James Webb-romteleskopet

James Webb-romteleskopet

Opptak med JWST som viser galakser og galaksehoper
«Deep Field»-opptak med JWST som viser detaljer tidligere teleskoper ikke har kunnet registrere. Galaksehopen SMACS 0723 avbøyer lyset fra fjerne kilder bakenfor som via gravitasjonslinse-effekt ses som lyse buer.
Opptak med JWST som viser galakser og galaksehoper
Av .

Forskjellen i størrelse mellom primærspeilene på Hubble-romteleskpet (til venstre) og James Webb-romteleskopet.

.
Lisens: fri

Artikkelstart

James Webb-romteleskopet, på engelsk James Webb Space Telescope (JWST), er et romteleskop som ble skutt opp i 2021. Teleskopet er en etterfølger til romteleskopet Hubble (HST).

Faktaboks

Etymologi
engelsk James Webb Space Telescope, forkortet til JWST
Også kjent som
Next Generation Space Telescope, NGST

JWST representerer en fascinerende, ny epoke innen astronomi. Teleskopets hovedspeil, som er seks meter i diameter, gir skarpere bilder enn Hubble-teleskopet. Mens Hubble hovedsakelig observerer synlig lys og ultrafiolett stråling, registrerer James Webb-romteleskopet infrarød stråling som trenger lettere gjennom tynne interstellare og intergalaktiske skyer av støv og gass. Det innebærer at JWST registrerer både mindre og vesentlig flere strukturer og kilder og at det ser ytterligere lenger ut i universet. JWST har også følsomme instrumenter, og det kan registrere betydelig raskere enn det som er mulig med Hubble-teleskopet. For eksempel tok «Deep Field»-opptakene med Hubble mer enn 10 døgn, mens tilsvarende registreringer med JWST vil kunne gjennomføres i løpet av et halvt døgn.

Etter at de første observasjonene ble offentliggjort 12. juli 2022, er teleskopet klart til vitenskapelig drift og er tilgjengelig for verdens astronomiske miljøer. I likhet med bruken av Hubble-romteleskopet kan hvem som helst komme med observasjonsforslag. De endelige tildelingene skal på årsbasis utvelges av fagkomitéer.

Teleskopet er oppkalt etter James E. Webb (1906–1992), NASAs andre leder.

Hensikt

Oppskyting av JWST
Oppskyting av JWST med Ariane ECA den 25. desember 2021.
Oppskyting av JWST
Av .
primærspeil
James Webb-romteleskopets primærspeil, 2017.
Av /NASA.

JWST dekker rød og infrarød stråling over bølgelengdeområdet fra 0,6 til 28 mikrometer. Til sammenligning registrerer Hubble ultrafiolett, synlig og nær infrarød stråling fra 0,1 til 2,5 mikrometer. JWST har et hovedspeil med 6,5 meter diameter, og det gir skarpere avbildning innenfor det felles nær infrarøde bølgelengdeområdet enn Hubble kan med sitt 2,4 meter hovedspeil.

Rekkevidden for synlig lys og nær infrarød stråling begrenses noe ved absorpsjon i skyer av støv og gass i universet. Siden disse skyene er mer gjennomsiktige for langbølget infrarød stråling, vil JWST kunne observere objekter lenger ut i universet enn Hubble.

Observasjoner av langbølget infrarød stråling omfatter kraftig rødforskjøvet stråling fra svært fjerne objekter. Det forventes dermed at JWST vil gi ny kunnskap om universets utviklingen fra big bang. Det er av stor interesse å få et klarere bilde av hvordan de tidligste, små galaksene med relativt få stjerner utviklet seg til de etterfølgende, betydelig større galaksene.

Stjerner dannes ved lokale konsentrasjoner og sammentrekninger inne i enormt store skyer av gass og støv. Det er fremdeles knyttet mange spørsmål til fødsel og utvikling av stjerner og planeter. Denne prosessen er vanskelig å observere i synlig lys, siden skyene kan være ugjennomsiktige, mens de er betydelig mer transparente for infrarød stråling.

Noe høyere bildeoppløsning, og informasjon om temperatur og innhold av molekyler og atomer fra et omfattende bredt infrarødt spektrum, vil gi viktig ny kunnskap om fjerne og nære stjerner, planeter og mindre objekter. Det forventes også at JWST gir muligheter for å observere og lære mer om eksosolare planeter.

Organisering

Tegning av JWSTs elliptiske bane rundt L2.
Tegning av JWSTs elliptiske bane rundt L2. De relative avstandene mellom Sola, Jorden og JWST er ikke korrekte på denne tegningen.
Tegning av JWSTs elliptiske bane rundt L2.
Av .

Prosjektet oppsto som Next Generation Space Telescope (NGST) i 1996 og fikk sitt nåværende navn 10. september 2002.

Programmet drives i et internasjonalt samarbeid, først og fremst med den europeiske romorganisasjonen ESA og den kanadiske romorganisasjonen CSA, men ble sterkt forsinket i forhold til opprinnelige planer. Det er også blitt vesentlig dyrere. I 1997 regnet NASA med en oppskytning i 2007 og en totalkostnad på cirka 500 millioner dollar. I 2016 hadde forsinkelser ført til en planlagt oppskytning i oktober 2018 og en kostnad på 8,7 milliarder dollar. Kostnadsoverskridelsene førte til at prosjektet var truet av kansellering i 2011.

Oppskytning

Skarpt bilde av den lys-sterke stjernen HD84406 i stjernebildet Store bjørn
Skarpt bilde av den lys-sterke stjernen HD84406 i stjernebildet Store bjørn, tatt med JWSTs NIRCam i forbindelse med finjusteringen av de individuelle segmentene i hovedspeilet, viser at teleskopet fungerer som forventet.
Skarpt bilde av den lys-sterke stjernen HD84406 i stjernebildet Store bjørn
Av .

Teleskopet ble skutt opp med en Ariane 5 ECA fra den franske romorganisasjonen CNES sitt Centre Spatial Guyanais ved Kourou i Fransk Guyana, 25. desember 2021. Bæreraketten er ESAs viktigste bidrag til JWST.

Bane

Tegning av skjermen som beskytter JWST mot forstyrrende stråling fra sol, jord og måne.
Tegning av skjermen som beskytter JWST mot forstyrrende stråling fra sol, jord og måne.
Tegning av skjermen som beskytter JWST mot forstyrrende stråling fra sol, jord og måne.
Av .

For å sikre at svake målinger ikke forstyrres av infrarød stråling fra selve JWST, må teleskopet holdes så kaldt som mulig. JWST er derfor utstyrt med en stor skjerm som blokkerer for lys fra Sola, Jorden og Månen. For å oppnå et akseptabelt resultat, måtte disse tre himmellegemene befinne seg i omtrent samme retning, sett fra teleskopet. Dermed falt banevalget på L2, Lagrange-punkt 2, som ligger på Jordens nattside. Teleskopet beveger seg der i en elliptisk bane rundt L2-punktet som ligger på en linje gjennom Jordens og Solas sentra, omtrent 1,5 millioner kilometer utenfor Jorden.

Lagrange-punkt 2 er ikke stabilt, og JWST blir derfor holdt i sin bane om L2 ved korrigerende støt hver tredje uke med en jet-rakett festet til teleskopet. Medbragt brennstoff sikrer stabil posisjon for JWST i 20 år.

Forberedelser

Ett av de 18 segmentene i James Webb romteleskopets primærspeil inspiseres etter pålegging av et uhyre tynt lag gull.

.
Lisens: fri

Romingeniører ved NASAs Space Telescope Science Institute avsluttet 28. april 2022 en omfattende finjustering av de 18 heksagonale segmentene i hovedspeilet, som samlet skal fungere som én perfekt optisk speilflate. I denne prosessen ble det benyttet observasjoner av den mest lys-sterke stjernen HD84406 i stjernebildet Store bjørn.

Deretter ble en nøye planlagt utprøving av alle instrumentene iverksatt gjennomført med et omfattende utvalg av astronomiske kilder. De første bildene ble frigitt og gjort fritt tilgjengelig 11. juli 2022.

Teleskopet

NIRCam, ett av de fire instrumentene i James Webb-romteleskopet.

.
Lisens: Begrenset gjenbruk

Teleskopet som samler inn den infrarøde strålingen, har til sammen 21 speilsegmenter. 18 tilhører primærspeilet, som har et tverrmål på omtrent 6,5 meter. Til sammenligning har primærspeilet på Hubble-romteleskopet en diameter på 2,4 meter, men hvis denne speilkonstruksjonen skulle oppskaleres for bruk på JWST, ville den ha blitt altfor tung.

Ingeniørene måtte gå nye veier, og besluttet å lage speilsegmentene av beryllium, som er både sterkt og lett – hvert segment veier omkring 20 kilogram. Segmentene er sekskantede med et tverrmål på 1,32 meter fra side til side, og de er dekket av et uhyre tynt lag av gull for å øke refleksjonen av infrarød stråling. Sammen danner de en bortimot sirkelformet flate med et oppsamlingsareal på 25 kvadratmeter, omtrent syv ganger mer enn oppsamlingsarealet på Hubble-romteleskopet.

Primærspeilet måtte være delvis sammenfoldet under oppskytningen, og hvert segment kan – ved hjelp av seks aktuatorer – innrettes med en nøyaktighet på en titusendel av et menneskehårs tykkelse.

Instrumenter

De fire instrumentene i JWST er

  • MIRI (Mid-Infrared Instrument), bygget av et europeisk konsortium under ledelse av ESA og NASAs Jet Propulsion Laboratory.
  • NIRCam (Near-Infrared Camera), levert av University of Arizona.
  • NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph), bygget av ESA med komponenter levert av NASAs Goddard Space Flight Center.
  • FGS-TFI (Fine Guidance Sensor Tunable Filter Imager), fremstilt av CSA.

