Op 18 december lanceren we iets dat onze blik op het universum zal veranderen

Het verkennen van vreemde nieuwe werelden. De oorsprong van het universum begrijpen. Op zoek gaan naar leven in de melkweg. Dat is de ambitieuze missie van de James Webb Space Telescope, de langverwachte opvolger van de Hubble Space Telescope. De lancering van de telescoop is gepland voor 18 december. Wanneer hij volledig operatief zal zijn, op meer dan anderhalf miljoen kilometer van onze aarde, zal de Webbtelescoop een nieuw tijdperk van astronomie inluiden en de mensheid dingen laten zien die ze nooit eerder heeft gezien.

Waarom is dit belangrijk?

We gaan niet alleen spectaculair verder in de ruimte te kijken - de Webb kijkt tot aan de rand van het waarneembare heelal - maar ook verder terug in de tijd. Plus de telescoop zal enorm helpen bij het vinden van leven elders.

Wetenschappers begonnen al na te denken over opvolgers van de Hubble-ruimtetelescoop nog voor dat die in 1990 werd gelanceerd. De Webb zou oorspronkelijk in 2010 worden gelanceerd en ongeveer 1 miljard euro kosten. Het prijskaartje is sindsdien gestegen tot meer dan 10 miljard, en de lancering heeft meer dan een decennium vertraging opgelopen. Maar het wachten zal de moeite waard zij volgens astronomen. Ze verwachten dat de Webb ons snel nieuwe en onthullende glimpen van ons universum zal geven.

De Webb zal de Hubble op verschillende manieren overtreffen. Het stelt astronomen in staat om niet alleen verder in de ruimte te kijken – de Webb kijkt tot aan de rand van het waarneembare heelal – maar ook verder terug in de tijd. De telescoop zal zoeken naar de eerste sterren en sterrenstelsels van het heelal. Hij stelt wetenschappers in staat om zorgvuldige studies te maken van talrijke exoplaneten – planeten die om andere sterren dan onze zon draaien – en zelfs op zoek gaan naar tekenen van leven daar.

De Webb versus Hubble. Foto: NASA’s Goddard Space Flight Center

De lancering van de Hubble-ruimtetelescoop was op zichzelf al een enorme sprong voorwaarts voor de astronomie. Hier op aarde zoeken astronomen afgelegen bergtoppen en woestijnen op om grote telescopen te bouwen om een ​​donkere hemel te bekijken, ver weg van vervuiling en felle lichten. Maar hun zicht wordt nog steeds ontsierd door de lichte waas en luminescentie van de atmosfeer van de aarde. Er is geen beter zicht op de ruimte dan dat van in, nou ja, de ruimte.

Groter en beter

Hubble heeft ons niet alleen onvergetelijke, adembenemend mooie beelden gestuurd, zoals die van de Lagunenevel en de Pillars of Creation. Hij heeft ons ook geleerd over de leeftijd van het universum, over wat er gebeurt als sterren exploderen, en ons inzicht over zwarte gaten vergroot. De waarnemingen van Hubble hebben wetenschappers doen geloven dat het universum in een steeds sneller tempo uitdijt, voortgestuwd door iets dat zo mysterieus is dat wetenschappers het eenvoudigweg dark matter (donkere materie) noemen.

Hubble hielp bij het vaststellen van veel van de grenzen die de Webb hoopt te verleggen. De Webb, genoemd naar de man die NASA leidde in het decennium voorafgaand aan de maanlanding, gaat dit alles nog een stap verder brengen. Wat we gaan krijgen is een telescoop die ongeveer 100 keer krachtiger is dan Hubble.

De Webb verbetert Hubble op twee belangrijke manieren. De eerste is de grootte: Hubble was ongeveer zo groot als een schoolbus, terwijl Webb meer lijkt op de grootte van een tennisbaan. Maar het is niet alleen de totale grootte van het ding dat ertoe doet. Als het gaat om reflecterende telescopen, is het belangrijkste onderdeel de grootte van de gebogen spiegel. Je zou een telescoopspiegel kunnen zien als een emmer die licht schept. Hoe meer licht je in deze emmer kunt verzamelen, verder weg en hoe duidelijker je dingen in het universum kunt zien.

