’s Werelds krachtigste ruimtetelescoop is eindelijk onderweg

Tientallen jaren van spanning, meningsverschillen en vastberadenheid hebben tot het moment geleid waarop de ruimtetelescoop ‘James Webb’ aan zijn reis van anderhalf miljoen kilometer is begonnen.

Door Nadia Drake
Gepubliceerd 28 dec. 2021 15:04 CET
Webb Launches

Op 25 december verlaat de Ariane 5-raket met aan boord de James Webb-ruimtetelescoop het lanceerplatform van de Europese ruimtevaartbasis in Kourou in Frans-Guyana.

Foto door Esa, Cnes, Arianespace

Voor ’s werelds meest geavanceerde ruimtetelescoop en de duizenden mensen die de afgelopen tientallen jaren aan het ontwerp en de bouw ervan hebben gewerkt, is het startschot eindelijk gevallen.

Na ruim 25 jaar van planning, ontwerp, assemblage en vertraging, en na eindeloze en obsessieve tests van het meest complexe ruimte-observatorium dat ooit is gebouwd, is de kolossale James Webb Space Telescope op 25 december, Eerste Kerstdag, om 13:20 uur Nederlandse tijd gelanceerd.

Of de vuurspuwende raket waarmee het observatorium werd gelanceerd een feestelijk uiteinde van het jaar of een naderende ramp zal symboliseren, zal de komende dagen moeten blijken. Om de missie van de ruimtetelescoop te doen slagen, zal de James Webb in de eerste maand van zijn ruimteverblijf een zeer complexe reeks van manoeuvres moeten afwikkelen. Eén enkel foutje in die reeks zou het einde van de hele missie kunnen betekenen. En de telescoop moet deze buitengewoon ingewikkelde choreografie ver buiten het bereik van menselijk ingrijpen uitvoeren, terwijl het op een punt in de ruimte afstormt op ruim anderhalf miljoen kilometer van de aarde.

“Dit is een programma dat zeer riskant is maar ook zeer veel kan opleveren,” zei adjunct-directeur van de NASA Pam Melroy op 21 december in een videogesprek met verslaggevers. “Er staan ons nog vele, moeilijke en lange weken te wachten waarin de telescoop zichzelf op perfecte wijze moet ontvouwen.”

Maar de risico’s zijn meer dan de moeite waard. Als de James Webb eenmaal zijn gouden oog van zesenhalve meter doorsnede heeft geopend, zal het observatorium onze kijk op de kosmos en op onszelf grondig veranderen. De missie van de telescoop behelst het onderzoek van de hele geschiedenis van het heelal – van een oogwenk na de stralende en schokkende Oerknal via zijn onafzienbaar lange kosmische ontwikkeling tot het heden, waarin mensen machines bouwen die krachtig genoeg zijn om terug te kijken naar het begin van tijd en ruimte.

Lees ook: Ruimtetelescoop ‘James Webb’ zal revolutie teweegbrengen in onze kennis over exoplaneten

Met een oog dat scherp genoeg is om een hommel in een omloopbaan rond de maan te spotten zal de telescoop naar de mistige oerkosmos turen, waarin de eerste sterren, sterrenstelsels en planeten ontstonden. De James Webb zal doordringen in regio’s en tijdperken van het heelal die tot nu toe voor andere belangrijke observatoria ontoegankelijk waren.

“Je moet de James Webb eigenlijk niet als een ruimtetelescoop zien, maar meer als een ruimtetijd-telescoop,” zegt Mark McCaughrean, wetenschappelijk hoofdadviseur bij de European Space Agency (ESA). “Hij zal tijdreizen maken waarbij hij tegelijkertijd de kosmos zal verkennen. We kijken dwars door het universum heen terug in de tijd, naar de periode kort na de Oerknal, 13,8 miljard jaar geleden.”

