Belangrijkste instrumenten van de James Webb Space Telescope

De opvolger van de Hubble telescope wordt de James Webb Space Telescope(JWST). Deze nieuwe telescoop gaat op een andere golflengte naar het universum kijken dan zijn voorganger de Hubble. De Hubble heeft tot nu toe ruim drieëntwintig jaar rondjes om de aarde gedraaid en een ongelooflijk aantal foto's gemaakt. In die drieëntwintig jaar hebben de technologische ontwikkelingen niet stil gestaan. De Hubble heeft in zijn loopbaan vier maal een upgrade gehad. De JWST zal van de nieuwste technologie zijn voorzien. Deze technologie zit voornamelijk in de vier hoofdinstrumenten waarmee de JWST naar het universum zal 'kijken'.

Hoofdstukken

• De vier hoofdinstrumenten
• Het elektromagnetisch spectrum
• Near-Infrared Camera ofwel NIRCam
• Near-Infrared Spectrograph ofwel NIRSpec
• Mid-Infrared Instrument ofwel MIRI
• Fine Guidance Sensor/ Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph ofwel FGS/NIRISS

.

De vier hoofdinstrumenten

• Near-Infrared Camera, ofwel NIRCam, is ontwikkelt door de universiteit van Arizona.
• Near-Infrared Spectrograph, ofwel NIRSpec. wordt geleverd door ESA, met componenten die gemaakt zijn bij NASA/GSFC.
• Mid-Infrared Instrument, ofwel MIRI, wordt geleverd door European Space Agency (ESA) en door NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL).
• Fine Guidance Sensor/ Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph , ofwel FGS/NIRISS. Deze apparatuur wordt geleverd door Canadian Space Agency (CSA).

De vier hoofdinstrumenten zullen allen onderzoek doen in een deel van het elektromagnetisch spectrum.

Het elektromagnetisch spectrum

Ieder object zendt warmtestraling uit in de vorm van elektromagnetische straling waarbij iedere temperatuur een andere oscillaties( trilling, frequentie) heeft. In het elektromagnetische spectrum staat de verdeling van elektromagnetische straling als functie van de frequentie. We kunnen met ons oog maar een klein deel van het elektromagnetisch spectrum waarnemen, namelijk het deel van 0.38 µm tot 0.78 µm (1 µm = 1 micrometer ofwel 1 miljoenste deel van een meter ook wel micron genoemd). Het golflengtegebied van infrarode straling ligt tussen de 0.78 µm en 1000 µm. Het golflengte gebied van het infrarode spectrum is in drie groepen verdeeld. De eerste groep is het nabij-infrarood (NIR) en de golflengte loopt van 0,78 tot 3 µm. De tweede groep is het middel-infrarood(MIR) en loopt van 3 tot 50 µm. De laatste groep is het ver-infrarood (FIR) en loopt van 50 tot 1000 µm.

Near-Infrared Camera ofwel NIRCam

De NIRCam is de hoofdcamera van de telescoop en is speciaal ontworpen om infrarood golflengtes van 0.6 tot 5 microns vast te liggen. Deze camera zal voornamelijk licht opvangen van de vroege sterren en sterrenstelsels tijdens hun formatie. Ook zal de NIRCam licht vastleggen van objecten in de Kuiper gordel, populaties van sterren in 'nabij' gelegen sterrenstelsels en jonge sterren in de Melkweg. Om foto's te maken van zulke zwakke objecten (qa. lichtsterkte) is de NIRCam voorzien van een zogenaamde coronagraaf. Een coronagraaf is (in zijn simpelste vorm) een schijfje welk men voor een kijker monteert om zo het licht van een ster af te schermen. De schijf en het af te schermen object hebben dezelfde diameter in het brandpunt van de objectief lens. Zo wordt het licht van een heldere ster geblokkeerd en worden minder heldere objecten eromheen zichtbaar. De bedrijfstemperatuur van de NIRCam is 39 Kelvin (-234 graden Celsius).

Near-Infrared Spectrograph ofwel NIRSpec

Een spectrometer is een optisch instrument dat wordt gebruikt om eigenschappen van licht te meten in een specifiek gebied van het elektromagnetisch spectrum. Het gebied waar de NIRSpec gevoelig voor is zit tussen de 0.6 en 5 microns. De NIRSpec vangt het licht op en verstrooit deze in een spectrum om het te analyseren en daaruit de fysieke eigenschappen af te lezen. Enkele af te lezen eigenschappen zijn; temperatuur, massa en de chemische elementen van de stralingsbron. Omdat de JWST onderzoek gaat doen naar het ontstaan van de eerste sterrenstelsels zijn er nieuwe technologieën ontwikkelt. Om het licht op te vangen van deze zwakke objecten zal de JWST er honderden uren naar moeten staren. De JWST kan 100 van deze verschillende sterrenstelsels gelijktijdig onderzoeken en analyseren. Om dit te kunnen bewerkstelligen hebben wetenschapper de zogenaamde "microshutter array" ontwikkeld. Dit zijn allemaal cellen die afzonderlijk geopend of gesloten kunnen worden door middel van een magnetisch veld. De cellen, meer dan 62.000 stuks, zijn ongeveer zo groot als de dikte van drie tot zes haren en iedere cel kan op deze manier een stukje van het universum onderzoeken. Dit is het enigste instrument welk gekoeld moet worden tot een temperatuur van 7 Kelvin(ofwel -266 graden Celsius). Het koelen gebeurd door middel van helium.

Mid-Infrared Instrument ofwel MIRI

De MIRI's gevoeligheid zit in het elektromagnetisch spectrum tussen de 5 en 28 microns. Het zal worden gebruikt om de roodverschuiving van sterrenstelsels te meten, sterren in wording te detecteren en kometen en objecten in de Kuiper gordel te detecteren. De MIRI is ook voorzien van een camera en een spectrograaf voor deze specifieke golflengte. Met de camera kunnen grote delen van het universum vastgelegd worden, hetzelfde soort panorama foto's waar de Hubble bekend om staat.

Fine Guidance Sensor/ Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph ofwel FGS/NIRISS

De FGS is een zeer gevoelige camera die essencieel is om de JWST zo precies mogelijk te richten op zijn onderzoeksdoelen. Deze camera zal het oog zijn voor de Attitude Control System (ACS), de richtapparatuur van de JWST. De camera kan twee aangrenzende gebieden van het universum gelijktijdig afbeelden. Deze apparatuur zorgt ervoor dat een passende gids ster overal in het heelal kan worden gevonden met een waarschijnlijkheid van 95%.
Ondanks dat de FGS en de NIRISS als een geheel beschouwt zijn het twee zelfstandig werkende instrumenten.De NIRISS zal worden gebruikt om het eerste licht van het universum te detecteren en te analyseren. Ook zal het onderzoek doen naar de karakteristieken van exoplaneten. De NIRISS is werkzaam in infrarood golflengtes van 0.6 tot 5 microns.

Lees verder

• James Webb ruimte telescoop opvolger van de Hubble
• Zijn de fundamenten van de Big Bang theorie stevig?
• De eerste minuten van de Big Bang
• Neutronensterren, bizarre hemelobjecten
• Vallende sterren, Meteoroiden, Meteoren en Meteorieten