우주는 로켓 과학 때문에 어려운 것이 아닙니다. 과학적 목적으로 물체를 사용하기 전에 NASA의 임무를 개발 및 자금 조달에서 건설 및 발사로 옮기는 작업은 수십 년에 걸쳐 진행될 수 있습니다. 그들의 전체 경력은 하나의 위성을 우주에 보내는 데 소비되었습니다. 노벨상을 받은 NASA의 물리학자인 John Mather는 이미 두 명을 보내는 데 도움을 주었습니다.

그들의 새 책에서는 스타 팩토리 내부: NASA의 가장 크고 강력한 우주 관측소인 제임스 웹 우주 망원경의 건설, 작가 Christopher Wanjek과 사진작가 Chris Gunn이 제임스 웹 우주 망원경의 탄생부터 궤도까지의 여정에 대한 비하인드 스토리를 독자들에게 안내합니다. 30년의 노력을 통해 이를 가능하게 한 연구원, 컨설턴트, 관리자, 엔지니어 및 기술자의 프로필을 통해 이전보다 초기 우주를 더 깊이 탐구할 수 있게 해주는 혁신적인 이미징 기술에 대한 섬유 연구입니다. 이번 주 Writing에서 발췌한 내용에서는 JWST 프로젝트 과학자인 John Mather와 그의 뉴저지 시골에서 NASA까지의 예상치 못한 여정을 살펴봅니다.

“에서 적응스타 팩토리 내부: NASA의 가장 크고 강력한 우주 관측소인 제임스 웹 우주 망원경의 건설저작권 © 2023: Chris Gunn 및 Christopher Wanjek. 출판사인 MIT Press의 허가를 받아 사용되었습니다.

John Mather, 프로젝트 과학자

– 꾸준한 통제

John Mather는 인내심이 강한 사람입니다. 그가 2006년 노벨 물리학상을 받는 데는 30년이 걸렸습니다. 빅뱅의 결정적인 증거인 그 상은 거의 발생하지 않은 NASA의 또 다른 임무인 COBE라는 버스 크기의 기계를 기반으로 했습니다. 드라마 디자인? 나는 거기에 있었다. 예상치 못한 지연을 겪고 계십니까? 내가 그거 했어. NASA가 Mather를 JWST 프로젝트 과학자로 선택한 것은 순수한 통찰력이었습니다.

Webb과 마찬가지로 COBE(Cosmic Background Explorer)는 초기 우주의 스냅샷을 공개하는 타임머신으로 의도되었습니다. 목표 시대는 빅뱅 이후 불과 37만년 뒤, 우주는 여전히 식별할 수 있는 구조가 없는 소립자의 안개 속에 있었던 때였다. 이것을 재결합 시대라고 합니다. 뜨거운 우주가 양성자가 전자와 결합하여 첫 번째 원자(주로 헬륨과 리튬이 뿌려진 수소)를 형성할 수 있는 지점까지 냉각되는 때입니다. 원자가 형성되면서 안개가 걷히고 우주가 맑아졌습니다. 빛이 침투했습니다. 빅뱅 자체에서 나온 이 고대 빛은 우주 마이크로파 배경이라고 불리는 마이크로파 방사선의 잔재로 오늘날 우리와 함께 있습니다.

키가 크지만 결코 위압적이지 않고, 까다롭지만 결코 의미가 없는 Mather는 대조적인 연구입니다. 그는 어린 시절을 뉴저지 주 서식스 카운티 시골의 애팔래치아 트레일에서 불과 1마일 떨어진 곳에서 보냈습니다. 그곳에서 그의 친구들은 농장 일과 같은 일상적인 일로 바빴습니다. 그러나 축산 및 통계 전문가인 아버지를 둔 Mather는 과학과 수학에 더 관심이 많았습니다. 여섯 살 때 그는 노트의 한 페이지를 매우 큰 숫자로 채우고 영원히 계속할 수 있다는 것을 깨달았을 때 무한의 개념을 이해했습니다. 그는 2주에 한 번씩 농장을 방문하는 이동식 도서관에서 책을 챙겼습니다. 그의 아버지는 Rutgers University의 농업 실험장에서 일했으며 농장에 신진대사를 연구하기 위한 방사성 동위원소 장비와 냉동 황소 정액이 들어 있는 액체 질소 탱크를 갖춘 실험실을 가졌습니다. 그의 아버지는 1960년경 이 지역 최초의 컴퓨터 사용자 중 한 명으로 IBM 펀치 카드에 소 10,000마리의 우유 생산 기록을 보관했습니다. 초등학교 교사였던 그의 어머니 역시 교육 수준이 높았으며 어린 John의 과학에 대한 관심을 키워주었습니다.