De laatste aardse thuishaven van de telescoop was het Centre Spatial Guyanais (‘Frans-Guyaans Ruimtecentrum,’) in Kourou, Frans-Guayana – een uitgestrekt lanceercomplex dat ligt ingeklemd tussen de jungle van het Amazonegebied en de Atlantische Oceaan. De NASA heeft het leeuwendeel van het tien miljard dollar kostende project bekostigd, terwijl de ESA (naast andere partnerorganisaties) verantwoordelijk was voor de Ariane 5-raket waarmee de telescoop vanaf zijn weelderig groene lanceerplek in de tropen de ruimte in werd geschoten.

In het gebouw waarin de James Webb-telescoop wordt afgemonteerd bereiden technici het optillen van het gevaarte voor, tot een hoogte van zo'n veertig meter. Daarna moet de JWST met de grootste zorgvuldigheid boven op de Ariane 5-raket worden geplaatst.

Foto door Stephane Corvaja, Esa

De fairing (neuskegel) van zo'n 5,5 meter breed en circa 17 meter hoog wordt over de James Webb-ruimtelescoop op de Ariane 5-raket gezet.

Foto door Esa, Cnes, Arianespace

Zoals veel van de meest ambitieuze projecten van de mensheid is ook de lange ontwikkeling van de James Webb gepaard gegaan met talloze tegenslagen. De uiteindelijke kosten van het observatorium zijn veel hoger uitgevallen dan ooit werd voorzien en de telescoop is bijna tien jaar na de oorspronkelijke lanceerdatum vertrokken, wat deels het gevolg was van een oorspronkelijk tijdschema dat niet erg realistisch was. Maar veel astronomen wijzen erop dat ook de succesvolle Hubble-ruimtetelescoop soortgelijke tegenslagen heeft gekend.

“De Hubble was de moeite van al het gedoe waard en ook de Hubble was veel te laat. En hij was stuk! En toch heeft hij de wereld veranderd,” zegt astronoom John O’Meara, wetenschappelijk hoofd van het Keck Observatory, die al is begonnen aan het ontwerp van de opvolger van de James Webb. “Veel mensen die momenteel misschien niet zo blij zijn met de Webb, zullen hun bezwaren meteen vergeten als ze de eerste diepveldopname zien en totaal sprakeloos zijn.”

De vertragingen van de James Webb zijn deels voortgekomen uit fouten die tijdens de assemblage van het observatorium zijn gemaakt, waaronder het gebruik van een verkeerd oplosmiddel voor de brandstofventielen en het lostrillen van meerdere schroeven tijdens het testen. Onlangs nog ontstond er ophef over de naam van de telescoop, nadat sommige astronomen erop hadden gewezen dat James Webb, de man die gedurende het grootste deel van de jaren zestig de NASA leidde, mogelijk betrokken is geweest bij de invoering van homofobisch beleid binnen de ruimtevaartorganisatie – een bewering die volgens de NASA voorlopig niet is bewezen.

In de maanden voorafgaand aan de lancering werd de telescoop door nog een andere tegenslag getroffen, toen een belangrijke bevestiging plotseling losschoot en het hele observatorium deed trillen. Vervolgens liep de missie meerdere dagen vertraging op door een communicatieprobleem tussen de telescoop en de lanceersystemen op de basis in Kourou. En een laatste vertraging ontstond door het slechte weer in Frans-Guyana, waar het regenseizoen inmiddels is begonnen en de telescoop tot aan Eerste Kerstdag aan de grond moest blijven.

Een schematische weergave van de manier waarop de James Webb-ruimtetelescoop zit opgevouwen in de Ariane 5-raket. Technici en wetenschappers zullen het proces van het uitvouwen van de telescoop gespannen afwachten, gezien de 433 punten waarop dit mis kan gaan.

Foto door Illustration by Arianespace/ESA/NASA

De raketrit van JWST is slechts één stap in zijn reis, en de angst zal waarschijnlijk nog groter worden in de weken na de lancering, terwijl astronomen wachten tot JWST zijn lastige ontvouwingsreeks voltooit en zijn definitieve positie in de ruimte bereikt.

