James Webb-ruimtetelescoop

Ruimtetelescoop gelanceerd in 2021

De James Webb-ruimtetelescoop (James Webb Space Telescope, JWST of kortweg de Webb) is een optische en infraroodtelescoop die gelanceerd is op 25 december 2021 en met de Hubble-ruimtetelescoop gaat samenwerken. NASA heeft in samenwerking met ESA en CSA de telescoop gebouwd en gezamenlijk draagt men zorg voor het onderhoud. De telescoop is vernoemd naar de voormalige voorzitter van NASA, James Webb.

James Webb-ruimtetelescoop
James Webb-ruimtetelescoop
Algemene informatie
Andere namen James Webb Space Telescope
JWST
NSSDC ID 2021-130A
Organisatie NASA, ESA, CSA
Aannemers Northrop Grumman
Lancering 25 december 2021
12:20 UTC[1]
Lanceerplaats Kourou ELA-3
Gelanceerd met Ariane 5-ECA
Missielengte 5 jaar (plan)
10 jaar (doel)
Massa 6.161,4 kg incl. stuwstoffen (167,5 kg hydrazine en 132,5 kg distikstoftetraoxide)
Omloopduur 1 jaar
Type telescoop Korsch telescoop
Golflengte waarnemingen 0,6 - 28,3 μm (Optisch, infrarood
Telescoop diameter 6,5 m
Omvang oppervlak 25 m2
Brandpuntsafstand 131,4 m
Instrumenten
NIRCam Waarneming licht sterrenstelsels gevormd na de oerknal.
NIRSpec NIRCam met een spectroscoop
MIRI Waarneming warme exoplaneten en de spectrometrie van hun atmosfeer
FGS/NIRISS Positionering van de satelliet
Website
Portaal  Portaalicoon   Astronomie
Hoofdspiegel
De lancering
JWST kort na de lancering met rechtsboven de Aarde (Golf van Aden)[2]
De geplande locatie van de telescoop in Lagrangepunt L2

ChronologieBewerken

OntwikkelingBewerken

De ontwikkeling van de JWST begon in 1996 en de lancering was aanvankelijk gepland in 2007 met een budget van US $500 miljoen.[3] Het project liep echter tegen meerdere vertragingen en kostenoverschrijdingen aan en het onderging een groot herontwerp in 2005. [4]

In december 2015 maakte de ESA bekend dat de James Webb Space Telescope in oktober 2018 zou worden gelanceerd met een Ariane 5-raket vanaf de Europese ruimtebasis in Kourou, Frans-Guyana.[5][6]

De bouw van de JWST werd eind 2016 voltooid, waarna de uitgebreide testfase begon maar in maart 2018 stelde NASA de lancering verder uit nadat het zonnescherm van de telescoop scheurde tijdens testwerkzaamheden.[7]

Op 28 september 2017 communiceerde de NASA dat de lancering pas voorzien zal zijn voor de lente van 2019.[8] De integratie van de verschillende instrumenten nam meer tijd in beslag dan eerst ingeschat. Op 27 maart 2018 werd de lancering wederom uitgesteld naar mei 2020[9] en op 27 juni 2018 nogmaals naar 30 maart 2021[10].

Een onafhankelijk onderzoeksteam dat de vertragingen in 2018 heeft onderzocht verweet aannemer Northrop Grumman eerder een onrealistisch optimistisch beeld van de verwachte voortgang van de bouw te hebben geschetst waarin pech, menselijk falen en extra tijd voor vinden van oplossingen niet waren meegenomen.[11]

In februari 2020 was de JWST inmiddels afgebouwd en was het ontplooiingsmechaniek van het zonnescherm meermaals getest.[12] Het werk aan de integratie en het testen van de telescoop werd in maart 2020 opgeschort vanwege de COVID-19-pandemie waardoor extra vertragingen ontstonden.[13] In juli 2020 werd de lancering opnieuw uitgesteld, nu naar 31 oktober 2021.[14] Dit was de vroegst haalbare richtdatum en deze was alleen houdbaar wanneer er geen verdere tegenslagen volgen.

KostenBewerken

Toen in 2002 de NASA het bedrijf Norhtrop Grumman koos om de bouw van de JWST te leiden, verwachten de missieleiders dat het project tussen de 1 tot 3,5 miljard dollar zou kosten.[15]

De JWST kost ongeveer 10 miljard over een periode van 24 jaar.[15] [16]Van dat bedrag is 8,8 miljard dollar besteed aan de ontwikkeling van de telescoop tussen 2003 en 2021 en 861 miljoen dollar is gepland voor operationele kosten voor vijf jaar. Door inflatie wordt verwacht dat de totale levensduurkosten voor NASA zo'n 10,8 miljard dollar zouden zijn. [16]

LanceringBewerken

Op 8 september 2021 stelde Arianespace 18 december 2021 vast als doeldatum voor de lancering van Ariane-vlucht VA256 met de James Webb-ruimtetelescoop aan boord. Eind november liep men vier dagen uit op dat schema door een probleem met een klem van de vrachtadapter van de Ariane 5 dat extra testactiviteiten vereiste.[17] Uiteindelijk werd JWST met een Ariane 5-raket gelanceerd op 25 december 2021.[1][18][19]

