Rumteleskopet James Webb slår alle rekorder

Et fantastisk rumteleskop er ved at gennemgå de sidste test før opsendelsen. James Webb Space Telescope (JWST) er Hubble-teleskopets storebror, og med det vil astronomerne kunne se længere ud i rummet og dermed længere tilbage i tiden end nogensinde før.

James Webb-teleskopet er langt større end noget andet teleskop, der har forladt Jorden. Det har et hovedspejl, der er 6,5 meter fra ende til anden og har et areal på 25 kvadratmeter.

Med så stort et spejl kan teleskopet ikke sendes op med en rumraket, med mindre det foldes sammen først. Til sammenligning er Hubble-teleskopets spejl 2,4 meter i diameter, så det var lettere at have med at gøre.

Jo større spejl, desto mere lys kan et teleskop indfange, og der skal et meget stort spejl til, hvis man skal kunne se de fjerneste stjerner og galakser.

Et stort spejl betyder også mere detaljerede billeder, og med JWST kan astronomerne stille så skarpt på et fjernt objekt, at det svarer til at få øje på en fodbold på 550 kilometers afstand.

Danmark er også med

Rumorganisationerne i USA, Canada og Europa har slået sig sammen om projektet, der koster otte milliarder dollar – ellers cirka til 53,6 milliarder danske kroner.

Danmark er også med på vognen, og forskere fra Institut for Rumforskning og -teknologi på Danmarks Tekniske Universitet (DTU Space) har konstrueret vigtige dele til rumteleskopet. Det fortæller seniorforsker Hans Ulrik Nørgaard-Nielsen:

»Vi har leveret ophænget til instrumentet MIRI – Mid-Infrared Instrument – altså de kulfiberrør, som holder instrumentet. De er vigtige, for instrumentet skal fungere ved en temperatur på syv kelvin, og udenom er temperaturen 45 kelvin. Det er afgørende, at varmeledningen gennem rørene er så lille som muligt.«

Syv kelvin – syv grader over det absolutte nulpunkt – svarer til minus 266 grader celsius. Den svage, infrarøde stråling fra de fjerneste stjerner og galakser kan kun opfanges, når detektorerne nedkøles så kraftigt.

Danske forskere får førsteret til data

»Desuden vejer instrumentet over 100 kg, og alting vibrerer voldsomt ved opsendelsen. Så ophænget skal være enormt stift, og det må heller ikke veje ret meget. De krav kunne vi opfylde på DTU Space,« fortsætter Hans Ulrik Nørgaard-Nielsen.

For danske astrofysikere er det en stor fordel, at Danmark har været med til at bygge rumteleskopet. Det betyder nemlig, at de får observationstid – de får lov til at bestemme, hvad teleskopet skal rettes mod, og de får direkte adgang til data.

I en senere artikel kigger vi på, hvad de danske forskere håber på at finde ud af, når de får data fra det nye teleskop. Men i første omgang skal det handle om selve rumteleskopet. Det er nemlig virkelig imponerende.

Teleskopet skal være i skygge

Det har taget to årtier at udvikle og bygge rumteleskopet. Det har ikke mindst været spejlene, der har været svære at konstruere.

Hvert af de 18 spejle, der sættes sammen til hovedspejlet, vejer blot 20 kg, og de er slebet med en ekstrem præcision på 20 milliontedele af en millimeter. De er konstrueret af metallet beryllium, der er let og stærkt og ikke ændrer form, når det udsættes for den isnende kulde i det ydre rum.

En 0,1 mikrometer tyk guldbelægning sørger for, at den infrarøde stråling fra de fjerneste stjerner og galakser reflekteres så godt som muligt. I alt bruges 48,25 gram rent guld – omtrent det samme, som en golfbold vejer. Et endnu tyndere lag glas beskytter guldet mod ridser.

Ude i rummet vil hovedspejlet folde sig ud. Det samme vil den enorme solskærm, der skal sørge for, at selve teleskopet er i evig skygge og kulde.

Endnu ikke sat sammen

2. november 2016 blev systemet af spejle bygget sammen med instrument-pakken, så man kan sige, at teleskopdelen af rumteleskopet er bygget færdigt.

Teleskopet er dog langt fra klar til opsendelse endnu, for det optiske system og de videnskabelige instrumenter er endnu ikke blevet sat sammen med to andre vigtige dele – solskærmen og bussen.

