Endelig er Hubble-avløseren klar: Kan se tilbake til kun få hundre millioner år etter universets skapelse

Astronomer over hele verden ser frem til 31. oktober i år med spenning.

Den dagen er en Ariane 5-rakett planlagt å løfte et teleskop på litt over 6 tonn - alt inkludert - ut i rommet fra Kourou i Fransk Guyana.

Den sendes på kurs mot det såkalte Lagrange punkt 2 (L2) ca. halvannen million kilometer ute i rommet ved forlengelsen av linjen fra solen til jorden.

Det er et populært sted å plassere romsonder og teleskoper for å observere universet. For objekter nær L2 er i en fast posisjon i forhold til jorden, mens kloden vår dreier seg om solen.

Det er herfra Gaia-satellitten for øyeblikket foretar en detaljert kartlegging av flere millioner stjerner i Melkeveien, og det var også herfra at Planck-satellitten i flere år gjorde en nøyaktig observasjon av den kosmiske bakgrunnsstrålingen.

Teleskopet vil ikke bli plassert i selve L2, men vil bli sendt i en såkalt halokrets rundt dette punktet.

En halokrets er forskjellig fra en konvensjonell krets ved at det ikke er en masse i L2 som gir en gravitasjonsmessig tiltrekning. Objekter ved L2 er derfor mer riktig i bane rundt solen akkurat som jorden er - det er den totale innflytelsen fra solens og jordens gravitasjonsfelt som gjør denne bane mulig.

Transporttid på en måned

Allerede under turen til L2, som vil ta en måned, vil teleskopet først brette ut antennen og deretter en stor solskjerm og de teleskopiske speilene.

Når teleskopet nærmer seg L2, vil det oppstå en omløpskorrigering som bringer teleskopet inn i den planlagte halobanen.

I løpet av den neste måneden vil teleskopet begynne å ta de første bildene. De vil bli uskarpe siden speilene ennå ikke er justert. Først ved utgangen av den tredje måneden vil det være gjort, og samtidig vil teleskopet være i riktig bane. Deretter gjenstår test og kalibrering.

Seks måneder etter utskytingen vil teleskopet være klart for sine vitenskapelige oppdrag. Og dermed, etter mange års forsinkelse, kan astronomer og resten av oss endelig se frem til å motta nye fantastiske bilder fra verdensrommet.

Kulminasjonen av 25 års arbeid

Det nye James Webb-romteleskopet er satt til å erstatte Hubble-romteleskopet som kongen av romteleskopene. Det har kostet blod, svette, tårer og mye penger. For mye penger. Det begynte for øvrig bra.

Hubble-romteleskopet ble sendt opp i 1990 i en lav bane rundt jorden i samme høyde på ca. 400 km, der den internasjonale romstasjonen også ligger.

Etter nybegynnervansker og en feilkonstruksjon, som krevde at astronautene dro ut på oppdrag med romfergene for å utføre litt ekstra servicearbeid, har teleskopet vært en enorm suksess som har gitt avgjørende ny kunnskap om universet i tillegg til supervakre bilder som kan bli oppfattet som rene kunstverk.

Hubble-romteleskopet fungerer fortsatt etter 30 år. Men siden levetiden opprinnelig ble estimert til å være cirka 15 år, begynte Nasa allerede i 1996 å tenke på etterfølgeren, som fikk arbeidsnavnet Next Generation Space Telescope (NGST).

Blikket er rettet mot universets fjerne riker

Da Ingeniøren skrev om planene for det nye romteleskopet i 2001, var det i en liten artikkel med tittelen «Gigantkikkert mot fortiden». Tanken var at NGST skulle observere galakser som var mye lenger unna enn det man kunne se med Hubble-romteleskopet.

I universet er det å se langt det samme som å se tilbake i tid, da strålingen vi tar opp kan ha vært mange milliarder år på reise. Dette ville gjøre det mulig å se dannelsen av de første galaksene med det nye teleskopet.

På grunn av utvidelsen av universet vil elektromagnetisk stråling som sendes ut i form av synlig lys med en bølgelengde like under en mikrometer bli mottatt som stråling med en lengre bølgelengde. Det sies å være rødskiftet da rødt lys har lengre bølgelengde enn blått lys. Størrelsen på rødskiftet blir et direkte mål på avstanden.

Det nye teleskopet skulle ha forskjellige kameraer og detektorer enn Hubble-romteleskopet. Det var også klart fra begynnelsen at det nye romteleskopet måtte ha et større speil for å samle opp strålingen enn Hubble romteleskop hadde, ettersom strålingen kom lenger unna og derfor var svakere.