결국, 일년 내내 따뜻한 날씨를 누릴 수 있는 기회로 인해 Mather는 1968년에 물리학 대학원 공부를 위해 캘리포니아 대학교 버클리로 진학했습니다. 그는 새로 발견된 우주 마이크로파 배경 복사에 매료된 군중에 합류했을 것입니다. 이는 1965년 전파 천문학자 Arno Penzias와 Robert Wilson이 우연히 발견한 것입니다. 그의 논문 지도교수는 이 방사선이 실제로 빅뱅에서 나온 것인지 알아보기 위해 이 방사선의 스펙트럼 또는 색상을 측정하는 풍선 실험을 고안했습니다. (그렇습니다.) 다음으로 분명한 것은 이 빛을 매핑하여 이론에서 제안한 대로 온도가 하늘 전체에서 약간 변하는지 여부를 확인하는 것입니다. 몇 년 후, 그와 COBE 팀은 이방성, 즉 고르지 않은 에너지 분포를 발견했습니다. 이러한 작은 온도 변동은 적어도 국부적으로 팽창을 멈추기에 충분한 물질 밀도의 변동을 나타냅니다. 중력의 영향으로 물질은 우주 호수에 모여 수억 년 후에 별과 은하를 형성하게 됩니다. 본질적으로 Mather와 그의 팀은 초기 우주의 오디오 청사진을 포착했습니다.

그러나 Webb의 임무와 마찬가지로 COBE 임무도 좌절을 겪었습니다. Mather와 팀은 1976년에 두 번째로 임무 개념을 제안했습니다. NASA는 제안을 수락했지만 그해에 이 위성과 그 이후의 대부분의 위성은 우주 왕복선에 의해 궤도로 전달될 것이라고 발표했습니다. 달리기. 개발 중입니다. 역사는 그러한 계획의 어리석음을 밝혀줄 것입니다. Mather는 즉시 이해했습니다. 이는 COBE 디자인을 아직 제작되지 않은 셔틀의 화물칸에 연결했습니다. 엔지니어는 아직 비행하지 않은 선박에 대한 정확한 질량 및 부피 요구 사항을 충족해야 합니다. 더욱 문제가 되는 점은 COBE가 극궤도를 필요로 하기 때문에 우주 왕복선이 전달하기 어렵다는 것입니다. COBE 팀은 또 다른 선구적인 우주 과학 임무인 적외선 천문 위성(IRAS)의 비용 초과로 인해 COBE 설계에서 예산 삭감과 타협이라는 부담을 안게 되었습니다. 그러나 절대 영도보다 불과 몇 도, 즉 섭씨 영하 270도 정도의 온도 변화를 감지할 수 있을 만큼 민감한 기기를 설계하기 위한 노력이 계속되었습니다. 1980년부터 Mather는 하루 종일 COBE를 만드는 데 바빴습니다. 팀은 예산 범위 내에서 유지하기 위해 비용을 절감하고 위험한 결정을 내려야 했습니다. COBE는 1988년 Vandenberg 공군 기지에서 우주 왕복선 임무 STS-82-B를 통해 발사된 것으로 보고되었습니다. 모든 조인이오고 있습니다.

그러다가 1986년 우주 왕복선 챌린저호가 폭발하여 승무원 7명이 모두 사망했습니다. NASA는 셔틀 비행을 무기한 중단했습니다. 이제 셔틀 사양으로 제한되는 COBE는 다른 로켓 시스템에서 발사할 수 없습니다. 이 시점에서 COBE는 델타 로켓에 비해 너무 컸습니다. 아이러니하게도 Mather는 1974년 첫 그림에서 Delta를 염두에 두었습니다. 팀은 발사체를 위해 유럽을 찾았지만 NASA는 그것이 선택 사항이 아니었습니다. 대신 프로젝트 관리자는 연료와 함께 발사 질량을 5,000파운드로 줄여 수백 파운드를 줄이는 재설계를 주도했습니다. 이를 통해 델타 한계 내에서 몇 파운드 정도 줄일 수 있었습니다. 아, 그리고 McDonnell Douglas는 우주 왕복선을 위해 시리즈를 중단한 후 예비 부품으로 델타 로켓을 만들어야 했습니다.

팀은 이후 2년 동안 밤낮없이 일했습니다. 마지막 디자인 과제는… 잠깐… 로켓 내부에서 접어서 궤도에 한 번 발사해야 하는 새로운 접근 방식인 차양이었습니다. COBE는 플로리다에서 셔틀을 발사하는 것보다 극궤도에 더 쉽게 접근할 수 있기 때문에 원래 요청된 위치인 캘리포니아의 Vandenberg 공군 기지에서 발사하라는 승인을 받았습니다. 발사는 1989년 11월로 예정되어 있었습니다. COBE는 몇 달 일찍 인도되었습니다.

