James Webb Teleskobu’nun aynası: uzaydaki en büyük ayna

James Webb Uzay Teleskobu’nun görevlerinden biri de galaksilerin genç olduğu zamanları izlemek. Bunu yapabilmek için James Webb çok uzak galaksilere bakmalı, bizden 13 milyar ışıkyılından daha uzaktakilere. Bu kadar uzak gökcisimleri aşırı derecede sönüktür. Görebilmek için oldukça büyük bir aynaya ihtiyaç var.

Emektar uzay teleskobu Hubble ile James Webb’in aynalarının karşılaştırması

Bir teleskobun size gösterebileceği detay doğrudan doğruya ışık toplama gücüyle ilişkilidir. Büyük bir ayna tıpkı yağmurda daha geniş ağızlı bir leğenin daha küçük olana göre daha fazla su toplaması gibi küçük aynalara göre daha fazla foton toplar. Daha fazla foton daha detaylı görüntü elde etmenizi sağlar.

Mühendislik

Uzaya gönderilen en büyük ayna olacacak olan Webb Teleskobu’nun birinci aynası 6.5 metre çapında tasarlandı. Bu kadar büyük bir ayna beraberinde iki büyük mühendislik problemi getiriyor: Boyut ve ağırlık.

Sıradan bir teleskop aynasını büyüttükçe kalınlığı da arttırmanız gerekir. Eğer Hubble’ın aynası (2.4 metre) James Webb’e uygun biçimde büyütülecek olsaydı, kalınlığından ötürü uzaya taşınamayacak kadar ağır olurdu.

Webb’i geliştiren takım ayna yapımı için yeni yollara saparak 6.5 metrelik aynayı yeterince hafif ve güçlü yapmayı başardı. Aynanın birim alandaki ağırlığı, Hubble’ınkinin sadece 1/10’u.

Webb’in geliştiricileri parçalı aynayı hem hafif hem de güçlü olan berilyumdan imal ettiler. Segment denilen her ayna parçası ortalama 20 kg ağırlıkta.

Katlanan aynalar

Uzaya yük göndermekteki tek sorun ağırlık değil. Eğer göndereceğiniz şeyin boyutları fazla büyükse onu sığdıracak bir roket bulamayabilirsiniz.

Ağırlık problemini çözmede yardımcı olan parçalı yapı aynı zamanda boyut problemini çözmekte de yardımcı oluyor: ayna tek parça olmadığı için ayna yapısının katlanması mümkün hale geldi. 1.32 metre genişlikteki 18 altıgen ayna parçarı katlanır masa gibi bükülebilir bir iskeletin üzerinde duruyor.

Teleskobun 0.74 metre çaplı ikinci aynasını tutan kollar da katlanır özellikte. Bu sayede devasa ayna rokete sığdırılabilecek.

altıgen

Peki neden klasik aynalar gibi daire şeklinde değil de altıgen aynalar kullanılıyor?

Altıgen parçalar kabaca dairesel biçimde, katlanabilir aynaya izin veriyor ve arada boşluk kalmayacak biçimde birleştirilebiliyorlar. Eğer parçalar yuvarlak olsaydı, birleştirdikten sonra aralarda kaçınılmaz biçimde boşluklar oluşurdu.

James Webb’de kullanılan tüm aynalar tek karede. Soldakiler birincil ayna parçaları. Sağ üstte ikincil ayna görülüyor. Onun altında birincil aynanın arkasında gönderilen ışığı dedektörlere yönlendirecek üçüncü ayna ve ince ayar aynası görülüyor.

Aynanın kabaca da olsa dairesel biçim alması sayesinde ışınlar dedektörlerin bulunduğu alanda çok küçük bir noktaya odaklanabiliyor. Örneğin ayna elips biçimli olsaydı bir kenarı daha uzun olurdu; kare ayna ise merkezdeki bölgenin dışına fazlaca ışık yollayacaktır.

kusursuz odağı yakalamak

Bir ayna segmentinin arkadan görünüşü.

Büyük bir ayna milyarlarca ışıkyılı uzaktaki galaksileri görüntülemek için tek başına yeterli değil. Kusursuz bir odaklama kabiliyeti de gerekiyor. Aynalı teleskobu olanlar düzgün görüntü elde etmek için kolimasyon ayarının ne kadar önemli olduğunu bilirler.

Elinizde 18 parçalı bir ayna varsa bu işi başarabilmek gerçekten büyük bir mühendislik problemine dönüşüyor. Tüm aynalar doğru yere bakmak zorunda.

James Webb’in birincil aynasının parçaları ile burada toplanan ışığı dedektörlere yansıyan ikinci aynasının doğru noktaya bakması, arkalarında yer alan altışar adet tahrik motoru sayesinde mümkün oluyor. Birincil ayna parçaları ayrıca merkezlerinde eğriliklerini ayarlamaya yarayan ekstradan bir tahrik motoruna daha sahipler.

Birincil ayna segmentlerini tek bir büyük ayna gibi hizalamak, her bir aynanın insan saçı kalınlığının 10,000’de 1’i hassaslıkta doğru biçimde hizalayabilmekle mümkün oluyor. James Webb’i tasarlayan mühendis ve bilim insanlarının bunu nasıl yapacaklarını tam manası ile icat etmeleri gerekti.

Webb teleskobu evrende ilk oluşan galaksileri gönderdikleri kızılötesi ışınlarla gözlemleyecek. Burada şöyle bir zorluk var: sıcak cisimler ısı enerjisini kızılötesi ışınımla salarlar. Eğer Webb’in aynası yeterince soğuk olmazsa, kendi yaydığı kızılötesi ışınım, uzak galaksilerden aldığı sönük ışınları tamamen bastırır.

Webb’in aynasını çok soğuk tutmak gerekiyor

Bu durumu engellemek için James Webb’in aynası çok soğuk tutulmalı. Kryojenik, çok düşük sıcaklıkları tanımlamak için kullanılır; −150 °C ile mutlak sıfır (−273 °C) arasındaki bölgeyi kapsar. Webb’in aynası işte bu kriyonojik bölgede, yaklaşık -220 °C sıcaklıkta muhafaza edilecek.

James Webb 12 metre genişlikte, 40 tonluk kapısı olan mahzen benzeri kriyojenik test odası Chamber A önünde. Burada uzayın aşırı soğuk ve vakumlu ortamı yaratılarak teleskop yaklaşık 100 gün boyunca test edildi.

Bu zorluğun üstesinden gelebilmek için teleskop çok uzakta, Dünya’dan 1.5 milyon km ötedeki L2 noktasında konuşlanacak konuşlanacak.

Ayrıca Güneş, Ay ve Dünya’dan gelen kızılötesi ışınların optik teleskoba ulaşamaması için özel bir malzemeden üretilmiş devasa bir güneş kalkanına sahip olacak.

kaynak: jwst.nasa.gov |

Bir cevap yazın