James Webb Space Telescope

Hubblen seuraaja tärisee taas

Pe, 01/27/2017 - 11:39 Jari Mäkinen
JWST valmistautuu tärinätestin

Hubblen avaruusteleskoopin suuren seuraajan testaaminen jouduttiin keskeyttämään viime joulukuussa, kun sen käyttäytyi testin aikana kummallisesti. Insinöörit pelkäsivät jopa kalliin ja pitkään tehdyn teleskoopin menneen rikki, mutta onneksi näin ei ollut.

James Webb Space Telescope, eli tuttavallisesti JWST, on parhaillaan testattavana erityisessä täristimessä, jotta voidaan olla varmoja, että se kestää rakettikyydin rasitukset.

Tarkalleen ottaen testattavana on nyt teleskoopin niin sanottu instrumenttiosa, johon kuuluvat tieteelliset havaintolaitteet, suuri 18 pienestä peilistä tehty pääpeili sekä sen avausmekanismi. Peili on niin suuri, että laukaisun ajaksi se täytyy taittaa monimutkaisella mekanismilla kasaan. 

Testaaminen tehdään yksinkertaisesti täristämällä laitetta samaan tapaan ja hieman voimakkaamminkin kuin kantoraketti sitä rökittää laukaisun aikana.

Ennen testejä instrumenttiosan käyttäytymistä on simuloitu tarkasti, ja insinöörit tietävät varsin hyvin miten sen pitäisi täristä täristettäessä. Testin aikana siihen on kiinnitettynä paljon kiihtyvyysmittareita, jotka mittaavat miten eri osat oikeasti liikkuvat. 

Joulukuussa tehdyissä testeissä todelliset tärinämittaukset erosivat kuitenkin olennaisesti ennakkosimulaatioista, joten testi päätettiin keskeyttää. 

Omituisuuksia oli ennen kaikkea peilin avausmekanismissa, joka koostuu ikään kuin kahdesta siivestä: otsikkokuvassa näkyy peilin keskiosa, joka on kiinnitettynä kiinteästi instrumenttiosaan, mutta sen takana on kaksi samaan tapaan pienemmistä peilinosista koottua sivupalaa, jotka liikkuvat paikalleen muodostaen lopulta yhden, suuren peilin. Kaikkiaan peilissä on 18 pienempää, kultapäällysteistä peiliä.

Laukaisun aikana peili on siis taitettuna origamin tapaan kolmeen osaan, mutta avaruudessa siitä tulee yksi iso peili.

Liian suuret kiihtyvyysarvot saattoivat olla merkki siitä, että mekanismi oli hajonnut – tai siitä, että etukäteen tehdyt simulaatiot eivät olleet kunnollisia.

Teleskooppia on jouluun aikana tutkittu tarkasti, eikä siinä havaittu mitään omituisuuksia. Myöskään simulaatioissa ei havaittu mitään kummallista, mutta kun samalla teleskooppi on käyttäytynyt normaalisti muilta osin testeissä, päätettiin testejä jatkaa.

Tällä viikolla uudelleen alkaneet testit tehdään Yhdysvaltain pääkaupunki Washingtonin luona olevassa Goddardin avaruuskeskuksessa. Kunhan nämä tärinätestit on tehty, altistetaan sama instrumenttiosa ja peilisysteemi suurelle metelille akustisessa testikammiossa. Sen avulla simuloidaan laukaisun meteliä.

Sen jälkeen peilin avausmekanismin toimintaa testataan vielä kerran, ennen kuin instrumenttiosa peileineen kuljetetaan huhtikuussa Johnsonin avaruuskeskukseen Houstoniin, Teksasiin, missä on avaruuden olosuhteita jäljittelevä suuri kammio. 

Sieltä instrumenttiosa viedään edelleen Kaliforniaan, Northrop Grumman -yhtiön tiloihin, missä se kiinnitetään huoltomoduuliin. Se pitää huolen teleskoopin sähkönsaannista, tietoliikenneyhteyksistä Maahan ja asennonsäädöstä. 

