James Webb Uzay Teleskobu

James Webb Uzay Teleskobu (İngilizce: James Webb Space Telescope, kısaltmasıyla JWST), kızılötesi astronomiye yönelik bir uzay teleskobudur. Uzaya gönderilmiş en güçlü teleskoptur. Eskiyen Hubble Uzay Teleskobu'nun kısmen ardılı olacak şekilde planlanmış, NASA öncülüğünde ve ESA ile CSA'nın desteğiyle geliştirilmiştir. Aralık 2021'de fırlatılmış ve Ocak 2022'de yörüngesine girmiştir.

Adını 2002'de NASA'nın Apollo programından sorumlu müdürü olan James E. Webb'ten alan JWST, 6,5 metre genişliğinde altın kaplama bir aynayla donatılan kızılaltı bir teleskoptur. Bu ayna, 13.5 milyar ışık yılı uzağı, yani evrenin ilk yıldızlarının oluştuğu zamanı görmesini olanaklı kılmaktatır.

JWST, NASA'nın başkanlığında 15 farklı devletin, Avrupa Uzay Ajansı ve Kanada Uzay Ajansı'nın ortak yürüttüğü bir projedir. Kızılötesi ışığı gözlemlemek için ayarlanmış olan 6,5 metrelik bu teleskop, Dünya'dan neredeyse 1,5 milyon kilometre uzaklıkta yörüngeye yerleştirilmiştir. Bu uzaklık, Dünya ile Ay arasındaki uzaklığın dört katı kadardır.

1995'te Hubble'ın ardılı olarak tasarlanan JWST'in tamamlanması uzun sürdü, birçok teknik engelle karşılaştı. 25 Aralık 2021 tarihinde fırlatıldığında L2 (Lagrange noktası 2) konumu etrafında, Güneş'ten uzak, Dünya'nın yörüngesinin 1,5 milyon kilometre ötesinde bir yerde sıkı bir yörüngeye oturmuştur. L2 konumu, uzayda Güneş'in ve Dünya'nın kütleçekiminin birlikte çalışıp Güneş'in etrafında yörüngede dönen bir nesneyi Dünya'yla aynı oranda çektiği, yörünge dönüşünü bir yılda yapmasını sağladığı yerdir. Yani JWST, büyük ölçüde Dünya'nın gölgesindedir; bu durum Güneş'ten gelen ısı kirliliğini önler ve teleskobun derin uzayda çok soluk kızılaltı kaynakları saptamasını olanaklı kılar. NASA, teleskobun Ay'daki bir yabanarısının ısısını dahi saptayabildiğini iddia etmektedir.[9]

Üzerinde yer alan hassas aygıtlar, dev gezegenlerin ve gezegen sistemlerinin kızıl ötesi görüntülerini çekme ve tayflarını ölçerek yaşlarını ve kütlelerini belirleme imkânına sahiptir. Bunların dışında, başka yıldızların çevresinde yer alan disklerin tayf ölçümlerini yaparak gezegen sistemlerinin doğmasına olanak sağlayan türden olan disklerin bileşenlerini tanımlamaya da imkân verir. Son derece hassas aygıtları ve büyük aynasıyla, gezegenlerin doğduğu toz disklerini gözlemleyebilmenin yanında, kendi yıldızlarının önünden geçen gezegenlerin havaküre bileşenlerini de gözlemleyebilir. Her ne kadar gezegen bulmak için geliştirilmiş bir teleskop olmasa da gelişkin yetenekleri bu teleskobun yeni gezegenleri inceleyen ve Güneş Sistemi'mizin nasıl oluştuğu ve nasıl evrim geçirdiği konularını araştıran gök bilimciler için önemli bir araç hâline gelmesi konusunda ümit vermektedir.

JWST, Hubble Uzay Teleskobu'nun yaklaşık yarısı kadar bir kütleye sahip olmasına karşın berilyumla kaplanmış 18 altıgen aynanın birleşmesiyle oluşan ana aynası, 6,5 metre çapı ve 25,4 metrekare yüzey alanıyla Hubble'ınkinden daha büyüktür.[10] JWST'nin tasarımının ana odağı, yakın-kızılötesi astronomidir. Ancak cihazdaki enstrümanlara bağlı olarak turuncu ve kırmızı görünür ışığın yanı sıra orta-kızılötesi bölgeyi de görebilir. Tasarım, üç ana nedenden dolayı yakın ve orta kızılötesine odaklanmıştır:

