James Webb Room Telescope-spiegels ondergaan cryogene tests. Ball Aerospace/Shutterstock, CC BY-ND
Als alles volgens plan verloopt op 25 december, betreden we een nieuw tijdperk van de astronomie fulfilled de lancering van de James Webb House Telescope (JWST). Het is een evenement waar al tien jaar naar wordt uitgekeken – het zal de grootste en duurste en meest complexe telescoop zijn die ooit is gebouwd, getest en in de ruimte is gelanceerd.
Op het second van schrijven is de telescoop van $ 10 miljard (£ 7,5 miljard) van brandstof voorzien voor zijn vlucht en gemonteerd bovenop de Ariane 5-raket in de Europese ruimtehaven in Frans-Guyana, die hem de ruimte in zal brengen.
De lancering zal zowel opwindend als angstaanjagend zijn voor de duizenden wetenschappers, ingenieurs, administrators en ondersteunend personeel die JWST tot dit punt hebben gebracht. Als voorzitter van de Place Telescope Science Institute Council, die het operatiecentrum voor JWST zal leiden, zal ik hun nervositeit delen. Het wetenschappelijke potentieel is immers enorm – JSTW zou enkele van de grootste vragen more than het universum kunnen beantwoorden.
Het mysterieuze vroege heelal
JWST wordt vaak aangekondigd als vervanger van de Hubble Space Telescope, maar ik zou hem toch liever als opvolger zien. Hubble is nu al meer dan 30 jaar actief en heeft ons geweldige uitzichten op het universum en vele duizenden wetenschappelijke resultaten gegeven. We hopen en verwachten dat het nog vele jaren zal blijven functioneren.
Maar de relatief kleine spiegel met een diameter van 2,4 meter beperkt in vergelijking achieved telescopen op de grond de gevoeligheid en het vermogen om de zwakste objecten te observeren. Hoewel Hubble enig vermogen heeft om in infrarood licht waar te nemen, heeft hij geen toegang tot de golflengten van het licht van de allereerste sterren en sterrenstelsels. JWST zal dit echter wel kunnen. Het kan zelfs populatie III-sterren zien (sterren die zijn gevormd uit oermateriaal van de oerknal) die nog nooit eerder zijn waargenomen.
Weten wanneer de eerste sterren werden gevormd, kort na de oerknal, en begrijpen hoe ze de bouwstenen van de eerste sterrenstelsels produceerden, is een belangrijke wetenschappelijke vraag en een van de belangrijkste wetenschappelijke doelen van JWST. We weten dat de elementen die nodig zijn voor leven en moderne technologie, zoals koolstof, siliconen en goud, uiteindelijk in vroege sterren zijn gemaakt, maar we hebben momenteel geen goed begrip van hoe dit is gebeurd.
Luister naar Martin Barstow die praat around de James Webb Room Telescope in de podcast The Discussion Weekly.
De noodzaak om zwakke objecten in het verre heelal te detecteren, is een belangrijke drijfveer geweest voor het ontwerp van het observatorium, het bepalen van de grootte, de golflengtedekking en de noodzaak om het erg koel te houden om ongewenst achtergrondlicht te minimaliseren.
Het bestuderen van de eerste sterren en sterrenstelsels is niet het enige wetenschappelijke programma dat JWST zal uitvoeren. Het is ontworpen als een observatorium voor algemene doeleinden waarop astronomen van over de hele wereld tijd kunnen aanvragen om hun onderzoek te ondersteunen. Doorway bijvoorbeeld in het infrarood te observeren, kan JWST door de stofwolken heen kijken die zeer jonge sterren omhullen, die ondoorzichtig zijn voor zichtbaar licht.
Sterren kunnen worden geboren in stofwolken die ‘reflectienevel’ worden genoemd.
NASA/Shutterstock
In tegenstelling tot Hubble zal het in staat zijn om rechtstreeks in “stellaire kraamkamers” te kijken, waar sterren en hun planetaire systemen worden geboren. De waarnemingen zullen vragen beantwoorden around hoe de wolken van stof en gas instorten om sterren te vormen en hoe planetenstelsels zich om hen heen vormen.
Exoplaneet bewoonbaarheid
Toen de eerste plannen voor JWST meer dan 20 jaar geleden werden besproken, waren er geen andere planeten bekend dan die in ons eigen zonnestelsel. Sindsdien hebben astronomen duizenden planeten ontdekt die rond andere sterren in onze melkweg draaien (exoplaneten). Een aanzienlijk deel van het JWST-observatieprogramma zal worden besteed aan de studie van hun atmosferen. De golflengtedekking van JWST is bijzonder goed afgestemd op het bestuderen van moleculen in atmosferen van exoplaneten en de lage infrarode achtergrond vanuit de ruimte, waardoor het een aanzienlijk voordeel heeft 10 opzichte van telescopen op aarde.
Er zijn twee technieken beschikbaar. Men maakt gebruik van het feit dat planeten voor hun moederster kunnen passeren (een transit genoemd), waardoor een dip ontstaat in het licht dat we ervan zien. Doorway het licht, uitgesplitst naar golflengte, satisfied grote precisie voor en tijdens een transit te analyseren, kunnen we de atmosfeer van de planeet onderzoeken om te ontdekken uit welke moleculen het bestaat. Een andere techniek maakt gebruik van een speciaal instrument, een ‘coronagraaf’ genaamd, om het licht van de moederster te blokkeren om directe beeldvorming van de planeet mogelijk te maken en de atmosfeer of het oppervlak te bestuderen. Dit zou kunnen helpen om te ontdekken of een planeet geschikt is voor leven, wat misschien verder onderzoek rechtvaardigt en op een dag mini-ruimtesondes daarheen stuurt.
Het uiteindelijke doel is om een planeet te vinden die lijkt op de aarde, maar daarvoor is een zeer gelukkige combinatie van omstandigheden nodig, omdat ze waarschijnlijk zeldzaam zijn in de buurt van de zon en erg zwak zijn in vergelijking satisfied de moederster. Hoogstwaarschijnlijk zal JWST “gasreuzen” zoals Jupiter en Saturnus of “ijsreuzen” vergelijkbaar fulfilled Uranus en Neptunus in ons eigen zonnestelsel bestuderen. Geen van de bekende planetenstelsels lijkt op die van ons, fulfilled veel reuzenplaneten in kleinere banen dan de onze, en extremere opwarming van hun atmosferen en meer dynamische weersomstandigheden.
Naast het bestuderen van planeten buiten ons zonnestelsel, zal JWST ons thuisplaneetstelsel kunnen observeren. Zijn grote gevoeligheid zal de identificatie en karakterisering van kometen en andere ijzige lichamen in de buitenste regionen van het zonnestelsel mogelijk maken. Op zo’n afgelegen locatie zijn deze objecten sinds hun vorming grotendeels onveranderd gebleven en kunnen ze aanwijzingen bevatten around de oorsprong van de aarde, met title de bron van het h2o, dat het resultaat kan zijn van bombardementen doorway dergelijke lichamen in het get started van haar leven.
JWST zal ook in staat zijn om alle planeten te observeren die buiten de baan van de aarde om de zon liggen, en hun atmosferen en seizoensvariaties in het weer te bestuderen.
Gedetailleerde plannen en ideeën voor wat er zal worden ontdekt, zijn een essentiële rechtvaardiging voor de kosten van het bouwen van een ambitieuze, baanbrekende telescoop zoals JWST. Maar er zullen ontdekkingen zijn die niemand kan voorzien. Toen Hubble werd gelanceerd, was het idee van exoplaneten grotendeels sciencefiction, maar het bestuderen van exoplaneten werd een van de belangrijkste taken. Ik vraag me af welke verrassende wetenschap ons te wachten staat achieved JWST.
Martin Barstow ontvangt financiering van de Britse ruimtevaartorganisatie.