Yhdessä nämä muodostavat avaruuteen lähetettävän teleskoopin, ja kunhan sitä on vielä kerran testattu, se kuljetetaan vuoden 2018 kesällä Kouroun avaruuskeskukseen. 

Sieltä JWST laukaistaan Ariane 5 -kantoraketilla avaruuteen lokakuussa 2018. 

Teleskooppi ohjataan Maan painovoimatasapainopisteeseen 2, niin sanottuun toiseen Lagrangen pisteeseen noin 1,5 miljoonan kilometrin päässä Maasta ulospäin aurinkokunnassa – siis päinvastaiselle puolelle missä Aurinko sijaitsee Maasta katsottuna.

Hubblen seuraajateleskooppi uusissa vaikeuksissa: JWST kärsi tärinäkokeessa

Ke, 12/21/2016 - 10:20 Jari Mäkinen

Hubble-avaruusteleskoopin seuraajaksi nimitetty, suuri James Webb -avaruusteleskooppi on ollut viimein testeissä, joissa sen kestävyys avaruudessa sekä laukaisun aikana avaruuteen on varmistettu. Valitettavasti testit eivät ole menneet hyvin. 

James Webb -avaruusteleskooppi (tuttavallisesti JWST) valmistui viime kesänä, jolloin sen sydämessä olevat tieteelliset havaintolaitteet sitältävä osa ja suuri 18-osainen peilirakennelma osat laitettiin viimein yhteen ja tätä kokonaisuutta on päästy testaamaan lähes yhtenä kappaleena. Kaikki osat on testattu moneen kertaan jo aikaisemmin, mutta kuten aina, yhdessä ne tuottavat usein yllätyksiä. Kuten nähtävästi nytkin.

Kaikkein rajuin testin osa on ns. tärinätesti, missä teleskooppia on ravisteltu juuri samaan tapaan kuin se olisi kantoraketin nokassa kiitämässä kohti avaruutta. Kyyti raketilla on raju kokemus, vaikka sen jälkeen avaruuden painottomuudessa olo onkin rauhallista ja leppoisaa.

JWST on ollut testattavana NASAn Goddardin avaruuslentokeskuksessa lähellä pääkaupunki Washingtonia. Tuoreen tilannetiedotteen mukaan joulukuun 3. päivänä tehdyssä testissä havaittiin jotain omituista, ja tämän perusteella testiohjelma on nyt keskeytetty ja tutkijat keskittyvät löytämään syyn omituisiin tuloksiin.

Testeissä teleskooppiin on kiinnitetty eri puolille erilaisia kiihtyvyysmittareita ja muita antureita, ja saadut kiihtyvyysarvot olivat olennaisesti erilaisia kuin odotettiin.

Onneksi teleskoopissa tai sen suuressa ja herkässä peilissä ei näytä olevan rakenteellisia vaurioita, vaan tulokset viittaavat vain odottamattomiin mittausarvoihin. 

Siksi nyt joulukuun aikana teleskooppia on täristetty uudelleen, pienemmillä kiihtyvyysarvoilla, jolloin sen käyttäytymisestä on saatu lisätietoa.

On mahdollista, että tarkemmissa tutkimuksissa ja simulaatioissa käy ilmi, että saadut mittausarvot eivät anna aihetta suurempaan huoleen, mutta voi myös olla niin, että edessä on muutoksia teleskooppiin ja uusi viivästys.

JWST on vuosia myöhässä alkuperäisestä aikataulustaan ja sen kustannukset ovat karanneet käsistä. Ennen nyt paljastunutta huolenaihetta oli teleskooppi tarkoitus laukaista lokakuussa 2018 avaruuteen Ariane 5 -kantoraketilla.

Piirroskuva James Webb -teleskoopista avaruudessa täysin avattuna: siinä on suuren, vasta avaruudessa avautuvan peilin lisäksi kookas aurinkosuoja alla. Otsikkokuvassa on teleskooppi siirrettävänä testattavaksi. Kuvat: Nasa.

