James Webb -avaruusteleskooppi (JWST) – infrapunateleskooppi, Hubble'n seuraaja

James Webb -avaruusteleskooppi (JWST) on avaruuteen lähetetty suuri infrapunateleskooppi, joka laukaistiin 25. joulukuuta 2021. Teleskooppi on suunniteltu seuraajaksi vuonna 1990 laukaistulle Hubble-avaruusteleskoopille, mutta se tekee havaintoja pääosin infrapuna-alueella ja toimii siksi eri tavalla kuin Hubble. JWST:n tehtävänä on katsoa kauas aikaan ja avaruuteen — muun muassa löytää ja tutkia varhaisia tähtiä ja galakseja, tutkia tähdenmuodostusta ja eksoplaneettojen ilmakehiä sekä tarkkailla aurinkokunnan kohteita.

Perustiedot ja yhteistyö

Teleskoopin rakentamisesta ja käytöstä vastaavat NASA yhdessä Euroopan avaruusjärjestön (ESA) ja Kanadan avaruusjärjestön (CSA) kanssa. JWST:n pääpeili on halkaisijaltaan 6,5 metriä (21 jalkaa), ja sen pinta-ala on noin kuusi kertaa suurempi kuin Hubblella. Koska peili on niin suuri, se koostuu 18 erillisestä kuusikulmaisesta segmentistä, jotka taittuvat laukaisuasentoon ja avautuvat avaruudessa.

Peili, materiaali ja pinnoitus

Pääpeilin segmentit on valmistettu berylliumista, joka säilyttää muotonsa hyvin kylmissä oloissa. Kunkin segmentin heijastuspinta on ohuelti päällystetty kullalla, koska kulta heijastaa infrapunavaloa erittäin tehokkaasti. Taittuvan rakenteen ansiosta JWST mahtuu laukaisukapseliin ja pystyy avautumaan tarkassa käyttöasennossa matkansa aikana.

Aurinkosuoja ja jäähdytys

Infrapunahavainnoissa teleskoopin oma lämpösäteily on häiritsevä tekijä, joten se on pidettävä hyvin viileänä. JWST:ää suojaa suurikokoinen monikerroksinen aurinkosuoja, jonka koko on suunnilleen tenniskentän luokkaa. Aurinkosuoja koostuu viidestä ohuesta Kapton-kalvosta, jotka vähentävät auringon, Maan ja Kuun säteilyä teleskooppiin. Aurinkosuojan ansiosta instrumenttien lämpötila laskee passiivisesti kymmeniin kelvineihin; kuitenkin MIRI-instrumentti vaatii vielä aktiivista jäähdytystä (~7 K), joka toteutetaan erillisellä kryokylmälaitteella.

Mitta-alue ja instrumentit

JWST on suunniteltu työskentelemään lähinnä infrapuna-alueella, noin 0,6–28 mikrometrin aallonpituuksilla. Tämä kattaa näkyvän valon punaisen osan ja pitkän aallonpituuden infrapunan, minkä vuoksi se näkee esimerkiksi kaukaisten galaksien voimakkaasti punasiirtyneet aallonpituudet, joita Hubble ei pysty havainnoimaan yhtä hyvin.

NIRCam (Near Infrared Camera) — pääkamera lähi-infrapunassa, tärkeä varhaisten tähtien ja galaksien tunnistuksessa.
NIRSpec (Near Infrared Spectrograph) — spektrimittauksia lähi-infrapunassa, joka mahdollistaa kaasujen ja tähtien kemiallisen analyysin.
MIRI (Mid-Infrared Instrument) — keskimittaisen infrapunan instrumentti, joka paljastaa kylmempiä kohteita, kuten pölyttäviä tähtisikiöitä ja protoplanetaarisia renkaita.
FGS/NIRISS — tarkka seuranta- ja interferometriarunkoinen laite, jota käytetään esimerkiksi eksoplaneettojen havaitsemiseen ja tarkkuuskohdistukseen.

Laukaisu ja kiertorata

JWST laukaistiin Ariane 5 -kantoraketilla Ranskan Guyanasta. Teleskooppi ei ole Maan ympäri kiertävässä matalassa kiertoradassa kuten Hubble, vaan se liikkuu ympäröimällä toista Lagrangen pisteistä: Sun–Earth L2 -pisteessä noin 1,5 miljoonan kilometrin päässä Maasta. L2-kohdassa JWST pysyttelee vakaan lämpöympäristön ja jatkuvan katseen etäisyyden päässä Maasta ja Auringosta.

