NASAのゴダード宇宙飛行センターの天体物理学者で、100億ドルのジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の運用プロジェクト科学者を務めているジェーン・リグビーは、「望遠鏡をください。何か良いことを思いつくことができます。これまで人類によって建設された最大かつ最も強力な地球外観測所です。リグビーはそのキャリアを通じて、世界有数の地上および宇宙ベースの天文施設の多くを使用してきました。彼女は、ウェッブの多くの「アーリー リリース サイエンス」キャンペーンの 1 つを指揮しており、最初の 1 年間の観測を前倒しして、望遠鏡を使用して、宇宙時間の何億年にもわたる銀河の星形成を研究しています。しかし、ウェッブとの彼女の主な仕事は、彼女のチームと協力して、望遠鏡を使用する幸運なすべての人が「何か良いこと」を行うことができるようにすることです。年の主な使命。これは簡単な仕事ではありません。この他に類を見ない天文台からできるだけ多くの科学を絞り出したいと考えている人にとって、Webb の時間のすべての瞬間は貴重であり、Rigby がスケジュールを監督しています。
Webb が 2021 年のクリスマスの日に打ち上げられて以来、彼女と彼女の同僚は、宇宙の最初の銀河、近くの太陽系外惑星などに関する画期的な発見を届けるために天文台を準備するためにノンストップで取り組んできました。現在、ミラーと機器の準備が整い、科学画像とデータセットの最初のバッチが差し迫ったリリースに向けて準備されており、ウェッブの革新的な研究が真に開始される準備が整っています. 科学的アメリカ人 ウェッブを運用するために必要なチームワーク、天文台の不確実な寿命、既知の宇宙で最大かつ最高の望遠鏡への 100 億ドルの投資に対する収益を最大化する繊細な作業について、リグビーに話しました。
[編集されたインタビューの写しが続きます .]
ウェッブは順調ですね。私たちは望遠鏡の最初の科学画像を見ようとしています.その性能は試運転中に期待を上回りました.深宇宙への航海は、2040年代まで運用を続けるのに十分な余剰推進剤を残しました. .何十年にもわたる地道で勤勉な作業と 100 億ドルを必要とした、この驚くべき施設から、これほど多くの「余分な」時間を得ることができると考えると、なんと驚くべきことでしょう。そこで、このプロジェクトがこの投資をどのように保護しているか、いわば、このプロジェクトがどのようにスクイーズのジュースを最大化するかについてお話ししたいと思います.
物事は絶対に見栄えがします。この望遠鏡は、私たちが約束しただけでなく、多くの点で優れています。そして、ジュース作りのあらゆる側面についてお話しできることをうれしく思います。チームの他の全員と同様に、Webb の最初の科学画像を公開できることに興奮しています。実際に「汁」を出すのは今回が初めてで、その甘さは各自でご判断ください。私はこの「ジュース」の比喩が好きです — ステロイドについて話しているのでなければ.
ちょっと待って、ウェッブは「ステロイドのハッブル」じゃないの？悪い冗談です。
実際には、多くのステロイドが必要になります。 Webb は、既存の天文台よりも 100 倍強力です。
ははは、わかりました。あなたは Webb のオペレーション担当プロジェクト サイエンティストです。それはあなたがすべてのジュースを作っているということですか?
プロジェクトサイエンティストが行うことの 1 つは、科学の良心として行動することです。この望遠鏡は主にエンジニアと管理者によって構築されましたが、科学者もループに参加して、構築されている科学を確実に実行できるようにする必要がありました。現在、「運用」プロジェクトの科学者として、私は望遠鏡をどのように使用するかについて心配しています。提案された観測の選択から観測スケジュールの作成、望遠鏡の操作から地球へのデータの取得、すべてのデータの削除まで、すべてです。楽器の署名。科学を成し遂げるために必要なことは何でも。
そうですね。つまり、明確にするために、あなたはオペレーション プロジェクトの科学者ですが、Webb の外観や誰がそれを使用するかを選択するという意味ではありません。
トラック内に「誰が知っているか」はありません。ウェッブの時間のほとんどは、非常に競争の激しい査読を通じて割り当てられています。サイクル 1 のジェネラル オブザーバー プログラムでは、世界中から寄せられた 1,000 件以上の提案をレビューしてランク付けするために、200 人の専門家からなるパネル (COVID の影響で全員がオンライン) に参加してもらいました。提案の上位 4 分の 1 が選択されました。これは二重の匿名で行われます。レビュアーは誰が提案を書いたかを知りませんし、提案者は誰がそれをレビューしたかを知りません。アイデアの質で判断したい。つまり、たとえば、外部の学界からの独学者が Webb で時間を得ることができるということです。あなたは必ずしも私たちの国を好きではない国に住んでいる可能性があります.私たちは最高のアイデアを求めているので、これはオープンな競争です。
では、どのアイデアが優先されるかを判断するために、これらすべての「最良の」アイデアをどのように調整しますか?大変な仕事ですね。
これは、ジューサーを作ることと実際にジューサーを使ってジュースを作ることの違いを説明し、どこが詰まっているかを見て、それを直すようなものです.