Testeissä paljastuu usein pieniä vikoja ja omituisia mittausarvoja, ja tämä on yksi syy miksi avaruuslaitteita testataan armottomasti: on parempi, että omituisuudet tulevat esiin ennen laukaisua kuin vasta avaruudessa. Yleensä nämä epäkohdat voidaan korjata nopeasti tai ne voidaan analyysien perusteella päätellä vaarattomiksi.

Edessä Goddardissa ovat vielä optiikan sekä koko suuren peilin ja sen avausmekanismin testit täristyksen jälkeen.

Tämän jälkeen JWST on tarkoitus kuljettaa Hosutoniin Nasan Johnsonin avaruuskeskukseen, missä olevalla avaruussimulaattorilla se altistetaan avaruuden tyhjiölle ja lämpötiloille. Sieltä teleskooppiosa viedään edelleen Kaliforniaan Northrop Grumman -yhtiön tiloihin, missä se liitetään huoltomoduuliin, joka tulee huolehtimaan avaruudessa teleskoopin asennonsäädöstä, ohjaamisesta, virransaannista ja tietoliikenneyhteyksistä Maahan. Sen olennainen osa on myös suuri, monikerroksinen, avaruudessa avattava aurinkosuoja.

Lopulta, ennen kuljetusta laukaisupaikalle Kouroun avaruuskeskukseen on koko JWST tarkoitus testata vielä Goddardissa.

Juttua on päivitetty julkaisun jälkeen: Alun perin siinä kerrottiin koko JWST:n olleen nyt testissä, mutta kyseessä oli luonnollisesti "vain" kokonaisuuden teleskooppiosa. Samalla juttuun on päivitetty JWST:n edessä olevien testien aikalu.

Odotettu kuva: tässä on lopullinen uuden avaruusteleskoopin jättipeili

Ti, 04/26/2016 - 18:34 Jari Mäkinen
JWST:n peili


Hubble-avaruusteleskoopin seuraajasta, JWST:stä, eli James Webb Space Telescopesta, on julkaistu vuosien varrella monenlaisia kuvia alkuperäisistä suunnitelmista aina valmistumassa oleviin osiin sekä koe- ja näyttelykappaleisiin eri paikoissa. Mutta tämä, tänään julkaistu kuva on ehdottomasti upein: lopullinen teleskoopin palasista koottu peili on nyt ensimmäistä kertaa kokonaisuudessaan kasattuna.


Uusi avaruusteleskooppi on monessa suhteessa luonnollisesti parempi kuin kolme vuosikymmentä vanha Hubble, mutta sen kaikkein olennaisin uutuus on paljon Hubblen 2,5-metristä peiliä suurempi peili.

Sen halkaisija on peräti 6,5 metriä  ja pinta-alaa siinä on lähes seitsenkertaisesti verrattuna Hubbleen.

Näin suurta peiliä ei pystytä laukaisemaan kokonaisena avaruuteen, joten peili rakennetaan 18 kulmikkaasta elementistä, jotka kääntyvät mutkikkaan mekanismin ohjaamina tarkasti omille paikoilleen. Pääpeili on laukaisun aikaan pakattu tiiviiksi, monikerroksiseksi paketiksi, joka avautuu, liukuu paikoilleen ja napsahtaa millimetrin osien tarkkuudella oikeaan muotoonsa avaruudessa.

Liikkuvat osat tekevät luonnollisesti peilistä varsin monimutkaisen, koska paitsi että mekanismin täytyy olla erittäin toimintavarma, niin myös hyvin tarkka, koska peilin osat pitää saada millin osien tarkkuudella oikeille kohdilleen.

Peilien materiaali on kevyt ja kestävä, mutta hankalasti työstettävä beryllium-metalli.

JWST on kokonaisuudessaan nyt valmistumassa hyvää vauhtia ja pian sitä päästään testaamaan yhtenä systeeminä. Osia on testattu jo piinaavan hyvin yksin ja erikseen, jotta Hubblen kaltaisia virheitä ei nyt pääse tapahtumaan.

