1996 – De eerste schets van de Webbtelescoop
Al in de jaren 1980 gonst het bij NASA van de ideeën over een reuzentelescoop.
Dat wordt alleen maar meer nadat de ruimtetelescoop Hubble in 1990 is gelanceerd met een defecte hoofdspiegel. Hoewel het probleem in 1993 is opgelost, heeft het idee van een veel grotere telescoop vaste voet aan de grond gekregen.
In 1996 oppert een commissie dat NASA kan beginnen met de Next Generation Space Telescope, die infrarood licht moet kunnen zien van het ontstaan van de vroegste sterrenstelsels.
De uiteindelijke vorm van de James Webb-telescoop doemt al op in vroege schetsen uit 1996.
2007 – NASA haalt de lancering niet
In de jaren 1990 werkt NASA onder het motto ’sneller, beter en goedkoper’ en vormen zich ambitieuze plannen voor een ruimtetelescoop met een spiegel van 8 meter doorsnee, een prijskaartje van slechts 500 miljoen dollar en een lancering in het volgende decennium.
Rond de millenniumwisseling is het echter al duidelijk dat noch het tijdschema, noch het budget zal worden gehaald.
In september 2002 wordt de geplande ruimtetelescoop vernoemd naar James E. Webb (linksonder), die in de jaren 1960 NASA leidde ten tijde van de maanmissies. De naam komt in 2021 in opspraak als Webb ervan wordt beschuldigd deelgenomen te hebben aan massaontslagen van homoseksuelen door de overheid. NASA noemt de beschuldigingen ongegrond.
Als de oorspronkelijke lanceringsdatum in 2007 nadert, heeft de James Webb Space Telescope (JWST), zoals hij officieel heet, zijn oorspronkelijke budget al met een half miljard dollar overschreden – en de bouw is nog niet eens begonnen.
2008 – De bouw van ’s werelds grootste ruimtetelescoop begint
De bouwfase van de Webbtelescoop begint pas in 2008. Op dat moment is de lancering gepland voor 2014.
De telescoop bestaat uit twee hoofdonderdelen:
- Een instrumentarium en hoofdspiegel met een diameter van 6,5 meter, bestaande uit 18 kleinere, beweegbare segmenten
- Een zonneschild ter grootte van een tennisbaan, dat straling van zowel de zon als de aarde tegenhoudt.
Spiegels vangen onzichtbaar licht op
Als de Webbtelescoop is uitgeklapt en op zijn plaats is, begint de missie pas echt. De hoofdspiegel vangt infrarood licht – warmtestraling – van verre hemellichamen op, en de secundaire spiegel zendt dit naar de instrumenten van de telescoop.
1. Gouden spiegels vangen straling op
De hoofdspiegel bestaat uit 18 zeshoekige spiegels van het sterke en lichte metaal beryllium. De spiegels zijn tot op 20 miljoenste millimeter nauwkeurig geslepen en gecoat met goud, dat infrarode straling zeer goed weerkaatst.
2. Instrumenten analyseren licht
Het instrumentenpakket achter de spiegel bevat infraroodcamera’s en spectrografen. De laatste analyseren de golflengten, die aangeven wat de temperatuur en chemische samenstelling zijn van de objecten waarop de telescoop is gericht.
3. Zonneschild verlaagt temperatuur
De instrumenten kunnen niet tegen de hitte, en een zonneschild van 150 vierkante meter beschermt ze tegen de zon. Vijf lagen plasticfolie weerkaatsen de straling en houden de temperatuur onder de -225 °C.
2011 – Huis van Afgevaardigden schrapt Webbtelescoop
Hoewel 75 procent van de onderdelen in aanbouw is en miljarden dollars zijn uitgegeven, kiest een commissie van het Huis van Afgevaardigden er in juli 2011 voor om de Webbtelescoop te schrappen wegens enorme begrotingstekorten. Destijds werden de uiteindelijke kosten van de ruimtetelescoop geraamd op 6,5 miljard dollar.
Het besluit wordt in november in het Congres teruggedraaid onder massale publieke druk.
2011 – Bouwfase zet de eindsprint in
Pas in 2011 weet NASA of er wel een licht ruimtevaartuig kan worden gebouwd ter grootte van de Webbtelescoop, wat volgens berekeningen uit de jaren 1990 nodig was voor de lancering.
In 2011 ondergaat JWST een revisiefase en is de weg naar de definitieve bouwfase – fase C – vrij.
De ontwikkelingen leiden tot verschillende doorbraken in de ruimtevaarttechnologie. Zo zijn telescopen hier op aarde al geholpen met de infrarode camerasensoren die de Webbtelescoop zal gebruiken om licht op te vangen.
De lanceerdatum wordt verder verschoven naar 2018.
Tijdens de testfase worden de spiegels van de reuzentelescoop getest bij extreme kou.
2016-2021 – Testfase brengt fout aan het licht
Een telescoop die naar Lagrangepunt 2 (L2) op 1,5 miljoen kilometer van de aarde vertrekt, kan niet worden bijgewerkt of onderhouden. Als de JWST faalt zoals de Hubble-telescoop, zullen de gevolgen catastrofaal zijn en is de mislukking compleet.
In november 2016 is de Webbtelescoop klaar, maar uit angst voor een fiasco loopt NASA elk onderdeel van de telescoop na.
Wetenschappers vinden 344 potentieel fatale gebreken. Wanneer bij een test in 2018 het zonnezeil scheurt, moet de JWST terug naar de tekentafel en wordt de lancering nog een paar keer uitgesteld.
25 december 2021 – ’s Werelds grootste ruimtetelescoop stijgt op
Op 15 december worden de puntjes op de i gezet en 14 jaar later dan gepland vertrekt de Webbtelescoop op 25 december in de neus van een Ariane 5 draagraket.
Op dat moment worden de totale kosten van de Webbtelescoop geraamd op 9,7 miljard dollar.
Meteen nadat de telescoop is losgekoppeld van de laatste trap van de draagraket, klapt het zonnepaneel automatisch uit.
De lancering verloopt soepel volgens NASA en de telescoop wordt in een perfecte baan om de aarde gestuurd. Onderweg zet de telescoop drie keer zijn motoren aan om op koers te blijven naar zijn eindbestemming, L2.
Een onnauwkeurige lancering zou rampzalig zijn geweest, omdat de achterkant van de telescoop altijd naar de zon gericht moet zijn om de gevoelige instrumenten af te schermen.
VIDEO: Bekijk de vlekkeloze lancering van de Webbtelescoop
Op 28 december 2021 klapt het beschermende zonneschild zich uit.
8 januari 2022 – Gouden spiegel vouwt zich uit als een vlinder
Op weg naar L2 vouwt de Webbtelescoop zijn hoofdspiegel uit, die als een vlinder ineengevouwen was. Op 8 januari is het proces voltooid.
Telescoop ontvouwt zich tijdens de reis
1. Telescoop laat raket los
Een half uur na de lancering heeft de machtige Ariane 5-raket de ruimtetelescoop op weg geholpen naar zijn baan. De bovenste trap van de raket laat de telescoop los, die de rest van de reis op eigen kracht aflegt.
2. Zonneschild rolt uit
Na drie dagen is de telescoop de maan gepasseerd en klapt het zonneschild van 150 vierkante meter uit. Het duurt een paar dagen voordat de juiste afstand tussen de vijf lagen waaruit het schild bestaat, is bereikt.
3. Spiegels komen op hun plek
11 dagen na de lancering moet het spiegelsysteem op zijn plaats zijn. Eerst komt de arm met de secundaire spiegel vrij. Dan klapt de hoofdspiegel zich uit, sluiten alle 18 deelspiegels nauw op elkaar aan en vormen ze één grote spiegel.
De spiegel is opgebouwd uit 18 zeshoeken in een honingraatstructuur.
Elk segment bestaat uit beryllium bekleed met een dun laagje goud, dat infraroodlicht doeltreffend weerkaatst. De achterkant is hol om het gewicht te verminderen, waarmee de spiegel per kubieke centimeter slechts een tiende weegt ten opzichte van de Hubble-telescoop.
12-22 januari 2022 – Elke spiegel wordt apart klaargemaakt
Gedurende tien dagen activeert NASA de spiegels één voor één. Met behulp van 126 micromotoren moet elk van de 18 zeshoeken in schokjes van 12,5 millimeter worden verplaatst vanuit de veilige transportpositie.
Elke dag beweegt een segment ongeveer 1 millimeter in de richting van een nulpunt, waar alle segmenten als één werken. En er kan slechts één segment tegelijk worden verplaatst.
Op 1,5 miljoen kilometer afstand kunnen de NASA-ruimtewetenschappers de motoren een miljardste meter verplaatsen. Als de telescoop actief wordt, zal er ongeveer om de vijf dagen een aanpassing nodig zijn.
De spiegels van de telescoop ontvouwen zich in twee stappen. Eerst schuift de secundaire spiegel uit de hoofdspiegel. Vervolgens klappen de twee grote flappen van de hoofdspiegel uit.
Geen enkele telescoop heeft ooit een gesegmenteerde hoofdspiegel gehad, maar zonder deze zou de JWST niet in de draagraket passen.
23 januari 2022 – Webbtelescoop neemt vaste positie in
Een kleine maand na de lancering bereikt de JWST het Lagrangepunt L2, waar de zwaartekracht van de zon en de aarde een tegenwicht vormt voor de middelpuntvliedende kracht van de telescoop.
De Webbtelescoop zoekt een zogeheten halobaan rond L2 op, waar hij kan blijven hangen met een minimaal brandstofverbruik.
Bovendien kan hij zich in L2 voortdurend afkeren van lichtbronnen zoals de zon, de aarde en de maan, die de waarnemingen kunnen verstoren.
Het Lagrangepunt L2, waar de Webb-telescoop omheen draait, ligt bijna vier keer zo ver weg als de maan.
Januari-april 2022 – Koelsysteem maakt blik op onzichtbaar heelal mogelijk
Zodra de spiegels opnieuw zijn ingesteld, begint de fijne afstelling, die drie maanden duurt. Alle spiegels en instrumenten moeten een voor een worden getest en geoptimaliseerd.
De Webbtelescoop kan scherpe beelden maken van onzichtbaar infrarood licht – vooral bij golflengten rond 2 micrometer. Als de telescoop hier optimaal werkt, zal hij ook uitstekende foto’s maken in het overige deel van het infraroodspectrum.
De JWST kan infraroodlicht zien in een groot deel van het spectrum dat andere ruimtetelescopen niet kunnen waarnemen.
Infraroodstraling wordt vaak thermische straling genoemd, en om die nauwkeurig te kunnen meten is de James Webbtelescoop afhankelijk van constante, ultralage temperaturen. De instrumenten worden van januari tot april dan ook geleidelijk gekoeld tot -223 °C of nog lager met behulp van een koelsysteem op basis van helium.
Het instrument MIRI, dat licht op golflengten van 5-27 micrometer waarneemt, moet worden gekoeld tot -267 °C om te kunnen functioneren.
Met zijn grotere spiegel en infraroodbeelden (r) zal de James Webb-telescoop door nevels kunnen kijken en sterren kunnen opsporen die voor gewone telescopen onzichtbaar zijn (l).
24 april 2022 – Reuzentelescoop opent zijn oog
Na een maand of vier zijn alle instrumenten klaar en kan de JWST zijn blik naar de sterren richten. De eerste waarnemingen zullen wazig zijn omdat de telescoop nog moet worden bijgesteld.
NASA voorspelt dat de eerste scherpe beelden rond 24 april zullen binnenkomen.
De eerste objecten die de Webb-telescoop zal onderzoeken, bevinden zich in de Grote Magelhaense Wolk – een nabijgelegen dwergstelsel.
25 juni 2022 – Webbtelescoop stroopt de mouwen op
Circa zes maanden na de lancering begint de miljardeninvestering van NASA vrucht af te werpen wanneer de wetenschappelijke missie begint.
De JWST kan beelden leveren die zeker vijf keer zo scherp zijn als die van infraroodtelescopen op aarde.
2027 – Wetenschappelijke missie duurt voorlopig vijf jaar
De eerste wetenschappelijke missie van de Webbtelescoop zal volgens plan tot 2027 duren. Astronomen hopen dat hij dan enkele van de grootste mysteries in en buiten ons stelsel zal hebben opgelost.
Zo gaat de JWST onderzoeken wanneer de eerste sterrenstelsels na de oerknal werden gevormd en zoekt hij sporen van leven op verre planeten.
5 raadsels wachten op de Webbtelescoop
Duizenden astrofysici dromen ervan de Webbtelescoop te gebruiken voor hun waarnemingen. Ze hopen enkele van de grootste vragen in de astronomie te beantwoorden.
1. Wanneer ontstonden de eerste sterrenstelsels?
Het heelal is al 13,8 miljard jaar aan het uitdijen, en de allereerste sterren en sterrenstelsels zijn nu miljarden lichtjaren ver weg. Het licht daarvan is omgezet in infrarode golflengten die de Webbtelescoop kan opvangen.
2. Kunnen exoplaneten leven herbergen?
De Webbtelescoop kan exoplaneten fotograferen en meten of hun atmosfeer zuurstof, methaan, waterdamp of andere gassen bevat die op leven zouden kunnen duiden. Dit is bijvoorbeeld het geval bij de objecten rond de ster TRAPPIST-1.
3. Hoe worden nieuwe zonnestelsels gevormd?
Wetenschappers denken dat sterren en hun planeten ontstaan wanneer een wolk van waterstofmoleculen en stof instort. De Webbtelescoop kan uitwijzen of ze gelijk hebben, omdat hij door de sterrennevels kan kijken waarin de formatie plaatsvindt.
4. Waar bestaan Neptunus en Uranus uit?
De Webbtelescoop kan ons wat leren over de twee buitenste planeten in het zonnestelsel, Uranus en Neptunus. De telescoop zal onder andere hun temperatuur meten en de chemische samenstelling van hun buitenste lagen in kaart brengen.
5. Hoe is donkere materie verdeeld?
Veruit de meeste materie in het heelal is onzichtbaar, omdat ze geen licht uitzendt of absorbeert. Maar donkere materie buigt de baan van het licht af, en de Webbtelescoop kan dit effect zien en de verdeling van de materie in kaart brengen.
>2032 – Foutenvrije lancering verlengt de levensduur
Omdat de JWST brandstof nodig heeft om op zijn plaats te blijven, is het brandstofverbruik bepalend voor zijn werkelijke levensduur.
Nu de lancering zo vlot verliep en er minder brandstof nodig was dan gepland, verwacht NASA dat de reuzentelescoop nog zeker tien jaar – en mogelijk nog veel langer – zijn baanbrekende waarnemingen kan blijven doen.