“Het zal een waanzinnige sof zijn als hij zich niet goed ontvouwt,” zegt O’Meara. Maar volgens hem zou zelfs een mislukte missie niet het einde betekenen van de ambities van de betrokken astronomen.

“Ik ben ervan overtuigd dat het verhaal dat door de Webb wordt verteld, als onderdeel van een opeenvolging van missies, dusdanig fascinerend is dat we niet zullen stoppen met het vertellen van dat verhaal,” zegt O’Meara. “Het universum vertelt ons momenteel zeer, zeer spannende dingen, en het is simpelweg uitgesloten dat we daar niet verder op in zullen gaan.”

Een gouden oog in de ruimte

Het riskante ontwerp van de James Webb is een direct gevolg van de ambitieuze doelstellingen van de missie: om zo diep mogelijk in de kosmos te kunnen kijken, moet de reusachtige telescoop licht genoeg zijn om een reis van anderhalf miljoen kilometer te maken en moet hij op zijn parkeerplek in de ruimte tot een extreem lage temperatuur worden gekoeld.

Lees ook: Ruimtetelescoop Hubble

“Het ontwerpen van een enorme telescoop die ver van de aarde moet werken en heel koud moet blijven, was en is een extreem uitdagend scenario, en dat heeft het werktuigbouwkundige design van het instrument geheel en al bepaald,” zei NASA-astrofysica Amber Straughn eerder op een persconferentie.

Ongeveer een half uur na de lancering maakte de JWST zich los van de raket en begon het proces van het uitvouwen. In de tussentijd vliegt de telescoop door naar zijn uiteindelijke baan op een afstand van zo'n 1,5 miljoen kilometer van de aarde.

Foto door Illustration by D. Ducros, ESA

Met zijn gewicht van zes ton is de James Webb maar half zo zwaar als de Hubble, en dat ondanks het feit dat zijn primaire spiegel meer dan tweemaal zo groot is als die van zijn voorganger. Ingenieurs hebben die spiegel vervaardigd van beryllium, een relatief zeldzaam metaal dat lichter is dan aluminium, maar sterker dan staal. Ze hebben het metaal in achttien zeshoekige segmenten geperst, geboetseerd en geslepen en deze honingraat van segmenten vervolgens bekleed met een flinterdunne laag goud om de spiegel in staat te stellen zoveel mogelijk infraroodlicht te reflecteren.

De vier belangrijkste wetenschappelijke instrumenten van de telescoop zullen speuren naar langere en rodere golflengten dan de Hubble kon opvangen – lichtgolven die door hun lange reis door het uitdijende universum zeer sterk zijn uitgerekt, richting infrarode straling. Die vage en kostbare straling kan gemakkelijk worden verdrongen door de omgevingsstraling van de ruimtetelescoop zelf en van naburige objecten, tenzij de instrumenten van de James Webb extreem koud worden gehouden.

Verrassend genoeg is de ruimte in de omgeving van de aarde nog relatief warm. Dus is het observatorium uitgerust met een reusachtig zonneschild, dat is opgebouwd uit vijf lagen van een glimmend en doorzichtig materiaal genaamd Kapton.

De James Webb zal zijn zonneschild in de eerste week na de lancering uitvouwen, zodat het observatorium zichzelf kan afschermen voor de warmtestraling van de zon en de aarde als het eenmaal op zijn vaste plek in de ruimte is gearriveerd. Daarna zal de zijde van de ruimtetelescoop die naar het inktzwarte heelal is gekeerd tot –233 graden Celsius afkoelen.

Bekijk de reis van twee ruimtesondes naar de uiterste rand van ons zonnestelsel

Bij het ontwerpen van de telescoop was duidelijk dat al deze instrumenten zelfs niet in de bagageruimte van een zo grote raket als de Ariane-5 zouden passen, zodat de telescoop in zijn geheel moest worden opgevouwen.

