De James Webb Space Telescope: lancering en ontplooiing


"Eindelijk” zullen vele astronomen gezegd hebben op kerstdag 2021. Inderdaad op 25 december werd om 13.20 u. onze tijd van op de Europese ruimtevaartbasis in Kourou (Frans Guyana) de James Webb Space Telescope met een Ariane-5 raket gelanceerd.

 

Launch%20JWST.jpg

 

Copyright afbeelding: NASA Spaceflight.com >>> https://www.nasaspaceflight.com/2021/12/ariane-5-webb-launch/

 

De nieuwe ruimtetelescoop kreeg de naam James Webb. James Webb was van 1961 tot 1968 directeur van de NASA. Hij was de man die aan het hoofd stond van het Apollo project om mensen voet te doen zetten op de Maan.

De James Webb-ruimtetelescoop is een groots gezamenlijk project waarin de NASA en de ESA een doorslaggevende rol hebben gespeeld. De realisatie ervan liep wel niet van een leien dakje. Door allerlei financiële en technische problemen moest de lancering verschillende keren worden uitgesteld. De eerste plannen zijn meer dan tien jaar oud.

De nieuwe ruimtetelescoop is de krachtigste ruimtetelescoop ooit, die, ver van de Aarde, het heelal zal onderzoeken en astronomen de kans zal geven om ver in het verleden terug te kijken. De JWST zal licht opvangen van de allereerste sterren die na het ontstaan van het heelal zijn ontstaan. Door die eerste generatie sterren te onderzoeken hoopt men tot een beter inzicht te komen in wat zich afgespeeld heeft in het prille begin van onze kosmische geschiedenis. De nieuwe telescoop zal ook aandacht hebben voor exoplaneten, waarrond ook nog zoveel mysteries hangen. Verschillende concrete projecten staan op de agenda.

 

 

De opvolger van de Hubble Space Telescope

De James Webb-ruimtetelescoop wordt meestal bestempeld als de opvolger van de Hubble-ruimtetelescoop, die al meer dan 30 jaar rond de Aarde draait en ons de laatste decennia heel wat nieuwe kennis over het heelal heeft bijgebracht. Toch mag men de nieuwe ruimtetelescoop niet enkel zien als een verbeterde versie van de Hubble. De James Webb-telescoop is uitgerust met tal van hoogstaande technologische snufjes en zal zo veel verder en veel nauwkeuriger dan tot nu toe het geval was het heelal kunnen ontleden. Als alles naar wens verloopt zullen wij met de James Webb-ruimtetelescoop een beter inzicht krijgen van wat zich voorgedaan heeft in het prille begin van het heelal, toen het nog piepklein was maar ook reeds alle ingrediënten bevatte om te evolueren tot wat het heelal vandaag is geworden.

Wie op een heel gedetailleerde manier de nieuwe ruimtetelescoop wil volgen op zijn weg doorheen de ruimte kan dit doen op de uitstekend site van de NASA over de JWST.

Men vindt op deze webstek tevens een lijst van de bijzonderste delicate punten die de James Webb-telescoop nog zal moeten 'overleven' vooraleer hij zijn definitieve bestemming in de ruimte bereikt.

 

Hubble%20verus%20Webb.jpg

 

Copyright afbeelding: webbtelescope.org >>> https://webbtelescope.org/contents/media/images/4198-Image

 

 

Lagrangepunt L2

Normaal gezien zal de James Webb na een vlucht van 29 dagen zijn definitieve positie bereiken in het Lagrangepunt L2 van het systeem Zon - Aarde. Die Lagrangepunten zijn zeer belangrijk in de astronomie. De Franse astronoom Joseph-Louis Lagrange kon in 1772 aantonen dat telkens twee hemellichamen, in dit geval de Zon en de Aarde, rond een gemeenschappelijk zwaartepunt draaien, men in dat systeem vijf speciale punten kan vinden waar de onderling werkende zwaartekrachten elkaar opheffen. Wanneer zich in één van die punten een derde klein voorwerp bevindt, zal dit voorwerp geen zwaartekracht ondervinden en kan het er zonder al te veel energie een relatief stabiele plaats innemen. Van deze vijf Lagrangepunten, respectievelijk aangegeven als L1, L2, L3, L4 en L5, wordt in de ruimtevaart gretig gebruik gemaakt.

 

Lagrange%202.jpg

Copyright afbeelding: Volkssterrenwacht MIRA

 

 

Ook in het systeem Zon - Aarde zijn er vijf Lagrangepunten. Drie Lagrangepunten bevinden zich op de as die de Zon met de Aarde verbindt.

Het Lagrangepunt L1 staat tussen de Zon en de Aarde op ongeveer 1,5 miljoen kilometer van de Aarde. Door zijn positie tussen de Aarde en de Zon is L1 dan ook een uitermate geschikte plaats om de Zon waar te nemen.

