James Webb-teleskopet ska se till tidernas begynnelse  

2021-04-10 07:14  

Senare i år ska James Webb-teleskopet skjutas ut i rymden. Med sin stora guldpläterade spegel och sin infraröda kapacitet ska teleskopet undersöka formationen av de första galaxerna. 

Universum tros vara cirka 13,8 miljarder år gammalt och James Webb-teleskopet (Webb) är byggt för att kunna se födelsen av de första stjärnorna och galaxerna.

För att blicka tillbaka i tiden ska Webb mäta ljus från himlakroppar långt bort i universum. Ljus rör sig i cirka 300 000 km i sekunden men det ljus som ska undersökas kommer från himlakroppar så pass långt bort att det ändå skickades ut för flera miljarder år sedan.  

Eftersom universum expanderar dras ljus som rör sig i universum ut och får längre våglängd. Och om en himlakropp rör sig ifrån jorden samtidigt som den strålar mot oss dras också våglängderna ut.

Detta gör att det ljus Webb ska mäta går mot och in i den infraröda delen av det elektromagnetiska spektrumet, det blir rödförskjutet. Webb är därför byggt för att främst observera infrarött ljus och har en känslighet för våglängder mellan 600 – 28 500 nm.

Den kalla sidan är riktad ut mot universum

Solen, jorden, månen och även teleskopet självt kan skapa bakgrundsbrus i mätningarna eftersom värmestrålning från dessa är i infrarött. Webb har därför en stor värmesköld på 300 m2 som ska skydda från värmestrålningen. Den består av fem lager, tjocka som plastfolie, separerade från varandra för att undvika att värme leds från ett lager till ett annat. 

Värmeskölden ger Webb en varm och en kall sida. Den varma sidan, alltid vänd mot solen, ska hålla en temperatur kring 85 grader Celsius. Här finns bland annat dator, antenner och satellitens styranordning.

Den kalla sidan, skyddad från solen och riktad ut i universum, ska hålla en temperatur kring -233 grader Celsius. Det är på den kalla sidan som detektorer och vetenskapliga instrument finns, däribland den stora guldpläterade spegeln med en diameter på 6,5 meter som ska samla in ljuset. 

Huvudspegeln består av 18 hexagonformade och guldpläterade delspeglar gjorda av beryllium. Den konkava spegeln har en area på 25,4 m2 och kan vikas ihop för att enklare transporteras ut i rymden. Teleskopet har även en böjd sekundär- och tertiärspegel för att minska avbildningsfelen.  

Webb-teleskopet kompletterar Hubbles forskning

Till skillnad från Webb så mäter Hubble främst visuella och ultravioletta våglängder. Den infraröda kapaciteten ger Webb möjligheten att både se längre bak i tiden och att se nya fenomen som Hubble inte har kunnat observera. Hubble är i omlopp kring jorden på 570 km avstånd, en närhet som har låtit astronauter serva teleskopet flera gånger sedan uppskjutningen 1990.  

Webb ska transporteras 1,5 miljoner km bort och vara i omlopp runt den andra lagrangepunkten (L2). L2 är en av fem punkter där gravitationen från jorden och solen tar ut varandra. Detta gör att mindre objekt, så som Webb, kan få samma omloppstid kring solen som jorden. Det medför också att Webb och jorden kommer att vara relativt stationära i förhållande till varandra, teleskopet kan då blicka ut i universum med värmeskölden konstant vänt inåt mot solen och jorden.

En av de 18 delspeglar som utgör huvudspegeln.  Foto: Drew Noel 

Ett annat teleskop utöver Hubble som har banat väg för Webb är Spitzerteleskopet, även det ett infrarött teleskop i omlopp runt L2. Spitzer hölls nedkylt av flytande helium för att undvika bakgrundsbrus och hade en känslighet för ett annat våglängdsintervall än Webb. Erfarenheter från teleskopet som pensionerade i januari 2020 har gett ökad förståelse om hur man ska bedriva forskning med infraröda teleskop. 