Jättiteleskooppi laukaistaan avaruuteen lokakuussa 2018 Ariane 5 -kantoraketilla – ellei testeissä tule eteen mitään yllättävää.

Kirjoitimme JWST:stä tarkemmin viime vuoden huhtikuussa Hubblen avaruusteleskoopin 25-vuotisjuhlien erikoispaketissamme.

Lähikuva JWST:n peilistä. Teleskooppia kootaan parhaillaan NASAn Goddardin avaruuskeskuksen suuressa puhdastilassa.

Hubblen seuraaja saa kyydin avaruuteen Arianella



Avaruusteleskooppi Hubblen seuraaja, James Webb Space Telescope on jälleen yhtä askelta lähempänä laukaisuaan avaruuteen, kun Euroopan avaruusjärjestö ESA allekirjoitti Arianespacen kanssa sopimuksen teleskoopin laukaisusta.

Uusi, suurikokoinen superteleskooppi singotaan avaruuteen lokakuussa 2018 Ariane 5 -kantoraketilla.

1960-luvulla kuuohjelman aikaan NASAn johtajana olleen James Webbin mukaan nimetty avaruusteleskooppi on ollut suunnitteilla jo pitkään ja sen monimutkaista peilijärjestelmää on testattu testaamisesta päästyä. Monet teleskooppiin asennettavista havaintolaitteista on jo tehty ja laukaisupäivän päättäminen sekä allekirjoitus laukaisusta on konkreettinen askel eteenpäin hankkeessa.

Teleskooppi on NASAn, ESAn ja Kanadan avaruusviraston yhteishanke, ja laukaisu avaruuteen Arianella on osa ESAn osuutta hankkeesta. Lisäksi eurooppalaisvoimin tehdään teleskooppiin kaksi sen neljästä havaintolaitteesta.

Avaruusteleskoopin seuraajan seuraaja hahmottuu: todellinen jättiläinen!

Su, 10/18/2015 - 16:26 Jari Mäkinen
Hahmotelma ATLAS-teleskoopista

Vastikään 25-vuotisjuhliaan viettäneen Hubblen avaruusteleskoopin pitkään tekeillä ollutta seuraajaa ei ole vielä saatu edes avaruuteen, kun tälle seuraajalle suunnitellaan jo työnjatkajaa. Pohdinnassa on tällä hetkellä kolme erilaista versiota, joista yksi valittaneen toteutettavaksi sitten, kun James Webbin mukaan nimetty uusi avaruusteleskooppi on saatu taivaalle ja toimimaan – ja kun käytössä olevan rahan määrä selviää.

Joka tapauksessa suunnitelmien mukaan seuraaja on joko valtava tai kolossaalinen avaruusteleskooppi, johon verrattuna nykyinen Hubble on vain pikku kiikari.

Avaruusteleskooppi Hubble toimii edelleen hyvin, mutta se saattaa rikkoontuja ja lopettaa toimintansa periaatteessa koska tahansa. Sen seuraajaa, lähes kolme kertaa suuremmalla peilillä varustettua James Webbin avaruusteleskooppia (JWST) on tehty vuodesta 1996 alkaen, mutta budjettivaikeuksien ja teknisten hankaluuksien vuoksi sen aikataulu on venynyt joko ajan. Nyt lähes kaikki sen osat ovat jo valmiina, ja jos kaikki menee edelleen hyvin, niin se laukaistaan Ariane 5 -kantoraketilla avaruuteen lokakuussa 2018. 

Teleskoopin mallikappale läpäisi juuri viime viikolla lämpötestit ja kaikki näyttää periaatteessa hyvältä; Hubble on saamassa viimein seuraajan, mutta vasta kolmen vuoden kuluttua.