Het Lagrangepunt L2 ligt eveneens op de as Zon - Aarde, ook op ongeveer 1,5 miljoen km, maar aan de buitenkant van de Aarde. Aangezien L2 in de schaduw van de Aarde ligt is deze plaats een bevoorrechte positie om het diepe heelal te onderzoeken. In dit L2 punt werden in het verleden onder andere reeds de satellieten COBE en WMAP 'geparkeerd'. Dit zal normaliter binnen enkele maanden ook de plaats zijn van waaruit de nieuwe James Webb-ruimtetelescoop zijn opdrachten zal uitvoeren.

Het plaatsen van een satelliet in een Lagrangepunt blijft wel een delicaat punt, omdat bij het naderen van dit punt de heersende zwaartekracht steeds afneemt. Aangezien de telescoop geen adequaat remsysteem aan boord heeft, is het gevaar dat hij zijn doel voorbij schiet reëel.  

 Omdat de Zon, de Aarde en het Lagrangepunt L2 op eenzelfde lijn liggen zal de JWST zich dus steeds in de schaduw van de Aarde bevinden. Dit is niet het geval met de Hubble-telescoop, die rond de Aarde draait en er belangrijke temperatuurschommelingen ondervindt. Dat de nieuwe ruimtetelescoop zich in de schaduw van de Aarde bevindt is van essentieel belang, omdat hij waarnemingen moet verrichten in het infrarode gebied van het lichtspectrum en de wetenschappelijke instrumenten aan boord van de ruimtetelescoop enkel werken bij een zeer koude temperatuur, net boven het absoluut nulpunt.

 

 

Voorbereidingen tot het echte werk kan beginnen

Maar voordat de JWST in zijn Lagrangepunt aankomt moeten nog verschillende cruciale stappen met succes worden doorlopen, zoals het uitvouwen van de zonnepanelen, het zonneschild en de grote spiegel. De telescoop moet ook tot op een fractie van een micrometer gekalibreerd worden. Dit zijn maar enkele van de vele problemen waar niets mag verkeerd lopen. Ongetwijfeld zullen veel astronomen de eerstvolgende maanden al die delicate operaties zenuwachtig opvolgen. Daarbij moet men rekening houden met het feit dat de nieuwe ruimtetelescoop zich zeer ver van ons zal bevinden en dat bij dergelijke afstanden een menselijke tussenkomst quasi onmogelijk is. In tegenstelling tot de Hubble-ruimtetelescoop, waaraan in het verleden astronauten met een spaceshuttle herstellingen konden uitvoeren, zal de James Webb-telescoop op zichzelf aangewezen zijn.

Ook de levensduur van de James Webb-telescoop zal beduidend korter zijn dan die van de reeds 30 jaar oude Hubble-telescoop. Door zijn positie zal de JWST immers geen beroep kunnen doen op de Zon om zich te bevoorraden in energie. Eenmaal de beschikbare brandstof is opgebruikt, zal het onherroepelijk gedaan zijn met de telescoop. Men hoopt dat er aan boord genoeg brandstof is om de telescoop minstens 5,5 jaar operationeel te houden en hem ondertussen zo intens mogelijk te kunnen gebruiken. Laat ons hopen dat in de loop van volgend jaar de eerste wetenschappelijke resultaten zullen kunnen vrijgegeven worden.    

 

 

Participatie van ons land

Vergeten wij ten slotte niet dat de James Webb-ruimtetelescoop ook een belangrijke Belgisch bijdrage aan boord heeft. Verschillende Belgische universiteiten en onderzoekscentra hebben een belangrijke rol gespeeld in het ontwerpen van MIRI (Mid-infrared instrument), een belangrijk instrument dat het thermisch infrarood licht dat de telescoop opvangt moet omzetten in een bruikbaar spectrum.

Eenmaal operationeel zal de beschikbare observatietijd onder de onderzoekers verdeeld worden. Nu reeds zijn meer dan 10.000 observatie-uren onder onderzoekers verdeeld.  Onder hen ook Belgische vorsers, die in het hun toegewezen tijdslot een aantal exoplaneten zullen onderzoeken. Veel aandacht zal besteed worden aan de samenstelling van hun atmosfeer. Zo zou de eventuele aanwezigheid in de atmosfeer van water en methaan kunnen wijzen op de aanwezigheid van leven. Ongetwijfeld zal de belangrijke ontdekking in 2017 van het TRAPPIST-1-systeem door de Luikse astronoom Michaël Gillon uitgebreid onderzocht worden.

 

TRAPPIST%201.jpg

 

Copyright afbeelding: NASA Exoplanet Exploration >>> https://exoplanets.nasa.gov/trappist1/

 

Tekst: Emile Beyens, 29/12/2021

Bron: NASA James Webb Space Telescope