De telescoop als tijdmachine

Hubble’s spiegel had een indrukwekkende diameter van 2,3 meter. De prachtige, goudkleurige spiegels van Webb hebben een diameter van meer dan zes meter, en in totaal geeft dat een oppervlakte om licht te verzamelen die meer dan zes keer groters is. Wat betekent dat in de praktijk? Welnu, denk eens aan een van Hubble’s beroemdste afbeeldingen, het Deep Field.

In 1995 lieten wetenschappers de Hubble staren naar een heel klein stukje ruimte (ongeveer zo groot als de kop van een speldenknop, op armlengte van de kijker gehouden). Het beeld dat terugkwam was verbluffend. Hubble heeft duizenden sterrenstelsels blootgelegd in dat piepkleine stukje, waardoor we het aantal sterrenstelsels waarvan men denkt dat ze in het universum bestaan, beter hebben kunnen inschatten.

Deze foto onthulde ook het potentieel van Hubble als een tijdmachine. In de astronomie geldt: hoe verder weg dingen zijn, hoe ouder ze zijn (omdat licht van verre oorden er erg lang over doet om naar de aarde te reizen). Dat betekent dat de Hubble Deep Field-foto niet alleen een momentopname van de ruimte is: hij bevat ook de geschiedenis van ons universum. Sterrenstelsels in deze afbeelding zien er voor ons uit zoals ze miljarden jaren geleden waren.

NASA’s Hubble-ruimtetelescoop bood een van de diepste, meest gedetailleerde zichtbare beelden van het universum. Het veld is een zeer kleine steekproef van de hemel, maar het wordt beschouwd als representatief voor de typische verdeling van sterrenstelsels in de ruimte. In dit kleine veld ontdekte Hubble een verbijsterend assortiment van minstens 1.500 sterrenstelsels in verschillende stadia van evolutie.

Wat Webb zal doen, is daarin nog flinke stappen verder gaan. Dus de kleine lichtvlekjes op de achtergrond van het Hubble Deep Field zullen helderder worden en gedetailleerder worden, we zullen spiraalarmen kunnen zien, we zullen structuur kunnen zien, en dan zullen we meer spikkels van licht zien uit een nog verder verleden. We zullen dus met Webb veel verder terug in de tijd kunnen kijken.

We gaan de eerste sterren ooit kunnen zien

Hoe ver? Met Webb kunnen astronomen zoals Casey zo ver terugkijken dat ze mogelijk de allereerste sterren en sterrenstelsels zullen zien. Hubble heeft licht gezien dat dateert tot ongeveer 400 miljoen jaar na de oerknal, dat er ongeveer 13,3 miljard jaar over deed om ons te bereiken. Maar Webb heeft het vermogen om ons tot 250 miljoen jaar na de oerknal te brengen. Dat klinkt misschien niet als een groot verschil. Maar het gaat ons wel de eerste sterren laten zien die ooit aangingen.

Daarachter zijn barrières waar zelfs de Webb niet doorheen kan kijken. Voorafgaand aan het eerste sterlicht was het universum gehuld in een dichte, verduisterende mist van oergas. Er is geen licht dat onze telescopen bereikt uit deze tijd, die astronomen de Cosmic Dark Ages noemen. (Er is wat achtergrondstraling van de oerknal, een zwakke gloed. Maar voor het grootste deel is dit een lege plek in onze tijdlijn van het universum.)

Astronomen hopen dat de Webb hen zal helpen het einde van de Dark Ages te begrijpen en erachter te komen waardoor de mist is opgetrokken. Wetenschappers vermoeden dat het sterlicht van de vroegste sterrenstelsels het deed.

Waarom infrarood beter is

Het andere voordeel van de Webb op de Hubble is het soort licht dat de telescoop opvangt. Licht is er in veel verschillende varianten. Het menselijk oog kan alleen een smalle golflengte zien die bekend staat als zichtbaar licht, maar het universum bevat heel veel licht buiten dit bereik. Zoals ultraviolet of infrarood. De Hubble-ruimtetelescoop verzamelt zichtbaar licht, ultraviolet en een klein beetje infrarood. De Webb is in de eerste plaats een infraroodtelescoop, dus hij ziet licht met een langere golflengte dan onze ogen kunnen zien. Het is eigenlijk wat Webb in staat stelt verder terug in de tijd te kijken dan de Hubble.

Infrarood licht is vaak heel oud licht, vanwege een fenomeen dat roodverschuiving wordt genoemd. Wanneer een lichtbron zich van een kijker verwijdert, wordt die uitgerekt, verandert in een steeds langere golflengte en wordt roder. (Het tegenovergestelde is ook waar: naarmate een lichtbron dichterbij komt, worden de golflengten korter en blauwer.) Het is vergelijkbaar met wat er gebeurt als een sirene passeert: de toonhoogte neemt toe naarmate de sirene nadert en neemt vervolgens af naarmate die zich verwijdert.

Omdat de ruimte voortdurend uitdijt, bewegen de dingen die het verst van ons af staan ​​in het universum zich van ons af. En terwijl licht vanuit die verre sterrenstelsels door de ruimte reist, wordt het licht letterlijk uitgerekt door de uitdijing van de ruimte.

Stel je een ster voor die heel ver weg is. Het licht van die ster begint misschien in het zichtbare spectrum, maar het wordt uitgerekt op zijn reis naar ons. Het wordt roder en roder. Dus als we verre sterrenstelsels met Hubble zien, zijn het een soort van deze kleine, kleine rode klompjes. Uiteindelijk worden deze zeer verre, oude sterrenstelsels zo rood dat ze in het infraroodspectrum vallen. Webb kan dit oude licht zien dat onzichtbaar is geworden voor het menselijk oog.

Twee Hubble-afbeeldingen van de zogenaamde Pillars of Creation. De rechtse laat zien hoe het eruit ziet in infrarood, wat dichter staat bij wat de Webb-telescoop zal zien.

Het probleem als er iets misgaat

Handig is dat infrarood licht ook andere toepassingen heeft. Het is bijvoorbeeld een goed type licht om naar exoplaneten te kijken. Als je bijvoorbeeld op een planeet zou zijn die om een ​​andere ster draait en de aarde zou willen zien, zou zichtbaar licht niet de beste keuze zijn. De aarde piekt in het infrarood. Dus als we een aardachtige planeet in een ander zonnestelsel willen bestuderen, is die observeren op infrarode golflengten. Wetenschappers van exoplaneten zullen de Webb gebruiken om de atmosferen van deze werelden te analyseren: de telescoop is in staat om bepaalde chemicaliën in hun atmosferen te detecteren. Zoals water, CO, CO2 en methaan.

Als het dus allemaal goed gaat, mogen we ons aan een hoop spectaculaire ontdekkingen verwachten. En daar zit misschien nog wel een addertje in het gras. De complexiteit van de Webb zelf. Omdat de telescoop zo groot is, zijn er geen raketten die groot genoeg zijn om hem volledig te lanceren. De telescoop moet worden opgevouwen om in een raket te passen en moet zichzelf in de ruimte ontplooien. Daar kan vanalles mee misgaan.

En als er iets misgaat, is dat een groot probleem. Want terwijl Hubble een baan draait op ongeveer 550 kilometer boven de aarde, zal Webb bijna anderhalf miljoen kilometer verwijderd zijn – vier keer de afstand van de aarde tot de maan. Dat betekent dat als de Webb eenmaal is gelanceerd, hij quasi onmogelijk door mensenhanden kan worden gerepareerd als hij stukgaat. Dat is een enge gedachte gezien de geschiedenis van de Hubble. Kort nadat de Hubble in 1990 werd gelanceerd, realiseerden ingenieurs zich dat er een probleem was met de spiegel; de eerste beelden van de telescoop kwamen wazig terug en astronauten moesten een spaceshuttle lanceren om het te repareren. Dat zal niet mogelijk zijn met de Webb. Hij moet gewoon werken.

Waarom laten we hem dan niet gewoon dichter bij de aarde? Omdat Webb een infraroodtelescoop is, moet hij koud worden gehouden. De aarde zelf is warm en gloeit in infrarood. Alles wat warm is, gloeit in infrarood licht. Als de telescoop te warm was, zou hij gewoon gloeien en zichzelf zien.

Lees ook:

Dat we Mars zullen koloniseren is pure nonsens zeggen steeds meer wetenschappers

Kunnen we de maan bewoonbaar maken?

(kg)

Meer
Emmanuel Vanbrussel en Kasper Goossens
Laatste update:
Laatste update:
Lees meer...
Markten
BEL20