Geef me de ruimte (25)

Artistieke weergave van de James Webb Space Telescope op haar L2 Lagrange positie, 1,5 miljoen km vanaf de aarde en ongeveer 150 miljoen vanaf de zon. Credit Register.

James Webb Space Telescope (JWST)

De Telescope is genoemd naar James Webb die de leiding had van de NASA gedurende de roerende jaren 1961 t/m 1968. Jaren waarin de Amerikanen verwikkeld waren in een ruimterace met de Russen. Een periode het best bekend vanwege het Apollo project. Hij vond echter dat de wetenschappelijke bijdrage die ruimtevaart kan leveren niet ten koste mocht gaan van een ordinaire politieke ruimterace. Een van de belangrijkste redenen waarom de Telescope naar hem is vernoemd.

Vaak wordt de JWST als de vervanger gezien van de Hubble Space Telescope (HST). In mijn Blog 14 heb ik dat eveneens gedaan. Het is zoiets als “het komt in de plaats van”. Echter in letterlijke zin is de JWST duidelijk een opvolger van de HST. Immers zij kan met behulp van een andere technologie veel verder terugzien in de tijd. In Blog 1 heb ik de Oerknal behandeld. We zagen dat deze zo’n 13,7 miljard geleden moet hebben plaatsgevonden. Vanaf dat moment begon de ontwikkeling van het heelal zoals we dat nu kennen. De HST kon op basis van ultraviolet golflengtes terugzien tot 1 miljard jaar na de oerknal. Het was hier waar de eerste sterrenstelsels (Galaxy’s) begonnen te ontstaan. De JWST kan echter op basis van infrarode golflengtes terugzien tot zo’n 300 miljoen jaar na de oerknal, waar de eerste sterren ontstonden.

Afbeelding 1: De diverse fases na de Oerknal, zoals getoond in Blog 1. https://hallolosser.nl/blog/geef-me-ruimte Bron: Scientific America. Verder bewerkt door auteur.

Waarom is de toepassing van infrarode waarneming dan zo belangrijk? Zoals ook in mijn Blog 3, https://www.hallolosser.nl/blog/geboorte-en-sterven-van-sterren aangegeven, zijn bij het vormen van sterren en planeten, gaswolken een wezenlijk onderdeel die zichtbaar licht tegenhouden. Infrarood licht dringt echter hier wel doorheen en daarom kunnen we verder zien.

Afbeelding 2. De Monkey Head Nebula, oftewel de Apekopnevel, ongeveer 2600 lichtjaren van ons verwijderd. Beide foto’s zijn door de HST gemaakt, in resp. 2001 en 2014. De rechterfoto is in infrarood gemaakt. De HST was in beperkte mate daartoe in staat. Tevens staat deze nevel relatief dichtbij. We zien duidelijk hoe infrarood licht door het stof heen kijkt. Credit NASA/ESA.

De bouw van de JWST heeft 20 jaar geduurd en duizenden wetenschappers en engineers uit 14 landen hebben eraan gewerkt. Al met al zo’n 40 miljoen uren. Als lid van de ESA (European Space Agency) bouwde Nederland een deel van één de vier wetenschappelijke instrumenten waarmee 10 miljoen Euro gemoeid was. Het project ging met veel vertraging gepaard. De eerste lancering stond gepland voor 2010. Echter naarmate de ontwikkeling vorderde, moesten de eisen telkens worden bijgesteld. En dan zo’n 11 jaar later kon dan eindelijk de lancering plaatsvinden. De kosten waren inmiddels opgelopen tot meer dan 10 miljard dollar.

Zoals we hebben gezien staat de JWST in het L2 Lagrangepunt, 1,5 miljoen km van ons verwijderd. De Hubble draaide echter baantjes om de aarde, waardoor het mogelijk was om reparaties uit te voeren met behulp van de Space Shuttle. Meerdere malen is dit dan ook gebeurd. Het meest opvallende was wel de eerste keer toen kort na de lancering van de HST in 1993 bleek dat de kijker ‘troebel’ was door vervorming van de spiegel. Dit kon worden hersteld door vijf optische spiegels voor deze spiegel te plaatsen. Zie dit alsof deze spiegel een soort ‘bril’ opgezet krijgt. In het geval van de JWST is natuurlijk zo’n service ondenkbaar.

Afbeelding 3: De hoofdbestanddelen van de JWST. Het invallend infrarood licht wordt door de Hoofdspiegel gereflecteerd naar de Secundaire Spiegel. Deze spiegel stuurt deze vervolgens door naar de zwarte cone in het centrum van de Hoofdspiegel voor verdere verwerking. Zie de rode pijlen. De antenne is bedoeld voor radio-contact met de aarde. De functies van het zonnescherm en de stabilisatieklep zal verderop worden toegelicht. Afbeelding: Credit NASA/ESA en door de auteur bewerkt.

Het zonnescherm. Zie Afbeelding 3. Dit scherm bestaat uit 5 lagen en heeft de grootte van een tennisveld. Het zonnescherm is bedoeld om de spiegels en de bijbehorende instrumenten te beschermen tegen het zonlicht. De onderzijde is altijd gericht naar de zon. De temperatuur loopt hierop tot een 120 graden Celsius. Bij de bovenzijde met daarop de spiegels bedraagt de temperatuur zo’n 235 graden ónder nul. Het vijfvoudige zonnescherm reduceert dus 355 graden Celsius aan temperatuur!! Onvoorstelbaar.

Stabilisatieklep. Zie Afbeelding 3. Zonnestraling oefent druk uit die de JWST ongewenst kan draaien, waardoor weer gecorrigeerd moet worden. We spreken van stralingsdruk. Ondanks het feit dat licht massaloos is, kan het zich wel terdege gedragen als massa. Immers het kent energie dat op haar beurt equivalent is aan massa volgens de beroemde formule van Einstein E=mc2. Zie mijn blog https://hallolosser.nl/blog/nieuws/geef-me-ruimte-23. Ook al is deze stralingsdruk zeer klein, we mogen echter niet vergeten dat het scherm de grootte heeft van een tennisveld en dat deze continue aanwezig is. Verder beweegt de JWST zich als het ware in een “zwaartekracht vrije ruimte”. Met deze klep wordt de stralingsdruk gecompenseerd.

Wetenschap. De verwachtingen zijn zeer hoog gespannen. Als voorbeeld mag dan de HST genoemd worden. Deze heeft buitengewoon nieuwe inzichten verschaft waar niet op was gerekend. Alleen al het feit dat de JWST zo’n 13,4 miljard lichtjaren kan terugzien. Ergens las ik dat de beweging van een hommel op het maanoppervlak door temperatuurverschillen kan worden waargenomen. Dit is ongeëvenaard. De JWST doet ook onderzoek naar buitenaards leven. Gegarandeerd dat we de komende jaren met grote regelmaat verrast gaan worden met geweldige waarnemingen.