De James Webb Space Telescope

James Webb Space Telescope
James Webb Space Telescope (JWST) artist’s conception (NASA)

De lancering van de James Webb Space Telescope is voorzien voor medio 2019. De telescoop zal het heelal bestuderen op zoek naar de geschiedenis vanaf de Oerknal tot aan het ontstaan van exoplaneten. De telescoop zal zich voornamelijk bezighouden op vier gebieden: onderzoek naar het eerste licht in het heelal, het ontstaan en de samenstelling van sterrenstelsels in het jonge heelal en de geboorte van sterren en protoplanetaire systemen en planeten (inclusief de herkomst van leven).

De James Webb Space Telescope (JWST) zal met behulp van een Ariane 5 raket gelanceerd worden vanaf de lanceerbasis van de ESA in Frans Guyana . Na de lancering begint een 30 dagen durende reis naar zijn permanente positie in een van de Lagrangepunten van de Aarde. De JWST zal geplaatst worden in L2 dat zich in de buurt van de Aarde tegenover de Zon bevindt. L2 is een populaire plaats om telescopen te plaatsen want ook de Herschel Space Telescope en het Planck Space Observatory werden hier gepositioneerd.

De JWST heeft een slordige 7,5 miljard euro gekost en men verwacht dat de telescoop zijn voorganger, de Hubble Space Telescope ruimschoots gaat overtreffen. Gelukkig verkeerd de Hubble Space Telescope nog steeds in een goede conditie. Astronomen verwachten dat de telescopen de eerste paar jaar zullen samenwerken. De JWST zal ook worden ingezet om exoplaneten die met behulp van de Kepler Space Telescope zijn gevonden, te bestuderen. Daarnaast zal de JWST ingezet worden om waarnemingen die vanaf de Aarde gedaan zijn te ondersteunen.

Wetenschap met de JWST

De wetenschappelijke doelen van de JWST kunnen in vier gebieden worden verdeeld:

Eerste licht en de reïonisatie

Dit verwijst naar de eerste stadia in het bestaan van het heelal na de Oerknal. In de eerste stadia na de Oerknal was het heelal een zee van deeltjes (zoals elektronen, protonen en neutronen), en er was geen licht zichtbaar totdat het heelal vergenoeg was afgekoeld dat de losse deeltjes begonnen te combineren. Ook zal de JWST bestuderen wat er gebeurde nadat de eerste sterren waren ontstaan. Dit tijdperk wordt de reïonisatie genoemd omdat het verwijst naar et neutrale waterstof dat in die periode werd gereïoniseerd (een elektrische lading krijgen) door de straling van de eerste sterren.

Het ontstaan van sterrenstelsels

het bestuderen van sterrenstelsels is een bruikbare manier om te zien hoe materie op zeer grote schaal is verdeeld want dit kan ons aanwijzingen geven over hoe het heelal is geëvolueerd. De spiraalstelsels en elliptische sterrenstelsels die we tegenwoordig zien zijn gedurende de miljarden jaren uit andere vormen geëvolueerd en een van de doelen van de JWST is terug te kijken naar de allereerste sterrenstelsels om te achterhalen op welke manier die evolutie heeft plaatsgevonden. Wetenschappers proberen ook te achterhalen hoe de diversiteit van de verschillende stelsels die we nu zien is ontstaan en hoe sterrenstelsels ontstaan en worden opgebouwd.

Geboorte van sterren en protoplanetaire systemen

De Pillars of Creation in de Arendnevel zijn we het beroemdste voorbeeld van een geboorteplaats voor sterren. Sterren ontstaan in gaswolken en als die sterren groeien dan zorgt de stralingsdruk er voor dat het omringende gas wordt weggeblazen (dat gas kan dan weer gebruikt worden voor andere sterren als die niet te ver zijn verwijderd). Echter het is heel erg lastig om in dit gas te kijken. De JWST kan met zijn infrarode ogen naar bronnen van hitte kijken waaronder dus ook de sterren die geboren worden in dergelijke gaswolken.

Planeten en de herkomst van leven

De laatste tien jaar zijn er heel veel exoplaneten ontdekt. De Kepler Space Telescope van de NASA heeft hier een hele grote bijdrage aan geleverd. De JWST zal deze planeten, die veelal indirect zijn aangetoond, veel beter kunnen bestuderen. Men verwacht dat de JWST ons veel kan leren over atmosferen van exoplaneten en over de omstandigheden waaronder planeten ontstaan zodat wetenschappers veel beter kunnen voorspellen of bepaalde planeten geschikt zijn voor leven of niet.

Instrumenten aan boord van de JWST

De JWST is uitgerust met vier wetenschappelijke instrumenten

Near-Infrared Camera (NIRCam)

Deze camera is gemaakt door de Universiteit van Arizona en is ontworpen om infrarood licht van sterren in nabije sterrenstelsels en sterren in ons eigen sterrenstelsel te detecteren. De camera zal ook kijken naar licht van sterren en sterrenstelsels die in het jonge heelal zijn ontstaan. NIRCam is ook uitgerust met een coronograaf die het heldere licht van een object kan tegenhouden zodat zwakke objecten in de buurt van deze sterren (zoals planeten) waargenomen kunnen worden.

Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec)

NIRSpec kan tot 100 objecten tegelijkertijd waarnemen en gaat zo op zoek naar de eerste sterrenstelsels die na de Oerknal zijn gevormd. NIRSpec is gebouwd door de European Space Agency (ESA) samen met het Goddard Space Flight Center van de NASA.