Nadat hij eenmaal op zijn parkeerplek in de ruimte is gearriveerd, zal de James Webb dus beginnen met het uitvouwen van al zijn onderdelen: om te beginnen de zonnepanelen en de communicatie-instrumenten, daarna het zonnescherm en een kleine secundaire spiegel, en tenslotte de honingraatvormige segmenten van zijn hoofdspiegel. Al met al zal de telescoop in de 29 dagen na zijn lancering 344 aparte manoeuvres moeten uitvoeren, die allemaal kunnen haperen en waarvan de meeste hebben te maken met het uitvouwen van het veelgelaagde zonneschild.

Ingenieurs hebben deze hardware keer op keer getest, maar de extreme omstandigheden die gepaard gaan met een gewelddadige overgang van de zwaartekracht van de aarde naar de gewichtloosheid van de verre ruimte zijn lastig na te bootsen in ‘cleanrooms’ hier op aarde.

“Ik denk dat er eerlijk gezegd heel veel bezorgdheid en nervositeit bestaat, als je bedenkt wat er allemaal mis kan gaan. En op sommige mislukte manoeuvres zijn we zelfs voorbereid,” zegt Marshall Perrin, adjunct-directeur telescoopwetenschap van het Space Telescope Science Institute (STScI), dat de James Webb een halfuur na zijn lancering zal gaan beheren. “Maar er zijn altijd onbekende factoren waar je geen rekening mee hebt gehouden – ‘unknown unknowns’. Er heerst dus heel wat zenuwachtigheid over alles wat er gedurende die 29 extreem spannende dagen zal moeten gebeuren.”

Nieuw venster op de kosmos

De missie van de James Webb is het vertellen van het verhaal van de kosmos: hoe een maalstroom van deeltjes, elementen en moleculen in het vroege universum op een of andere wijze heeft geleid tot sterren en sterrenstelsels, en uiteindelijk tot onze bewoonde wereld.

Lees ook: NASA maakt spectaculaire foto’s van resultaat kosmische botsing

“We willen achterhalen hoe het heelal zich sinds de Oerknal heeft ontwikkeld en uiteindelijk tot ons heeft geleid. Hoe is dat gegaan?” zegt John Mather, hoofdwetenschapper van de James Webb-missie. “Hoe is het mogelijk dat wij mensen de beschikking hebben over deze kleine aarde?”

Om dat verhaal te vertellen moeten wetenschappers in de tijd terugkijken, helemaal tot aan het allereerste begin. Maar het zeer vroege universum is een chaotische en inktzwarte soep van straling. We weten niet echt hoe en wanneer precies ‘het licht aanging’: hoe sterren begonnen te schijnen in deze chaos van waterstof en helium, die ontstond toen het universum zo’n 13,8 miljard jaar geleden werd geboren. We weten niet hoe of wanneer de eerste sterrenstelsels zich hebben gevormd en hoe deze allereerste galaxieën eruit zagen.

Als alles goed gaat, duurt het uitvouwen van de JWST ongeveer dertien dagen. Circa een maand na de lancering bereikt de telescoop zijn uiteindelijke baan, om zo'n zes maanden daarna met zijn wetenschappelijke taken te beginnen.

Foto door Illustration by Adriana Manrique Gutierrez, NASA GSFC/CIL

Terwijl de James Webb naar het vroegste begin van de tijd terugkijkt, zal hij de signalen van die primitieve sterren en sterrenstelsels oppikken. Het gaat dan waarschijnlijk om minuscule vlekjes licht in de onmetelijke ruimte, maar die vlekjes zijn van cruciaal belang voor ons inzicht in de wording van het heelal. Met deze observaties zullen wetenschappers voor het eerst een beeld krijgen van de vorm en samenstelling van de alleroudste structuren in het universum.