Store tekniske utfordringer

Speilet på Hubble-romteleskopet er 2,4 meter i diameter. NGST, som ble omdøpt til James Webb Space Telescope i 2002 for å hedre NASAs direktør i Apollo-årene 1961-1968, har til slutt fått et 6,5 meter hovedspeil.

Det har gitt store tekniske utfordringer med å designe og produsere dette speilet på en måte som gjør at det kan brettes under utskytning og deretter foldes ut på riktig måte.

En gigantisk solskjerm på 21x14 meter har også forårsaket store problemer.

Det må forhindre at sollys treffer direkte og blender teleskopet og sørger for at de følsomme instrumentene ikke opplever temperaturer over 50 kelvin. Det anslås at på solsiden av skjermen kan temperaturen nå 383 kelvin.

Solskjermingen består av fem lag kapton, som er et polyimidmateriale som har veldig høy varmebestandighet. For å oppnå den spesifiserte varmebeskyttelsen er det helt avgjørende at lagene har riktig tykkelse og ligger i riktig avstand.

Skjermen er, som hovedspeilet, brettet under oppskytingen, og hvis den ikke folder seg ut ordentlig, er det katastrofalt.

I motsetning til Hubble-romteleskopet er det ikke mulig å utføre service på James Webb-romteleskopet når det er sendt ut i rommet. Enten fungerer det, eller så er det en total fiasko. Og sistnevnte vil ikke være utholdelig.

Problemene vokste og prisen ble tidoblet

Men i 2002 var folk fremdeles optimistiske med hensyn til å få James Webb-teleskopet ferdig og ut i verdensrommet på relativt få år.

Dette året skrev vi at det 6,6 milliarder kroner dyre teleskopet skulle være klart for oppskyting i 2010 - samtidig som Hubble-romteleskopet ble pensjonert.

Men problemene begynte å hope seg opp. Forsinkelser tårnet seg opp og prisen steg i været. Et større redesign av teleskopet ble utført i 2005, og i dag er prisantydningen på over 60 milliarder danske kroner.

Alle problemene er godt beskrevet i en rapport fra US National Audit Office GAO fra januar 2020.

På Ingeniøren har vi fulgt utviklingen intenst og har gjennom årene skrevet om lag 150 større eller mindre artikler om utviklingen av teleskopet.

Tidsplanen skled ut flere ganger, men i 2016 ble teleskopet ferdig produsert, og en oppskyting var forventet noen år senere. Men under de mange testene oppstod nye problemer, så den ble utsatt igjen.

Det ble opprettet en uavhengig ekspertkommisjon, som anbefalte en ny utsettelse, og innen 2020 kom koronaen og forstyrret. Dette førte til den siste utsettelsen fra mars 2021 til oktober 2021.

Om oppskytingen vil finne sted 31. oktober som planlagt, er nok fremdeles usikkert. Men sjansene er trolig bedre enn på lenge.

Astronomers ønskeliste

James Webb-romteleskopet vil være i stand til å observere et bredt spekter av objekter og fenomener som astronomer og astrofysikere vil vite mer om. Den inkluderer de første stjernene og galaksene som ble dannet i universet.

Det vil være mulig å studere utviklingen fra de første svake galaksene til de gigantiske galaksene som kan observeres i dag. I motsetning til Hubble-romteleskopet, vil James Webb-romteleskopet også kunne se gjennom tette støvskyer i retning av områdene der nye stjerner og stjernesystemer dannes.

Endelig vil teleskopet også kunne observere atmosfæren til eksoplaneter og gi oss bedre informasjon om vårt eget solsystem, ikke minst gjenstandene i den ytterste delen utenfor planetene.

Dermed er det høy forventning til at James Webb-romteleskopet vil være minst like viktig som Hubble-romteleskopet har vært.

Så hvem skal erstatte James Webb?

Men selvfølgelig slutter det ikke med James Webb Space Telescope. Gitt den lange tiden som går fra idé til ferdig romteleskop, er det allerede tanker om en etterfølger til James Webb-romteleskopet.

Som vi tidligere har skrevet, er det en rekke prosjekter på tegnebrettet som konkurrerer om å bli valgt ut til et nytt stort romteleskop for oppskyting om 15-20 år. Slike vil også være lokalisert ved Lagrange punkt L2.

Romteleskopens fortid, nåtid og fremtid er oppsummert i grafikken fra MI Grafik. I tillegg til de store romteleskopene som Hubble og James Webb, viser den også et stort antall mer dedikerte romteleskoper som Gaia og Planck nevnt tidligere i denne artikkelen, og indikerer bølgelengdeområdene de samler stråling fra.

Denne artikkelen ble først publisert på Ingeniøren for deres abonnenter. Den er tilgjengelig på norsk for abonnenter av Ekstra gjennom vår samarbeidsavtale.