De James Webb Space Telescope (JWST) wordt op 18 december 2021 de ruimte in gelanceerd. Wetenschappers zullen de telescoop onder andere gebruiken om te achterhalen hoe het vroege universum eruitzag. Maar dat is lang niet het enige vraagstuk dat de JWST tracht op te lossen. Matt Greenhouse, een wetenschapper bij NASA die al sinds 1997 aan het project werkt, legt uit hoe de JWST ons begrip van het universum zal transformeren.

De Hubble ruimtetelescoop werd in 1990 gelanceerd aan boord van het ruimteveer Discovery. Wetenschappers gebruiken Hubble intussen al drie decennia lang om de verste uithoeken van het universum te onderzoeken. Daarbij zijn tal van ontdekkingen gedaan die de wetenschappelijke wereld vooruit hebben geholpen. Hubble heeft ook een paar van de meest bekende foto’s van de ruimte gemaakt, zoals bijvoorbeeld de ‘pillars of creation’, een enorme gaswolk waar sterren in ontstaan. 

Hubble is intussen al meer dan dertig jaar oud, maar dat betekent niet dat het werk van de telescoop gedaan is. NASA kondigde eerder dit jaar nog aan dat Hubble nog vele jaren in gebruik zal blijven. Toch wordt er al sinds de jaren ‘90 gewerkt aan een opvolger voor Hubble. Het concept, dat toen nog de ‘Next Generation Space Telescope’ (NGST) heette, zou rond 2006 gelanceerd worden. 

Volgens NASA-veteraan Matt Greenhouse waren de technologieën die nodig waren voor de ontwikkeling van de JWST toen echter nog niet matuur genoeg. Daardoor kreeg het project te kampen met meerdere lange vertragingen. De bouw van de telescoop werd uiteindelijk pas in 2016 afgerond. Daarna moest de JWST echter nog uitvoerig getest worden, om zeker te zijn dat alles na de lancering correct zou werken. Dat is intussen ook gebeurd en in september van dit jaar werd de telescoop naar de lanceringssite getransporteerd. 

(lees verder onder de video)

De JWST kwam in oktober aan bij de lanceringssite in Frans Guyana, waar ingenieurs de komende weken nog een serie laatste controles zullen uitvoeren. Als alles goed verloopt zal de satelliet in december aan zijn unieke missie beginnen. Het doel van de JWST is volgens Greenhouse om de beginperiode van het universum beter te begrijpen door letterlijk naar het verleden te kijken.

Tijdmachine

Hoe werkt dat allemaal? Het licht heeft een eindige snelheid, namelijk zo’n 300.000 kilometer per seconde. Dat klinkt misschien snel, maar op kosmische schaal stelt dat niet zo veel voor. Het licht van de verste uithoeken van het universum is namelijk al meer dan 13 miljard jaar onderweg. Het is juist dat licht dat de JWST zal opvangen, waardoor wetenschappers letterlijk zullen zien hoe het universum er 13 miljard jaar geleden uitzag. 

“De JWST is ontworpen om terug in de tijd te kijken tot bijna aan de Big Bang, naar de geboorte van de eerste sterren en sterrenstelsels. Het licht van die objecten wordt, naarmate het door het uitdijende universum reist, uitgerekt tot in het infrarode spectrum. Om dat licht te kunnen observeren moesten we dus een infraroodtelescoop bouwen,” zegt Greenhouse. 

“De JWST is ontworpen om terug in de tijd te kijken tot bijna aan de Big Bang”

Nieuwe technologie

Voor de JWST kon worden gebouwd, moesten er een paar grote uitdagingen worden overwonnen, legt Greenhouse uit. “We beseften dat we een telescoop moesten bouwen die zeven keer zoveel licht als de Hubble kon opvangen. Daarvoor hadden we een enorme spiegel nodig. Het probleem was dat de diameter van die spiegel groter zou moeten worden dan de grootste raket. Dat was probleem nummer één.” Dat probleem werd uiteindelijk opgelost door de JWST uit te rusten met een complexe opplooibare spiegel.

