Nytt teleskop visar oss det osynliga universumet

Teleskopet, som har namngivits efter den före detta toppchefen på Nasa, James Webb, är det överlägset största, mest kraftfulla och avancerade rymdteleskop som har byggts, och det kommer att revolutionera astronomin.

Det ska att göra det möjligt för astronomerna att se längre ut i rymden än någonsin tidigare, att fotografera och analysera hittills osedda exoplaneter, stjärnor och galaxer, samt skriva universums historia med fler detaljer än vad som i dag är möjligt.

Astronomer har sett fram emot detta i 20 år

Men även om uppskjutningen går bra är det otroligt mycket som kan gå fel på vägen ut till rymdteleskopets slutdestination.

Teleskopet är så stort att det bara får plats i rymdraketen om det är ordentligt hopvikt. Vid uppskjutningen ligger det högst upp i raketen, som en fjäril som väntar på att komma ut ur sin puppa.

Först när teleskopets alla delar har vikts ut på rätt sätt kan de mer än 1000 människorna från olika länder som har hjälpt till att formge, bygga, testa och skicka upp teleskopet, dra en lättnadens suck.

Det kan även de tusentals forskare som i mer än 20 år har väntat på att ta emot data från den nya utkiksposten i rymden.

När raketen har gjort sitt jobb och skickat rymdteleskopet i rätt riktning mot sin slutdestination, är nästa kritiska fas utvikningen av den enorma solskärmen.

Teleskopets instrument tål inte värme; de fungerar bäst i extrem kyla. Därför är det avgörande för expeditionen att en drakformad solskärm viks ut på rätt sätt i rymden.

I utspänt tillstånd mäter solskärmen 21,2 meter på den längsta ledden och 14,2 på den kortaste. Den består av fem lager plastfilm, som är tunnare än ett människohår.

Varje lager är belagt med ett ultratunt lager aluminium som reflekterar solens strålar och kastar tillbaka dem ut i rymden, så att de inte når fram till de känsliga instrumenten.

Att packa ihop cirka 750 kvadratmeter plastmembran på ett sätt så att de med hjälp av teleskopstänger automatiskt viker ut sig till ett perfekt, femdubbelt parasoll stort som en tennisbana långt ute i rymden, är en ingenjörbedrift av stora dimensioner.

Det kommer tvivelsutan bitas på en del naglar, medan teknikerna väntar på rapporter från teleskopets övervakningssystem.

Men om allt går som det ska kommer solskärmen att ge teleskopet ett skydd som motsvarar en solkräm med solskyddsfaktor 1 200 000. Det innebär att temperaturen på skärmens skuggsida kommer ned på minus 225 °C.

Det är fortfarande för varmt för ett av instrumenten, som med hjälp av flytande helium kyls ned ytterligare till minus 266 °C, bara sju grader över den absoluta nollpunkten.

När solskärmen har vikts ut är det dags för den stora spegeln, som ska fånga och koncentrera det svaga ljuset från avlägsna himlakroppar. Den ska också vara hopvikt tills teleskopet är långt ute i rymden.

Spegeln består av 18 sexkantiga segment, som samtliga mäter 1,32 meter från sida till sida och bara tolv av dem får plats i rymdraketen i sin helhet. Resterande sex speglar är monterade på två stora klaffar, var och en med tre speglar som vrids in på plats och blir fastlåsta.

När både solskärmen och huvudspegeln är utvikta återstår det bara för teleskopet att genomföra en kurskorrigering för att komma ut i den slutliga banan, där den ska tillbringa resten av sin livstid.

Vänder jorden ryggen

Teleskopet ska kretsa runt en punkt som kallas L2, en och en halv miljon kilometer från jorden i riktning bort från solen. Där placeras teleskopet i en bana som är förhållandevis stabil, så att det inte krävs för mycket bränsle för att stanna där ute.

Och ännu viktigare: Vid L2 kan teleskopet alltid vända ryggen mot både solen och jorden samtidigt.

Teleskopet är så känsligt att ljuset eller värmestrålningen från solen, jorden – eller månen, för den delen, skulle förstöra mätningarna, och därför är det viktigt att solskärmen alltid blockerar utsikten till dessa tre himlakroppar. Sedan kan teleskopet självt däremot fokusera på avlägsna himlakroppar längre ut i universum.

Om allt går i lås, så att Webb-teleskopet full utvecklat kommer fram till sin bana, kan det vetenskapliga uppdraget att samla in ovärderlig information om vårt universum äntligen inledas.

Uppskjutningen försenades i 14 år

Vägen till uppskjutningen av det tio miljarder dollar dyra rymdteleskopet, som USA, Kanada och ett antal europeiska länder ligger bakom, har varit lång och besvärlig. Teleskopet har varit under utveckling sedan slutet av 1990-talet, och enligt de ursprungliga planerna skulle det har skickats upp 2007.

Ett flertal tekniska utmaningar, problem med att finansiera det dyrbara teleskopet och på senare tid coronapandemin har försenat uppskjutningen, men nu har teleskopet gått igenom de sista av en ovanligt lång rad tester och är fullständigt redo att resa ut i rymden.

Under sensommaren packades rymdteleskopet ned i en stor container och seglades från USA till rymdflygplatsen i Franska Guyana. Allt är färdigt inför uppskjutningen den 31 oktober, men det finns fortfarande utrymme att flytta tidpunkten en aning, om vädret eller tekniska problem med rymdraketen kommer i vägen.

Stor spegel ger längre utsikt

I årtionden har astronomerna väntat tålmodigt på ett nytt, stort rymdteleskop, som kan bli en värdig efterträdare till det berömda Hubble-teleskopet som har tjänat dem väl sedan 1990.

