Die James Webb-ruimteteleskoop (JWRT) is ’n ruimteteleskoop wat deur Nasa ontwikkel is, met bydraes deur die Europese Ruimteagentskap (ESA) en die Kanadese Ruimteagentskap (CSA). Dit is op 25 Desember 2021 gelanseer. Die JWRT sal ’n resolusie en sensitiwiteit sonder presedent hê, van sigbare lig met lang golflengtes tot middelinfrarooi, en sal die Hubble-ruimteteleskoop vervang as Nasa se vlagskipsending in astrofisika. Dit is genoem na James E. Webb, wat van 1961 tot 1968 die administrateur van Nasa was en 'n groot rol in die Apollo-program gespeel het.
duimnael|240px|links|Webb se Eerste Diepveld, 'n foto van die sterrestelselswerm SMACS 0723. Die teleskoop het ’n gesegmenteerde primêre spieël van 6,5 m. Die JWRT moet permanent onder 50 kelvin () bly om dowwe seine in die infrarooi te registreer sonder belemmering deur 'n ander hittebron; daarom sal dit by die Son-Aarde se Lagrange-punt L2 ontplooi word, 'n punt sowat 1,5 miljoen km van die Aarde af, waar die teleskoop se sonskerm dit terselfdertyd teen verhitting deur die Son, Aarde en Maan kan beskerm.
Die JWRT is ontwerp om veel beter beelde as Hubble na die Aarde terug te stuur en voorwerpe van tot 100 keer dowwer waar te neem. Dit sal 'n groot verskeidenheid ondersoeke in sterrekunde en kosmologie moontlik maak. Dit sluit sterrestelsels in met 'n rooiverskuiwing van tot z≈20, wat van die heelal se oudste en verste voorwerpe is, asook gedetailleerde waarnemings van moontlik bewoonbare eksoplanete.
Dit is op Kersdag 2021 vanaf Kourou, Frans-Guiana, deur 'n Ariane 5-lanseringsvoertuig gelanseer. Nasa het die lansering as "foutloos" en "perfek" beskryf.https://www.space.com/james-webb-space-telescope-launch-nasa-reaction Teen 24 Januarie 2022 was die teleskoop ten volle ontplooi en het dit in 'n halowentelbaan om L2 gegaan. Dit het tot in Julie 2022 finale toetse en instellings ondergaan voor die beplande navorsing begin het.
Op 3 Februarie 2022 het Nasa getweet dat die teleskoop sy eerste fotons waargeneem het,https://mobile.twitter.com/NASAWebb/status/1489319970324496386, Februarie 2022 en op 11 Februarie 2022 het Nasa aangekondig die teleskoop het die eerste fase van sy instelling voltooi, met elke segment van sy primêre spieël wat die ster HD 84406 opgespoor, afgeneem en min of meer gesentreer het.https://blogs.nasa.gov/webb/2022/02/11/photons-received-webb-sees-its-first-star-18-times
Eienskappe duimnael|220px|links|'n Ruwe voorstelling van die ondeurlatendheid van die aardatmosfeer vir verskeie golflengtes van elektromagnetiese straling, insluitende sigbare lig.
Die James Webb-ruimteteleskoop se massa is omtrent die helfte van dié van die Hubble-ruimteteleskoop, maar 'n goudoorgetrekte berillium- primêre spieël van 6,5 m wat uit 18 heksagonale spieëls bestaan, gee dit 'n algehele grootte van meer as ses keer dié van Hubble se spieël van 2,4 m. Hiervan word 0,9 m2 se uitsig belemmer deur die sekondêre steunstutte, wat die werklike ligversamelingsoppervlak sowat 5,6 keer dié van Hubble s'n van 4,525 m2 maak.
Die JWRT is hoofsaaklik vir nabyinfrarooisterrekunde ontwerp, maar dit kan ook oranje en rooi sigbare lig waarneem, asook die middelinfrarooi streek, na gelang van die instrument. Dit kan voorwerpe waarneem wat tot 100 keer dowwer is as met Hubble, asook voorwerpe heelwat vroeër in die geskiedenis van die heelal, terug tot rooiverskuiwing z≈20. Die vroegste sterre het byvoorbeeld vermoedelik tussen z≈30 en z≈20 en die eerste sterrestelsels rondom z≈15 gevorm, en Hubble kan nie verder terug as z≈12 sien nie.
Die ontwerp lê om drie redes klem op die naby- tot middelinfrarooi: Hoërooiverskuiwingsvoorwerpe (baie oud en ver) se sigbare emissies het in die infrarooi geskuif en daarom kan hulle lig vandag net gesien word deur middel van infrarooisterrekunde. Koue voorwerpe soos puinskywe en planete straal die sterkste in infrarooi uit. Dié infrarooi bande is moeilik om van die grond af of met bestaande teleskope soos Hubble te bestudeer.