Van twee van de spiegels was het volautomatische uitlijningssysteem al voor de lancering defect door een defecte sensor. Het uitlijnen kan echter ook handmatig worden aangestuurd. Het team koos ervoor om het defect zo te laten en voor de handmatige optie te kiezen waardoor verdere vertraging werd voorkomen. Reparatie had betekend dat de reeds ingevouwen sonde weer had moeten worden geopend met alle bijkomende risico’s.[20]

OperationaliseringBewerken

Doordat tijdens de initiële koerscorrecties direct na het lanceren van de JWST voor het bereiken van het L2 Lagrangepunt minder brandstof werd verbruikt dan oorspronkelijk berekend zal de telescoop waarschijnlijk langer dan 10 jaar operationeel kunnen blijven.[21][22]

Na de lancering moest de James Webb telescoop zich gereed beginnen maken voor gebruik. Er waren 344 critical points of failure bekend waarbij als het mis zou gaan de missie zou mislukken.[23][24] Kort na de afkoppeling van de raket ontvouwden de zonnepanelen zich. in de eerste week van januari 2022 werd het zonnescherm ontplooid en op 8 januari werden de spiegels en instrumenten in hun positie gebracht. Daarmee begon de fase van testen en waren er nog 49 critical points of failure over.[25]

Op 24 januari 2022 om 14.00 EST heeft de JWST 297 seconden lang zijn stuwraketten afgevuurd om de laatste koerscorrectie uit te voeren na de lancering, de zogenaamde MCC2 burn. Deze tussentijdse correctie bracht de JWST in zijn uiteindelijke baan rond L2.[26][27]

Nu moeten de meetinstrumenten af koelen en worden ze, als ze genoeg zijn afgekoeld, aangezet om getest en gekalibreerd te worden. De uitlijning en ijking van de hoofdspiegel (tot een nanometer nauwkeurig) beginnen ook als de temperatuur genoeg gedaald is en zal zo'n drie maanden duren.[27][28] De eerste beelden worden verwacht in de zomer van 2022.[27]

MissieBewerken

De doelen van de James Webb-ruimtetelescoop zijn:

  1. Het opvangen van licht van sterren en sterrenstelsels die kort na de oerknal werden gevormd
  2. Bepalen hoe deze oudste sterrenstelsels zijn geëvolueerd
  3. De vorming van nieuwe sterrenstelsels observeren
  4. De fysische en chemische samenstelling van verre sterrenstelsels meten en de mogelijkheid van het bestaan van leven onderzoeken.

Deze objecten zijn goed waarneembaar in het infrarood, vandaar dat de telescoop geschikt is gemaakt voor waarnemingen met golflengtes van 0,6 tot 28 micrometer. Omdat de zon en de aarde ook infraroodstraling uitzenden moet de telescoop afgeschermd worden van deze straling. Zo zal hij geplaatst worden op het tweede zon-aarde-Lagrangepunt L2. Hij zal altijd van de zon en aarde afgewend blijven. Zijn hitteschild is zodanig ontworpen dat het aan de koude kant -223 °C kan zijn terwijl aan de andere kant stikstof gekookt kan worden (-196 °C).

De primaire spiegel bestaat uit 18 elementen uit beryllium, gecoat met een laag goud. Beryllium is robuust en licht en kan inslagen van micrometeorieten weerstaan. De goudlaag dient om maximale reflectie voor infrarood te krijgen.

InstrumentenBewerken

De telescoop omvat vier wetenschappelijke instrumenten die op een chassis zijn gemonteerd, de zogenaamde ISIS-module (Integrated Science Instrument Module):

  • NIRCam: nabije-infrarood-camera van de universiteit van Arizona. NIRCam neemt het licht waar van de eerste sterrenstelsels die gevormd werden na de oerknal. Hij is geoptimaliseerd om dit "eerste licht" waar te nemen. Hij wordt ook aangewend om de vorming van sterren in de melkweg waar te nemen en ook voor het observeren van planeten rond andere sterren.
  • NIRSpec: nabije-infrarood-spectrograaf van de ESA met onderdelen geleverd door NASA/GSFC. Doet dezelfde waarnemingen als NIRCam maar dan met een spectroscoop. Dit wil zeggen dat hij de aard van het materiaal kan bestuderen.
  • MIRI: midden-infrarood-instrument geleverd door de ESA en de NASA/JPL. Dit instrument is ontwikkeld door een internationaal consortium van instituten met deelname van de Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie (NOVA) en leent zich vooral tot het waarnemen van warme exoplaneten en de spectrometrie van hun atmosfeer. Hij zal ook gebruikt worden voor de identificatie van sterren met een roodverschuiving van z>7. Daarnaast zal hij ook het warme stof en moleculair gas waarnemen in jonge sterren en protoplaneten (planetesimalen).[29][30]
  • FGS/NIRISS: precisie-positionering en nabije-infrarood-spectrograaf geleverd door het Canadees ruimteagentschap. Dit zijn twee instrumenten in dezelfde behuizing maar zij werken onafhankelijk van elkaar. FGS betekent Fine Guidance Sensor (fijne besturingssensor). Hij dient voor de nauwkeurige positionering van de satelliet. De NIRISS is een spectrograaf die niet werkt met de klassieke fijne opening. Hij neemt een gans spectrum tegelijk waar. Deze kan dan ook alleen maar werken waar weinig bronnen aanwezig zijn omdat hij het licht van elke bron uitsmeert over gans zijn spectrum. Als de objecten dicht bij elkaar staan zouden de diverse spectra elkaar overlappen.
 
