Special: de James Webb Space Telescope

Door Steven Lantinga.

Nu de laatste onderhoudsmissie voor de Hubble telescoop achter de rug is, kan deze weer mee tot het jaar 2014. Wat er dan met de telescoop gaat gebeuren is nog niet duidelijk, maar wel wie zijn opvolger is; De James Webb Space Telescope (JWST). Momenteel wordt er hard gewerkt aan de voltooiing van deze enorme infrarood gevoelige ruimtetelescoop welke voor lancering gepland staat in het jaar 2014.

Na de lancering zet de telescoop koers naar één van de vijf Lagrange punten in de ruimte, Lagrange punt 2 (L2). De punten zijn vernoemd naar Joseph-Louis Lagrange welke in de 18de eeuw uitrekende dat er in totaal 5 punten in de ruimte zijn waar objecten semi-stabiel “gevangen” zitten tussen de Zon en de Aarde. Dit heeft als voordeel dat een satelliet zoals de JWST met weinig brandstof op de juiste plek gehouden kan worden. De reden dat er specifiek voor het L2 punt is gekozen is omdat op deze plek zowel de Zon, de Aarde als de Maan tegelijkertijd uit het zicht van de JWST zijn te onttrekken met een zonneschild. Die keuze heeft alles te maken met het doel van de JWST; fotograferen in infrarood.

Het is namelijk zo dat elk warm object infraroodstraling uitstraalt, en om te voorkomen dat de eigen warmte van de telescoop de zwakke infraroodstraling uit de ruimte overstraald moet deze dus zo koel mogelijk gehouden worden. Direct en reflecterend licht van de drie hemellichamen zouden de telescoop anders opwarmen. Maar niet alleen grote verre objecten hebben invloed, ook de mechaniek aan boord van de JWST wordt warm. Om deze reden wordt er een cryokoeler op de JWST geïnstalleerd welke er voor zorgt dat de temperatuur van de spiegel en andere belangrijke instrumenten niet boven de 7 Kelvin uitkomen. Voor de goede orde, dat is dus een temperatuur van -266 graden Celcius.

Om tot zulke lage temperaturen te kunnen komen moet er niet alleen voldoende rekening worden gehouden met de interne en externe warmte, maar ook met het materiaal. Metaal vervormt naarmate het kouder (of warmer) wordt, en dat is onwenselijk bij een uiterst precies instrument zoals de JWST. Daarom zijn de 18 verschillende segmenten die samen de 6.5 meter grote spiegel vormen gemaakt van Beryllium. Dit metaal is naast erg licht ook nog eens vrijwel ongevoelig voor wisselingen in de temperatuur. Het lage gewicht van het metaal zorgt er ook nog eens voor dat de telescoop gelanceerd kan worden. Zou de JWST op dezelfde wijze en van hetzelfde materiaal zijn gebouwd als de Hubble, dan zou er geen raket ter wereld krachtig genoeg zijn om de JWST in de ruimte te krijgen.

Maar zelfs met het bereikte lichte gewicht is er nog steeds geen raket met genoeg ruimte aan boord om de enorme spiegel en het zonneschild mee te lanceren. Daarom vouwen zowel het schild als de spiegel pas uit zodra de JWST op zijn plek is. Twee buitenste rijen van drie zeshoekige segmenten kunnen op hun plek geklapt worden zoals je een in drieën gevouwen papiertje uit zou vouwen. Daarnaast zijn alle segmenten los van elkaar te bewegen, zodat eventuele (toekomstige) fouten gecompenseerd kunnen worden.

Eenmaal op zijn plek kan de JWST zijn vier meest belangrijke instrumenten aanwenden om de daadwerkelijke missie van start te laten gaan. Dit zijn de MIRI, NIRCam, NIRSpec en de FGS. De MIRI zal foto’s maken in het midden infrarood spectrum tussen de 5 en 27 (eventueel 29) micrometers terwijl de NIRCam foto’s zal maken in het nabije infrarode spectrum van 0.6 tot 5 micrometers. De NIRSpec is een spectograaf welke in datzelfde nabije infrarood spectrum onderzoek zal doen en kan het spectrum van wel 100 verschillende objecten tegelijk opvangen in een 9-vierkante-arcminuut beeldveld. De NIRSpec is tevens uitgerust met de spectaculaire microsluiter. Deze sluiter telt 62.000 individuele sluiters van 100 x 200 micron (crica de dikte van 4 mensenharen) welke apart van elkaar gesloten en geopend kunnen worden. De NIRSpec zal verafgelegen zwakke objecten bestuderen en met de microsluiter kan de NIRSpec nabijgelegen felle objecten blokkeren. De FGS is tenslotte een precieze volgsensor (Fine Guidance Sensor) en zorgt ervoor dat de JWS zijn objecten altijd in beeld krijgt, en houdt.

Kortom, het is nog 5 jaar wachten voor de lancering, maar dan hebben we wel een meer dan waardige opvolger voor de Hubble. En tot dan toe kunnen we altijd nog genieten van de foto’s die de vernieuwde Hubble maakt.