ウェッブは、特定の日の空の 3 分の 1 以内のどこでも指すことができます。この制限により、日よけは常に地球、太陽、月からの光を遮断する方向に向けられます。その可観測領域は、Webb が 1 年の間に空の 100% を見ることができるように歳差運動します。固定されたターゲット (太陽系の周りをぐるぐる回っていないものなど) について、ウェッブがそれを見ることができるのは、年間何日であるかを計算できます。私たちの太陽系の面にあるターゲットは、年間約 60 日間利用できます。平面外のターゲット (太陽系の北極または南極までまっすぐ) は、一年中利用できます。中間の黄道緯度のターゲットは、これらの極値の間に収まります。
特定の時間に観察する必要があるいくつかのターゲット。星の周りの軌道上の特定のポイントにある太陽系外惑星、星の爆発、または時間に依存するその他の現象のように。
空がどのくらい暗いかという問題もあります。ターゲットや波長によっては、太陽に向かって熱い塵を見ているのか、太陽系のさらに外側の冷たい塵を見ているのかが非常に重要になります。したがって、特定のターゲットについて、それを観測するための空の暗さは季節によって異なります。一部の観察では、あまり気にしません。しかし、本当にかすかなものを見ている場合は、背景の空ができるだけ暗いときにスケジュールを設定したいと考えています.
また、Webb をアイドル状態にしたくありません。そして、データを地球に戻す必要があります。私たちは通常の科学活動の約 3 分の 1 の時間で地球と会話しており、観測中にはジンバル アンテナを向けることができます。データ レートは毎秒約 30 メガビットと悪くありませんが、ケーブル モデムよりも遅く、Webb の機器には 57 メガピクセルのメモリがあります。ユーザーにデータを大量に消費しないように依頼し、多くのデータ圧縮を行うことで、これを管理しています。
これらすべての制約を最適化して望遠鏡をスケジュールし、許容可能なソリューションのファミリを生成します。私たちは長期的な計画を立て、観測ごとに、それが起こりそうな1か月間の時間枠を割り当てます。そして、7日から10日ごとに、その週の詳細なスケジュール、いわば打順を作ります。このプロセスは、同じく多くの制約があるハッブルから採用されていますが、ウェッブのプロセスはハッブルのプロセスとはかなり異なります。
など?
まず第一に、ハッブルにとって、地球は半分の時間邪魔になっています。ハッブルはその時間を使って次のターゲットに向かいますが、それ以外の場合は準備を整えます。 Webb は深宇宙にあるため、その問題はありません。つまり、ウェッブはハッブルのようにスルーを地球の後ろに隠すことはできません。ウェッブは大きな望遠鏡なので、時計の分針よりゆっくり回転します。したがって、180 度回転させたい場合は、1 時間近くかかります。性別の言葉を使うと、スケジューリングは典型的な「巡回セールスマン」の問題です。ルートを形成するために、さまざまな「停留所」の束をどのように最適化するのでしょうか?大規模で時間のかかるスルーを避けるために、空の近くにある一連の訪問をリンクします。
ウェッブとハッブルが異なる別の方法があります。これは、望遠鏡のスケジュールと世話をするために重要であり、それが勢いの蓄積です。光子が運動量を運ぶという事実が、望遠鏡の寿命に限界を設定することが判明しました。推進剤は Webb の寿命に対する主な制約の 1 つであり、運動量管理は Webb の推進剤の主な用途の 1 つだからです。
少し開梱してもらえますか?
Webb のサンシールドに当たる光子がトルクを適用します。これで、トルクを相殺するように日よけを向けることができますが、望遠鏡を目標に向けたいのであって、日よけが太陽光と完全にバランスが取れないようにする必要があります。そのため、光子が日よけに当たり、トルクがかかり、Webb のリアクション ホイールが回転してこの効果を打ち消し、望遠鏡を向けたままにします。しかし、リアクション ホイールは非常に速くしか回転できません。彼らは時々角運動量を捨てる必要があります。地球低軌道では、ハッブルはリアクション ホイールを地球の磁場に結合させて速度を落とすだけです。それは深宇宙ではうまくいかないので、代わりに Webb がスラスターを発射してリアクション ホイールの回転を押します。これらの運動量ダンプは、毎回少量の推進剤を使用して定期的に行います。しかし、あなたが言ったように、この段階では2040年代に入るのに十分な推進剤があるので、Webbの寿命はコンポーネントの寿命によって制限される可能性が高くなります.正直なところ、この望遠鏡が目を開けたばかりの新生児であるときに、老人ホームで過ごした日々を描くのは奇妙に感じます!
次の質問は気に入らないかもしれません:他のすべてが桃色のままで、推進剤が必然的になくなると仮定すると、Webb はどのように死ぬのでしょうか?
うわー、それで、私たちは本当にこのことの死について話している.これについてはほとんど話したくありません。真新しい望遠鏡なので、時期尚早に感じます。赤ちゃんの死について話しているようなものです。推進剤が限られていることについて話している場合、そのリソースがなくなると、ソーラーパネルが常に太陽を見て、望遠鏡が太陽を決して見ないようにするためのポインティングを制御できなくなります.最終的には、ソーラー パネルが十分に長く影に隠れ、回復の見込みがなくなります。それはウェッブの最後の息のようなものだと思います。それは、それが本当に死んでいることがわかったときです。しかし、繰り返しになりますが、Webb は生まれたばかりなので、晩年に何が起こるかを正確に知ることは困難です。
たとえば、主鏡セグメントの 1 つに予想以上の影響を与えた微小隕石の衝突にはすでに驚かされており、そのような出来事が Webb の進行中の光学性能にどのような影響を与えるかを積極的に研究しています。微小隕石は軌道上の生命の事実であり、ミラーと日よけの品質を徐々に低下させます—そして私たちはそれを念頭に置いて過剰に設計し、マージンを構築しました—しかしこれは5年に1回のイベントでしたか?運が悪かったのか、それとも予想以上にこのようなヒットが発生するのでしょうか?私たちはそれを理解するために取り組んでいます。もちろん、私はまだ長く実りある任務を計画しています。
そうですね。ご存知のように、Webb に取り組んでいるあなたや他の人々は、かなり合理的に、Webb に感情的な愛着を形成しているようです。望遠鏡のこれまでの短い寿命の中で、さまざまな分岐点のすべての瞬間をナビゲートすることは、より困難になりましたか?
まあ、ウェッブの試運転の段階ごとに感情は変わります。打ち上げ中とその後の最初の数週間で大規模な展開を行っていたとき、その日にミッションを失う可能性があることがわかった重要な日がいくつかありました.私たちはそれについて率直でした。 NASA は「29 Days on the Edge」というこのビデオも作成しました。当時の私は宿命論でアプローチしようとしました。次々と展開が機能するにつれて、私は悲しみの段階を経ていることに気づきました。主に駆け引き:「ああ、副鏡だけを取り出してください。2 つの翼を展開するために主鏡は必要ありません!」
副鏡を使用する理由
「二次」という言葉は、それほど重要ではない、またはバックアップのように聞こえます。しかし、望遠鏡では、セカンダリは、プライマリの後に光が2番目に当たることを意味します。ウェッブの主鏡は象徴的で、はるかに大きいです。しかし、その 0.7 メートルのセカンダリは非常に重要です。副鏡の展開がうまくいかなかった場合、その豪華な主鏡から跳ね返った光は、科学機器に集められる代わりに、宇宙に飛び出し、永遠に失われてしまうでしょう。主鏡が完全に開いていなくても、副鏡がまだあれば、望遠鏡は機能していますが劣化しています。したがって、副次的なミラーが完全に展開されたとき、私は過去 11 年間このことに取り組んできた後、自分がどれだけの心配を抱えていたかに気付きました。
ありがたいことに、これらの成功または失敗の瞬間と、集中的な振り付けとテストの「コミッショニング」フェーズが完了しました。望遠鏡が目標温度まで冷却され、光学系が調整され、科学機器の準備が整いました。私たちは実際の望遠鏡の宇宙での真の性能を知るようになりました.最初の科学画像で、ウェッブが機能しているだけでなく、それが構築されたすべての驚くべき科学を完全に実行できることを示します.素晴らしい気分です。