JWST:n olennainen ero koon ja rakenteen suhteen on se, että sen sijoituspaikka avaruudessa on Maan kiertoradan sijaan ns. Lagrangen piste 2, noin 1,5 miljoonan kilometrin päässä Maan varjopuolella oleva alue, missä Maan ja Auringon vetovoimat sekä ratojen keskihakuisvoimat jotakuinkin kumoavat toisensa siten, että siellä oleva alus pysyy vähällä asennonsäädöllä hyvin paikallaan. Lisäksi sieltä on helppoa katsoa tähtitaivaalle. Paikan huono puoli on se, että astronauttien lähettäminen sinne on varsin hankalaa, eikä uutta teleskooppia voida käydä huoltamassa. Siksi uusi avaruusteleskooppi on suunniteltu sellaiseksi, ettei sitä edes voi korjata avaruudessa.

Sen seuraajaa suunnitellaan sen sijaan korjauskelpoiseksi. Uuden, Advanced Technology Large Aperture Space Telescope -nimellä (eli ATLAST, eli "kehittyneen teknologian suuriaukkoinen avaruusteleskooppi") tunnetun laitteen sijoituspaikaksi tulee myös Lagrangen piste 2, mutta koska pian käyttöön tulevalla Orion-avaruusaluksella voitaisiin periaatteessa käydä kääntymässä Lagrangen pisteessä, tehdään siitä jälleen remonttikelpoinen. 

Monet hahmottelevat mielissään jo myös Lagrangen pisteeseen lähetettäviä avaruusasemia, joista astronautit voisivat käydä jopa helposti fiksaamassa teleskooppia. Vaikka tällaisten asemien toteutuminen on hyvin epävarmaa, kannattaa tämä ottaa kuitenkin teleskooppia suunniteltaessa huomioon.

Kolme vaihtoehtoa

ATLAST voitaisiin lähettää avaruuteen vuonna 2025 ja kuten edeltäjänsä JWST:n, on senkin suunniteltu elinikä kymmenen vuotta. Käytännössä se saattaa kestää pitempäänkin, etenkin jos ja kun sitä voidaan korjata avaruudessa. 

Alustavissa suunnitelmissa on esillä tällä hetkellä kolme eri vaihtoehtoa, joista pienin on varustettu kahdeksan metriä halkaisijaltaan olevalla peilillä, joka olisi yksi iso ja kiinteä peili monien perinteisten maanpäällisten teleskooppien ja Hubblen avaruusteleskoopin tapaan. Suurempaa kuin tämä kahdeksan metriä ei voida laukaista avaruuteen nyt ja suunnitteilla olevilla raketeilla kokonaisena.

Niinpä kahdessa muussa hahmotelmassa on suurempi, JWST:n tapaan paloista koottu peili, joka avautuu täyteen kokoonsa vasta avaruudessa. Näistä konservatiivisempi versio on 9,2-metrisellä peilillä varustettu laite, joka olisi oikeastaan kuin paranneltu JWST. Sen suurempi serkku, 16 metriä halkaisijaltaan olevalla peilillä varustettu teleskooppi, on myös samankaltainen, mutta vain paljon kookkaampi. Siinä voisi olla myös pieni sivuvalolta suojaava putki ympärillään, mutta todennäköisesti alla oleva, laajaksi levittäytyvän lämpö- ja valosuoja korvaa hankalan putkityyppisen rakenteen.

Vaikka suurin osa tähtitieteilijöistä kannattaa suurta paloista koottua peiliä, on perinteinen ratkaisu edelleen mukana siltä varalta, että JWST:n peilin kanssa tulee ongelmia. 

Laskelmien mukaan ATLAST tulee olemaan versiosta riippuen 5-10 kertaa tarkempi kuin JWST ja se pystyy havaitsemaan joka 2000 kertaa heikompivaloisia kohteita kuin Hubblen avaruusteleskooppi. Se kykenisi siis kuvaamaan jo suoraan muita tähtiä kiertäviä planeettoja.

