Teleskop Luar Angkasa James Webb: Melihat ke masa lalu untuk menangkap cahaya bintang pertama penciptaan – 60 menit

22 Desember, mungkin dikenal sebagai hari alam semesta berubah. Rabu itu, NASA mengharapkan untuk meluncurkan Teleskop Luar Angkasa James Webb, instrumen terbang terbesar dan termahal yang pernah ada. Seratus kali lebih kuat daripada teleskop Hubble yang berusia 31 tahun, Webb dapat melihat masa lalu hingga momen “terang” — momen ketika alam semesta yang dingin dan gelap berkobar di bintang-bintang.

Scott Bailey: Wow. Yah, di satu sisi, ini jauh lebih besar dari yang saya bayangkan.

AMY LO: Ini bagus.

Setahun yang lalu, kita termasuk di antara manusia terakhir yang melihat teleskop sesering yang terlihat di luar angkasa. Setelah kunjungan kami, itu dikemas dalam perjalanan satu juta mil, jauh dari bulan, untuk berbaring selamanya di cengkeraman matahari.

Scott Bailey: Berapa lama larinya?

AMY LO: Ini dirancang untuk lima setengah tahun dengan tujuan sepuluh tahun. Ini berarti kami membawa cukup barang di sana untuk bertahan selama sepuluh tahun.

Amy Lou adalah seorang insinyur sistem yang membawa kami ke ruang bersih di Northrop Grumman di Redondo Beach, California.

AMY LO: Kami harus menciptakannya dan mendesainnya dan membangunnya dan menggabungkannya.

Di bagian bawah pesawat ruang angkasa, selubung perak ini adalah kanopi sebesar lapangan tenis untuk melindungi Webb dari sinar matahari. Di atas, ada cermin berlapis emas setinggi 21 kaki, enam kali lebih besar dari cermin Hubble, untuk menangkap cahaya bintang pertama ciptaan.

Scott Bailey: Ada 18 cermin segi enam ini. Tetapi ketika Anda melipatnya, semuanya berfungsi di prom sebagai satu cermin?

AMY LO: Itu benar. Semua 18 gambar akan menjadi gambar yang sangat solid dan indah.

Gambar ini tidak akan terlihat oleh mata manusia. Seperti kamera night vision, Webb dirancang untuk melihat panas — cahaya inframerah — karena itulah satu-satunya tanda yang tersisa dari bintang di ujung waktu. Bahkan cahaya itu akan sangat redup sehingga cermin harus menatap berjam-jam untuk mengungkapkan gambarnya.

Scott Bailey: Seberapa percaya diri Anda?

AMY LO: Anda tahu tugas saya adalah mengkhawatirkan. Secara pribadi, saya merasa yakin bahwa kami telah memikirkan segalanya.

Butuh lebih dari 25 tahun dan $10 miliar untuk memikirkan semuanya. Insinyur Amy Lu menjelaskan tantangannya.

AMY LO: Menurut pendapat saya, tantangan teknik terbesar adalah membangun pelindung matahari yang mampu melindungi optik, cermin, dan instrumen di Webb. Bagaimana Anda membangun sesuatu yang besar tapi ringan?

Tabir surya membuat Webb tetap sejuk dan gelap. Setiap panas inframerah dari matahari atau Bumi akan membutakan teleskop. Lima lapisan yang terbuat dari Gossamer Foil tidak berbeda dengan balon ulang tahun mylar.

AMY LO: Lapisan yang menghadap matahari adalah lapisan pertama, dan lapisan pertama mencapai sekitar 230 derajat Fahrenheit. Jadi, oven yang sangat hangat, seperti, jika Anda ingin memasak meringue, atau semacamnya.

Scott Bailey: Di sisi teleskop?

AMY LOW: Di sisi teleskop, suhu minus 370 derajat Fahrenheit.

Scott Bailey: Ada sekitar 600 derajat perbedaan Antara satu sisi pelindung panas dan sisi lainnya.

AMY LO: Ya, menakjubkan bahwa Anda dapat melakukan ini hanya dengan lapisan-lapisan ini.

Rekayasa memang menakjubkan, tetapi sains dapat mengungkapkan alam semesta. Sejak awal, Big Bang, panah waktu telah terbang hampir 14 miliar tahun. Webb, mungkin melihat jalannya kembali ke 100 juta pertama – bayi alam semesta. Amber Straughn adalah ahli astrofisika dalam proyek tersebut.

Amber Straughn: Teleskop benar-benar mesin waktu, mereka benar-benar memungkinkan kita melihat masa lalu. Alasan untuk ini hanya karena sifat perjalanan cahaya. Sinar matahari membutuhkan waktu sekitar delapan menit untuk mencapai Bumi. Karena itu, kita melihat matahari seperti delapan menit yang lalu. Dan Anda bisa berpikir tentang bergerak maju di alam semesta itu.

Scott Bailey: Jadi, ketika kita berjalan di bawah bintang-bintang dan melihat ke atas, kita tidak melihat bintang-bintang seperti sekarang ini. Kita melihat mereka sebagaimana adanya jutaan tahun yang lalu.

