Artist’s effect van de James Webb-telescoop na plaatsing van de spiegel en zonnekap. Northrup Grumman/Nasa
Wanneer het enormous geluid van de Ariane 5-raket around de Europese ruimtehaven in Frans-Guyana dendert, betekent dit het einde van een reis die tientallen jaren in de maak is. Bovenop de raket zal de James Webb Space Telescope (JWST) staan, het meest geavanceerde en complexe observatorium dat ooit is gebouwd. Een enorme spiegel van 6,5 meter doorsnee, bestaande uit 18 vergulde segmenten, wordt subtiel gevouwen om in de neuskegel te passen.
Die kostbare lading draagt de hoop en dromen van duizenden ingenieurs en wetenschappers zoals wij, die zo lang hebben gewerkt om dit observatorium te realiseren. We zullen ongetwijfeld allemaal onze adem inhouden.
Als alles goed gaat, zal de mensheid een nieuwe kijk op de kosmos hebben, fulfilled mogelijkheden die alles wat eerder is geweest ver overtreffen. De telescoop zal toegang krijgen tot rijken die voorheen voor ons verborgen waren, omdat ze te ver, te koud of te zwak zijn voor zelfs de eerbiedwaardige Hubble-ruimtetelescoop.
Lees meer: James Webb Area Telescope: wat astronomen hopen te onthullen more than het start out van het universum – podcast
Omdat het licht van de vroegste sterren is uitgerekt door de uitdijing van het heelal above 13 miljard jaar, hebben we instrumenten nodig die werken in infrarood licht, dat we kunnen voelen als warmte, om in dit mysterieuze tijdperk van de kosmische geschiedenis te kijken. JWST is zo gevoelig dat het in theorie de hittesignatuur van een hommel op afstand van de maan zou kunnen detecteren.
We staan op de rand van nieuwe ontdekkingen over de oorsprong van ons universum en onze plaats daarin: inzichten die de pagina’s van de leerboeken van morgen zullen vullen.
JWST-spiegel en zonnekap (gevouwen) omdat ze voor verzending de laatste assessments hebben ondergaan.
Krediet: NASA/Chris Gunn
Maar voordat dat kan gebeuren, moeten we wachten. Niet alleen tijdens de extreme lancering die de JWST van 10 miljard dollar buiten het bereik van onze menselijke handen zal brengen, maar ook tijdens de gespannen maanden van inzet, testen en overbrengen naar een eenzame buitenpost, ter voorbereiding op het “eerste licht” van een faciliteit die is beschreven als de “duurste astronomische gok in de geschiedenis”.
Geen enkel eerder ruimteobservatorium is onderworpen aan meer testen en nauwkeurig onderzoek dan JWST. Het heeft annuleringen, ontwerpwijzigingen en technische fouten overleefd. Het heeft ook budgettaire problemen, natuurrampen zoals orkaan Harvey, een pandemie en zelfs de dreiging van piraterij overleefd terwijl het van Californië naar Frans-Guyana reisde by way of het Panamakanaal.
Dat het deze stormen heeft doorstaan, getuigt van het internationale crew dat verantwoordelijk is voor het observatorium, een wereldwijd partnerschap onder leiding van NASA, de European Space Agency (Esa) en de Canadian Area Company, maar dat honderden instellingen more than de hele wereld omvat.
De lancering en verder
Met zoveel jaren en carrière geïnvesteerd in JWST, zullen alle ogen gericht zijn op die raket die de toren in de ruimtehaven opruimt. Terwijl de wereld zijn adem inhoudt, begint JWST’s gevaarlijke reis nog maar net. In de daaropvolgende weken moet een adembenemende reeks mechanismen en opeenvolgende implementaties perfect werken, waarbij elke stap risico’s aan het proces toevoegt.
Zodra de vaart die de telescoop beschermt uit elkaar gaat, zal het observatorium zijn communicatieapparatuur en zonnepanelen inzetten en beginnen aan zijn 29-daagse reis naar het ‘Lagrange-punt’ (L2) – een positie waar de zwaartekrachten van de zon, de aarde, en orbitale bewegingen van een ruimtevaartuig werken samen om een stabiele locatie te creëren – zo’n 1,5 miljoen kilometer van onze planeet. Ariane zal JWST rechtstreeks naar deze locatie sturen zonder eerst om de aarde te draaien, maar de eerste dag zullen kleine raketten afvuren om het traject aan te passen, en dan zal een laatste verbranding het observatorium een maand later in een baan rond L2 brengen.