Näistä versioista keskimmäinen, 9,2 -metrinen, voitaisiin laukaista avaruuteen jo nykyisillä kantoraketeilla, mutta pienempi yksiosainen ja suurin palapeilillä varustettu vaatisivat kehitteillä olevan Ares 5 -kantoraketin. Myös pian ensilentonsa tekevä Falcon 9 Heavy voisi tulla kyseeseen.

Siinä missä pienin olisi periaatteessa kuin suurikokoinen Hubble, olisivat kaksi suurempaa hyvin pitkälti JWST:n kaltaisia: niissä olisi pieni huolto-osa, missä ovat asennonsäätö-, tietoliikenne- ja virrantuottolaitteet, siihen kiinnitetty suurikokoinen, avaruudessa auki levittäytyvä varjo, joka suojaa Auringon valolta ja lämmöltä, sekä päällimmäisenä itse teleskooppi peileineen ja sen polttopisteessä olevine havaintolaitteineen. 

Kuten tulevassa JWST:ssä, ovat havaintolaitteet pääasiassa kameroita ja spektrografeja, jotka on viritetty varsin laajalle aallonpituusalueelle näkyvän valon ulkopuolellekin – avaruudesta kun havaintoja voidaan tehdä vapaasti niin ultraviolettisäteilystä infrapunaisen äärilaidalle saakka.

Suunnittelua tehdään parhaillaan JWST:n yhteistyökollaboraation kesken, eli yleistänen NASAn, ESAn ja Kanadan avaruuskeskuksen välisenä työnä. Näin olleen suomalaistutkijatkin voisivat olla myös tulevan jättiteleskoopin käyttäjinä ESA-yhteytemme ansiosta.

Teleskooppien peilien koot vertailussa

Kuva: Hubblen avaruusteleskoppin (vasemmalla), JWST:n (keskellä) ja ATLAST:n suurimman version (oikealla) peilien koot vertailussa.

Hubblen seuraaja: JWST

To, 04/23/2015 - 20:28 Jari Mäkinen
JWST piirroksessa

30 vuotta sitten kukaan tuskin osasi arvata, että teleskooppi olisi edelleen käytössä. Se toki suunniteltiin pitkäikäiseksi ja avaruudessa huollettavaksi, mutta neljännesvuosisata on pitkä ikä avaruuslaitteelle.

Viimeisen, vuonna 2009 tapahtuneen huoltolennon jälkeen arvioitiin, että Hubble saattaisi olla käytössä jopa vuoteen 2020 saakka, mutta nyt sen toivotaan pysyvän kunnossa vielä vuosia tästä eteenpäin. Rahoitusta teleskoopin käyttämiseen on syksyyn 2021 saakka, jolloin sen seuraajan, pahasti myöhästyneen James Webb -avaruusteleskoopin (JWST) pitäisi päästä lopulta matkaan.

Kun tämän jutun ensimmäinen versio kirjoitettiin viisi vuotta sitten, oletettiin Hubblen toiminnan päättyvän nyt 2020 ja JWST:n laukaisun tapahtuvan vuonna 2021.

Hubble on saatu pysymään toiminnassa, mutta koko ajan kriittisiin systeemeihin tulevan vian todennäköisyys kasvaa. 

Suuri infrapunasilmä

Vaikka uutta avaruusteleskooppia kutsutaan Hubblen seuraajaksi, on niillä melkeinpä enemmän eroavaisuuksia kuin samanlaisuuksia. Molemmat ovat avaruudessa olevia suurella peilillä varustettuja havaintolaitteita, mutta siihen yhtäläisyydet melkeinpä jäävätkin. JWST on suurempi ja aivan eri näköinen, se lähetetään kauemmaksi ja kaiken lisäksi se katsoo ulos avaruuteen eri aallonpituusalueella.

​Aluksi lyhenteellä NGST (New Generation Space Telescope) tunnettu suunnitelma muuttui viralliseksi hankkeeksi vuonna 2002, jolloin sille annettiin myös nimi: James Webb -avaruusteleskooppi 1960-luvulla toimineen NASAn pääjohtajan mukaan. Mukana laitetta tekemässä ovat samat tahot kuin Hubbleakin, eli NASAn ohella Euroopan avaruusjärjestö ESA, jotka ovat päärahoittajia, ja lisäksi Kanadan avaruusvirasto CSA osallistuu pienemmällä osuudella.

