Wij mensen hebben een onverzadigbare honger om het universum te begrijpen. Zoals Carl Sagan zei: 'Begrip is extase.' Maar om het universum te begrijpen, hebben we steeds betere manieren nodig om het te observeren. En dat betekent één ding: grote, enorme, enorme telescopen.
In deze serie kijken we naar 6 van 's werelds Super Telescopes:
- De Giant Magellan-telescoop
- De overweldigend grote telescoop
- De 30 meter telescoop
- De Europese extreem grote telescoop
- De grote synoptische surveytelescoop
- De James Webb Space Telescope
- De Wide Field Infrared Survey Telescope
De James Webb-ruimtetelescoop “> James Webb-ruimtetelescoop (JWST of de Webb) is misschien wel de meest verwachte van de supertelescopen. Misschien omdat het een gemarteld pad heeft doorlopen op weg naar zijn bouw. Of misschien omdat het anders is dan de andere supertelescopen, wat betekent dat het 1,5 miljoen km (1 miljoen mijl) verwijderd is van de aarde zodra het in werking is.
Als je het drama achter de Webb hebt gevolgd, weet je dat kostenoverschrijdingen er bijna voor zorgden dat het werd geannuleerd. Dat zou heel jammer zijn geweest.
De JWST brouwt sinds 1996, maar heeft onderweg wat hobbels gehad. Die weg en zijn hobbels zijn elders besproken, dus wat volgt is een kort overzicht.
De eerste schattingen voor de JWST waren een prijskaartje van $ 1,6 miljard en een lanceringsdatum van 2011. Maar de kosten schoten omhoog en er waren andere problemen. Dit zorgde ervoor dat het Huis van Afgevaardigden in de VS besloot het project in 2011 te annuleren. Later datzelfde jaar keerde het Amerikaanse Congres de annulering echter terug. Uiteindelijk kwamen de uiteindelijke kosten van de Webb uit op $ 8,8 miljard, met een lanceringsdatum voor oktober 2018. Dat betekent dat het eerste licht van de JWST veel eerder zal zijn dan de andere supertelescopen.
De Webb was bedoeld als een opvolger van de Hubble-ruimtetelescoop, die sinds 1990 in gebruik is. Maar de Hubble bevindt zich in een baan om de lage aarde en heeft een primaire spiegel van 2,4 meter. De JWST bevindt zich in een baan op het LaGrange 2-punt en de primaire spiegel zal 6,5 meter zijn. De Hubble neemt waar in de nabije ultraviolette, zichtbare en nabij-infrarode spectra, terwijl de Webb in langgolflengte (oranjerood) zichtbaar licht zal waarnemen, door middel van nabij-infrarood tot midden-infrarood. Dit heeft enkele belangrijke implicaties voor de wetenschap die de Webb oplevert.
De James Webb is gebouwd rond vier instrumenten:
- De bijna-infraroodcamera (NIRCam)
- De Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec)
- Het mid-infraroodinstrument (MIRI)
- De fijngeleidingssensor / Near InfraRed Imager en Slitless Spectrograph (FGS / NIRISS)
De NIRCam is de belangrijkste imager van Webb. Het zal de vorming van de vroegste sterren en sterrenstelsels, de populatie van sterren in nabijgelegen sterrenstelsels, Kuipergordelobjecten en jonge sterren in de Melkweg observeren. NIRCam is uitgerust met coronagrafen, die het licht van heldere objecten blokkeren om in de buurt dimmende objecten te observeren.
NIRSpec werkt binnen een bereik van 0 tot 5 micron. De spectrograaf splitst het licht in een spectrum. Het resulterende spectrum vertelt ons over een object, temperatuur, massa en chemische samenstelling. NIRSpec zal 100 objecten tegelijk observeren.
MIRI is een camera en een spectrograaf. Het zal het roodverschoven licht zien van verre sterrenstelsels, nieuw gevormde sterren, objecten in de Kuipergordel en zwakke kometen. De camera van MIRI zal breedbeeld, breedbandbeeldvorming bieden die hoger scoort dan de verbazingwekkende beelden waar Hubble ons een vast dieet van heeft gegeven. De spectrograaf geeft fysieke details van de verre objecten die het zal observeren.
Het onderdeel Fine Guidance Sensor van FGS / NIRISS geeft de Webb de precisie die nodig is om beelden van hoge kwaliteit te leveren. NIRISS is een gespecialiseerd instrument dat in drie modi werkt. Het onderzoekt eerste lichtdetectie, exoplaneetdetectie en -karakterisering en exoplaneet transit spectroscopie.
Het overkoepelende doel van de JWST is, samen met vele andere telescopen, om het universum en onze oorsprong te begrijpen. De Webb onderzoekt vier brede thema's:
- Eerste licht en re-ionisatie: In de vroege stadia van het heelal was er geen licht. Het universum was ondoorzichtig. Uiteindelijk, terwijl het afkoelde, konden fotonen vrijer reizen. Dan, waarschijnlijk honderden miljoenen jaren na de oerknal, vormden zich de eerste lichtbronnen: sterren. Maar we weten niet wanneer of wat voor soort sterren.