Dünya'nın atmosferi, yer tabanlı teleskopların kızılötesi bantları incelemesini zorlaştırmaktadır. Uzaydaki nesnelerin gözlemi için hedeflenen su, karbondioksit ve metan gibi kimyasal bileşiklerin birçoğu aynı zamanda Dünya atmosferinde de mevcut olduğu için yerden gözlemini karmaşık hale getirmektedir. Hubble gibi mevcut uzay teleskopları, aynaları yeterince soğuk olmadığı için (Hubble aynası yaklaşık 15 °C'de tutulur) güçlü şekilde kızılötesi ışık yayarlar ve bu bantları inceleyemezler.[11] Teleskop, Dünya'nın yaklaşık 1.500.000 kilometre ötesinde, Lagrange noktası (Dünya-Güneş L2) yakınında çalışmaktadır. Karşılaştırma yapmak gerekirse Hubble, Dünya yüzeyinden 550 kilometre yukarıdaki bir yörüngede bulunuyor ve Ay, Dünya'dan kabaca 400.000 kilometre uzaklıktadır. Bu mesafe, fırlatma sonrası oluşacak bir sorunda onarımını mevcut olan uzay gemileriyle neredeyse imkansız hale getirmektedir. SpaceX, yeni geliştirdiği Starship fırlatma aracının James Webb'den bile daha büyük uydular ve uzay teleskoplarını gönderme yeteneğine sahip olduğunu ve Mars yörüngesine ulaşmak için tasarlandığını iddia etmektedir.[12] Bu Lagrange noktasının yakınındaki nesneler, Dünya ile eş zamanlı olarak Güneş'in yörüngesinde dönmektedir. Bu da teleskobun kabaca sabit bir mesafede kalmasına[13] ve Güneş ve Dünya'dan gelen ısı ve ışığı engellemek için tek bir güneş kalkanı kullanmasına izin verir. Bu yörünge, uzay aracının sıcaklığını kızılötesi gözlemler için gerekli olan −223.2 °C'nin altında tutmaktadır.[14]

Kızılötesi spektrumda gözlem yapabilmek için teleskobun sıcaklığı, −223.2 °C'nin altında tutulmalıdır; aksi takdirde, kızılötesi radyasyon aletteki enstrümanlara zarar verecektir. Bu nedenle teleskop; Güneş, Dünya ve Ay'dan gelen ışığı ve ısıyı engellemek için büyük bir güneş kalkanı kullanmaktadır. Uzay aracı, bulunduğu yörüngenin konumu itibarıyla üç cismi de her zaman uzay aracının aynı tarafında tutarak onları kalkanın arkasında bırakır.[15]

Her bir katmanı insan saçı kadar ince olan beş katmanlı güneşlik, DuPont firması tarafından temin edilen poliimid kaplı bir örtü şeklinde olan Kapton E'den yapılmıştır ve her iki tarafında membran özellikli alüminyum ile kaplanmış olup Güneş'e bakan tarafın kaplanmasında katkılı silikon kullanılmıştır. Bu katman, en çok ısınan iki katmandan biridir.[16] Güneş kalkanı, Ariane 5 roketinin (4.57 × 16.19 m) yük kaportasına sığması için on iki kez katlanacak şekilde tasarlanmıştır. L2 noktasında konuşlandırıldıktan sonra açılarak 14.162 × 21.197 metrelik bir alan uzunluğuna sahiptir. Güneş kalkanı, Northrop Grumman'a teslim edilmeden önce Alabama, Huntsville'deki ManTech'te elle monte edilerek test edilmiştir.[17]

Teleskobun birincil aynası, 25.4 metrekare toplam alana sahip 6,5 metre çapında altın kaplamalı berilyum reflektörüdür. Ayna, teleskop fırlatıldıktan sonra açılan 18 altıgen parçadan oluşur. Tek parça hâlinde gönderilmemesinin nedeni, mevcut fırlatma araçlarının yeterli büyüklükte olmamasından kaynaklanmaktadır. Teleskobun uzaydaki ilk kurulumu sırasında aynaları doğru konuma getirmek için hassas mikro motorlar kullanılmaktadır. Bu ilk yapılandırmanın ardından, optimum odağı korumak için yalnızca birkaç günde bir güncelleme yapılması yeterlidir. Bu yöntem, yer çekimi ve rüzgâr yükünün etkilerinin üstesinden gelmek için hareketli optikler kullanarak ayna parçalarını sürekli olarak ayarlayan yeryüzündeki karasal teleskoplardan farklıdır. Uzay ortamında çevresel etmenler olmadığı için Webb teleskobunun sürekli hareketlere ihtiyacı yoktur.[18]

JWST'nin optik tasarımı, geniş bir alan üzerinde optik sapmalardan arınmış görüntüler sunmak için kavisli ikincil ve üçüncül aynalardan yararlanan üç aynalı bir sistemdir. Ek olarak, görüntü sabitleme sağlamak için konumunu saniyede birçok kez ayarlayabilen hızlı bir sevk ve idare aynası vardır. Ball Aerospace & Technologies şirketi, NASA ile yapılan bir sözleşme kapsamında, ana yükleniciliği Northrop Grumman Uzay Sistemleri tarafından yönetilen JWST projesinin başlıca optik ayna alt yüklenicisi olmuştur.[19][20] On sekiz birincil ayna parçası, ikincil, üçüncül, sevk ve idare aynası ve uçuş yedek parçaları Ball Aerospace tarafından üretilip parlatıldı. Birincil aynanın son bölümü 3 Şubat 2016'da,[21] ikincil ayna ise 3 Mart 2016'da kuruldu.[22]

ABD Başkanı Joe Biden, teleskobun elde ettiği ilk görüntü olan Webb's First Deep Field'ı 11 Temmuz 2022'de basın açıklamasında paylaşmıştır.[23] 12 Temmuz 2022 tarihinde ilk tam renkli görüntüler ve spektroskopik veriler NASA tarafından yayınlanmış, teleskobun genel bilim işlemleri resmen başlamıştır.[24]