Uusi teleskooppi on tyypiltään peiliteleskooppi, kuten kaikki uudet suurkaukoputket niin avaruudessa kuin Maan päälläkin ovat, eli suuri kovera pääpeili kerää taivaalta tulevaa valoa ja kohdistaa valonsäteet pienempien peilien avulla havaintolaitteisiin.

Ne puolestaan tuottavat joko kuvia tai tutkivat eri tavoilla saapuvaa valoa ja sen jakautumista eri aallonpituuksiin. Jotta laitteiden tuottamissa havainnoissa olisi mahdollisimman vähän kohinaa, jäähdytetään ne hyvin kylmiksi: sisälämpötila on vain seitsemän astetta absoluuttisen nollapisteen yläpuolella.

Niin peili kuin havaintolaitteetkin suunnitellaan toimimaan parhaiten infrapunasäteilyn aallonpituudella, koska maapallon ilmakehä suodattaa tehokkaasti lämpösäteilyä, eikä maanpäällisillä teleskoopeilla pystytä tekemään hyvin infrapunahavaintoja. Avaruudessa oleva teleskooppi on siten tuplasti hyödyllinen.

 

Teleskoopin peilimalli

JWST:n pääpeilin halkaisija on 6,5 metriä siinä missä nykyisen Hubblen peilin halkaisija on 2,4 metriä. Pinta-alaa uudessa laitteessa on siten lähes seitsenkertaisesti verrattuna Hubbleen. Näin suurta peiliä ei pystytä laukaisemaan kokonaisena avaruuteen, joten peili rakennetaan 18 kulmikkaasta elementistä, jotka kääntyvät mutkikkaan mekanismin ohjaamina tarkasti omille paikoilleen. Pääpeili on laukaisun aikaan pakattu tiiviiksi, monikerroksiseksi paketiksi, joka avautuu, liukuu paikoilleen ja napsahtaa millimetrin osien tarkkuudella oikeaan muotoonsa avaruudessa.

Yllä olevassa kuvassa on peilin pienikokoinen koekappale, jolla on testattu avausmekanismia ja optiikan saamista riittävän tarkaksi.

Peilien materiaali on kevyt ja kestävä, mutta hankalasti työstettävä beryllium-metalli.

"Huoltovapaa"

Vanha Hubble tuli kuuluisaksi laukaisunsa jälkeen viimeistään siitä, että sen pääpeili oli hiottu väärin ja sen näköä jouduttiin korjaamaan hammaslääkärin peilin kaltaisilla optisilla värkeillä.

Uuden teleskoopin peili on parasta tehdä kerralla kunnolliseksi, sillä JWST lennätetään varsin kauas maapallosta. Sen asemapaikaksi tulee ns. Lagrangen piste 2, eli Maan ja Auringon painovoimakenttien tasapainopiste, missä avaruusalus pystyy olemaan lähes paikallaan – käytännössä kiertämään omalaatuista rataa tyhjässä avaruudessa olevan pisteen ympärillä.

Tällaisia pisteitä on useampia, ja niistä L2 sopii parhaiten avaruuteen katsoville laitteille, koska siellä oleva avaruusalus säilyttää saman asennon Maan ja Auringon suhteen ja siksi sen asennonsäätö ja suuntaus ovat helpompia toteuttaa.

L2 sijaitsee 1,5 miljoonan kilometrin päässä Maan radan ulkopuolella Auringosta katsottuna, eli matkaa sinne on lähes nelinkertaisesti enemmän kuin Kuuhun. Astronauttien vierailut uuden Hubblen luokse suunnitteillakin olevilla aluksilla on hankalasti toteutettavissa, joten uutta teleskooppia ei suunnitella astronauttien huollettavaksi.