Mid-Infrared Instrument (MIRI)

MIRI gaat mooie foto’s maken van verre objecten en zal hiermee de opvolger worden van de mooie platen waar de Hubble ons mee heeft verwend. De spectrograaf die een onderdeel is van het instrument dat wetenschappers helpt om meer informatie te verzamelen over de fysische details van die verre objecten in het heelal. MIRI zal verre sterrenstelsels, zwakke kometen, sterren tijdens hun geboorte en objecten in de Kuipergordel kunnen detecteren. MIRI is als samenwerkingsproject gebouwd door de ESA en het Jet Propulsion Laboratory van de NASA.

De Fine Guidance Sensor/Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph (FGS/NIRISS)

Dit instrument is gebouwd door het Canadese ruimtevaartagentschap en het is eigenlijk een combinatie van twee verschillende instrumenten. De FGS moet er voor zorgen dat de JWST tijdens zijn waarnemingen op hetzelfde punt gericht blijft. NIRISS zal het heelal onderzoeken naar tekenen van het eerste licht in het heelal maar ook zoeken naar exoplaneten en die proberen te karakteriseren.

De JWST is voorzien van een zonnescherm met de grootte van een tennisveld en een spiegel met een doorsnede van 6,5 meter (de grootste ooit gelanceerd). Omdat deze onderdelen te groot zijn om als geheel in een raket te stoppen zullen deze onderdelen pas in de ruimte worden uitgevouwd.

De geschiedenis van de JWST

De JWST heeft al een lange geschiedenis achter de rug. De bouw ging gigantisch over budget heen en dreigde andere astronomische fondsen van de NASA mee te sleuren. De enorme budgetoverschrijdingen waren er mede de reden van dat de NASA enkele geplande gezamenlijke missies met de ESA heft moeten schrappen.

Toen de Hubble nog gelanceerd moest worden, waren mensen bij de NASA al aan het nadenken over een telescoop die die Hubble moest gaan opvolgen en die veel beter zou moeten presteren. Deze studies werden in het begin van de jaren 90 uitgevoerd. Bij de NASA brak daarna een tijdperk aan waarin alle sneller, beter en goedkoper moest en waarmee men probeerde om elektronica te miniaturiseren en teams te triggeren om de kosten van ruimtevaartmissies te verlagen

Dit leidde tot een herformulering van de eerdere studies tot iets wat de Next Ggeneration Space Telescope werd genoemd die dan ergens na 2020 gelanceerd zou moeten worden. De eerste versie van deze NGST ging uit van een telescoop met een spiegel van 8 meter die in L2 geplaatst zou moeten worden. In 2002 werd NGST hernoemd tot de JWST. De kosten van het project werden geschat op ongeveer 3,8 miljard euro maar die kosten namen in de jaren daarna snel toe.

In 2010 waarschuwde een onafhankelijke commissie dat de JWST behoorlijk over zijn budget zou gaan. In 2008 werd aangegeven dat de overschrijdingen werden veroorzaakt door foutief budget- en programmamanagement en niet door technische problemen. Zo stelde de commissie dat het basisbudget te laag was ingeschat en dat er ook foutieve schattingsprocedures waren gevolgd. De commissie schatte dat de JWST op zijn vroegst in 2015 gelanceerd zou kunnen worden.

Omstreeks 2010 werkten de NASA en de ESA samen in verschillende grote projecten waaronder de ExoMars-missie en een voorloper voor de grote röntgentelescoop Athena. In 2011 gaf de ESA aan graag op eigen kracht verder te willen met deze missies en de NASA moest snijden in de budgetten om de ontwikkeling van de JWST gaande te houden. Dat leidde er toe dat de NASA zich terugtrok uit de ExoMars-missie en dat samenwerkingsmissies met de ESA lager op de lijst kwamen te staan dan andere missies.

In 2011 waren de geschatte bouwkosten van de JWST opgelopen tot meer dan 7 miljard euro en er gingen geluiden op om het hele project te cancellen als gevolg van de voortdurende budgetoverschrijdingen. NASA maakte meer geld vrij voor de JWST en gaf aan dat dit dan wel ten koste ging van andere projecten. In 2015 stelde de NASA dat de bouw en ontwikkeling nu binnen budget liepen en dat de lancering was voorzien voor 2018.

In september 2017 kondigde de NASA echter aan dat de lancering van oktober 218 was verplaatst naar de lente van 2019. Deze verandering in lanceerdatum heeft volgens de NASA niets te maken met hardware of technische problemen maar het duurt volgens de NASA veel langer dan gedacht om de verschillende componenten van de JWST samen te voegen en te testen.

James Webb

James Webb
James Webb. Officiële NASA-foto uit 1966. Credit: NASA/Public Domain

De JWST is vernoemd naar naar de voormalige baas (administrator in NASA-termen) van de NASA, James Webb. Hij had tussen 1961 en 1968 de leiding over de NASA en hij ging net voor de NASA de eerste mensen op de Maan zette, met pensioen.

Ofschoon zijn ambtsperiode als administrateur van de NASA grotendeels samenvalt met het Apolloprogramma wordt hij gezien als een leider op het gebied van ruimtewetenschap. Zelfs in een tijd van veel politiek rumoer wist Webb heldere doelen voor de NASA te stellen waarbij hij van mening was dat het een belangrijk doel voor de NASA zou zijn om een telescoop in de ruimte te plaatsen.

Onder Webbs toezicht lanceerde de NASA meer dan 75 wetenschappelijke missies. Deze missies bestudeerden o.a. de Zon, sterren en sterrenstelsels maar ook de ruimte direct boven de atmosfeer van de Aarde.

 

Eerste publicatie: 3 maart 2018
Bron: NASA, space.com, UniverseToday