James Webb teleskopet har nu sendt sit første billede hjem. Det er i virkeligheden 18 billeder af den samme stjerne 242 lysår borte nær stjernebilledet Store Bjørn, og formålet med billedet er at teste hver af de 18 små spejle, der tilsammen udgør det 6,5 meter store hovedspejl.
James Webb er nemlig nu godt på plads i sin endelige bane, og de næste måneder vil gå med at finjustere de små spejle, så de tilsammen kommer til at virke som et stort spejl. Det er en både langvarig og kompliceret proces, hvor man justerer positionen af hvert enkelt spejl med en nøjagtighed der måles i nanomemeter.
\ Om artiklens forfattere
Helle og Henrik Stub er begge cand.scient'er fra Københavns Universitet i astronomi, fysik og matematik.
I snart 50 år har parret beskæftiget sig med at formidle astronomi og rumfart gennem radio, fjernsyn, bøger og foredrag og kurser.
De står bag bogen 'Det levende Univers' og skriver om aktuelle astronomiske begivenheder for Videnskab.dk.
Der blev også taget en ’selfie’ der viser spejlet. Da billedet blev taget, var der kun et af de 18 spejle, der modtog lys fra stjernen, og derfor er netop dette spejl meget lyst.
Både billede og selfie blev som forventet, men det viser også, at der er et stykke vej endnu, før de 18 små spejle er blevet til et stort spejl. Det vil mindst tage et par måneder, men selv da er man ikke færdig med klargøringen.
James Webbs instrumenter observerer jo ikke i synligt lys, men i langbølget infrarødt lys. Den type observationer kræver meget lave temperaturer, for hvis instrumenterne er for varme, så drukner den meget svage infrarøde stråling fra universet helt i varmestrålingen fra instrumenterne.
Derfor er selve teleskopet beskyttet mod Solens stråling af hele fem varmeisolerende ’tæpper’. Teleskopet sidder på skyggesiden af tæpperne, der varmeisolerer så godt, at både spejl og teleskop langsomt, men sikkert bliver koldere.
Metoden kaldes passiv afkøling, og den er baseret på at slippe af med varme ved at udstråle den til rummet. Det er ikke en særlig effektiv proces, og man når en grænse, når den varme, som siver op gennem tæpperne (kun nogle få milliwatt), og som teleskopet selv producerer, svarer til den varme, det er muligt at udstråle til rummet.
Et koldt teleskop
Når Webb er blevet endeligt afkølet, vil det være verdens absolut koldeste teleskop. Ved passiv afkøling vil spejlet af sig selv nå ned på en temperatur på 50 K, svarende til -223 grader celsius. Det ene af de infrarøde instrumenter vil med samme metode komme ned på -233 grader Celsius. Men så er vi også nede på en temperatur, der svarer til temperaturen på Pluto.
Men der er et instrument, som er endnu mere krævende, og som observerer i meget langbølget infrarødt lys – netop lys ved de bølgelængder, som man regner med at modtage fra de allerførste stjerner og galakser i universet. Da de blev dannet, udsendte de kortbølget blåt lys, men på grund af universets udvidelse er bølgerne blevet ’strakt’, så vi nu, mere end 13 milliarder år senere, modtager strålingen som meget langbølget infrarødt lys.
Dette krævende instrument hedder MIRI for Mid-Infrared Instrument, og det skal ned på en temperatur 7 K eller -266 grader Celsius. Det kan ikke klares ved passiv afkøling, så her bruger man flydende helium som kølevæske, som heldigvis på grund af teleskopets meget lave temperatur kan genbruges ligesom kølevæsken i en fryser. Man har netop tændt for denne såkaldte cryokøler.
Justering af spejlene og afkølingen vil næppe være færdig før til juni, og når den proces er forbi, vil lyset fra de 18 spejle blive samlet på en sådan måde, at de kun danner et billede. Og helt skarpe billeder får man først, når både spejl og instrumenter har nået den ønskede temperatur.
Lidt om forhistorien
Hvad Webb gør her, er kulminationen af et langt arbejde med at udvikle den infrarøde astronomi.
Man begyndte at observere i infrarødt lys allerede fra omkring år 1800 og frem. Infrarød astronomi begyndte dog først at tage fart i 1960'erne, hvor man eksperimenterede med teleskoper på balloner og raketter for at undgå varmestrålingen fra atmosfæren.
Det store gennembrud var den første infrarøde satellit IRAS, der blev opsendt i 1983. Den fungerede kun i ti måneder, men nåede alligevel at observere ikke mindre end 350.000 infrarøde kilder. Andre satellitter kom til, og på de første satellitter blev afkølingen klaret ved at bruge flydende helium, som blev opbevaret i en særlig vakuumisioleret beholder kaldet en Dewar.
Problemet var især, at man ikke kunne undgå en fordampning af helium, så når den var brugt, så virkede instrumenterne ikke mere. Vejen frem var passiv afkøling som på Webb, eventuelt hjulpet af flydende helium.
Det store spring frem var at eksperimentere med passiv afkøling, som jo er den primære afkølingsmåde for James Webb.
Det første infrarøde rumteleskop, der brugte passiv afkøling, var NASA's Spitzer-rumteleskop, der blev opsendt i 2003 i kredsløb om Jorden. Det primære spejl afkølede passivt til omkring 34 K eller -239 grader Celsius, før flydende helium blev brugt til at sænke temperaturen til mindre end 6K eller -267 grader Celsius
Tilsvarende havde det europæiske Herchel-teleskop, der 2009-2013 observerede fra det andet Lagrangepunkt, ligesom Webb gør nu, et passivt afkølet spejl med en temperatur på -193 grader suppleret med ekstra køling fra flydende helium.
Man kan godt sige, at James Webb næppe havde kunnet bygges uden den meget store erfaring, man tidligere har fået med infrarøde teleskoper.