Precis som Spitzer ska även Webb undersöka exoplaneter och deras atmosfärer. Med hjälp av spektrografi ska Webb bestämma innehållet i planeternas atmosfärer. När en exoplanet passerar framför en stjärna kommer en del av ljuset som når Webb att ha passerat genom planetens atmosfär. Olika ämnen i atmosfären absorberar ljus med olika våglängder. Genom att mäta absorptionslinjer, våglängder där ljusintensiteten är lägre, kan man bestämma vad atmosfären innehåller.  

Svensk forskare: ”Blir jättespännande”

Webb ska skjutas upp med en Ariane 5-raket från Franska Guyana 31 oktober 2021, enligt nuvarande plan. Under uppskjutningen är värmeskölden och speglarna hopfällda.

De vecklas sedan ut i etapper på vägen mot teleskopets omloppsbana vid L2. Det är många steg som ska fungera för att teleskopet ska hamna på plats och kunna börja samla in data. 

Göran Östlin är professor i astronomi vid Stockholms universitet och forskar om galaxer. I sin forskning har han förlitat sig mycket på bilder från Hubble, och ser fram emot mätdata från Webb.  

– Det kommer att bli jättespännande. Det jag använt mest hittills är Hubble. Hubbleteleskopet är superbra till en mikrometer i våglängd, Webb kommer att kunna se mycket längre våglängder. Det finns väldigt mycket som kan hända inom de våglängdsintervallen. En fördel med infrarött är att gasen i galaxer blir mer genomskinligt. Det stoft som finns mellan stjärnorna absorberar mindre i infrarött, så det blir lättare att se vad som händer, säger Göran Östlin. 

Teleskopet med huvudspegeln hopvikt och värmeskölden utvecklad.   Foto: NASA/Chris Gunn 

Det har gått många år sedan teleskopet började byggas och uppskjutningen har skjutits upp flera gånger. Men det betyder inte att tekniken i teleskopet är daterad. 

– Den teknologi som finns i James Webb är teknologi som var tillgänglig och mogen i början av tjugohundratalet. Hade man börjat tio år senare, 2010, hade man valt andra tekniska lösningar. Men samtidigt  finns det så många andra fördelar med att vara i rymden, som inte går att kompensera från jorden där atmosfären skymmer, så teleskopet kommer att vara väldigt bra. När det kommer till rymden tar man oftast inte de absolut senaste utvecklingarna, man vill ha mogen teknik. Den ska vara “space qualified”, alltså ha genomgått flera tester i rymdmiljö, säger Göran Östlin. 

Vad tror du blir det mest banbrytande vi lär oss från James Webb-teleskopets mätningar? 

– Förmodligen något som vi inte har förutsett innan. Det är de erfarenheter som vi har från tidigare teleskop. Vi har en del idéer om vad vi ska kunna göra med Webb, men den stora drivkraften är att man ska kunna kolla längre än med något annat teleskop, säger Göran Östlin.  

Lagrangepunkterna/Webbs omloppsbana  

Det finns punkter i rymden där gravitationen från solen och jorden tar ut varandra. Ett mindre objekt, som en satellit, placerat i omlopp runt en av dessa punkter kan behålla en relativ position till både solen och jorden. Dessa punkter kallas lagrangepunkter.  

Det finns fem lagrangepunkter. Punkterna är lösningar på det begränsade trekropparsproblemet och namngivna efter Joseph-Louis Lagrange, som hittade de två sista punkterna på 1700-talet.   

Webb ska transporteras 1,5 miljoner km bort till den andra lagrangepunkten (L2). I L2 kommer Webb att följa med jordens omloppsbana kring solen. Webb och jorden kommer att vara stationära i förhållande till varandra vilket gör att teleskopet kan blicka ut i universum med värmeskölden vänd inåt mot solen och jorden.  

Bill Burrau

Mer om: Rymden Universum

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt