Huippukallis James Webb -teleskooppi laukaistiin avaruuteen

Laukaisun alla James Webbissä on kiinnittänyt huomiota sen kallis hinta: noin 8,5 miljardia euroa, eli suurin piirtein saman verran kuin Suomi maksaa Lockheed Martinille uusista F-35-hävittäjistä. Kyseessä on kaikkien aikojen kallein avaruustiedesatelliitti, kertoo Aalto-yliopiston avaruustekniikan apulaisprofessori professi Jaan Praks.

– Tätä kalliimpia ohjelmia ovat käytännössä enää vain avaruusasemat ja kuulento-ohjelmat, Praks sanoo.

Hankkeesta päävastuussa ollut Yhdysvaltain avaruushallinto Nasa on maksanut valtaosan kustannuksista, Euroopan avaruusjärjestön Esan osuus on ollut noin 700 miljoonaa euroa.

Suomessa valmistettuja osia uudessa teleskoopissa ei ole, mutta Esan jäsenyyden ansiosta myös suomalaistutkijoilla on mahdollisuus hyödyntää James Webbin keräämää dataa.

James Webb on observatoriotyyppinen teleskooppi, eli sen käyttöä ei ole täysin määritetty etukäteen, vaan tutkijat voivat anoa käyttöaikaa itselleen.

Projekti venynyt vuosilla

Vuonna 1990 avaruuteen laukaistu Hubble on ollut tähän mennessä merkittävin avaruusteleskooppi, ja Nasan entisen johtajan mukaan nimetty James Webb on ensisijaisesti sen seuraaja. Seuraavan sukupolven avaruusteleskoopin suunnittelu alkoi jo 1990-luvulla, jolloin peilivirhe häiritsi Hubblen toimintaa.

Alun perin projektin hintalapun piti olla puolen miljardin euron luokkaa, ja laukaisua kaavailtiin jo vuodelle 2007.

– Hyvin pian kävi selväksi, että tämä on paljon isompi projekti. Sekä poliittisten mutta varsinkin teknologisten haasteiden vuoksi projektissa on mennyt pitkään, kertoo Praks.

– Myös laitteen testaus on vienyt paljon aikaa. Satelliitti oli valmiina käytännössä jo 2016, mutta testaaminen ja kuljettaminen testistä vei hyvin paljon enemmän kuin alun perin suunniteltiin.

Lykkäyksiä on tapahtunut myös aivan kalkkiviivoilla, mutta enää on ollut kyse laukaisun siirtämisestä eteenpäin päivällä tai kahdella.

Teleskooppi matkaa kauas Maasta

Toisin kuin Hubble, joka tarkkailee maailmankaikkeutta Maan kiertoradalta, James Webb laukaistaan noin 1,5 miljoonan kilometrin päähän Maasta niin sanottuun Lagrangen pisteeseen.

Sieltä on paljon tehokkaampi tarkkailla kylmää avaruutta, kun Maapallo on enää pieni ympyrä näkökentässä. Peiliä suojaa lisäksi viisikerroksinen, ohuesta kaptonista tehty aurinkosuoja, jonka on tarkoitus blokata auringon valo.

– Aurinko, Maapallo ja Kuu ovat ne kolme isoa kappaletta, jotka täytyy saada varjon taakse. Sen jälkeen peili näkee ainoastaan kylmän avaruuden, eikä enää niitä lämpimiä kappaleita.

Vaikka hanketta on valmisteltu vuosia, liittyy laukaisuihin Praksin mukaan aina riskejä. Koska teleskooppi laukaistaan niin kauas, pelkkä matka kestää noin kuukauden. Matkan aikana aurinkosuoja aukeaa, mikä on teknisesti prosessin herkimpiä vaiheita.

Voi kestää kuukausia, ennen kuin James Webbin kuvia saadaan käyttöön.

Suurempi ja paljon kylmempi peili kuin Hubblessa

Praksin mukaan James Webb on todella suuri harppaus Hubbleen verrattuna.

– Hubble laukaistiin avaruuteen 31 vuotta sitten, teknologia on sen jälkeen mennyt paljon eteenpäin.

Hubblessa oli Praksin mukaan pari uutta teknologista ratkaisua, kun taas James Webbissä niitä on kymmenkunta.

James Webbin peili koostuu 18 kuusikulmaisesta osasta, ja on läpimitaltaan noin 6,5 metriä, eli yli kaksi kertaa Hubblen peiliä suurempi. Teleskooppi onkin Praksin mukaan niin suuri kuin nykyteknologialla on mahdollista kuljettaa raketilla avaruuteen.

Ja siinä missä Hubblen peili oli stabiloitu 288 kelvinin (15 celsiusasteen) lämpötilaan, James Webbin lämpötila avaruudessa on alle 50 kelviniä (–223 celsiusta).

– Peilin koko ja lämpötila ovat ne tärkeimmät parametrit, Praks selittää.

Teleskoopin toimiminen näin kylmässä lämpötilassa vaatii todella hyvää eristystä, ja on ollut yksi hankkeen suurimpia teknologisia haasteita.

Tietoa maailmankaikkeuden alkuvaiheista

Alhainen lämpötila on keskeistä sen takia, että James Webbin on tarkoitus kerätä tietoa maailmankaikkeuden alkuvaiheista.

– Ensimmäiset puoli miljardia vuotta on ollut hiukan katveessa tähän asti. Ne ovat niin kaukana ja menevät avaruuden laajenemisen takia niin nopeasti poispäin Maapallosta, että niillä on punasiirtymä. Alkugalaksien valo on muuttunut jo hyvinkin lämpösäteilyn puolelle, Praks kertoo.

James Webb on viritetty havaitsemaan nimenomaan infrapunasäteilyä. Maan päällä tai lähellä Maata tällainen tarkkailu on hankalaa, koska ilmakehä ja lämpösäteily vaikeuttavat infrapunasäteilyn havaitsemista. Myös teleskooppi itse täytyy saada mahdollisimman kylmäksi.

– Muuten sensorit tuottavat itse niin paljon lämpösäteilyä, että ne eivät pysty löytämään kylmästä avaruudesta tulevaa pientä säteilyhiukkasta. Sen takia mennään niin kauas ja niin isolla peilillä, Praks sanoo.

– Emme tiedä vielä ihan tarkkaan, mitä etsimme, mutta toivon mukaan jotain erityistä jää haaviin, koska siltä aika-alueelta ei ole aikaisempia mittauksia käytännössä ollenkaan. On vahva potentiaali, että se muuttaa jollain tavoin käsitystämme maailmankaikkeudesta. Todennäköisesti ei kovin radikaalisti, mutta se tarkentaa sitä hyvin paljon.

Infrapunateleskooppi soveltuu myös erinomaisesti eksoplaneettojen, eli muiden aurinkokuntien planeettojen tutkimiseen. Ne ovat myös melko kylmiä kohteita, eikä niiden ilmakehästä etsittävien aineiden, kuten hiilidioksidin tai metaanin, havaitseminen Maan ilmakehän läpi ole helppoa.