O Telescópio Espacial James Webb (JWST) é o muito aguardado e esperado telescópio de "próxima geração". Planejado para lançamento em 2013 Em outubro de 2018, o JWST foi apontado como o sucessor do Telescópio Espacial Hubble. Com isso, os astrônomos esperam olhar para o passado quando o universo tinha apenas 200 milhões de anos e ver as primeiras estrelas e galáxias. O principal cientista que guia este projeto é o Dr. John Mather, co-ganhador do Prêmio Nobel de Física de 2006 por seu trabalho com o Cosmic Background Explorer (COBE), que mediu a forma do corpo negro e a anisotropia do fundo cósmico de microondas.
Ficamos compreensivelmente honrados quando o Dr. Mather entrou em contato com a Space Magazine, dizendo que gostaria de conversar conosco sobre o status do JWST. "Achei que talvez fosse hora de falar sobre o que estamos fazendo", disse ele, "porque coisas interessantes estão começando a acontecer".
Revista Space: Dr. Mather, há mais de uma década que ouvimos falar do Telescópio Espacial de Próxima Geração, que mais tarde foi oficialmente nomeado Telescópio Espacial James Webb. Você pode nos dizer como o conceito deste telescópio começou?
John Mather: Em 1989, mesmo antes do lançamento do Hubble, foi realizada uma conferência sobre qual deveria ser o próximo telescópio espacial. Eles discutiram grandes telescópios do futuro e, a partir dos procedimentos, publicaram um livro. Mas eles realmente não consideraram que o infravermelho fosse a grande onda do futuro. Então, em 1993, havia um comitê chamado HST and Beyond. Eles publicaram um pequeno e adorável relatório em 1996, que dizia que havia duas coisas importantes a fazer. Um era construir um telescópio infravermelho, diferente do que o livro anterior havia dito, e o outro era construir um telescópio para procurar planetas semelhantes à Terra. Nesse ponto, os astrônomos estavam apenas reconhecendo que era possível procurar planetas extra-solares. Então, em outubro de 1995, a sede da NASA me telefonou, me deu uma lista de cientistas e engenheiros para entrar em contato e disse para começar a planejar. Foi o que fizemos e imediatamente chegamos a uma notável convergência de pensamento e opinião. Concordamos rapidamente com um conceito que atendia aos desejos da comunidade científica e se enquadrava nas ambições da NASA. Você verá que o telescópio que queríamos voar naquela época é muito parecido com o que vamos voar em 2013.
UT: Você pode nos dar uma atualização sobre o status do JWST agora?
Mather: O hardware dos instrumentos de vôo chegará de todo o mundo no verão de 2010. O sensor de guia fino vem do Canadá, um pacote e meio de instrumentos vem da Europa e o restante vem dos EUA. Assim, em 18 meses, o pacote de instrumentos começa a se unir e depois se encontra com o telescópio cerca de um ano depois. Os quatro instrumentos científicos são uma câmera de infravermelho próximo, um espectrógrafo de múltiplos objetos de infravermelho próximo, um instrumento de infravermelho médio e um gerador de imagens com filtro ajustável.
Acabamos de passar pela revisão do Critical Design para o módulo do instrumento. Na semana passada, centenas de pessoas foram ver tudo e nos dizer se estamos fazendo o certo. Acho que passamos, embora ainda não tenha visto a papelada oficial. Mas até eu fiquei impressionado.
UT: A pergunta que muitas pessoas me perguntam é: desde que o Hubble teve tanto sucesso, por que o JWST não será um telescópio óptico?
Mather: Por que o comitê mudou de óptico para infravermelho? Era duplo. Uma era que o Hubble estava ficando tão bom que eles podiam ver que seria difícil vencê-lo, não importa o tamanho da construção de um telescópio. Outra coisa que aconteceu foi que as pessoas estavam vendo que você podia construir grandes telescópios ópticos no chão. O telescópio Keck estava funcionando muito bem e as pessoas estavam começando a falar sobre óptica adaptativa, o que significava que telescópios ainda maiores no solo valiam a pena. Então essas duas coisas nos apontaram para um telescópio infravermelho. Todos os cientistas do JWST também disseram que precisávamos de infravermelho. Pela pouca capacidade que tínhamos na época, o infravermelho era fascinante, descobrindo que o universo mais distante é emocionante e passa a vermelho do visível. Começa no ultravioleta e chega ao infravermelho por causa das grandes distâncias desses objetos e do enorme desvio para o vermelho que eles têm. Então, se você quer fazer astronomia ultravioleta na quase borda do universo, precisa de um telescópio infravermelho.