We weten evenmin hoe de allereerste zwarte gaten – bodemloze putten van tijd en ruimte – zijn ontstaan of hoe sommige van deze monsters in relatief korte tijd een massa van één miljard zonnen in een extreem klein stukje ruimte konden samenpersen. “Het is echt heel moeilijk om in het vroege universum al zulke enorme zwarte gaten te maken,” zegt Jane Rigby van de NASA, operationeel wetenschapper voor de James Webb-missie.

Naast het doen van directe observaties zal de ruimtetelescoop de kosmos ook bestuderen door het opgevangen licht in verschillende golflengten op te splitsen, zoals een prisma daglicht kan omtoveren in een regenboog van kleuren. In zulke spectra herkennen wetenschappers signalen van verschillende moleculen, atomen en gassen, waaronder die van waterstof, stikstof, waterdamp, ammonia, methaan en kooldioxide. Aan de hand van deze signalen en de wijze waarop ze tijdens hun lange reis door het uitdijende heelal zijn uitgerekt, kunnen wetenschappers vaststellen welke sterrenstelsels het oudst zijn.

“Spectra vertellen ons waar deze objecten uit bestaan. Optische beelden zijn prachtig en spectaculair, en ze vertellen ons veel over het uiterlijke voorkomen van deze objecten, maar astronomen willen ook weten uit welke materialen ze zijn opgebouwd,” zei Antonella Nota van de ESA in november tegen verslaggevers. “En terwijl één beeld meer zegt dan duizend woorden, zegt één spectrum meer dan duizend beelden.”

Lees ook: Universum dijt mogelijk sneller uit dan werd gedacht

Maar ook dichterbij huis zal de James Webb onderzoek doen. Zo zal het observatorium volgroeide sterrenstelsels bestuderen om meer inzicht te krijgen in de lange evolutie van deze kosmische structuren. Daarnaast zal de ruimtetelescoop door de atmosfeer van exoplaneten turen die in een omloopbaan rond sterren binnen onze Melkweg draaien – buitenaardse werelden die meer inzicht kunnen bieden in de manier waarop planeten uit stof en gruis zijn opgebouwd, zich daarna hebben ontwikkeld en uiteindelijk misschien levensvatbaar zijn geworden. De telescoop zal zelfs werelden binnen ons eigen zonnestelsel onderzoeken, zoals Mars en de ijzige manen rond Jupiter en Saturnus, waar volgens wetenschappers nu primitieve levensvormen zouden kunnen voorkomen. “De wetenschap waarover we het hebben, bestrijkt letterlijk het volledige waarneembare universum,” zegt Rigby.

Verder kijken dan ooit

O’Meara was een van de mensen die moesten beslissen welke observaties de James Webb in zijn eerste jaar zou uitvoeren. Hij heeft goede hoop dat de missie revolutionaire resultaten zal opleveren. “Ik denk dat tegen het einde van de missie van de James Webb de helft van de uitgevoerde wetenschap zal gaan over onderwerpen waar we nu nog geen weet van hebben,” zegt hij.

Dat is ook telkens gebeurd wanneer de mensheid de kosmos met nieuwe ‘ogen’ ging bekijken. In 1989, toen astronomen voor het eerst begonnen na te denken over een infraroodtelescoop als opvolger van de Hubble, hadden ze nog maar een vaag idee van wat zo’n instrument uiteindelijk zou moeten kunnen. Destijds waren enkele van de meest fascinerende buitenaardse objecten die de James Webb binnenkort zal bestuderen, nog niet eens ontdekt.

“We hebben deze telescoop niet ontworpen om er exoplaneten mee te gaan onderzoeken,” zegt McCaughrean. “Want die bestonden toen nog niet.”

Het was pas in de jaren negentig dat astronomen de eerste planeten rond andere sterren dan onze zon ontdekten, en sindsdien hebben de ‘planetenjagers’ onder de telescopen aangetoond dat het in de Melkweg wemelt van deze buitenaardse werelden. Nu behoren die verre werelden tot de voornaamste vroege onderzoeksobjecten van de James Webb-missie. Maar de ontwerpers van de James Webb stond een nog grotere verrassing te wachten.