Käyttöikä ja operointi

Teleskooppi on suunniteltu toimimaan vähintään muutaman vuoden ajan, ja sen odotettu toimintakesto riippuu suurelta osin polttoaineen kulutuksesta ohjaus- ja asemienhallintamanöövereissä. Alun perin arvioitu käyttöikä oli useita vuosia (usein mainitaan 5–10 vuotta), mutta todellinen toimintakesto voi vaihdella ja riippuu käytönaikaisista olosuhteista ja polttoainesäilyvyyden tehokkuudesta.

Nimi ja historia

Teleskooppi on nimetty James E. Webbin mukaan, joka oli 1960-luvulla NASA:n pääjohtaja ja vaikutti muun muassa Apollo-ohjelman käynnistämiseen. Nimi kuvastaa hänen rooliaan NASA:n varhaisissa vuosissa.

Kuvien väritys ja havaintojen esitys

Koska JWST havaitsee paljon aallonpituuksia, jotka eivät ole ihmisen silmälle näkyviä, monet kuvat esitetään niin kutsutuilla väärillä väreillä tai yhdistämällä eri aallonpituusalueiden aineistoja. Näin saadaan esille erilaisia fysikaalisia ominaisuuksia, kuten lämpötiloja, koostumusta ja pölyn sijaintia, ja kuva on helpompi tulkita ja visuaalisesti ymmärtää.

Yhteenvetona JWST on tehokas uusi työkalu tähtitieteellisessä tutkimuksessa: se jatkaa Hubble’n perintöä, mutta avaa samalla näkökulmia aiemmin näkymättömiin ilmiöihin kaukaisessa ja kylmässä universumissa.

JWST:n elävän kokoinen pienoismalli, joka esiteltiin vuoden 2007 AAS-kokouksessa Seattlessa, Washingtonissa. Se on kaksi kerrosta korkea ja painaa useita tonneja. Luotto: Rob Gutro, NASA/GSFC.

Orbit

JWST on kiertoradalla kaukana Maasta, jotta vältetään Maan ja Kuun lämpösäteily. Tämä erikoiskiertorata on kuun takana, auringon ja maan välisen järjestelmän toisessa Lagrangen pisteessä (L2), jossa on vakaa painovoima. Tämä rata on 1 500 000 kilometrin päässä Maasta eli noin neljä kertaa kauempana meistä kuin Kuu. Näin se pysyy suurimman osan ajasta Maan varjossa; se ei varsinaisesti kierrä Maata, vaan kiertää Aurinkoa samalla nopeudella kuin Maa.

JWST:n kiertorata (ei mittakaavassa)

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on James Webb -avaruusteleskooppi (JWST)?

A: JWST on teleskooppi, joka laukaistiin 25. joulukuuta 2021, ja se korvaa Hubble-avaruusteleskoopin.

K: Kuka on James E. Webb?

V: James E. Webb on NASA:n johtaja, joka loi Apollo-ohjelman, jonka ansiosta astronautit pääsivät kuuhun, ja hänen mukaansa teleskooppi on nimetty.

K: Kuinka leveä on JWST:n pääpeili?

V: JWST:n pääpeili on 6,5 metriä (21 jalkaa) leveä, mikä on pinta-alaltaan kuusi kertaa suurempi kuin Hubble-avaruusteleskoopin.

K: Miten JWST:n pääpeili on valmistettu?

V: JWST:n pääpeili on valmistettu 18 kappaleesta, jotka taittuvat yhteen laukaisun aikana, jotta se mahtuu rakettiin.

K: Millainen teleskooppi JWST on?

V: JWST on pääasiassa infrapunateleskooppi, mutta se toimii myös näkyvän valon punaisessa osassa.

K: Miksi JWST on kullattu?

V: JWST on pinnoitettu kullalla, koska kulta heijastaa hyvin infrapunaa.

K: Miten JWST pitää itsensä viileänä?

V: JWST:tä suojaa suuri tenniskentän kokoinen aurinkosuoja, joka pitää sen viileänä ja pimeänä, ja se on pidettävä mahdollisimman viileänä, koska infrapunasäteilyä voidaan käyttää lämpösäteilyn näkemiseen.