UT: Agora que o Telescópio Espacial Spitzer infravermelho está funcionando tão bem, isso mudou a mente de qualquer pessoa ou isso faz os cientistas quererem avançar para o próximo nível com o infravermelho?
Mather: Sim, Spitzer provou que este é realmente um território fascinante. Spitzer é na verdade um pequeno telescópio para os padrões modernos; tem apenas 3 pés de largura, 85 cm. Mas tem produzido algumas surpresas surpreendentes. Eles podem ver as coisas em turnos de vermelho muito, muito altos, e nada disso era esperado. Então, isso nos diz que o infravermelho é onde as maravilhosas descobertas serão. Agora sabemos que podemos fazer a tecnologia, então vamos conseguir um telescópio melhor. A ciência é muito, muito empolgante, e há muita coisa por aí esperando para ser descoberta.
UT: Na sua opinião, o que diferencia o JWST dos telescópios espaciais anteriores?
Mather: Todo telescópio diz: "Sou melhor do que o que estava antes de mim" e dizemos o mesmo. Obviamente, este telescópio voltará no tempo com sua capacidade de infravermelho e sua enorme abertura; verá através das nuvens de poeira para ver onde as estrelas estão nascendo; verá coisas que estão em temperatura ambiente, como você e eu, planetas ou jovens estrelas nascendo. Todas essas coisas podem ser vistas diretamente com a capacidade de infravermelho que temos neste novo telescópio. A maior parte do trabalho será realizada em infravermelho, com alguma capacidade na faixa visível.
Mas construímos um telescópio de uso geral. Após o lançamento, os cientistas podem escrever propostas como o Hubble, para o que gostariam de observar, para que possam observar qualquer que seja o assunto atual.
UT: Com sua experiência com o COBE e as honras subsequentes que você recebeu, como você aplicou isso ao JWST?
Mather: Não foram as honras que afetaram minha vida, foi o fato de ter passado pelo processo desde o início até o fim de um observatório muito radicalmente projetado, que era o COBE, que me deu a coragem de pensar grande coisas. Então, quando a sede da NASA disse que queria um sucessor para o Hubble, pensei que seria interessante e tive coragem de dizer sim, gostaria de tentar isso. O COBE era muito ambicioso para a época, mas pequeno o suficiente para conhecer pessoalmente os engenheiros e poder conversar com eles a qualquer momento sobre qualquer coisa. Então pensei que poderia me formar em um projeto maior.
UT: E agora você está trabalhando com pessoas de todo o mundo?
Mather: Sim, isso é um grande negócio. Nossa equipe científica é de cerca de 19 pessoas, da Europa, EUA e Canadá. A equipe de engenharia tem mais de 2.000 pessoas espalhadas por todo o mundo. Claramente, eu não conheço todos eles. Eu trabalho com os cientistas mais de perto e converso com eles sobre o que queremos realizar, e me certifico de que estamos realizando isso. Então, eu tenho um papel diferente agora. Não tenho responsabilidade prática por nenhum hardware, mas trabalho com as pessoas que o fazem. Temos acesso a algumas das melhores pessoas do mundo em todos os tópicos.
UT: Você pode falar sobre os problemas que este telescópio teve que superar, os custos excedentes e os atrasos que teve?
Mather: Número um: o excesso de custo não é tão grande quanto está sendo retratado por algumas pessoas que gostariam do dinheiro para suas próprias idéias de projeto. Originalmente, Dan Goldin era o chefe da NASA quando começamos, e ele disse: "Queremos que você pense em uma maneira de fazer esse observatório por meio bilhão de dólares em 1996". Dissemos que tentaríamos. Mas rapidamente percebemos que construir isso seria difícil. Quando nos preparamos para apresentá-lo à pesquisa decadal de 2000, o custo era mais do que um bilhão de dólares. Então, três anos atrás, vimos que o trabalho estava ficando mais difícil e tivemos que replanejar e reorganizar. Agora, se você contar todo o custo da NASA desde o início de 1995 até o final, em algum lugar depois de 2019 com inflação e funcionários públicos (o que não estávamos contando antes), agora são aproximadamente US $ 4,5 bilhões em dólares reais reais, e não em 1996. Portanto, há um crescimento de custos, mas tivemos um excelente sucesso e estamos no caminho de lançar esta maravilhosa máquina, que será usada por milhares de astrônomos. E não tivemos que mudar nosso plano ou nosso orçamento total em três anos, graças à liderança constante da sede da NASA e ao brilhante trabalho técnico das equipes.