Terwijl het naar zijn bestemming reist, zal het een delicate ontvouwing uitvoeren, dansend op een choreografie die jaren in de maak is. Om het zwakke infrarode licht van verre sterren en melkwegstelsels te onderdrukken, moet het hele observatorium koud zijn om niet te worden verblind door zijn eigen infraroodwarmte. Het doet dit door zijn rug naar de zon te houden en een enorme parasol te gebruiken – een zonnescherm ter grootte van een tennisbaan, gemaakt van vijf lagen dun plastic bedekt achieved reflecterend aluminium en gedoteerd silicium, duurzaam om inslagen door zwermen kleine meteorieten te weerstaan. Dit zonnescherm wordt als eerste ingezet, ongeveer een 7 days na de lancering.
De primaire spiegel van JWST wordt in 2017 getest.
NASA/Desiree Stover
Dit wordt gevolgd doorway het ontvouwen van de bloembladen van de hoofdspiegel. Alle achttien segmenten moeten in de ruimte worden uitgelijnd, aangepast en scherpgesteld zodat ze samenwerken als één gigantische spiegel. Deze implementaties omvatten 344 individuele stappen, waardoor het staff op aarde een zenuwslopende wachttijd krijgt. Als er iets misgaat, kunnen we het niet gaan repareren – het is gewoon te ver weg.
JWST-implementatieprocedure.
Esa.
Maanden van testen, kalibreren, uitlijnen en nog meer testen zullen volgen, terwijl de telescoop afkoelt tot 40K (-233°C). Een van de instrumenten, bekend als MIRI, moet nog kouder worden, tot slechts 7K (-266°C). Dit wordt mogelijk gemaakt doorway het op lange poten thermisch te isoleren van de relaxation van het observatorium en een speciale heliumkoelkast te gebruiken.
Er wacht een astronomische premie
Ongeveer zes maanden na de lancering zal JWST eindelijk zijn ogen openen voor de kosmos. Het zal terugkijken in de tijd, tot slechts een paar miljoen jaar na de oerknal om getuige te zijn van het einde van de donkere middeleeuwen, toen materie voor het eerst samensmolt om de eenvoudigste sterren van waterstof en helium te vormen. Dit onontgonnen tijdperk vormde het toneel voor de oorsprong van sterrenstelsels, vormde onze moderne kosmos en bezaaide het universum satisfied complexe elementen.
De telescoop zal ook de atmosferen van planeten rond andere sterren onderzoeken om hun oorsprong en mogelijke bewoonbaarheid te begrijpen. Dichter bij huis zal JWST zijn blik richten op de werelden van ons zonnestelsel en de rotsachtige en ijzige overblijfselen verkennen die zijn overgebleven na de geboorte van planeten.
MIRI-integratie in JWST-payloadmodule in 2013.
NASA/C. Gunn
Cruciaal hiervoor is het MIRI-instrument waaraan we hier aan de Universiteit van Leicester hebben gewerkt, een van de vier instrumenten die de wetenschappelijke belofte van JWST zullen waarmaken. MIRI is gebouwd door een trans-Atlantisch partnerschap van tien Europese landen plus de VS, gezamenlijk geleid door professor Gillian Wright van STFC’s Uk Astronomy Engineering Middle (ATC) in Edinburgh, en professor George Rieke van de Universiteit van Arizona.
Als het enige mid-infraroodinstrument in JWST’s toolkit, zal MIRI afbeeldingen en spectroscopie leveren – een techniek die licht opsplitst in specifieke golflengten – waardoor het de chemische handtekeningen van JWST’s astronomische doelen kan ontrafelen.
MIRI op JWST.
NASA/ Chris Gunn
Het lijdt geen twijfel dat JWST de wetenschappelijke sluizen zal openen en kan leiden tot onverwachte ontdekkingen die de JWST-visionairs zich nog niet eens hebben voorgesteld. We staan op die drempel, hopend dat deze complexe sterrenwacht eindelijk onze ambities kan waarmaken.
Leigh Fletcher leidt een reeks waarnemingen van het JWST-zonnestelsel tijdens het eerste jaar en ontvangt financiering van een European Exploration Council (ERC) Consolidator Grant, de Royal Modern society en de United kingdom Science and Technological know-how Facilities Council (STFC).
John Pye werkt voor de Universiteit van Leicester. Hij is lid van internationale groups die observaties uitvoeren tijdens JWST Cycle 1. Hij ontvangt subsidies van de United kingdom Room Agency en de UK’s Science & Technological innovation Services Council, en ontving eerder subsidies van het Horizon 2020-programma van de Europese Gemeenschap.
Piyal Samara-Ratna werkt voor de Universiteit van Leicester waar hij technisch personeel is. Hij ontvangt onderzoeksfinanciering uit verschillende beurzen. Voor de James Webb Area Telescope Mid-Infrared Instrument is hij gefinancierd doorway de United kingdom Area Company en de UK’s Science & Technological know-how Facility Council. Hij is verbonden aan het Institute of Mechanical Engineers waar hij een Chartered lid is.
