I løpet av 2018 vil James Webb Space Telescope bli vårt største øye mot himmelen. La oss se på framgangen så langt.
I laboratoriene hos NASAs Goddard Space Flight Center begynner astronomiens framtid å ta form. Den har vært planlagt i over 20 år i form av det største og mest avanserte rombaserte observatoriet som noensinne er bygget: James Webb Space Telescope (JWST) er nå i sin siste fase før oppskytning i oktober 2018.
Romteleskopet skal revolusjonere vår kunnskap om verdensrommet, noe som gjør det til en passende hyllest til mannen som den er oppkalt etter: James Webb. Han var NASAs andre administrerende direktør og forvandlet NASA til å bli den ambisiøse vitenskapsinstitusjonen som byrået er i dag.
Ved å se på universet i infrarød vil JWST gjøre det mulig for forskere å se en side av kosmos som i stor grad er skjult for oss. Teleskopet kommer til å se gjennom slørene av støv rundt stjerner og fange lys som har reist gjennom universet siden universets begynnelse.
«De vitenskapelige målene til JWST spenner alle forskjellige områder innen astrofysikk og astronomi», sier Hannah Wakeford, en postdoktor ved Goddard Space Flight Center. «JWST kan se alt fra de dypeste, eldste tidene som vi kan observere, helt til våre nærmeste naboer. Teleskopet vil undersøke alt fra de aller største objektene i universet til de minste, små planetene.»
Et øye av gull
For å oppnå månene sine må teleskopet kunne plukke opp hvert eneste infrarøde foton som treffer det. Teleskopet har et 6,5 m stort hovedspeil som er designet for å være sammenbrettet under oppskytning, og er konstruert av 18 sekskantede speilsegmenter laget av gullbelagt beryllium. «Gull har virkelig gode reflekterende egenskaper i den infrarøde delen av lysspekteret», sier Keith Parrish, observasjonsleder for JWST. «Vi valgte beryllium fordi det er bearbeidbart, lett, sterkt og stivt. Det er som om det ble plassert i periodesystemet spesifikt for å bygge romteleskoper.»
Speilsegmentene er polert med en nøyaktighet på 20 nm – presisjon nær atomnivå. Det er nødvendig for å sikre at ikke noe av det dyrebare lyset blir spredt vekk fra fokuspunktet, for å ta så skarpe bilder som mulig. Men for å innføre mer kompleksitet til prosjektet må teamet være sikker på at teleskopet beholder denne nøyaktigheten når det blir nedkjølt til –233 ºC, temperaturen som teleskopet vil operere i.
«Vi forsøker å se objekter og vitenskapelige mål i infrarød, og det er i det bølgelengdeområdet varme transporteres», sier Parrish. «Hvis teleskopet ikke blir kjølt ned, vil gløden fra teleskopets varme oversvømme instrumentdetektorene.»
Men det er ikke lett å jobbe ved disse temperaturene. Speilene er så presise at selv små utvidelser eller sammentrekninger forårsaket av temperaturendringer så små som en tusendels grad kan føre til at speilene blir feiljustert. Konstruksjonsmaterialene er valgt for å forhindre dette ved å motstå ekstreme temperaturer: Beryllium blir brukt i speilene, og karbonkompositt blir brukt til hovedstøttestrukturen.
Det er upraktisk å utnytte mekaniske nedkjølingsteknikker eller kryogene væsker for å nedkjøle et romfartøy på 4000 kg, så JWST vil holde seg nedkjølt ved å oppholde seg i skyggen og har med sin egen solskjerm på størrelse med en tennisbane.
«Teleskopet peker ut mot rommet slik at vi kan kjøle ned naturlig», sier Parrish. «Hvert lag av solskjermen reflekterer litt av Solas varme ut i rommet, slik at temperaturen avtar for hvert lag.»
Den siste montasjen
Solskjermen blir satt sammen med omhu. Når den er ferdig bygget, vil den bli festet til romfartøyets databuss, som er den delen av teleskopet som rommer kommunikasjons- og kontrollsystemene. I mellomtiden har speilet blitt montert med fire vitenskapelige instrumenter montert på baksiden. Disse instrumentene vil bruke spektrografer og kameraer til å tolke lyset som blir samlet, klar for astronomer til å gjøre sin forskning.
Den optiske halvdelen av observatoriet gjennomgår åtte måneder med tester for å sikre at den overlever den vanskelige oppskytningen. Dette inkluderer å bli avkjølt i verdens største kryogenanlegg for å sørge for at teleskopet fungerer som forventet når det når de iskalde temperaturene i rommet. Innen sommeren 2018 bør teamet være overbevist om at de to halvdelene er i perfekt form. Deretter er tiden inne for å kombinere dem for å danne det endelige teleskopet og fullføre JWST.
Det ferdige romteleskopet vil deretter pakkes forsiktig sammen for å passe inn i en Ariane 5-rakett. Denne raketten er for smal til å huse hele teleskopet, så speilet er konstruert i tre deler som vil brettes over hverandre. Solskjermen blir brettet rundt teleskopet og holdt nede for å hindre at det flakser opp og ned og rives i stykker.
Oppskytningsdatoen for JWST er satt til oktober 2018. Når JWST kommer ut i rommet, tar det to uker, 178 frigjøringsmekanismer og 40 bevegelige deler for utplassere teleskopet. Det vil ta ytterligere to uker for teleskopet å nå det andre Lagrange-punktet, et område som befinner seg 1,5 millioner km fra planeten vår – langt nok unna til at Jordas varme glød ikke påvirker teleskopets avlesninger. Deretter vil teleskopet være klart til å observere universet i de neste fem til ti årene og avsløre en side av universet som NASA har ventet flere tiår på å avdekke.
Artikkelen er skrevet av Elizabeth Pearson. Hun er nyhetsredaktør i BBC Sky at Night Magazine.