NASA asentaa kuitenkin kaukonäköisesti JWST:n kylkeen kiinnityspisteen, mistä mahdollisesti tulevaisuudessa tehtävä robottihuoltaja voisi napata kiinni. Jo nyt suunnitteilla olevat huoltorobotit ovat kykeneviä ja pystyisivät korjaamaan teleskooppejakin, mutta niiden varaan ei vielä kannata laskea mitään: niinpä JWST suunnitellaan ja testataan kuin kauas avaruuteen lähetettävät luotaimet, kenties jopa paremmin.

Koska JWST ei siis kierrä alla sinisenä hohtavaa Maata, eikä teleskooppia tarvitse koko ajan vääntää poispäin sokaisevasta Auringosta, voi laitteen rakenne olla paljon Hubblea suoraviivaisempi. Se on siksi oikeastaan vain suuri peili, jonka alla ovat mittalaitteet sekä aurinkosuoja.

Olennaisin laitteen kokoa ja muotoa määräävä tekijä onkin laukaisu avaruuteen, sillä laite täytyy saada pakattua Ariane 5 -kantoraketin nokkaan mahtuvaksi möhkäleeksi. Eurooppalaisen Arianen rahtitila on kantorakettien suurin ja samalla laukaisu on osa eurooppalaisten maksuosuutta uudesta teleskoopista. 

Ariane 5:n rahtitila tulee täyteen uudesta avaruusteleskoopista. Pituutta sillä voisi olla hieman enemmän, mutta leveyttä ei yhtään enempää. Oikealla oleva kuva näyttää myös miten peili on taittuneena laukaisun aikaan.

Missä mennään?

Webb-avaruusteleskoopissa on kaikkiaan neljä kameraa ja spektrografia, jotka on paketoitu yhteen instrumenttimoduuliin. Ne ovat jo valmiina odottamassa teleskoopin loppukokoonpanon alkua.

Näiden neljän laitteen avuin keskitytään neljään tieteelliseen teemaan: ensimmäisten tähtien syntyyn, galaksien muodostumiseen, tähtien ja protoplanetaaristen järjestelmien kehitykseen sekä planeettakuntien olosuhteisiin. 

Teleskoopin rakentaminen päättyi (viimein) vuoden 2016 lopussa, minkä jälkeen sitä alettiin testata. Testeissä on löytynyt paljon pientä korjattavaa, minkä vuoksi laukaisupäivää jo hilattu koko ajan eteenpäin, ja nyt se odotetaan tapahtuvan maaliskuussa 2021.

Juuri nyt huhtikuussa 2020 työt JWST:n kanssa ovat kuitenkin seisahtuneen koronapandemian vuoksi. Nähtäväksi jää, kuinka tämä tulee vaikuttamaan laukaisupäivään.

ATLAST

Seuraajan seuraajakin jo suunnitteilla

Avaruushankkeista puhuttaessa horisontti on yleensä kovin kaukana, joten ei ole mikään yllätys, että tähtitieteilijät ja avaruusinsinörit miettivät jo millainen olisi JWST:n seuraaja.

Hahmotteilla oleva ATLAST, eli Advanced Technologies Large Aperture Space Telescope (kuvassa yläpuolella), jättäisi sekä Hubblen että Webbin varjoonsa sekä kokonsa että suorituskykynsä puolesta. Siinä olisi 20-metrinen mosaiikkipeili, joka toimisi sekä näkyvän valon että ultravioletti- ja infrapuna-alueilla. 

Teoreettisesti sillä pystyttäisiin erottamaan jopa eksoplaneettojen pinnalla tapahtuvia vuodenaikojen mukaisia muutoksia. Toiveikkaimpien kaavailujen mukaan se voisi olla toiminnassa vuonna 2030 – mutta tämä tuskin toteutuu.

Alla on tuorein Hubblecast, säännöllisesti Hubblen tuloksista kertova video-ohjelma, missä kerrotaan tarkemmin JWST:stä:

*

(Tätä huhtikuussa 2015 kirjoitettua juttua on päivitetty 24.4.2020)