그러다가 10월 17일에 캘리포니아 땅이 심하게 흔들렸습니다. 규모 6.9의 지진이 산타크루즈 카운티를 강타해 건물이 광범위한 피해를 입었습니다. 남쪽으로 200마일 떨어진 반덴버그(Vandenberg)도 진동을 느꼈습니다. 다행스럽게도 COBE는 결혼식에 가기 전 그날 감독 엔지니어 두 명이 안전하게 설치했기 때문에 안전하게 설치되었습니다. 기계는 아무런 손상도 입지 않았으며 11월 18일에 성공적으로 발사되었습니다. 출시일에는 더 많은 드라마가 강풍과 함께 왔습니다. 작동 첫 주에는 수많은 우려가 뒤따랐습니다. 저온 유지 장치가 너무 빨리 냉각되었습니다. 남극 얼음에 반사되는 햇빛은 에너지 시스템에 큰 피해를 입혔습니다. Van Allen 벨트에 갇힌 전자와 양성자는 전자 장치를 비활성화합니다. 등등.

COBE 재판 결과가 나오자 Mather에게는 모든 지연과 모든 드라마가 먼 기억 속으로 ​​사라졌습니다. 데이터를 수집하는 데 4년이 걸릴 수 있습니다. 그러나 결과는 놀라웠습니다. 첫 번째 결과는 출시 후 몇 주 후에 Mather가 미국 천문 학회에 스펙트럼을 보여 기립 박수를 보냈을 때 나왔습니다. 빅뱅은 이론상 안전했다. 2년 후인 1992년 4월 미국물리학회 회의에서 팀은 첫 번째 지도를 보여주었습니다. 데이터는 이론과 정확히 일치합니다. 이것은 별과 은하로 자라날 씨앗을 드러낸 빅뱅의 잔광이었다. 물리학자 스티븐 호킹(Stephen Hawking)은 이를 “모든 시대는 아니더라도 금세기 가장 중요한 발견”이라고 묘사했습니다.

Mather는 2006년 노벨상 수상 연설에서 이 발견에 대해 겸손하게 말했습니다. 그는 그 해에 자신과 함께 상을 받은 훌륭한 팀이자 동료인 George Smoot에게 전적으로 공로를 돌렸습니다. 그러나 그는 성취의 중요성을 경시하지 않았다. 그는 “우리의 연구가 전문 천문학계 사람들이 오랫동안 알고 있었던 것만큼 중요하다는 폭넓은 인식”에 감격했다고 말했습니다.

Mather는 오늘날 이러한 사실주의를 유지합니다. 그는 지연, 취소 위협, 비용 초과, “천문학을 먹어치운 망원경”에 대한 더 넓은 과학계의 그다지 미묘하지 않은 적대감에 대해 우려했지만 그것이 자신이나 그의 팀을 소비하도록 허용하지 않았습니다. “다른 사람의 감정을 관리하려고 노력하는 것은 아무 소용이 없습니다.”라고 그는 말했습니다. “커뮤니티 피드백의 대부분은 ‘글쎄, 니켈이 있었다면 다르게 소비했을 것입니다’입니다.” 그러나 그것은 그들의 니켈이 아닙니다. 애초에 우리가 니켈을 갖고 있는 이유는 NASA가 엄청나게 큰 도전에 직면하고 있기 때문입니다. 의회 “우리는 큰 도전에 직면해 있습니다. 그리고 큰 도전은 공짜가 아닙니다. 제가 느끼기에 NASA에 누구나 즐길 수 있거나 불평할 수 있는 천문학 프로그램이 있는 유일한 이유는 우리가 놀라울 정도로 어려운 프로젝트를 수행하기 때문입니다. 가능한 것의 가장자리.”

Mather는 Webb이 허블 우주 망원경보다 조금 더 나은 것은 아니라고 덧붙였습니다. 백배는 더 강해요. 그러나 임무를 설계하는 동안 그의 가장 큰 관심사는 첨단 천문학 장비가 아니라 열려야 하는 거대한 태양 보호막이었습니다. 모든 도구와 배포 메커니즘에는 중복성이 내장되어 있습니다. 기본 방법이 실패할 경우 이를 작동시키는 두 가지 이상의 방법이 있습니다. 그러나 이것이 자외선 차단제의 유일한 문제는 아닙니다. 작동하거나 작동하지 않습니다.

이제 Mather는 습득할 과학에만 전적으로 집중할 수 있습니다. 놀라움을 기대하세요. 놀라움이 없다면 그는 놀랄 것입니다. “천문학의 거의 모든 것은 놀라운 일입니다.”라고 그는 말했습니다. “새로운 장비가 있으면 깜짝 놀라게 될 것입니다.” 그의 직감은 Webb이 초기 우주에 대해 뭔가 이상한 점, 즉 암흑 에너지, 우주 팽창을 가속화하는 것으로 보이는 신비한 힘, 또는 똑같이 신비한 힘. 암흑 물질. 그는 또한 Webb이 카메라를 지구에서 가장 가까운 항성계인 Alpha Centauri로 전환할 때까지 기다릴 수 없습니다. 생명체가 살기에 적합한 행성이 있다면 어떨까요? 웹은 대기 중에 어떤 분자가 존재하는지 감지하는 데 필요한 감도를 갖고 있는 것으로 추정됩니다.

Mather는 “그거 정말 좋을 것 같아요.”라고 말했습니다. 가장 가까운 항성계에서 생명체의 힌트를 얻을 수 있나요? 네, 정말 멋지네요.