In 1995 voerde astronoom Bob Williams een experiment uit dat legendarisch zou worden. Als directeur van het STScI kon hij een zekere hoeveelheid observatietijd met de Hubble naar eigen believen invullen. Williams wilde de ruimtetelescoop richten op een stukje van de nachthemel waar helemaal niets was te zien. De telescoop werd ruim honderd uur lang op dat ene stukje nachthemel ter grootte van een duimnagel gericht om te kijken wat zo’n opname zou opleveren.

Het was niet bepaald een populair idee. “Hij had er een goede reden voor, maar veel mensen waren er erg op tegen,” zegt Mather.

Lees ook: Einsteins ‘onmogelijke’ experiment eindelijk uitgevoerd

Die mensen vonden het een verspilling van observatietijd, want ogenschijnlijk viel er in dat stukje nachthemel niets te zien. Maar toen de honderd observatie-uren eenmaal voorbij waren, hadden Williams en zijn team een adembenemende opname geproduceerd, die nu bekendstaat onder de naam ‘Hubble Deep Field’. In dat onooglijke en ogenschijnlijk lege stukje nachthemel glinsterden duizenden en nog eens duizenden verre en oeroude sterrenstelsels, als veelkleurige juwelen op een veld van zwart fluweel. Hubble had door de ruimte en terug in de tijd gekeken en daarmee aangetoond dat het in de kosmos werkelijk wemelt van de sterrenstelsels. En veel van de meest afgelegen van die galaxieën waren al groter en verder ontwikkeld dat wetenschappers voor mogelijk hadden gehouden.

Zodra de Hubble Deep Field werd gepubliceerd, eisten astronomen volgens Mather dat de in aanbouw zijnde James Webb te zijner tijd hetzelfde zou doen: over nóg grotere afstanden terugkijken in de tijd.

De diepveldwaarneming was volgens Mather “zó mooi en fascinerend en zó verrassend dat astronomen meteen dachten: wow, dat moeten wij ook doen.”

Dus zullen sommige van de observaties van de James Webb vergelijkbaar zijn met het Hubble Deep Field. In een klein stukje aan de nachthemel zullen de sterrenstelsels die zelfs voor de Hubble té vaag waren om te op te vangen, plotseling uit het verleden opdoemen.

Zoals veel eerdere missies zou ook de James Webb-missie iets kunnen opleveren dat zó volledig onverwachts is dat het een revolutie teweegbrengt in de manier waarop wij onze plek in het universum zien. Telkens wanneer wetenschappers het heelal met grotere en scherpere ogen bekijken, ontdekken ze nóg imposantere oorsprongen.

“Het universum zal complexer blijken te zijn dan we ons ooit hadden kunnen voorstellen,” zegt Mather.

Dit artikel werd oorspronkelijk gepubliceerd in het Engels op nationalgeographic.com

Lees meer

Dit vindt u misschien ook interessant

Ruimte
Universum dijt mogelijk sneller uit dan werd gedacht
Ruimte
Een van de grootste kometen ooit komt onze kant op
Ruimte
Dit zijn mogelijk de laatste explosies voordat het heelal donker wordt
Ruimte
Gigantisch ‘snoer’ van radio-emissies ontdekt tussen clusters van sterrenstelsels
Ruimte
Verste ster ooit ontdekt met de Hubble-ruimtetelescoop

Ontdek Nat Geo

  • Dieren
  • Milieu
  • Geschiedenis en Cultuur
  • Wetenschap
  • Reizen
  • Fotografie
  • Ruimte
  • Video

Over ons

Abonnement

  • Abonneren
  • Schrijf je in
  • Shop
  • Disney+

Volg ons

Copyright © 1996-2015 National Geographic Society. Copyright © 2015-2021 National Geographic Partners, LLC. Alle rechten voorbehouden.