Grondgebaseerde teleskope moet deur die aardatmosfeer kyk, en dit is in baie infrarooi bande ondeursigtig (sien skets links bo). Selfs waar die atmosfeer deursigtig is, bestaan baie van die teiken- chemiese verbindings, soos water, koolstofdioksied en metaan, ook in die atmosfeer en dit bemoeilik ontleding. Bestaande teleskope soos Hubble kan nie dié bande bestudeer nie, aangesien hulle spieëls nie koud genoeg is nie (Hubble se spieël bly op sowat 15 °C, of 288 K) en dus straal die teleskoop self sterk in die infrarooi bande uit.
Die JWRT kan ook nabygeleë voorwerpe waarneem, insluitende voorwerpe in ons eie Sonnestelsel. Dit sluit alle planete en satelliete, komete en asteroïdes buite die Aarde se wentelbaan in, en "feitlik alle" bekende Kuipergordelvoorwerpe. Verder kan dit onbeplande teikens waarneem binne 48 uur nadat besluit is om dit te doen, soos supernovas en gammastraaluitbarstings.
Die JWRT sal in 'n wentelbaan om die Son-Aarde se L2-punt wees, sowat 1,5 miljoen km van die Aarde af. In vergelyking hiermee wentel Hubble 550 km bo die Aarde se oppervlak en die Maan is rofweg 400 000 km van die Aarde af. Dié groot afstand maak dit waarskynlik tans onmoontlik vir 'n bemande sending om die teleskoop te herstel of opgradeer, soos met Hubble gedoen is.
Voorwerpe by die Son-Aarde se L2-punt kan saam met die Aarde om die Son wentel, en dit sal die teleskoop in staat stel om rofweg op 'n konstante afstand van die Aarde af te bly, met 'n volgehoue oriëntasie van sy unieke sonskild en toerustingsbus (die JWRT se primêre steunkomponent) ten opsigte van die Son, Aarde en Maan om lig en hitte van dié drie liggame tegelykertyd te blokkeer en selfs die kleinste temperatuurveranderings te voorkom. Dié ligging sal die tuig se temperatuur heeltyd onder die 50 K hou wat nodig is vir dowwe infrarooi waarnemings. Kommunikasie sal ook konstant wees.
Sonskild duimnael|220px|'n Toetseenheid van die sonskild by die Northrop Grumman-gerief in Kalifornië, 2014
Om waarnemings in die infrarooi spektrum te doen moet die JWRT se temperatuur altyd onder 50 K wees, anders sal infrarooi straling van die teleskoop self die instrumente oorweldig. Om dit teen dié temperatuur te hou word 'n groot sonskild gebruik om lig en hitte van die Son, Aarde en Maan tegelykertyd te blokkeer – sy posisie by die L2-punt hou dié drie liggame te alle tye aan dieselfde kant van die teleskoop. Sy wentelbaan om die L2-punt hou dit ook buite die Aarde en Maan se skaduwee en daarom bly die temperatuur konstant.
Die vyflaagsonskild, met elke laag so dun soos 'n menslike haar, is gemaak van 'n spesiale soort polimied met membrane wat aan albei kante bedek is met aluminum en 'n laag gedoteerde silikon aan die sonkant van die warmste twee lae om die Son se hitte terug die ruimte in te weerkaats. Onvoorsiene skeure in die delikate laagstruktuur tydens toetse in 2018 was van die faktore wat die projek vertraag het.
Die sonskild is so ontwerp dat dit 12 keer gevou kon word om te pas in die Ariane 5-vuurpyl se vragruim, wat 4,57 m breed en 16,19 m lank is. Die skild se volle ontplooide grootte is 14,162 x 21,197 m. Weens die sonskild kan die JWRT nie op enige tydstip onbeperk waarneem nie. Dit neem 40 persent van die lugruim vanuit een posisie waar en die hele lugruim oor 'n tydperk van ses maande, die tydperk wat 'n halwe omwenteling om die Son duur.
Optika duimnael|220px|Die hoofspieël word by die Goddard-ruimtevlugsentrum aanmekaargesit, Mei 2016. duimnael|220px|NIRSpec-model. duimnael|220px|NIRCam-model. duimnael|220px|MIRI-model.