Vergelijking tussen hoe ver de JWST kan terugkijken in de tijd met andere ruimtetelescopen.

Er wordt gebruik gemaakt van infrarood instrumenten omdat het universum uit dijt. Dit wil zeggen hoe verder we kijken in het universum, hoe sneller deze objecten weg bewegen van ons. Volgens het dopplereffect zal de golflengte van licht dat weg beweegt van ons een lagere golflengte krijgen. Dit betekent dat uitgezonden UV-licht of zichtbaar licht, meer naar het rodere golflengten worden verschoven (roodverschuiving) en naar het nabije en midden-infrarode deel van het elektromagnetisch spectrum voor hele hoge roodverschuiving. Om de vroegste vorming van sterren en sterrenstelsels waar te kunnen nemen moeten de telescoop en instrumenten dus geoptimaliseerd worden voor dit soort licht. [27]

Zie ookBewerken

  Zie de categorie James Webb Space Telescope van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.
Zonnefysica:ISEE-2 (1977-87) · Ulysses (1990-2009) · SOHO (1995-heden) · Cluster II (2000-heden) · Solar Orbiter (2020-heden) · Lagrange (in voorbereiding)
Planetologie:Giotto (1985-92) · Huygens (1997-2005) · SMART-1 (2003-06) · Mars Express (2003-heden) · Rosetta)/Philae (2004-16) · Venus Express (2005-14) · ExoMars Trace Gas Orbiter (2016-heden) · BepiColombo (2018-heden) · Rosalind Franklin rover (2022) · JUICE (2022) · Hera (2024) · Comet Interceptor (2029) · EnVision (2031)
Astronomie/Kosmologie:Cos-B (1975-82) · IUE (1978-96) · Exosat (1983-86) · Hipparcos (1989-93) · Hubble (1990-heden) · EURECA (1992-93) · ISO (1995-98) · XMM-Newton (1999-heden) · INTEGRAL (2002-heden) · Corot (2006-13) · Planck Observatory (2009-13) · Herschel (2009-13) · Gaia (2013-heden) · CHEOPS (2019-heden) · James Webb (2021) · Euclides (2022) · PLATO (2026) · ARIEL (2029) · ATHENA (2031) · LISA (2034)
Aardobservatie:Copernicus (1988-heden) · Meteosat 1e generatie (1977-1997) · ERS-1 (1991-2000) · ERS-2 (1995-2011) · Meteosat 2e generatie (2002-heden) · Envisat (2002-12) · Double Star (2003-07) · Metop (2006-heden) · GOCE (2009-13) · SMOS (2009-heden) · CryoSat-2 (2010-heden) · BIOMASS (2023) · Meteosat 3e generatie (Sentinel-4) (2023) · FLEX (2024) · MetOp-SG (2024) · SMILE (2024) · MetOp-SG-B (2025) · FORUM (2026)
Internationaal ruimtestation (ISS):Columbus (2008-heden) · Jules Verne (2008) · Cupola (2010-heden) · Johannes Kepler (2011) · Edoardo Amaldi (2012) · Albert Einstein (2013) · Georges Lemaître (2014) · European Robotic Arm (2021)
Telecommunicatie:GEOS 2 (1978) · Olympus-1 (1989-93) · Artemis (2001-heden) · GIOVE-A (2005-heden) · GIOVE-B (2008-heden) · HYLAS-1 (2010-heden) · Galileo IOV (2011-heden) · Galileo-FOC (2014-heden) · EGNOS (2016-heden) · EDRS (2016-heden)
Demonstratieproject:ARD (1998) · PROBA-1 (2001-heden) · YES2 (2007) · PROBA-2 (2009-heden) · PROBA-V (2013-heden) · IXV (2015) · LISA Pathfinder (2015-17) · OPS-SAT (2019-heden) · PROBA-3 (2023)
Voorgesteld/Vervallen:AIDA · ALTIUS · Ariane 5 ME · MTFF · CSTS · Darwin · Don Quijote · e.Deorbit · EChO · Eddington · EXPERT · Hermes · Hopper · LOFT · Loena 27 · Lunar Lander · Marco Polo · Marco Polo-R · MSR · ODINUS · SPICA · STE-QUEST · THESEUS
Mislukt:Cluster · CryoSat-1 · GEOS 1 · Schiaparelli EDM lander