Setelah melewati perencanaan dan produksi teknologi yang rumit selama 32 tahun, Badan Penerbangan dan Antariksa Amerika Serikat (NASA) bersama dengan European Space Agency (ESA) dan Canadian Space Agency (CSA) akhirnya siap meluncurkan teleskop terbaru paling canggih, James Webb Space Telescope (JWST), bertepatan dengan Hari Natal 25 Desember 2021.
Wahana antariksa astronomi inframerah baru ini mendapatkan tugas utama untuk memeriksa alam semesta muda, yaitu beberapa juta tahun pertama dari umur alam semesta yang kini mencapai 13,7 miliar tahun.
Saat itu alam semesta belum lama menjadi netral secara elektromagnetik, artinya jumlah partikel bermuatan positif sama dengan jumlah partikel bermuatan negatif. Dengan ini gaya gravitasi mulai bisa bekerja secara efektif membuat materi saling berkumpul membuat kelompok yang masif, sehingga bintang-bintang pertama lahir, dan cikal bakal galaksi-galaksi perlahan mewujud.
Proyek misi astronomi berteknologi tinggi senilai US$ 10 miliar ini, selain untuk memajukan sains tentang fisika alam semesta, juga akan menghasilkan manfaat segera untuk kebutuhan keseharian manusia. Seperti untuk teknologi kesehatan, keamanan, transportasi, komunikasi, dan pengembangan teknologi material yang terbaik untuk berbagai keperluan modern.
Belum diluncurkan saja, teknologi optiknya telah dapat dimanfaatkan dalam kedokteran mata. Pengembangan material untuk JWST telah menghasilkan konstruksi yang super stabil. Materialnya tidak bergerak bahkan dalam rentang sepersepuluhribu lebar sehelai rambut. Dalam waktu dekat permintaan akurasi dalam kehidupan modern yang semakin tinggi, seperti untuk penentuan waktu dan posisi, akan memanfaatkan material semacam ini.
Misi James Webb
JWST bukan teleskop ruang angkasa pertama.
Salah satu pendahulunya yang terkenal, Hubble Space Telescope, diluncurkan pada 1990 dan sampai kini masih beroperasi di luar angkasa. Teleskop Hubble bukan hanya membuka mata para ilmuwan tapi juga membuka pandangan umat manusia pada alam semesta yang indah, luas, kompleks, dan menakjubkan. Data rinci dari Hubble telah menjadi tulang punggung ribuan karya ilmiah, sementara foto-foto nebula, galaksi, planet jauh, dan lain sebagainya, menghiasi majalah untuk umum. Sejak itu, astronomi menjadi cabang sains yang amat populer.
Teleskop James Webb akan menghasilkan data untuk perolehan pengetahuan alam yang lebih dalam dan menarik lagi.
Salah satu teleskop inframerah yang sukses sebelum James Webb adalah Herschel Space Observatory. Teleskop ini bertugas mengamati galaksi-galaksi yang sedang memproduksi bintang dalam jumlah besar yang amat cemerlang pada rentang panjang-gelombang inframerah jauh (60-500 micron). Teleskop ini diluncurkan pada 2009 dan selesai tugasnya pada 2013.
JWST mendapat tugas untuk mengamati bintang-bintang generasi awal yang dapat dideteksi pada rentang 0,6-28,6 micron. Karena alam semesta telah memuai belasan miliar tahun sejak bintang-bintang ini lahir, jarak ke mereka telah teramat jauh, sehingga cahayanya teramat redup.
Untuk dapat efektif mengumpulkan cahaya yang datang sedikit demi sedikit ini, peneliti perlu cermin pengumpul cahaya yang luas. Diameter Herschel yang hanya 3,5 meter membatasi deteksi hingga sumber cahaya yang relatif dekat. Sedangkan JWST yang berdiameter 6,5 meter dapat mendeteksi cahaya yang jauh lebih redup, termasuk sumber-sumber cahaya yang jauh pada masa lampau.
Pemuaian alam semesta secara global menjauhkan satu galaksi dari yang lain. Ini mengakibatkan panjang-gelombang cahaya dari galaksi-galaksi jauh bergeser ke arah panjang-gelombang yang lebih panjang, menjadikan sebagian besar galaksi akan tampak lebih terang jika diamati pada panjang-gelombang panjang seperti inframerah.
Selain itu, bintang-bintang amat sering terlahir dalam selimut debu yang membuatnya sulit diamati karena debu menyerap cahaya tampak. Namun debu meloloskan cahaya inframerah. Itulah alasan utama penyiapan teleskop inframerah. Dan, karena uap air di atmosfer Bumi juga tidak meloloskan cahaya inframerah, teleskop inframerah perlu dikirimkan ke luar atmosfer Bumi.
1,5 juta kilometer dari Bumi
JWST akan diposisikan di titik Lagrange ke-2 (L2) dalam sistem gravitasional Bumi-Matahari. Titik ini akan membuat posisinya stabil dengan energi minimal. Titik itu berjarak sekitar 1,5 juta kilometer dari Bumi, sekitar 4 kali jarak Bumi-Bulan.
Kendala terbesar menjadi jelas: jarak yang begitu jauh tidak akan memungkinkan perbaikan wahana oleh astronot seperti yang telah sukses dilakukan pada Hubble Space Telescope.
Semua pergerakan manuver wahana dan detail internal lainnya yang melibatkan pengoperasian ratusan elemen mekanik harus terlaksana dengan sempurna. Tidak boleh ada kesalahan operasional sekecil apa pun untuk memastikan semua berjalan dengan optimal. Ini yang membuat JWST wahana antariksa paling canggih dan rumit.
Teleskop Herschel juga diletakkan pada L2, tapi dimensi dan desainnya yang kompak, tidak besar dan sederhana, membuat pengemasan (packaging) dan pembongkaran (unpackaging) muatan lebih sederhana. Ini memberikan pelajaran penting dalam menyiapkan JWST.
JWST yang berbobot tujuh ton akan diantar oleh Roket Ariane 5 milik European Space Agency ke jarak sekitar satu juta kilometer dari Bumi dalam keadaan rapi terlipat seperti origami di dalam ruang sempit di bagian atas roket. Kapsul atau ruang khusus untuk astronot JWST akan terlepas dari Roket Ariane 5 delapan menit setelah diluncurkan dari Kourou, pusat peluncuran roket di Guiana Prancis.
Pada menit ke-31, sayap-sayap sel surya dikembangkan untuk mengisi tenaga ke baterai yang akan menghidupkan berbagai peralatan, termasuk peralatan komunikasi ke Bumi. Setelah 12 jam, roket pendorong kecil menyala dan JWST dapat meneruskan perjalanan hingga tiba di lokasi targetnya.
Pekerjaan-pekerjaan berikutnya semakin rumit dan berisiko fatal pada seluruh misi.
Menjelang hari ketiga layar-layar pelindung dibuka. Pada hari keenam, cermin kedua yang amat krusial perannya dalam sistem teleskop akan mulai bergerak untuk siap pada posisinya pada hari ke-10. Susunan cermin primer akan mulai digerakkan pada hari ketujuh dan akan sepenuhnya mekar dua pekan sejak keberangkatan.
Ini semua dilaksanakan sambil JWST terus bergerak menuju titik L2 yang akan dicapai sekitar sebulan setelah peluncuran.
Dalam bulan-bulan berikutnya akan dilaksanakan alignment sistem cermin, yakni memastikan arah pantulan cermin-cermin tepat seperti yang dirancang, kalibrasi (penyelarasan pengukuran) instrument-instrumen, dan berbagai pengujian. Jika semua berjalan baik, barulah menjelang akhir Juni 2022 JWST akan siap beroperasi menjalankan tugas utamanya.
JWST akan selalu berada pada sisi malam Bumi dengan orientasinya memunggungi Bumi. Ini yang akan membuatnya sebuah teknologi terintegrasi yang belum ada tandingannya dalam menjadi kepanjangan indera manusia untuk mengeksplorasi semesta.
Pelajaran dari proyek raksasa dan rumit
Astronomi adalah cabang sains yang amat mengandalkan kerja sama internasional. Ini karena karakter universal objek dan cakupan studinya, serta semakin beratnya tantangan teknologi dan finansial untuk menjalankan proyek observasi skala besar, rumit dan inovatif.
James Webb Space Telescope (JWST) merupakan hasil kerja sama NASA dengan European Space Agency dan Canadian Space Agency.
Penyelesaian JWST ini sebenarnya tertunda sekitar satu dekade. Penyebabnya, antara lain, kekurangsiapan manajemen, kurang rapinya koordinasi antardivisi, estimasi terlalu rendah atas tingkat kesulitan desain dan realisasi desain. Secara finansial, ini berdampak pada estimasi terlalu rendah pada anggaran kerja dan belanja.
Suksesnya proyek saintifik ambisius yang mendorong teknologi tercanggih pada zamannya (state of the art) ini mensyaratkan para peneliti dan aktor yang terlibat memiliki kemampuan memprediksi, merancang, membuat, mengelola berbagai jenis dan tingkat kerja sama.
Proyek ini berisi banyak bagian. Mulai dari penjernihan tujuan saintifik, studi area dan jenis-jenis objek yang akan diamati, hingga pendetailan rancangan teleskop dan instrumen pelengkap seperti detektor dan spektrograf. Lalu infrastruktur seperti layar pelindung, sel surya dan baterai, pengiriman data ke Bumi, dan hal lainnya. Ini baru produk keperluan saintifik saja.
Pekerjaan besar lain adalah merancang teknologi yang rumit ini dapat diterbangkan ke tujuan dan beroperasi tanpa kehadiran manusia sama sekali. Masing-masing instrumen disiapkan oleh institusi dan perusahaan secara terpisah, yang semuanya adalah yang terdepan dalam teknologi relevan.
Proyek ini menjadi contoh pengalaman bekerja sama untuk proyek-proyek besar berikutnya. Sungguh indah ketika pemikiran dan teknologi membawa kita memahami sejarah semesta lebih dalam dan lebih menyeluruh.
Ini sebuah teknologi yang menghaluskan akal budi melalui pengetahuan detail tentang sejarah Semesta, sekaligus menawarkan teknologi bagi solusi atas masalah kita di Bumi.