Die JWRT se primêre spieël is 'n 6,5 m breë, goudbedekte berilliumreflektor met 'n versameloppervlak van 25,4 m2. As dit as 'n enkele groot spieël gebou sou gewees het, sou dit te groot vir bestaande lanseringsvoertuie gewees het. Dit bestaan dus uit 18 heksagonale segmente wat ná lansering ontvou word. Daarna sal hulle net elke paar dae opgedateer moet word vir optimale fokus. Dit verskil van grondgebaseerde teleskope soos die Keck-teleskope, wat hulle spieëlsegmente weens versteurings voortdurend moet aanpas met behulp van aktiewe optika. Die Webb-teleskoop gebruik 126 klein motore om die optika nou en dan aan te pas, want daar is min omgewingsversteurings in die ruimte.
Die JWRT se spieël gebruik geronde sekondêre en tersiêre spieëls om beelde te lewer sonder die optiese afwykings wat oor 'n wye veld voorkom. Die sekondêre spieël is 0,74 m breed. Daar is ook 'n fyn ingestelde navigasiespieël wat die spieël se posisie baie kere per sekonde kan aanpas vir beeldstabilisasie.
Wetenskaplike instrumente Die Integrated Science Instrument Module (ISIM) is 'n raamwerk wat elektriese krag, rekenaarvermoëns, verkoeling en strukturele stabiliteit aan die teleskoop verskaf. Die ISIM bevat vier wetenskaplike instrumente en 'n gidskamera. NIRCam (Near InfraRed Camera) is 'n infrarooikamera met 'n spektrale dekking wat wissel van sigbare lig (0,6 μm) tot by naby-infrarooi (5 μm). Daar is 10 sensors elk van 4 megapieksels. NIRCam dien ook as die sterrewag se golffrontsensor. NIRSpec (Near InfraRed Spectrograph) doen ook spektroskopie oor dieselfde golflengte-omvang. Die NIRSpec-ontwerp verskaf drie waarnemingsmodusse: 'n laeresolusiemodus met behulp van 'n prisma, 'n R~1000-multivoorwerpmodus en 'n R~2700-integraleveldeenheid. Daar word tussen modusse gewissel met behulp van 'n meganisme wat vooraf die golflengte kies en wat die Filter Wheel Assembly genoem word. Die multivoorwerpmodus maak van 'n ingewikkelde mikrosluitermeganisme gebruik vir gelyktydige waarnemings van honderde individuele voorwerpe op enige plek in NIRSpec se sigveld. Daar is twee sensors van 4 megapieksels elk. MIRI (Mid-Infrared Instrument) meet die middel- tot langinfrarooi-golflengteomvang van 5 tot 27 μm. Dit bevat beide 'n middelinfrarooikamera en 'n spektrometer. MIRI maak gebruik van dieselfde wielmaganismes as NIRSpec. Sy temperatuur mag nie hoër styg as 6 K () nie; 'n heliumverkoeler aan die warm kant van die omgewingskild sorg vir die verkoeling. FGS/NIRISS (Fine Guidance Sensor en Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph) word gebruik om die siglyn van die sterrewag tydens waarnemings te stabiliseer. Metings deur die FGS word gebruik vir beide die beheer van die algehele oriëntasie van die tuig en die aandrywing van die navigasiespieël vir beeldstabilisasie. Omdat die NIRISS saam met die FGS gemonteer is, word dikwels daarna as 'n enkele eenheid verwys; hulle dien egter heeltemal verskillende doele – die een is 'n wetenskaplike instrument en die ander deel van die sterrewag se steuninfrastruktuur.
NIRCam en MIRI het sterligblokkeringsmeganismes vir waarnemings van dowwe teikens soos eksoplanete baie na aan helder sterre.
Ruimtetuigbus duimnael|220px|'n Diagram van die ruimtetuigbus. Die sonpaneel is groen en die verkoelers ligpers.
Die ruimtetuigbus is die primêre steunkomponent van die James Webb-ruimteteleskoop. Dit bevat talle rekenaar-, kommunikasie-, krag-, aandrywings- en struktuuronderdele. Saam met die sonskild maak dit die ruimtetuigelement van die ruimteteleskoop uit. Die ander twee groot elemente van die JWRT is die ISIM en die OTE (Optical Telescope Element). Streek 3 van die ISIM is ook in die ruimtetuigbus; streek 3 sluit die ISIM se bevels- en datahanteringsubstelsel en die MIRI in. Die ruimtetuigbus is verbind met die OTE deur middel van die Deployable Tower Assembly, wat ook met die sonskild verbind is. Die ruimtetuigbus is aan die "warm" sonkant van die sonskild en werk teen 'n temperatuur van sowat 300 K (27 °C).
Die massa van die ruimtetuigbus se struktuur is 350 kg en moet die 6 200 kg van die teleskoop ondersteun. Die ruimtetuigbus kan die teleskoop laat roteer met 'n presiesheid van een boogsekonde en isoleer vibrasie tot 'n paar milliboogsekondes.