James Webb-romteleskopet gir oss nye øyne mot universet

Oppskytingen av James Webb er blitt 14 år forsinket og 28 ganger dyrere enn opprinnelig pris. Utviklingen av teleskopet ble startet på slutten av 1990-tallet og var planlagt skutt opp i 2007 med en totalkostnad på 500 millioner dollar. Flere tekniske utfordringer og problemer med å få finansiert byggingen har forsinket oppskytingen. Teleskopet var nær å bli kansellert i 2011. Men nå er alt klart til oppskyting 18. desember i år til en pris på hele 14 milliarder dollar.

Teleskopet er oppkalt etter den tidligere toppsjefen i NASA, James Webb, og er det største, kraftigste og mest kompliserte romteleskopet som er konstruert. James Webb vil revolusjonere astronomien og vår kunnskap om universet. Teleskopet vil se lenger ut i verdensrommet enn noen gang tidligere, ta bilder og analysere eksoplaneter, stjerner og galakser.

En rakettoppskyting er alltid en risikofylt del av et romprosjekt selv om Ariane regnes som verdens mest pålitelige rakett. Med James Webb er det i tillegg en rekke andre ting som også kan gå galt. Teleskopet er foldet sammen da det ellers ikke ville fått plass i raketten. Når alle de ulike delene skal foldes ut igjen er det mye som kan gå galt. Det er ingen mulighet for å reparere ting hvis feil skulle oppstå slik tilfellet var med romteleskopet Hubble.

Mer enn tusen mennesker fra 17 ulike land har deltatt i konstruksjonene, bygging, testing og oppskyting av teleskopet. I tillegg er det tusenvis av forskere som har ventet i mange år på å bruke teleskopet. Det er derfor mange som vil puste lettet ut den dagen teleskopet har foldet seg ut og ankommet sitt nye hjem i bane rundt Lagrangepunkt nummer 2. Dette punktet ligger ca. 1.5 millioner km fra Jorden, hele tiden på motsatt side i forhold til Solen. Her vil James Webb gå i en noenlunde stabil bane uten å måtte bruke veldig mye drivstoff. 

En av de første tingene som skjer etter at teleskopet er kommet opp i rommet, er at den enorme solskjermen foldes ut. Den skal hjelpe til med å holde teleskopet superkaldt siden instrumentene i teleskopet ikke vil kunne observere om det ikke er veldig kaldt. Solskjermen måler 21 x 14 meter (750 kvadratmeter eller omtrent som en tennisbane) og består av fem lag adskilte lag med fabrikkert kapton, et meget tynt, sterkt plastmateriale. Hvert lag er belagt med en sterkt reflekterende metalloverflate. Hvert enkelt lag er tynnere enn halvparten av et papirark.

Høy spenning

Det er en fantastisk ingeniørbragd å få pakket ut en slik enorm solskjerm laget av ultratynne lag ved hjelp av teleskopstenger, og mange vil nok holde pusten under denne operasjonen.

Temperaturen på skyggesiden av solskjermen vil ligge på minus 225 C. For ett av instrumentene er dette også for «varmt» og det skal kjøles ytterligere ned ved hjelp av flytende helium til minus 266 C, bare sju grader over det absolutte nullpunktet.

Den neste kritiske fasen er når selve teleskopet skal foldes ut. Først foldes sekundærspeilet seg ut. Hovedspeilet består av 18 sekskantede segmenter som hver har et tverrmål på 1.32 meter. De er laget av beryllium som er sterkt og lett – hvert segment veier bare 20 kg. De er videre belagt med et tynt lag med rent gull, som effektivt reflekterer infrarødt lys. 12 av dem er satt sammen før oppskytingen, mens de siste seks er foldet sammen på to klaffer som kan foldes ut på hver side av de andre 12 segmentene. Sammen danner de en bortimot sirkelformet flate med et oppsamlingsareal på 25 kvadratmeter. Dette er omtrent syv ganger større enn speilet på romteleskopet Hubble. Hvert segment kan finjusteres ved hjelp av små stempler bak speilene og kan justeres med en nøyaktighet på en titusendedel av et menneskehårs tykkelse.

Når solskjermen og speilene er foldet ut starter turen ut til sin endelige bane rundt Lagrangepunkt nummer 2. Teleskopet vil følge med jordens bane rundt solen og hele tiden vende baksiden av solskjermen mot solen. Selv den svake varmestrålingen fra jorden eller månen vil forstyrre målingene av fjerne himmellegemer uten en slik solskjerm.