De kommer att jubla när de första vetenskapliga data börjar strömma in i slutet av 2022, eftersom Webb-teleskopet är så mycket mer än en modernare version av Hubble-teleskopet.

Först och främst är det mycket större än sin föregångare. Hubble är utrustat med en rund spegel med en areal på 4,5 kvadratmeter, vilken inte kan mäta sig med Webbs flerkantiga spegel på 25 kvadratmeter.

Spegelns storlek avgör hur mycket av det svaga ljuset från mycket avlägsna objekt teleskopet kan uppfatta. Ju större spegel, desto längre bort kan teleskopet se. Dessutom kan en stor spegel ge bilderna mer skärpa och större detaljrikedom.

Men det är lika viktigt att det nya rymdteleskopet inte kommer att se universum på samma sätt som vi gör med våra egna ögon, och som Hubble-teleskopet primärt är designat att göra.

I stället ska det observera det infraröda universum, som annars är osynligt för oss. Det är också anledningen till att Webb-teleskopet måste befinna sig mycket längre ut i rymden än Hubble-teleskopet, som kretsar på en måttlig höjd cirka 540 kilometer ovanför jordytan. Där hade de infraröda mätningarna påverkas av värmestrålningen från jorden.

Infraröd syn kräver guldspeglar

Hubble-teleskopets spegel är belagd med aluminium, som är perfekt för att reflektera synligt ljus och skicka det vidare till teleskopets kameror. Men just på grund av att det nya rymdteleskopet är infrarött kan aluminium eller något annat silverblankt material inte användas. I stället är speglarna belagda med rent guld, som reflekterar infrarött ljus långt bättre.

Astronomerna kommer inte att få samma vackra, naturtrogna bilder vi känner från andra teleskop, utan i stället bilder i vilka det infraröda ljuset har "översatts" till något vi kan se. Tanken är också att vi äntligen ska kunna se himlakroppar som hittills har varit dolda för oss.

På jakt efter liv i rymden

I motsats till synligt ljus kan infrarött ljus tränga igenom de kolossala dammoln, där nya stjärnor med tillhörande planeter bildas. Med det nya teleskopet kan forskarna observera olika faser av stjärnornas födelse och de kommer dessutom att kunna se hur damm och gas samlas till planeter runt dem.

Sedan 1995 har astronomer upptäckt tusentals planeter runt främmande stjärnor och nu står det klart att det har kretsat planeter runt de flesta stjärnor på himlen. Nästa steg blir att ta reda på om några av exoplaneterna kan vara hem för levande varelser.

Webb-teleskopets infraröda kameror kan fånga upp den värmestrålning de avlägsna planeterna avger och därmed ta temperaturen på dem, samtidigt som de fotograferas.

Dessutom döljer den infraröda strålningen information om luftkvaliteten på planeterna. En del av teleskopets instrumentpaket är spektrografer som delar upp det infraröda ljuset i de olika våglängder det består av, och sammansättningen av våglängder kan användas till att konstatera vilka gaser som finns i atmosfären.

På så sätt kan astronomerna både få kunskaper om livsvillkoren på planeten och kanske till och med hitta ämnen som tyder på biologisk aktivitet. Webb-teleskopet kommer därför att föra oss närmare svaret till om vi är ensamma i universum.

En annan av universums hemligheter kan också bara avslöjas med ett stort, infrarött rymdteleskop. Ett sådant krävs för att astronomerna ska ha en chans att få syn på de allra första stjärnorna, som tändes redan under universums barndom.

Det första ljuset blir synligt

Det ljus som de första stjärnorna och galaxerna skickade ut för mer än 13 miljarder år sedan, existerar inte längre som synligt ljus. I takt med att universum har expanderat har ljusvågorna dragits ut, så att våglängden har blivit större.

Därmed har det synliga ljuset förvandlats till infraröd strålning med de våglängder som det nya rymdteleskopet är framtaget för att uppfånga.

Astronomerna har en teori om att de första stjärnorna var mycket annorlunda dem vi ser på himlen i dag, eftersom sammansättningen av grundämnen var annorlunda då – det fanns i stort sett bara väte och helium i universum.

Det kan ha lett till några extremt stora och ljusstarka stjärnor, som snabbt brann ut. Det går inte att se dem med Hubble-teleskopet eller andra befintliga teleskop, men Webb-teleskopet borde fånga upp ljuset från dem och de tidiga galaxerna som de bildades i.

Jätteantenner står redo

Med sin infraröda syn är teleskopet ett slags tidsmaskin som ger forskarna tillgång till hela universums historia. Från sin utkikspost från 1,5 miljoner kilometers håll kommer det att vidarebefordra data till jorden via Nasas Deep Space Network, som består av enorma radioantenner placerade i Australien, Spanien och USA.

De största antennerna är 70 meter i diameter, så att de trots det stora avståndet inte får svårt att fånga upp radiosignalerna från teleskopet.

Men innan Webb-teleskopet kan skicka hem sina epokgörande data till forskarna måste det först skickas upp och då får ingenting gå fel.

VIDEO: Följ James Webb-teleskopets resa minut för minut

Om rymdraketen exploderar under uppskjutningen, solskärmen inte viks ut ordentligt eller speglarna inte hittar sin rätta plats ute i rymden, är tio miljarder dollar och många års arbete för tusentals människor bortkastat. Det finns ingen möjlighet att skicka ut astronauter och reparera teleskopet när det väl har skickats i väg.

De kommande månaderna blir nervkittlande, men förhoppningsvis belönas alla ansträngningar med fantastisk nu kunskap om vårt universum.