı engelleyen kalın toz bulutları varsa ne olacak?

Burada devreye JWST'deki son cihaz olan MIRI girer. MIRI de bir kamera ve spektrografa sahip ancak çalıştığı kızılötesi ışık aralığı farklıdır. Araç, kalın toz bulutundan geçen daha uzun dalgaları algılıyor ve kızıla kaymayı tespit ediyor. Yeni oluşan yıldızlar, galaksiler ve kuyruklu yıldızlar kalın tozla kaplıdır ve MIRI sayesinde JWST onların içine bakabilecek. MIRI'nin ana sorunu -266,5 santigrat dereceye soğutulmadan kullanılamaması. Aksi halde kendi ısısı verilere karışıyor.

Bu amaçla kriyo soğutucu adında özel bir soğutma sistemi geliştirilmiş. Sistemdeki borulardan geçen helyum buzdolabı gibi MIRI'yi soğutur. İkinci sorunsa Güneş, Ay ve Dünya'dan gelen ısılar. Çözümü ise "Güneşlik" adında şaşırtıcı bir pasif soğutma sistemi. 21 metre uzunluğunda ve 14 metre boyundaki bu sistem boşluklu beş katmana sahip. Her katman Kapton adında aşırı sıcağa dayanıklı bir filmle kaplı. Ek olarak alüminyum ve katkılı silikon filmle örtülüler. Hubble, yalnızca Dünya'nın yörüngesinin karanlık yarısında gözlem yapabilirken Webb bu güneşlik sayesinde durmadan 7/24 gözlem yapabiliyor.

JWST'nun aynı anda Dünya, Güneş ve Ay'ın ısısına maruz kalmaması için uzay teleskobu Dünya'dan 1,5 milyon kilometre uzakta olmak zorunda. Karşılaştırma için Hubble Uzay Teleskobu yalnızca 547 kilometre uzaktadır. JWST için uzayda seçilen nokta Lagrange Noktası 2 (veya L2) adında özel bir yer. Burası yerçekimi etkisinin nesneleri Dünya'ya göre sabit pozisyonda tuttuğu Güneş sistemindeki beş yerden biridir. Peki James Webb Uzay Teleskobu nerede? Teleskop konumu itibariyle şu anda Lagrange Noktası 2'de bulunuyor. Hubble teleskobunun aksine James Webb teleskobu Dünya'nın etrafında değil Güneş'in etrafındaki yörüngede bulunuyor

James Webb Uzay Teleskobu'nun fırlatılması ve yörüngeye yerleştirilmesi için seçilen Ariane 5 roketi uzaya teleskop gönderebilen en güvenilir roket.

Webb Uzay Teleskobu neden altınla kaplandı?

Webb Uzay Teleskobu evrenin en uzak köşelerinden gelen kızılötesi ışığa son derece duyarlı bir alet. Bir ışık demeti milyarlarca ışık yılı yol aldığında dalga boyu esner ve kızılötesi olur. JWST'nun aynasının altınla kaplanması kızılötesi ışığın teleskoptaki enstrümanlara en yüksek oranda yansımasını sağlıyor.

Bu altın kaplaması mikroskobik düzeyde ve yalnız beş yüzüğe denk altın madde 18 küçük altıgen aynaya yayıldı. Aynalar normalde gümüş veya alüminyumdan yapılır. Ancak düşük yansıtma özellikleri nedeniyle Webb'e uygun değiller. Gümüş, kızılötesi ışığın %95'ini yansıtırken, alüminyum %85'ini ve altın ise %99'unu yansıtıyor.

Webb Teleskobu'nun aynalarında altın kullanılmasının bir diğer nedeni oldukça tepkisiz olması. Gümüş ve alüminyum kolay kararır ve uzaydaki elementlere son derece tepkisiz olan altın onlardan daha dayanıklı.

Fırlatıldıktan sonra ne olacak?

Ariane roketi James Webb Uzay Teleskobu'na yaklaşık 26 dakika boyunca itme sağlayacak. Kalkıştan 3,5 dakika sonra yük ayrımının başlamasıyla ilk uzölçüm alınacak. Webb fırlatmadan 30 dakika sonra Ariane 5'ten ayrılacak ve güneş panelleri devreye girecek. Fırlatmadan iki saat sonra yüksek alıcılı antenler açılacak ve Webb küçük roket motoruyla ilk yörünge manevrasını yapacak. Kalkıştan 2,5 gün sonra ikinci düzeltme manevrası gelecek. Kule tertibatının yükselmesiyle teleskop ortaya çıkacak. Ardından güneşlik tümüyle açılacak. 6. günde ikincil ayna açılacak ve bunu birincil aynanın yan kanatları izleyecek.

Teleskobun güneşlik yardımıyla soğutulmasıyla elektronikler devreye girecek ve uçuş yazılımı açılacak. L2 yörüngesini hedeflemek için manevra yapılacak. ISIM elektrikli ısıtıcılar ile sıcak tutularak buğulanması önlenecek. 33. gün Hassas Yönlendirme Sensörü, NIRCam ve NIRSpec açılacak. NIRCam yıldızlı uzaydan ilk test fotoğrafını verecek. Ancak ana ayna ayarlanmadığından görüntü odaklı olmayacak. 44. gün ikinci ayna ayarlanacak.

Kalkıştan 60 ila 90 gün aralığında ana ayna segmentleri tek bir optik yüzey olacak biçimde ayarlanacak ve ayrıca MIRI açılacak. 3. ayın sonunda James Webb Uzay Teleskobu ilk yüksek kaliteli bilim fotoğrafını verecek ve de L2 yörüngesine ulaşmış olacak. Kalkıştan 85 gün sonra NIRCam'deki teleskop görüntüsü iyileştirilecek ve 1,5 ay içinde JWST'nun tüm araçları kalibre edilecek. Kalkıştan 6 ay sonra Webb bilim görevine başlamış olacak.

James Webb Uzay Teleskobu ile ilgili diğer sorular