Det fuldt monterede James Webb-rumteleskop med sin solskærm og "enhederne pallestrukturer" (som foldes rundt om teleskopet til lancering) ses delvist placeret i en åben konfiguration for at muliggøre teleskopinstallation.
(Billede: © NASA / Chris Gunn)
Paul M. Sutter er en astrofysiker hos Ohio State University, vært for Spørg en Spaceman og Space Radio, og forfatter af "Dit sted i universet."Sutter bidrog med denne artikel til Space.com's ekspertstemmer: Op-Ed & Insights.
NASAs James Webb-rumteleskop er (i øjeblikket) planlagt at blive lanceret i marts 2021, efter år med forsinkelser og milliarder af dollars brugt over budgettet. Selvom det er let at argumentere for, at al den tid og penge er spildt, vil dette observatorium være den førende og ubestridte mester for infrarøde bølgelængder, hvilket giver os uovertruffen adgang til hjørner af universet, der i øjeblikket er utilgængelige.
Hvis vi vil lære nye ting om alt fra de første galakser til muligheden for livet på andre planeter, de omkring 9,7 milliarder dollars James Webb er vores eneste håb.
Ingen chill
Mens James Webb-rumteleskopet ("JWST" til dem, der ved) kendes som "efterfølgeren" til NASAs store Hubble-rumteleskop, den slags er det ikke. Hubble er primært et optisk teleskop, der fanger bølgelængder af lys svarende til det interval, som det menneskelige øje gør, og strækker sig forbi det lidt ind i de infrarøde og ultraviolette (UV) dele af det elektromagnetiske spektrum. I det væsentlige er Hubble en kæmpe, der kredser rundt om øjenæble i rummet, og leverer fantastiske billeder, som du ville se, hvis dine synsnerver var på samme måde udstyret.
Men JWST er anderledes. Det vil observeres helt i den infrarøde, knap nok ridse på de dybeste mulige røde, som et menneske kan se. Med andre ord vil JWST studere et univers, der stort set er usynlig for menneskelig oplevelse.
En af de vigtigste grunde til, at JWST er designet til at være et infrarødt omfang, er at infrarød astronomi generelt er virkelig svært at gøre fra jordens overflade. Let forurening er astronomernes bane, der har brug for deres himmel krystalklar og perfekt mørke for at gøre deres detaljerede observationer og målinger.
Og infrarød lysforurening kommer fra mange forskellige steder. Grundlæggende noget varmt. Hvilket er dybest set alt. Menneskelige kroppe genererer 100 watt infrarød stråling. Jorden selv er temmelig varm og lyser stærkt i infrarøde bånd. Selv teleskopet i sig selv, hvis det er ved stuetemperatur, er hurtigt i det infrarøde.
Det er ikke det, vi ikke kan gøre infrarød astronomi fra jorden er det bare, at det er frustrerende hårdt.
Derfor plads.
Langt hjemmefra
JWST vil operere cirka 1 million miles (1,5 millioner kilometer) fra Jorden for at få den sikkert langt væk fra vores varme, infrarøde glødende planet. Men selv stadig, der er solen at kæmpe med. Har du nogensinde siddet ude på en dejlig sommerdag og følt vores solvarme på din hud? Ja, det er infrarød stråling, pumpet ud af spanden. Og endda en million kilometer væk fra Jorden, er solen stadig lidt velsmagende.
For at bekæmpe dette har designere af infrarøde rumteleskoper et par muligheder. Det mest almindelige valg er at bruge et aktivt kølesystem, der nedkøler teleskopet til de temperaturer, der er nødvendige for korrekt at observere infrarøde bølgelængder. Dette er fantastisk og bruges af tidligere infrarøde rumteleskoper, men det begrænser deres levetid. Ikke mere kølevæske = ikke mere astronomi.
Så i stedet vil JWST indsætte en kæmpe, dyre pladsparaply, 72 fod (22 meter) lang og 36 fod (11 m) bred, lavet af fem lag ekstremt reflekterende materiale, hvert lag tyndere end et menneskehår. Denne massive "solskærm"holder selve teleskopet i konstant skygge, et sted syd for minus 370 grader Fahrenheit (minus 223 grader Celsius), hvilket er ideelt til de infrarøde bølgelængder, det vil studere.
Skønt et af instrumenterne ombord, kun for sjov, køles med et aktivt kølesystem til under minus 433 Fahrenheit (minus 258 C), hvilket giver det adgang til nogle endnu længere infrarøde bølgelængder.
Se videnskaben
Alt i alt er JWST massiv. Faktisk er den så stor, at den ikke skal kunne passe på en raket. Udover den gargantuanske solskærm vil det primære spejl være 6,5 meter på tværs, hvilket er langt bredere end nogen raket, der i øjeblikket er i brug. Kanaltapning af spejlet til siden af raketten er ikke nøjagtigt en brugbar løsning, så i stedet brød de smarte NASA-ingeniører spejlet i 18 mindre sekskantede sektioner, som vil blive gemt og foldet ind i raketten (sammen med den sammenfoldede op solskærm og resten af selve teleskopet).
Hvis alt går rigtigt, vil JWST bare få dage efter lanceringen gå til sit observationspunkt, udfolde sig og begynde at stirre.
Og hvad det vil se vil være - og jeg bruger ikke dette ord let - bemærkelsesværdigt. Et af dets hovedmål vil være det tidlige univers, da vores kosmos bare var et par hundrede millioner år gammel. De første stjerner og galakser, der optrådte på den kosmiske scene, brændte lyst i det synlige spektrum, men i løbet af de sidste 13 milliarder år universet er blevet udvidet og strækker lyset ud fra det synlige interval og ned i det infrarøde - lige i det søde sted af JWSTs designparametre.
Da vi overhovedet ikke har billeder fra epoken fra de første stjerner og galakser (kendt som kaldes "kosmisk daggry") dette vil være vores første nogensinde at se på denne vigtige tidsalder i kosmos historie.
Tættere på hjemmet vil JWST studere noget cool i kosmos, fra protoplanetære skiver omkring nyfødte stjerner til molekylære skyer, kometer, Kuiper Belt-objekter og mere.
Og JWST vil bruge en specialiseret enhed til at blokere lys fra nogle fjerne stjerner, hvilket gør det muligt for observatoriet at knipse billeder af objekter, der kredser rundt om disse stjerner - som exoplaneter. Disse planeter vil glødes i det infrarøde, og lyset fra disse planeter vil blive ændret af kemikalierne og elementerne i deres atmosfærer, kemikalier og elementer, der kan være tegn på liv.
Fra ET-jæger til Cosmic-dawn-afslører, vil JWST helt sikkert være værd at vente på.
- NASAs James Webb-rumteleskop: Hubbles kosmiske efterfølger
- Husbruger Bill Billes Brand Advarsel skudt ved James Webb Space Telescope
- NASAs James Webb-rumteleskop ankommer til Californien til endelig forsamling (fotos)
Lær mere ved at lytte til episoden "Er James Webb værd at vente på?" på Ask A Spaceman-podcast, tilgængelig den iTunes og på Internettet kl http://www.askaspaceman.com. Tak til @SethDSanders, @hhyech, White I. og Veljo U. for de spørgsmål, der førte til dette stykke! Stil dit eget spørgsmål på Twitter ved hjælp af #AskASpaceman eller ved at følge Paul @PaulMattSutter og facebook.com/PaulMattSutter.
