De volledig geassembleerde James Webb-ruimtetelescoop met zijn zonnekap en 'unitized palletstructuren' (die om de telescoop worden opgevouwen voor lancering) worden gedeeltelijk ingezet in een open configuratie om telescoopinstallatie mogelijk te maken.
(Afbeelding: © NASA / Chris Gunn)
Paul M. Sutter is astrofysicus bij De Ohio State University, gastheer van Vraag een Spaceman en Space Radio, en auteur van "Jouw plaats in het universum.'Sutter heeft dit artikel bijgedragen Space.com's Expert Voices: Op-Ed & Insights.
NASA's James Webb Space Telescope is (momenteel) gepland voor lancering in maart 2021, na jaren van vertragingen en miljarden dollars die boven het budget zijn uitgegeven. Hoewel het gemakkelijk is om te beweren dat al die tijd en geld is verspild, zal dit observatorium de première en onbetwiste kampioen van infraroodgolflengten zijn, waardoor we ongeëvenaarde toegang hebben tot hoeken van het universum die momenteel ontoegankelijk zijn.
Als we van alles willen leren, van de eerste sterrenstelsels tot de kans daarvoor leven op andere planeten, de ongeveer $ 9,7 miljard James Webb is onze enige hoop.
Geen rillingen
Terwijl de James Webb Space Telescope ("JWST" voor de kenners) wordt aangekondigd als de "opvolger" van NASA's legendarische Hubble-ruimtetelescoop, dat is het niet. De Hubble is in de eerste plaats een optische telescoop, die golflengten van licht vastlegt die vergelijkbaar zijn met het bereik dat het menselijk oog doet, en dat zich een klein beetje verder uitstrekt tot in de infrarode en ultraviolette (UV) delen van het elektromagnetische spectrum. In wezen is de Hubble een gigantische ruimte-oogbol, die verbluffende foto's levert die je zou zien als je optische zenuwen op dezelfde manier waren uitgerust.
Maar de JWST is anders. Het zal volledig waarnemen in het infrarood en nauwelijks de diepst mogelijke rode kleuren krassen die een mens kan zien. Met andere woorden, de JWST zal een universum bestuderen dat grotendeels onzichtbaar is voor menselijke ervaringen.
Een van de belangrijkste redenen waarom de JWST is ontworpen om een infraroodscoop te zijn, is dat infraroodastronomie over het algemeen heel moeilijk te doen is vanaf het aardoppervlak. Lichte vervuiling is de vloek van astronomen, die hun luchten kristalhelder en perfect donker nodig hebben om hun gedetailleerde waarnemingen en metingen te doen.
En vervuiling door infrarood licht komt van veel verschillende plaatsen. Eigenlijk alles warm. Dat is eigenlijk alles. Menselijke lichamen genereren 100 watt infraroodstraling. De aarde zelf is behoorlijk warm en gloeit sterk in infraroodbanden. Zelfs de telescoop zelf is bij kamertemperatuur gloeiend in het infrarood.
Het is niet dat we het niet kunnen infrarood astronomie vanaf de grond is het gewoon frustrerend moeilijk.
Vandaar ruimte.
Ver van huis
De JWST zal ongeveer 1 miljoen mijl (1,5 miljoen kilometer) van de aarde opereren om hem veilig ver weg te krijgen van onze warme, infrarood gloeiende planeet. Maar zelfs nog, er is de zon om mee te kampen. Ooit buiten gezeten op een mooie zomerdag en de warmte van onze zon op je huid voelen? Ja, dat is infraroodstraling, weggepompt door de emmer. En zelfs een miljoen mijl verwijderd van de aarde, is de zon nog steeds een beetje geroosterd.
Om dit tegen te gaan, hebben ontwerpers van infrarood-ruimtetelescopen een aantal opties. De meest gebruikelijke keuze is om een actief koelsysteem te gebruiken, waarbij de telescoop wordt afgekoeld tot de temperaturen die nodig zijn om infraroodgolflengten goed te observeren. Dit is geweldig en wordt gebruikt door eerdere infrarood-ruimtetelescopen, maar het beperkt wel hun levensduur. Geen koelmiddel meer = geen astronomie meer.
Dus in plaats daarvan zal de JWST een gigantische, dure ruimteparaplu inzetten, 72 voet (22 meter) lang en 36 voet (11 m) breed, gemaakt van vijf lagen extreem reflecterend materiaal, elke laag dunner dan een mensenhaar. Deze enorme "zonnekap"zal de telescoop zelf in constante schaduw houden, ergens ten zuiden van minus 370 graden Fahrenheit (minus 223 graden Celsius), wat ideaal is voor de infraroodgolflengten die het zal bestuderen.
Hoewel, voor de lol, een van de instrumenten aan boord zal worden gekoeld met een actief koelsysteem tot onder de 433 Fahrenheit (minus 258 C), waardoor het toegang heeft tot nog langere infraroodgolflengten.
Aanschouw de wetenschap
Al met al is de JWST enorm. Het is zelfs zo groot dat het niet op een raket zou kunnen passen. Naast de gigantische zonnekap, zal de primaire spiegel 6,5 meter breed zijn, wat veel breder is dan welke raketkuip dan ook die momenteel in gebruik is. Het afplakken van de spiegel aan de zijkant van de raket is niet bepaald een werkbare oplossing, dus in plaats daarvan hebben de slimme NASA-ingenieurs de spiegel in 18 kleinere zeshoekige secties gebroken, die in de raket worden gestopt en samen met de opgevouwen zonnekap en de rest van de telescoop zelf).
Als alles goed gaat, gaat een paar dagen na de lancering de JWST naar zijn observatiepunt, ontvouwt zich en begint te staren.
En wat het zal zien zal - en ik gebruik dit woord niet lichtvaardig - opmerkelijk zijn. Een van de belangrijkste doelen zal het vroege universum zijn, toen onze kosmos nog maar een paar honderd miljoen jaar oud was. De eerste sterren en sterrenstelsels die op het kosmische toneel verschenen, schitterden helder in het zichtbare spectrum, maar in de loop van de afgelopen 13 miljard jaar het heelal is uitgebreid en strekt dat licht uit van het zichtbare bereik en naar het infrarood - precies op de goede plek van de ontwerpparameters van de JWST.
Aangezien we helemaal geen beelden hebben uit het tijdperk van de eerste sterren en sterrenstelsels (in de volksmond bekend als de "kosmische dageraad") dit zal onze allereerste kijk zijn op dit belangrijke tijdperk in de geschiedenis van de kosmos.
Dichter bij huis zal de JWST alles wat cool is in de kosmos bestuderen, van protoplanetaire schijven rond pasgeboren sterren tot moleculaire wolken, kometen, Kuipergordel-objecten en meer.
En JWST zal een gespecialiseerd apparaat gebruiken om licht van enkele verre sterren te blokkeren, zodat het observatorium foto's kan maken van objecten die om die sterren draaien - zoals exoplaneten. Die planeten zullen in het infrarood gloeien en het licht van die planeten zal worden gewijzigd door de chemicaliën en elementen in hun atmosfeer, chemicaliën en elementen die tekenen van leven kunnen zijn.
Van ET-jager tot kosmische dageraad, de JWST is het wachten zeker waard.
- NASA's James Webb-ruimtetelescoop: de kosmische opvolger van Hubble
- House Spending Bill Fires Warning Shot op James Webb Space Telescope
- De James Webb-ruimtetelescoop van NASA arriveert in Californië voor de eindmontage (foto's)
Lees meer door naar de aflevering te luisteren 'Is de James Webb het wachten waard?' op de Ask A Spaceman-podcast, beschikbaar op iTunes en op het web op http://www.askaspaceman.com. Met dank aan @SethDSanders, @hhyech, White I. en Veljo U. voor de vragen die tot dit stuk hebben geleid! Stel je eigen vraag op Twitter met #AskASpaceman of door Paul te volgen @PaulMattSutter en facebook.com/PaulMattSutter.
