Astronomi

Giganten i rommet!

Grafikk: NASA/JPL-Caltech

Hva kan vi vente oss av James Webb-teleskopet?

Håkon Dahle, Gjesteforsker ved Institutt for teoretisk astrofysikk, UiO

Forslag om et «neste generasjons romteleskop» ble diskutert allerede på midten av 1980-tallet. I 1990, samme år som Hubble Space Telescope (HST) ble utplassert i verdensrommet, foreslo en komité nedsatt av National Research Council i USA å bygge et romteleskop med et 6-meters hovedspeil for å observere infrarød stråling. Det ble anslått et oppskytningstidspunkt i 2009 og en prislapp som tilsvarer omtrent 4,3 milliarder dollar med dagens pengeverdi. 

Gjennom siste halvdel av 1990-tallet fikk JWST sin nåværende design med en solskjerm og segmentert hovedspeil. I en periode omkring 2011 stod JWST i fare for å bli kansellert på grunn av kostnadsoverskridelser. Heldigvis gikk det ikke slik, og JWST ble omsider skutt opp på tampen av 2021 fra Korou i Fransk Guyana. Den endelige prisen ligger på omkring 10 milliarder dollar.   

Grafikk: NASA, C. Godfrey (STScI) og Maria Hammerstrøm

Det kaldeste teleskopet i universet

JWST kan måle stråling i bølgelengdeområdet 0,6–28 mikrometer, det vil si fra oransje lys til infrarødt. Det er utstyrt med fire instrumenter: Den nær-infrarøde spektrografen (NIRSpec), det nær-infrarøde kameraet (NIRCam), det nær-infrarøde kameraet og spalteløse spektrografen (NIRISS) og det mellom-infrarøde instrumentet (MIRI). Disse instrumentene kan til sammen brukes på 17 forskjellige måter, hvorav flere representerer banebrytende teknologi.

Infrarød stråling med bølgelengder kortere enn 2,4 mikrometer kan måles ganske effektivt fra bakken siden mye av denne strålingen slipper gjennom Jordas atmosfære. Infrarød stråling med enda lengre bølgelengder blir derimot i stor grad absorbert av molekyler i jordatmosfæren. Videre ut i det infrarøde bølgelengdeområdet blir de bakkebaserte observasjonene i tillegg forstyrret av termisk stråling (varmestråling) fra atmosfæren og fra selve teleskopet. Dette kan på sett og vis sammenlignes med å observere stjernehimmelen gjennom et sotet vindu midt på dagen med et selvlysende teleskop!

For å minimere slik termisk stråling, skal JWST befinne seg i en bane omkring gravitasjonslikevektspunktet L2 (Lagrange-punkt 2), omkring 1,5 millioner kilometer fra Jorda i retning vekk fra Sola. Sett fra L2 vil Sola, Jorda og Månen alltid befinne seg i omtrent samme retning og kan dermed lett skygges for. For å unngå strølys fra disse tre himmellegemene er JWST utstyrt med en solskjerm i fem adskilte lag. Til sammen slipper disse lagene kun gjennom en milliontedel av solstrålingen, og i skyggen bak solskjermen er temperaturen omtrent –233 grader celsius. På solsiden vil temperaturen være over 100 varmegrader.

MIRI-instrumentet, som er mest følsom for termisk stråling, blir ytterligere kjølt ned til –267 grader celsius (6 kelvin) ved hjelp av helium. 

På denne måten vil JWST i noen bølgelengdeområder være opptil tusen ganger mer følsom for infrarød stråling enn noe tidligere teleskop på bakken eller i verdensrommet.

James Webb vs. Hubble

JWST blir ofte omtalt som en arvtager etter HST. Det er både galt og riktig. 

Teleskopet representerer en oppgradering i den forstand at speildiameteren er 6,6 meter, sammenlignet med 2,4 meter for HST. Både JWST og HST kan observere rødt lys og den delen av det infrarøde spekteret som ligger nærmest synlig lys. JWST dekker imidlertid større deler av det infrarøde området, og er dermed også i like stor grad en arvtager etter det infrarøde romteleskopet Spitzer Space Telescope som hadde en speildiameter på kun 0,8 meter og var i drift i perioden 2003–2020.

JWST er designet for å ha optimal følsomhet og skarphet i det infrarøde området, og vil faktisk ikke være mer følsom for (rødt) synlig lys enn HST. Fordi HST kan registrere UV-stråling og blått lys som ikke JWST kan måle, vil de to romteleskopene utfylle hverandre. 

Håpet er å kunne drive HST fram til ca. 2030 slik at de to teleskopene kan overlappe i årene framover. Det foreligger planer om et nytt og større romteleskop som kan måle UV-stråling og blått lys etter at HST har sluttet å fungere, men dette forventes ikke å være klart før tidlig på 2040-tallet.

Siste glimt av JWST på vei ut i rommet. Foto: Arianespace, ESA, NASA, CSA, CNES

Dette er et utdrag av artikkelen. I den fullstendige artikkelen i Astronomi 1/2022 kan du blant annet lese mer om de første observasjonene som skal gjøres og hva James Webb-teleskopet skal forske på.

Meld deg inn i Norsk Astronomisk Selskap for å abonnere på bladet. Melder du deg inn nå, vil du fortsatt få ettersendt nr. 1. Neste utgave kommer ut i løpet av mai.

Astronomi nr. 1

I bladet kan du blant annet lese om den norske radaren RIMFAX som lander på Mars 18. februar, norsk forskning på bakgrunnsstrålingen, astrofoto på lavbudsjett og avstandsbestemmelser i Universet. Fra og med dette nummeret har vi også flere nye spalter.

Bladet er nå i salg i Narvesen. Du kan også melde deg inn her for å abonnere på bladet. Medlemmer har også tilgang til digitalutgaven her.

Her er en oversikt over innholdet:

  • Norge på full fart til Mars. En norsk radar er med på Mars Perseverance, som lander på Mars 18. februar.
  • Proxima Centauri: Utbrudd på Proxima Centauri kan hindre liv i å utvikle seg på planeter i bane rundt den.
  • Norske astrofysikere i verdenseliten. Les om hvordan man analyserer data fra Planck-satellitten.
  • Gravøl for Arecibo. Det som en gang var verdens største teleskop ble ødelagt.
  • Den kosmiske avstandsstigen. Hvordan regner man ut avstander i Universet?
  • Ny metode for å måle avstander i Universet.
  • Den fjerneste galaksen.
  • Krise i kosmologien? Beregninger av Hubble-konstanter stemmer ikke overens.
  • Den fjerneste galaksen ble til bare 400 millioner år etter big bang.
  • Astronomi 50 år. Astronomi-bladet har vært utgitt i 50 år med forskjellige navn og utseende.
  • Astrofoto på lavbudsjett. Lær å ta bilde med astrotracker.
Lær enkel astrofotografering. Foto: Magnar Fjørtoft

Faste spalter:

  • Ny spalte: Astromiks
  • Stjernebilde: Orion
  • Stjernehimmelen fra februar til mai
  • Astronytt
  • Rapport
  • Astrogalleri

Neste nummer:

Nr. 2 kommer i mai. Det blir et temanummer om Sola.