UT: Isso é bom de saber. Eu acho que as pessoas têm um conceito geral de que o JWST teve um custo enorme.
Mather: Bem, não é algo pequeno, e gostaríamos de ter feito melhor nisso. Mas trata-se de um fator de dois crescimento, e não do fator cinco, que foi anunciado por algumas pessoas que deveriam conhecer melhor. Este telescópio funcionará por um longo tempo. O requisito é de cinco anos, mas esperamos executá-lo por dez. Portanto, nosso projeto se estende de 1995 a talvez 2024, quando as operações terminariam.
Deixe-me dar uma idéia do que precisamos fazer para nos preparar e o que fizemos durante todo esse tempo. Desenvolvemos uma lista das dez principais tecnologias necessárias. O mais difícil foi desenvolver os espelhos. Isso exigiu doze contratos diferentes apenas para o desenvolvimento dos concorrentes, onde seus projetos eram bons o suficiente, o que levou alguns anos. Os detectores claramente precisaram ser aprimorados em relação ao que temos nos telescópios Spitzer e Hubble. Então agora temos detectores maiores e melhores, e eles são fabulosos. Uma medida que os astrônomos têm é quantos elétrons perdidos você obtém dos detectores. Se você fechar toda a luz, deverá receber zero. Agora temos detectores que emitem alguns elétrons perdidos por pixel por hora, o que é quase perfeito. Seria bom ser ainda melhor, mas isso é fabuloso. Estou impressionado.
Precisávamos melhorar os refrigeradores no espaço. Começamos dizendo que precisamos obter um telescópio resfriado por radiação para que ele seja suficientemente frio por si só, e isso é verdade. Porém, ainda precisamos de um refrigerador ativo para manter os detectores de comprimento de onda mais longos frios, por isso tivemos que desenvolvê-lo.
Portanto, essas são apenas algumas das coisas que tivemos que projetar e todo o desenvolvimento da tecnologia foi finalmente concluído em 2007 e passou pela aprovação do conselho de revisão, que disse: "Sim, essas coisas estão finalmente prontas para serem construídas".
Então, chegar em 2007 foi muito tempo e acho que as pessoas não gostaram muito do que é necessário para preparar as novas tecnologias. Por outro lado, fomos abençoados por não precisar "fazer backup". Colocamos planejamento e esforço suficientes nessas tecnologias para que funcionem agora. Essa foi uma das coisas que aprendemos com o projeto Hubble, ou seja, não conclua seu design até que você saiba o que deve construir.
UT: E o seu processo de teste? É bastante rigoroso?
Mather: Essa é outra lição que tivemos que aprender com o Hubble. Se você não testá-lo, não vai funcionar. Aprendemos a ter um processo muito determinado e rigoroso. Eles fizeram testes suficientes no Hubble que poderiam saber sobre os problemas de foco no espelho. O fabricante do espelho teve dois testes que não concordavam e eles decidiram ignorar um deles, em vez de rastrear o motivo, e isso acabou sendo tolo e caro.
Temos uma generalização de que, se algo realmente importa, faça-o duas vezes. Na verdade, testaremos o frio do telescópio no grande tanque de vácuo no Johnson Space Center. Portanto, será um tipo de teste de ponta a ponta em grande escala, "luz no começo, luz no fim", algo que eles não poderiam fazer pelo Hubble. Mas eles sabiam que poderiam consertar o Hubble no espaço, e sabemos que não podemos consertar o JWST, já que o telescópio estará no ponto L-2, a cerca de 1,5 milhão de quilômetros da Terra, o que é cerca de quatro vezes mais distante do Terra que a lua.
Este é um projeto complicado, mas nossa abordagem para fazer um projeto complicado é muito diferente de quando eu era jovem. Quando cheguei a Goddard, usamos lápis e réguas de cálculo, e os computadores eram bem novos e a maioria das pessoas não os tinha. Agora, temos computadores em todos os lugares que controlam nossos documentos. Podemos fazer engenharia de sistemas e até mesmo simulações completas muito precisas para saber se algo se encaixará e funcionará antes mesmo de construí-lo. Então o mundo mudou, e é uma coisa maravilhosa de se ver. Portanto, é por isso que agora podemos construir esse observatório pelo mesmo custo real que levou para lançar o Hubble e funcionar. Mas o JWST é muito maior e mais poderoso.
UT: Você pode nos contar sobre o design do espelho para o JWST?
Mather: A coisa mais difícil de construir foi o espelho, porque precisávamos de algo muito maior que o Hubble. Mas você não pode levantar algo tão grande ou encaixá-lo em um foguete, então você precisa de algo que seja mais leve, mas ainda maior, para que seja necessário dobrá-lo.
O espelho é feito de berílio leve e possui 18 segmentos hexagonais. O telescópio se dobra como uma borboleta em sua crisálida e terá que se desfazer completamente. É um processo bastante elaborado que levará muitas horas. O telescópio é enorme, com 6,5 metros (21 pés), por isso é bastante impressionante.
O protetor solar é completamente novo e também terá que ser implantado. Então, o que foi embrulhado em um pequeno cilindro, relativamente falando, se torna um escudo gigante do tamanho de uma quadra de tênis. É enorme. Tudo isso acontece em vários estágios e leva dias. Contratamos uma empresa, Northrop Grumman, que teve a experiência de desdobrar coisas no espaço, e eles nos dizem que essa definitivamente não é a coisa mais complicada que desdobraram no espaço, o que é tranquilizador.
Vídeo do JWST implantado no espaço:
UT: Houve alguma discussão sobre a primeira luz e como será o JWST primeiro?
Mather: Sim, um pouco. Essa será a parte divertida depois que juntarmos as coisas.
UT: Você tem alguma sugestão favorita?
Mather: Acho que devemos começar com metas fáceis que serão bonitas, que permitirão ao público dizer: "Oh, eu vejo isso funcionando!" Algumas das primeiras observações podem ser feitas quando estamos configurando o telescópio, mesmo antes de ele estar totalmente ajustado. Como ele é implantado após o lançamento e o espelho não está quase no formato certo no início, trabalharemos gradualmente. Existe um modelo de teste na Ball Aerospace em Boulder Colorado, onde praticamos a colocação dos 18 segmentos de espelho. Cada segmento possui 7 motores para controlar a posição e a curvatura, por isso temos que ensaiar este.
Isso é algo que eles não podiam fazer com o Hubble. Eles desejavam poder, e tinha motores, mas não conseguiam se esforçar o suficiente. Essa é uma história interessante. Aprendemos com o Hubble como corrigir a ótica com base nas imagens que estávamos obtendo, por isso estamos fazendo isso de propósito neste telescópio.
UT: Houve alguma controvérsia sobre como o JWST será lançado.
Mather: Vamos pegar o telescópio para a Guiana Francesa e carregá-lo no foguete lá em baixo. A ESA está comprando o veículo de lançamento para nós; é o foguete Ariane 5, um produto comercial da Europa e eles tiveram uma boa corrida ultimamente, por isso é muito confiável.
Naturalmente, isso causou muita controvérsia. Mesmo que a Europa estivesse nos dando o veículo de lançamento, por assim dizer, havia pessoas aqui que não queriam aceitá-lo. A sede da empresa levou dois anos para aceitá-la. Isso nos custou dinheiro. A única razão pela qual foi aceito foi o fato de termos um novo administrador que o aceitaria. Era Mike Griffin, então quero dizer: "muito obrigado Mike Griffin!"
UT: Sua equipe ainda tem muito o que fazer antes de 2013, que provavelmente estará aqui antes que você perceba!
Mather: Sim eu conheço. Já se passaram mais de 13 anos desde que a NASA entrou em contato comigo sobre isso, mas agora o fim está chegando rápido. Temos muitos desafios técnicos pela frente para montar tudo. E ainda não chegamos longe o suficiente para descobrir quantas coisas quebramos ou quantos erros cometemos, mas acho que somos muito bons em descobri-los antes de cometê-los.
Vai ser muito emocionante montar o equipamento pela primeira vez. Temos as peças, temos a foto na caixa para mostrar para onde elas vão, e logo provaremos que elas trabalham juntas ou não. Quando recebermos todas as partes aqui em Goddard, todas elas serão testadas individualmente, portanto, elas devem tocar juntas muito bem. Mas a natureza não gosta de arrogância, então temos que testar tudo do começo ao fim, assim como vamos usá-lo em vôo. Depois de montá-lo aqui, levamos para o Johnson Spaceflight Center e o colocamos no tanque de vácuo gigante lá. Esse será um processo extraordinário.
UT: Muito obrigado por conversar conosco.
Mather: Isso tem sido divertido. Adoro contar minha história e fico feliz que você queira contar conosco. Imaginei que talvez fosse hora de falar sobre o que estamos fazendo, porque coisas interessantes estão começando a acontecer. Coisas magníficas estão acontecendo. Agora temos o Observatório Kepler, e esperamos que eles encontrem um punhado de planetas semelhantes à Terra para rastrear e vamos dar uma olhada neles.