James Webb er mer enn en oppgradering av romteleskopet Hubble. Det mye større speilet vil samle mer lys slik at fjernere objekter kan observeres og gi oss skarpere bilder. Vel så viktig er det at James Webb vil observere infrarødt lys fra universet – stråling vi ikke kan se med våre øyne. Dette er det vi ofte kaller varmestråling. Mange har sikkert sett bilder tatt med varmekameraer. Når en skal observere infrarød stråling kan en ikke gjøre dette i bane rundt Jorden slik som Hubble, men en må være langt vekk fra jorden og andre lyskilder.

Fordelen med å observere infrarødt lys er at lyset kan trenge gjennom interstellare tåker og støvskyer der en vet nye stjerner med tilhørende planeter fødes. James Webb vil altså kunne se inn i slike tåker og studere slike kosmiske fødestuer.

Leter etter liv

I dag har vi oppdaget over fire tusen eksoplaneter og mye tyder på at de fleste stjerner faktisk har planeter. James Webb vil kunne gi oss bedre svar på om noen av disse planetene kan være hjem for levende organismer. Ved hjelp av spektroskopi, analyser av lys fra stjernen som har passert gjennom plantenes atmosfære, vil vi kunne si noe om hva atmosfæren består av. Her vil vi kanskje kunne finne spor etter biologisk aktivitet eller levende vesener som kan leve på en fjern planet. Med andre ord, vi kan komme et skritt nærmere til å finne ut om vi er alene i universet.

James Webb kan også se lenger tilbake i tid. Lyset fra de første stjernene og galaksene som ble dannet etter Big Bang finnes ikke lenger som synlig lys. Siden universet utvider seg har dette lyset blitt strukket ut og er nå bare synlig som infrarød stråling. James Webb blir dermed nærmest som en tidsmaskin å regne og vil gi forskerne tilgang til hele universets historie.

Selve oppskytingen og påfølgende dager blir nervepirrende for tusenvis av forskere, men også for alle som er interessert i universet.

James Webb vil bruke ca. en måned på reisen ut til L2. Instrumentene vil ikke skrus på før etter to til tre måneder etter oppskytingen. Da skal de testes nøye før de vitenskapelige observasjonene tar til etter ca. seks måneder.

James Webb er et samarbeidsprosjekt mellom NASA, den Europeiske romorganisasjonen ESA og den canadiske romorganisasjonen CSA. ESAs viktigste bidrag er to av instrumentene om bord, samt bæreraketten Ariane 5. Her har Kongsberg og Nammo levert kritiske komponenter.

Norsk industri viktig for raketten

Når den 52 meter høye Ariane-raketten skytes opp holdes de to store sidemonterte startrakettene på plass av norskproduserte feste- og separasjonsmekanismer. 

Kongsberg Defence & Aerospace leverer boltene som overfører skyvkraften (2x700 tonn) og stagene som holder startrakettene fast til skroget på den store bæreraketten. Under oppskytingen oppstår det kraftige vibrasjoner og vridninger som de solide stagene må tåle. Når startrakettene er tomme for drivstoff skal feste- og separasjonsmekanismene frigjøre startrakettene.

Små sprengladninger i boltene knekker disse med kirurgisk presisjon i løpet av fem millisekunder. 

Til Ariane-5 raketten har Nammo levert 20 rakettmotorer. På de to startrakettene som sitter på siden av den store bæreraketten sitter det 16 separasjonsmotorer. De sørger for at startrakettene styres bort fra bæreraketten etter at boltene til Kongsberg er kuttet. 

Nammo har også levert fire akselerasjonsmotorer til andretrinnet på Ariane. De tennes når hovedmotoren er tom for drivstoff og gir øvre trinn en akselerasjon som er nødvendig for at drivstoffet her tilføres kontrollert når dette tennes. I tillegg leverer Nammo 17 pyrotekniske sikkerhetsbarrierer til forskjellige tennlinjer på hver rakett. Kongsberg Space Electronics har i tillegg utviklet og levert elektronikk for kontinuerlig måling drivstoff i tankene.

Norge leverer altså meget kritisk utstyr som en må være sikre på at fungerer optimalt. En feil på disse komponentene vil kunne få katastrofale følger.