- Hoe sterrenstelsels samenkomen: We zijn gewend prachtige beelden te zien van de grote spiraalstelsels die in het Space Magazine bestaan. Maar zo waren sterrenstelsels niet altijd. Vroege sterrenstelsels waren vaak klein en klonterig. Hoe zijn ze gevormd in de vormen die we vandaag zien?
- De geboorte van sterren en protoplanetaire systemen: Het scherpe oog van de Webb zal dwars door stofwolken turen waar ‘telescopen zoals de Hubble niet doorheen kunnen kijken. Die stofwolken zijn waar sterren worden gevormd en hun protoplanetaire systemen. Wat we daar zien, zal ons veel vertellen over de vorming van ons eigen zonnestelsel en zal ook veel andere vragen belichten.
- Planeten en de oorsprong van het leven: We weten nu dat exoplaneten veel voorkomen. We hebben er duizenden gevonden die in een baan om alle soorten sterren draaien. Maar we weten nog steeds heel weinig over hen, zoals hoe vaak sferen zijn en of de bouwstenen van het leven veel voorkomen.
Dit zijn allemaal duidelijk fascinerende onderwerpen. Maar in onze huidige tijd valt een van hen op tussen de andere: planeten en de oorsprong van het leven.
De recente ontdekking van het TRAPPIST 1-systeem heeft mensen enthousiast gemaakt over het mogelijk ontdekken van het leven in een ander zonnestelsel. TRAPPIST 1 heeft 7 terrestrische planeten en 3 ervan bevinden zich in de bewoonbare zone. Het was enorm nieuws in februari 2017. De drukte is nog steeds voelbaar en mensen wachten reikhalzend uit naar meer nieuws over het systeem. Dat is waar de JWST binnenkomt.
Een grote vraag rond het TRAPPIST-systeem is: "Hebben de planeten een atmosfeer?" De Webb kan ons hierbij helpen.
Het NIRSpec-instrument op JWST kan alle atmosferen rond de planeten detecteren. Misschien nog belangrijker is dat het de atmosfeer kan onderzoeken en ons kan vertellen over hun samenstelling. We zullen weten of de atmosfeer, als die er is, broeikasgassen bevat. De Webb detecteert mogelijk ook chemicaliën zoals ozon en methaan, dat zijn biosignaturen en kan ons vertellen of er leven op die planeten aanwezig zou kunnen zijn.
Je zou kunnen zeggen dat als de James Webb atmosferen op de TRAPPIST 1-planeten zou kunnen detecteren en het bestaan van biosignatuurchemicaliën daar zou bevestigen, hij zijn werk al gedaan zou hebben. Zelfs als het daarna niet meer werkt. Dat is waarschijnlijk vergezocht. Maar toch is er de mogelijkheid.
De wetenschap die de JWST zal bieden, is buitengewoon intrigerend. Maar we zijn er nog niet. Er is nog steeds de kwestie van de lancering van JWST en het is een lastige implementatie.
De primaire spiegel van de JWST is veel groter dan die van de Hubble. Het heeft een diameter van 6,5 meter, tegenover 2,4 meter voor de Hubble. De lancering van de Hubble was geen probleem, hoewel hij zo groot was als een schoolbus. Het werd in een spaceshuttle geplaatst en door de Canadarm in een lage baan om de aarde ingezet. Dat werkt niet voor de James Webb.
De Webb moet aan boord van een raket worden gelanceerd om op weg naar L2, het uiteindelijke huis, te worden gestuurd. En om aan boord van zijn raket te worden gelanceerd, moet hij in een laadruimte in de neus van de raket passen. Dat betekent dat het opgevouwen moet worden.
De spiegel, die uit 18 segmenten bestaat, is in de raket in drieën gevouwen en uitgevouwen op weg naar L2. Ook de antennes en de zonnecellen moeten zich ontvouwen.
In tegenstelling tot de Hubble, moet de Webb extreem koel worden gehouden om zijn werk te doen. Het heeft een cryokoeler om daarbij te helpen, maar het heeft ook een enorme parasol. Deze parasol bestaat uit vijf lagen en is erg groot.
We hebben al deze componenten nodig om de Webb te laten werken. En zoiets is nog nooit eerder geprobeerd.
De lancering van de Webb is slechts 7 maanden verwijderd. Dat is heel dichtbij, aangezien het project bijna werd geannuleerd. Er moet een overvloed aan wetenschap worden gedaan als het eenmaal werkt.
Maar we zijn er nog niet en we zullen de zenuwslopende lancering en implementatie moeten doorlopen voordat we echt enthousiast kunnen worden.