Solskærmen skal sørge for, at rumteleskopet ikke rammes af lys eller varmestråling fra Solen. Faktisk ville varmen fra Jorden eller Månen være nok til forstyrre teleskopets detektorer, så det er vigtigt, at selve rumteleskop skærmes af for både Solen, Jorden og Månen.

En solskærm på størrelse med et parcelhus

Solskærmen vil være foldet godt sammen i rumraketten. I rummet folder den sig ud ved hjælp af teleskopstænger, så den får et areal på cirka 150 kvadratmeter.

Fem lag af det hårdføre plastmateriale Kapton belagt med aluminium og silicium skal virke som et solidt lag solcreme med solfaktor 1.000.000. Hvert lag har tykkelse som et menneskehår. Sidste lag blev klar 31. oktober 2016.

Temperaturen på den side af skærmen, der vender mod Solen, vil være cirka 85 grader, men på den anden side bliver der rigtig dejligt koldt – omkring minus 233 grader. En forskel på 318 grader.

På den varme side af solskærmen skal det rumfartøj, som skal stå for det elektriske system, for kommunikationen med Jorden og for styringen af hele rumteleskopet, være placeret. Her sidder der også solpaneler, som leverer strømmen. Denne del kaldes spacecraft bus.

Verdens største kryo-vakuumkammer

Før den endelige samling skal teleskop-delen af rumteleskop inklusive de fire videnskabelige instrumenter – kameraer og spektrometre – testes i en dybfryser ud over det sædvanlige. Den skal udsættes for vakuum og temperaturer som dem, teleskopet vil møde i det ydre rum.

I tre måneder skal rumteleskopet spærres inde i vakuumkammeret på Johnson Space Center i Houston, Texas, hvortil det ankom for nyligt.

Testkammeret er 27,4 meter højt og har en diameter på 16,8 meter, og alene døren til det vejer 40 tons.

Her blev Apollo-rumfartøjet, der blev brugt til Apollo-missionerne til Månen, testet for mere end 50 år siden, og nu er kammeret ombygget for at give plads til det nye rumteleskop.

I vakuumkammeret kan temperaturen sænkes til minus 262,1 grader celcius – blot 11 grader over det absolutte nulpunkt. De 25 tons luft, der normalt er i kammeret, bliver suget ud, så der kun er luftmolekyler svarende til vægten af en halv hæfteklamme tilbage.

Det store spørgsmål er, om teleskopets egenskaber bevares, når det køles så kraftigt ned. Billederne fra teleskopet skulle jo gerne være knivskarpe, når det er på plads ude i rummet.

Klarede rystetur

JWST har taget turen fra Goddard Space Flight Center i Maryland, hvor det er blevet rystet godt og grundigt. Det skal nemlig ikke bare holde til at være langt ude i rummet, men også til at tage turen derop med en rumraket, der støjer og ryster under opsendelsen.

Til ingeniørernes store lettelse have teleskopet ingen problemer med at klare støj og vibrationer som dem, det vil blive udsat for ved opsendelsen. Det kunne stadig tage fine, skarpe billeder.

Firmaet Northrop Grumman skal stå for den endelige samling af teleskopet. Det vil ske i Californien, og bagefter sendes rumteleskopet til det europæiske rumcenter i Fransk Guyana i Sydamerika.

I oktober 2018 bliver det sammenfoldede teleskop anbragt på toppen af en Ariane 5-raket, og så bliver det sendt op – forhåbentlig uden problemer.

Meget langt fra Jorden

Så langt ude i rummet er rumteleskopet efterladt til sig selv. Det vil ikke være muligt at tage ud og reparere det, hvis det ikke virker ordentligt. Hubble-teleskopet kunne fikses, fordi det svæver rundt i en bane kun 540 km over Jordens overflade, men James Webb-teleskopet vil være næsten 3.000 gange så langt væk.

Derfor er der brugt rigtig meget krudt på at teste teleskopet i alle leder og kanter, før det sendes op. Igennem flere år har det klaret alle mulige udfordringer, og det er ikke slut endnu.

Tusindvis af forskere vil drage et kollektivt lettelsens suk, når James Webb Space Telescope endelig er på plads derude. Men teleskopet vil ikke kunne holde 25 års jubilæum, ligesom Hubble-teleskopet gjorde det i 2015.

Efter 10 år løber teleskopet nemlig tør for brændstof, og så vil det ikke længere kunne holde sig i sin bane. Til den tid skal der en afløser til, og dette nye teleskop er astronomerne da også begyndt at planlægge.