“Probleem nummer twee was dat elk object infraroodstraling produceert. We moesten dus een manier vinden om de telescoop zo koud te maken dat hij niet verblind zou worden door zijn eigen straling. De JWST moest uiteindelijk een temperatuur van rond de -258 graden Celsius bereiken om te kunnen functioneren. De oplossing was om de JWST niet in een baan rond de aarde te brengen, maar in een baan rond de zon op een speciale plaats die we het tweede Lagrangepunt noemen. Dat is een punt op een afstand van ongeveer 1.5 miljoen kilometer van de aarde vanwaar zowel de aarde, de maan als de zon zich altijd op dezelfde plaats bevinden tegenover de JWST. We hebben de telescoop uitgerust met een zonneschild dat al het licht van de zon, aarde en maan zal tegenhouden, waardoor de JWST zich in feite altijd in zijn eigen schaduw zal bevinden.”

Revolutionair

Wetenschappers hopen met de JWST meer te weten te komen over de zogenaamde ‘kosmische donkere middeleeuwen’. Dat is de periode tussen 370.000 jaar na het ontstaan van het universum tot ongeveer een miljard jaar later. Tijdens deze periode ontstonden de eerste sterren en sterrenstelsels, maar omdat er nog geen infraroodtelescoop zoals de JWST bestond is er nog niet veel bekend over deze jaren.

(lees verder onder de video)

“De impact hiervan zal transformationeel zijn. We zullen de mogelijkheid hebben om het vroege universum zo precies te observeren dat ons begrip over hoe het universum werkt volledig zal veranderen,” zegt Greenhouse. Terug in de tijd kijken is echter niet het enige doel van het project. 

“De foto’s die JWST zal maken zullen fascinerend en prachtig zijn, maar we zijn ook van plan om een reeks wetenschappelijke onderzoeken te doen. We zijn van plan om te onderzoeken hoe sterren ontstaan, hoe planetaire stelsels evolueren en hoe exoplaneten in elkaar zitten. De wetenschappelijke reikwijdte van de JWST zal minstens even groot zijn als die van Hubble.”

Op het randje

De JWST is al sinds de jaren ‘90 in ontwikkeling en heeft een turbulent pad bewandeld. Het oorspronkelijk geplande budget voor de opvolger van de Hubble was ‘maar’ 500 miljoen dollar, maar dat bedrag bleek bijzonder onrealistisch. De kosten voor het project bleven maar uitlopen en het leek er zelfs even op dat de JWST geannuleerd zou worden toen politici het prijskaartje van (toendertijd) meer dan zes miljard dollar zagen. 

Het project overleefde echter, maar de kosten zijn intussen opgelopen tot een slordige 9.7 miljard dollar. Ter vergelijking: het budget voor het Amerikaanse leger voor het jaar 2021 bedraagt meer dan 700 miljard dollar. Maar niet-gehaalde deadlines en een hoog budget zijn niet alles waar de JWST mee te maken heeft gehad. 

Controverse

James Webb was een invloedrijke figuur die in de jaren ‘60 door president John F. Kennedy benoemd werd tot hoofd van NASA. Het ruimteagentschap kwam in recente jaren echter onder vuur te liggen omdat James Webb zich volgens sommige bronnen schuldig maakte aan discriminatie tegenover homosexuele en lesbische werknemers. Ruimtetelescopen worden bovendien meestal vernoemd naar astronomen, niet naar administratoren. Toch besloot NASA na een intern onderzoek om de naam van de JWST niet meer te veranderen.

Klaar om te lanceren

Ondanks zijn ingewikkelde levensloop wist de JWST toch zijn weg te vinden naar het lanceerplatform. De ruwweg 10.000 mensen die hebben bijgedragen aan het project kunnen nu niet meer doen dan bang afwachten en hopen dat de lancering zal lukken. “We leven in een enorm opwindende wetenschappelijke periode, bijna een renaissance. Het is een geweldige tijd om in leven te zijn. Ik ben enorm blij dat ons harde werk doorheen de jaren eindelijk zijn vruchten zal afwerpen,” concludeert Matt Greenhouse. Als alles goed gaat zal de JWST op 18 december 2021 gelanceerd worden met een Ariane 5-raket vanop Frans-Guyana.