Skjerm

Bildet av fem galakser
Bildet viser fem galakser, kjent som Stephan’s Quintet, tatt med JWST. De fire galaksene midt i bildet befinner seg nær hverandre, omkring 290 millioner lysår fra Jorden. Galaksen til venstre i bildet er et annet sted i rommet, langt fra de andre fire.
Bildet av fem galakser
Av .

Skjermen som blokkerer forstyrrende stråling fra Sola, Jorden og Månen måler 22 meter ganger 12 meter (omtrent så stort som en tennisbane) og består av fem adskilte lag laget av kapton, et svært tynt, sterkt plastmateriale med en sterkt reflekterende metalloverflate. Hvert enkelt lag er tynnere enn halvparten av et papirark. Strålingen som treffer det ytterste laget, fører til at det får en temperatur på 50 grader celcius. Gjennom de fem lagene reduseres temperaturen til –233 grader celcius, som tilsvarer 40 grader kelvin, på den innerste flaten som vender mot teleskopet. Skjermen sørger for at selve teleskopet og de fire hovedinstrumentene holder nødvendig lav temperatur.

Skjermen ble skutt opp sammenfoldet.

Tidlige observasjoner

Carinatåken fotografert med JWST
Carinatåken fotografert med James Webb-romteleskopets NIRCam. Teleskopets høye bildeskarphet gir ny, spennende informasjon om stjerners fødsel og utvikling.
Carinatåken fotografert med JWST
Av .
Bilder av Ringtåken tatt av JWST
Bilder av den planetariske Ringtåken registrert med JWSTs NIRCam (venstre) og MIRI (høyre). Støvskyene rundt den hvite dvergstjernen er mer gjennomsiktig på bølgelengder som registreres med MIRI, hvilket fører til at den andre stjernen også blir synlig.
Bilder av Ringtåken tatt av JWST
Av .
Lyskurve fra en passasje av den ekstrasolare gassplaneten WASP-96b
JWSTs registrerte lyskurve fra en passasje av den ekstrasolare gassplaneten WASP-96b foran sin sentrale stjerne.
Lyskurve fra en passasje av den ekstrasolare gassplaneten WASP-96b
Av .

De første observasjonene som ble frigitt ved åpningen 12. juli, illustrerer mangfoldet i observasjoner og studier som kan gjennomføres med JWST.

Bildet av de fem galaksene Stephan’s Quintet, også kjent som Hicksons Compact Group 92 (HCG 92), er en mosaikk satt sammen av en rekke opptak med de to infrarøde kameraene til JWST. Det dekker et areal som tilsvarer omkring 5 prosent av måneskiven. De fire galaksene som ses over hverandre midt i bildet, ligger så nær at deres tyngdekrefter påvirker alles indre og ytre bevegelser. Den øverste galaksen i gruppen viser et bevegelsesmønster som tyder på at den har et massivt svart hull i sitt sentrum. Med den skarpe registreringen av detaljer i observasjoner med James Webb-teleskopet bidrar denne galaksegruppens «kosmiske dans» til ny kunnskap om galaksers dannelse og utvikling.

Et av bildene viser et utsnitt av Carinatåken (NGC 3324), som ligger 7600 lysår ute i Melkeveien. Denne stjernetåken er spesielt egnet for studier av fødsel, utvikling og død av massive stjerner.

JWST har gjennomført en spesielt lang (Deep Field) eksponering av galaksehopen SMACS 0723. Den omfatter flere tusen galakser og befinner seg i avstand 4,6 milliarder lysår. Det meget skarpe bildet (øverst i artikkelen) viser detaljer som tidligere teleskoper ikke har kunnet registrere. Bildet inneholder en rekke tynne, korte og lengre, lyse buer; de skyldes den massive galaksehopens gravitasjonslinse-effekt, som avbøyer og samler lyset fra fjerne kilder langt bak hopen.

JWSTs observasjoner av den planetariske Ringtåken i stjernebildet Lyren har påvist at den sentrale hvite dvergstjernen som er kilden til tåkeringene, er en dobbeltstjerne. Den andre, fremdeles stabile stjernen som tidligere er blitt skjult av tett støv fra den døende hvite dvergstjernen, blir observerbar ved de lengre bølgelengdene som registreres med MIRI-kameraet. Denne stjernen vil senere også falle sammen, bli en hvit dvergstjerne og bidra med nye tåkeringer.

NIRSpec-instrumentet til JWST har registrert den varierende strålingen fra den ekstrasolare planeten WASP-96b, som går i bane rundt en sollignende stjerne med omløpstid på 3½ jord-døgn. Den er en gassplanet med halvparten av Jupiters masse og befinner seg 1150 lysår fra oss. Foreløpige analyser har påvist målbare mengder av vanndamp i planetens atmosfære.

Drift

The Space Telescope Science Institute i Baltimore er vitenskapelig knutepunkt og operasjonssenter for JWST og har ansvar for den vitenskapelige bruken av romteleskopet og for levering av data til involverte astronomer. Data overføres fra JWST til bakken via NASAs Deep Space Network og blir prosessert og kalibrert ved instituttet, før det blir fordelt til forskere over hele verden.

Les mer i Store norske leksikon

Eksterne lenker

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg