Dit decennium is het dan eindelijk zover: de James Webb Space Telescope wordt gelanceerd. Wetenschappers kijken reikhalzend naar dat moment uit. En terecht. Want verwacht wordt dat ‘de Webb’ heel wat nieuwe hemelverschijnselen gaat blootleggen.

Nu al hebben onderzoekers het regelmatig over de James Webb Space Telescope. Wanneer ze in hun papers hypotheses ontwikkelen, noemen ze de telescoop veelvuldig. Want veel van de theorieën die nu bedacht en uitgewerkt worden, kunnen straks met behulp van de waarnemingen van deze telescoop getoetst worden. Geen wonder dat astronomen niet kunnen wachten tot de telescoop het luchtruim kiest. Maar wat maakt deze telescoop nu zo bijzonder? En wat mogen we straks concreet van deze telescoop gaan verwachten?

De telescoop
De James Webb Space Telescope is een grote infrarood-telescoop (u ziet ‘m bovenaan dit artikel). Wat als eerste opvalt, is de enorme spiegel op de telescoop. Deze is zo’n 6,5 meter breed en in staat om zelfs heel zwak infraroodlicht op te vangen. Het licht dat deze spiegel opvangt, wordt doorgestuurd naar een tweede spiegel die het licht weer naar de instrumenten aan boord van de telescoop stuurt.

In de ruimte
Zoals de naam al doet vermoeden – Space Telescope – gaat de telescoop in de ruimte aan het werk. De James Webb Space Telescope zal zich na zijn lancering naar Lagrangepunt 2 begeven. Dit punt bevindt zich op zo’n 1,5 miljoen kilometer van de aarde. De James Webb-ruimtetelescoop gaat rond Lagrangepunt 2 draaien. Het is een perfecte plek voor de telescoop. Het zonneschild van de telescoop blokkeert hier keurig het licht dat van de zon, maan en de aarde afkomstig is. Hierdoor kan de telescoop het hoofd koel houden. En dat is heel belangrijk: het is de bedoeling dat de telescoop zelfs de zwakste infraroodsignalen van verre objecten gaat opvangen en dat is lastig wanneer de telescoop zelf ook infrarood licht in de vorm van warmte afgeeft. Vandaar dat het belangrijk is dat de telescoop en de instrumenten aan boord van de telescoop koel blijven.

Hier zie je een model van de James Webb-telescoop. De telescoop is ongeveer zo groot als een tennisveld en zo hoog als een gebouw met vier verdiepingen. Afbeelding: NASA / Chris Gunn.

Instrumenten
Wat is er aan boord van de telescoop precies te vinden? De telescoop beschikt in totaal over vier instrumenten:
1. NIRCam – Dit staat voor Near Infrared Camera. Dit instrument is ontwikkeld om de zwakste objecten te detecteren. Het instrument is van groot belang wanneer de telescoop op zoek gaat naar de eerste sterren, sterrenclusters en sterrenstelsels.
2. NIRSpec – Oftewel: Near InfraRed Spectrograph. Met dit instrument kan de telescoop meer te weten komen over de chemische samenstelling van objecten in de ruimte.
3. MIRI – Oftewel: Mid-Infrared Instrument. Het instrument bestaat uit een spectograaf en een camera en kan ons niet alleen meer vertellen over de natuurwetenschappelijke eigenschappen van verre objecten, maar zal ons ook trakteren op fantastische ruimtefoto’s.
4. FGS / NIRISS – FGS staat voor Fine Guidance Sensor. Met de sensor kan de telescoop heel precies op objecten worden gericht en dus kwalitatief hele goede foto’s maken. NIRISS staat voor Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph. Met dit instrument kunnen onder meer exoplaneten worden opgespoord.

Takenlijstje
Het zijn prachtige instrumenten. Maar wat kan de telescoop er straks heel concreet mee? De James Webb-ruimtetelescoop dient vier verschillende doeleinden. Ten eerste moet de telescoop verder terug in de geschiedenis van ons heelal kijken dan alle andere telescopen ooit hebben gedaan. Het is de bedoeling dat de telescoop de eerste sterren en sterrenstelsels die in het universum ontstonden, opspoort. Dit is een belangrijk onderdeel van de missie van de telescoop: de eerste sterren hadden invloed op de totstandkoming van latere objecten, zoals sterrenstelsels. Als we begrijpen hoe, waar en wanneer de eerste sterren ontstonden, kunnen we dat weer als vertrekpunt gebruiken om meer te weten te komen over de totstandkoming van andere verschijnselen in het heelal. Een ander doel van de telescoop is achterhalen hoe onder meer sterrenstelsels, donkere materie en sterren zich ontwikkelden tot de staat waarin ze zich nu bevinden. Ook gaat de telescoop onderzoek doen naar de totstandkoming van sterren en protoplanetaire systemen. Hiervoor gaat de telescoop onder meer in stofwolken gluren en bestuderen hoe sterren daar ontstaan. Een ander doel van de telescoop is achterhalen hoe leven op aarde ontstond. Daartoe zal deze onder meer kometen aan de randen van het zonnestelsel gaan bestuderen.

De telescoop is uitgerust met een enorme spiegel. Afbeelding: NASA / Desiree Stover.

Spannend
Het zijn prachtige doelstellingen. Toch had het niet veel gescheeld of de James Webb Space Telescope was er helemaal niet gekomen. Terwijl er aan de telescoop gewerkt werd, liepen de kosten steeds verder op. Op een gegeven moment kostte deze al enkele malen meer dan oorspronkelijk was begroot. Even werd er dan ook aan gedacht om de telescoop niet af te bouwen. Maar gelukkig kwam NASA snel op dat idee terug en wordt de telescoop nu toch afgerond. Naar schatting zal de telescoop tegen de tijd dat deze af is zo’n 8,8 miljard dollar hebben gekost. Dat is veel meer dan gedacht en dus moet NASA de vinger op de knip houden: het is aannemelijk dat andere missies die de ruimtevaartorganisatie op de agenda had staan door toedoen van de peperdure telescoop even moeten wachten.

Meer verschillen

De James Webb-ruimtetelescoop is niet alleen gevoeliger dan Hubble. Er zijn meer verschillen. Zo bevindt James Webb zich verder in de ruimte (op zo’n 1,5 miljoen kilometer van de aarde) dan Hubble (op 570 kilometer afstand van de aarde). Een ander groot verschil is dat Webb in een groot deel van het infrarode spectrum (0,6 tot 28 micrometer) onderzoek gaat doen, terwijl het infrarode spectrum waarover Hubble conclusies trekt, beperkt is (de telescoop kan wel onderzoek doen in het infrarode spectrum van 0,8 tot 2,5 micron, maar richt zich met name op het ultraviolette en zichtbare deel van het spectrum van 0,1 tot 0,8 micron).

Is het het allemaal waard?
Met dat prijskaartje en de consequenties die de ontwikkeling van de telescoop voor andere missies heeft, vragen veel mensen zich af of het het allemaal wel waard zal zijn. Vaak wordt dan gesteld dat we met de Hubble Space Telescope toch al een mooie telescoop hebben. En Hubble kan toch ook heel ver terug in de geschiedenis kijken en mooie foto’s maken? Dat is waar. En toch is het tijd voor de James Webb Space Telescope. Hubble heeft namelijk zijn grenzen en de telescoop begint die grenzen nu te bereiken. Steeds vaker maken onderzoekers ontdekkingen van Hubble bekend en stellen ze direct dat deze ontdekkingen ook vragen oproepen die Hubble niet kan beantwoorden. Een mooi voorbeeld is dit onderzoek naar de Tarantulanevel. Hubble ontdekte in de nevel twee sterrenhopen die één aan het worden zijn. Prachtig, natuurlijk. Maar Hubble worstelt met dit soort onderzoeken: de telescoop heeft moeite om diep in nevels te kijken, omdat stof en gas in de weg zit. En dat terwijl wetenschappers juist staan te springen om dieper te kijken, omdat ze over de buitenkant van nevels al wel het één en ander weten. Een ander voorbeeldje: Hubble ontdekte onlangs sterren die enkele honderden miljoenen jaren na de oerknal ontstonden, vast. Het smaakt naar meer: wetenschappers willen nu sterren die nog korter na de oerknal ontstonden, blootleggen. Maar Hubble lijkt daar niet toe in staat. Niet alleen Hubble, maar ook wetenschappers beginnen tegen de grenzen van de telescoop op te lopen en dat is het duidelijkste bewijs dat het tijd is voor een nieuw exemplaar dat beter en verder kan kijken. Alleen zo kunnen we – voortbordurend op het werk dat Hubble heeft verricht – vooruitgang blijven boeken.

De verwachtingen omtrent de James Webb Space Telescope zijn hoog gespannen. De telescoop heeft straks zeker vijf en mogelijk tien jaar de tijd om die verwachtingen waar te maken. Wetenschappers hebben goede hoop dat dat gaat lukken. De James Webb Space Telescope is tenslotte de krachtigste ruimtetelescoop die ooit is gebouwd. En uit ervaring weten we dat we van ruimtetelescopen grote dingen mogen verwachten en dat ze vaak in staat zijn om zelfs die verwachtingen nog te overtreffen. Neem bijvoorbeeld Hubble: de telescoop gaf ons een goed beeld van de verspreiding van donkere materie in ons universum, ontdekte twee nieuwe manen rondom Pluto, stelde vast hoe snel het universum zich uitbreidt en gaf ons een beter beeld van de atmosfeer van exoplaneten. Het zijn stuk voor stuk ontdekkingen die de astronomie op een bepaald moment op zijn kop hebben gezet. Het zijn ontdekkingen die we zonder Hubble niet hadden kunnen doen. En over twintig of dertig jaar moeten we over de James Webb Space Telescope waarschijnlijk hetzelfde concluderen. Weet u nog, in 2013, toen de James Webb-ruimtetelescoop nog niet gelanceerd was en we nog niet wisten hoe het leven op aarde ontstaan was en hoe de allereerste sterren eruit zagen?