Jerami Amber: Tentu saja.

Scott Bailey: Karena butuh waktu lama bagi cahaya untuk mencapai tanah.

Amber Straw: Ya, tentu saja.

Scott Bailey: Seberapa banyak yang kita ketahui tentang alam semesta?

Amber Straughn: Semua yang kita tahu, semua yang bisa kita lihat, Anda dan saya, semua yang ada di planet ini, ratusan miliar galaksi lain, semuanya hanya sekitar 5% dari alam semesta. Sisanya, 95% lainnya, kami tidak tahu apa itu.

95% – yang tidak diketahui – mengelilingi kita di mana-mana seperti hantu. Hampir seluruh alam semesta terdiri dari apa yang oleh para fisikawan disebut, dalam keputusasaan, materi gelap dan energi gelap. Belum pernah sebelumnya, para ilmuwan telah menyimpulkan bahwa mereka pasti ada karena mereka adalah penjelasan terbaik tentang bagaimana galaksi terbentuk dan bergerak.

Amber Straw: Jadi, kita tahu bahwa materi gelap adalah semacam perancah alam semesta. Ini adalah – struktur tempat galaksi duduk. Dan jika tidak ada materi gelap, tidak akan ada galaksi dan kita tidak akan ada.

Scott Bailey: Apa yang bisa diungkapkan teleskop Webb tentang materi gelap?

Amber Straughn: Sepertinya kita memiliki cerita alam semesta berumur 14 miliar tahun, tapi kita melewatkan bab pertama itu. Webb dirancang khusus untuk memungkinkan kita melihat galaksi pertama yang terbentuk setelah Big Bang. Sekarang, galaksi lahir dan kemudian berevolusi dan berubah seiring waktu, dan dengan cara ini galaksi harus bergantung secara kritis pada materi gelap. Webb akan memungkinkan kita untuk mengamati evolusi galaksi secara lebih rinci.

Janji penemuan melindungi Webb dalam perjalanan yang sudah berbahaya. Itu akan diluncurkan 7 tahun yang lalu tetapi penundaan itu datang dengan mesin yang ambisius. Karena pembengkakan biaya, Webb dicabut, pada 2011, oleh Komite Alokasi DPR, tetapi diselamatkan di Senat. Senama adalah James Webb, kepala NASA pada 1960-an yang menjadikan sains sebagai prioritas utama.

– Scott Bailey: Apa taruhannya, apa yang naik roket itu dengan Webb?

Bill Ochs: Ketika Anda berbicara tentang apa yang dipertaruhkan, itu benar-benar reputasi NASA untuk mengambil pekerjaan berat seperti Webb dan menjadi sukses.

Program ini dimoderatori oleh Bill Ochs dan Greg Robinson. Ochs adalah seorang insinyur di Hubble. Robinson mengawasi kualitas dan kinerja di NASA.

Greg Robinson: Jika Anda ingin berani dan mendapatkan ilmu yang kami cari, Anda harus melakukan investasi. Dan itu akan menjawab dua pertanyaan besar astrofisika, Dari mana kita berasal, dan apakah kita sendirian? Kami berharap untuk mencapai hasil ini.

Scott Bailey: Akankah Web berfungsi?

Greg Robinson: Ya, akan. Saya memiliki kepercayaan diri yang sangat tinggi.

Bill Oaks: Saya 100% percaya diri.

Scott Bailey: Mengapa 100% percaya diri?

Bill Ochs: Karena ketika saya melihat tes yang kami lakukan selama bertahun-tahun, dan jenis rekayasa yang telah saya lalui, Anda membangun rasa percaya diri bahwa Anda tahu ini akan berhasil.

Scott Bailey: Apa yang paling membuat Anda khawatir?

Bill Oaks: Memiliki teleskop yang terbuka penuh adalah urusan Anda.

Observatorium harus dilipat menjadi roket Ariane 5 dengan lebar hanya 16 kaki, dan hari ini dibungkus sekencang kuncup mawar. Dalam penerbangan, lebih dari 40 sistem harus berkembang dengan sempurna. Termasuk tabir surya Amy Lou yang belum pernah ditemukan sebelumnya.

Scott Bailey: Lima lapisan akan dilipat dan ditahan dengan peniti. Ada berapa pin?

AMY LO: Ada 107 perangkat ini dan pin pelepas membran yang menahan kelima lapisan yang terpasang di sasis ini disebut UPS. Jumlah 107.

– Scott Bailey: Dan seperti yang terungkap, berapa banyak dari mereka yang bisa gagal?

AMY LO: Tidak ada.

Scott Bailey: Tidak ada?

AMY LO: Tidak ada.

Scott Bailey: Tidak ada?

AMY LO: Tidak ada.

Scott Bailey: Secara harfiah tidak ada ruang untuk kesalahan.

AMY LO: Kami sedang menguji dan melakukan banyak analisis untuk memastikan setiap satu dari mereka masuk ke orbit.

$ 10 miliar naik pada kuku itu. Teleskop Hubble, yang tingginya 340 mil, dapat diakses dengan kunci pas. Webb satu juta mil jauhnya tidak bisa diperbaiki. Bill Ochs memberi tahu kami bahwa jika ada sesuatu yang rusak, ada rencana darurat.

Bill Ochs: Kami telah mengembangkan algoritme, pada dasarnya, kami menyebutnya luminescence, dan kami menggoyangkan teleskop sedikit, dan kami dapat menggerakkannya maju mundur. Jika itu tidak berhasil, kami memiliki satu lagi yang kami sebut gyro, yang benar-benar dapat memutar teleskop baik searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam, untuk membantu mengguncang segalanya.

Scott Bailey: Anda akan melakukan apa yang saya lakukan dengan perangkat keras saat tidak berfungsi, Anda akan mengguncangnya.

Bill Oaks: Ya, ya, lakukan hal yang sama, ya.

Jika 107 pin dilepaskan, cermin disinkronkan, dan 10.000 berjalan dengan baik, Webb hanya dibatasi sekitar 10 tahun bahan bakar untuk berputar dan menunjuk. Kanada telah berkontribusi pada sistem penargetan yang akan mengarahkan Webb ke keajaiban jauh dan dekat. Lebih dari seribu astronom di seluruh dunia bersaing untuk mendapatkan waktu teleskop. Heidi Hamill dianugerahi 100 jam.

Heidi Hamill: Saya punya banyak pertanyaan. Fokus khusus saya adalah hal-hal di tata surya kita.

Hamill memberi tahu kami bahwa cahaya itu penuh dengan informasi. Webb dapat menentukan kimia suatu tempat dengan menganalisis panjang gelombang cahayanya.

Heidi Hamill: Berapa kandungan air di atmosfer Mars dan bagaimana perubahannya dari waktu ke waktu?

Apa yang mendorong kimia di atmosfer atas Neptunus? Bisakah kita melihat apakah ada air yang keluar dari bulan Jupiter atau Saturnus? Ada banyak sekali pertanyaan yang ingin saya jawab.

Astrofisikawan Natalie Batalha juga punya waktu di web. Anda akan melihat planet-planet di luar tata surya kita.

Natalie Batalha: Rata-rata, setiap bintang di galaksi setidaknya memiliki satu planet. Ini berarti bahwa ada lebih banyak planet di galaksi daripada jumlah bintang. Ratusan miliar planet.

Dan dengan begitu banyak planet di luar sana, Batalha yakin Webb dapat menemukan beberapa dengan kimia dan kondisi kehidupan.

Natalie Batalha: Kebetulan ada satu sistem planet, bintang memiliki tujuh planet yang berputar di sekitarnya. Dan bintang itu hanya berjarak 40 tahun cahaya, jadi itu adalah target yang bagus untuk dipelajari. Ini memiliki tiga planet seukuran Bumi yang mengorbit di tempat yang saya sebut Zona Goldilocks di mana kehidupan bisa ada.

Scott Bailey: Tidak terlalu panas, tidak terlalu dingin.

Natalie Batalha: Itu idenya. Ya. Ini juga salah satu tujuan pertama yang akan kita perhatikan menggunakan Webb. Dan apa yang bisa kita lihat adalah, apakah ada karbon dioksida di atmosfer? Apa itu gas rumah kaca? Apakah ada karbon dioksida dengan metana karena itulah yang dimiliki bumi. Jadi, dengan melihat komponen kimia ini, kita mungkin dapat menyatukan beberapa di antaranya jika itu bukan hanya sebuah planet di apa yang kita sebut “zona layak huni”, tetapi jika memang lingkungan itu layak huni.

Scott Bailey: Dan seseorang mungkin bertanya, “Mengapa itu penting?”

Natalie Batalha: Titik akhirnya adalah mengakhiri kesepian kosmik. Kami ingin tahu apakah ada kehidupan di luar sana.

Scott Bailey: Dari sudut pandang peneliti, apakah Webb evolusioner atau revolusioner?

Natalie Batalha: Setiap kali Anda memasukkan teknologi baru ke luar angkasa, atau Anda melihat alam semesta dengan mata yang berbeda, Anda — Anda mempelajari sesuatu yang revolusioner. Sesuatu yang bahkan tidak Anda harapkan. Saya tidak tahu kejutan apa yang akan terjadi, tetapi teknologinya revolusioner. Akan ada kejutan besar yang akan membuat kita takjub.

Webb di ambang pintu di atas roket ESA. Beberapa, termasuk Amy Lou, mungkin menahan napas saat dia melakukan perjalanan selama sebulan ke stasiunnya mengelilingi matahari. Gambar pertama akan, dalam enam bulan atau lebih, dikonversi dari inframerah tak terlihat menjadi gambar yang sesuai dengan judul. Kemungkinannya adalah, apa yang kita lihat, kita tidak akan mengerti – definisi dari keheranan.

Diproduksi oleh Aaron Wise. Co-produser, Ian Fleckinger. Analis Ruang Berita CBS, William Harwood. Bantuan siaran Michel Karim. Diedit oleh Michael Mongol.

Scott Bailey

Reporter “60 Menit”