Avaruuslennot

Avaruusteleskoopit – Hubble ja James Webb

Hubble ja James Webb ovat tunnetuimmat avaruusteleskoopit. Vertailu: koko, aallonpituus, rata, omistajat ja mitä Webb näkee, mitä Hubble ei.

Teleskoopin kuusikulmaisia peilisegmenttejä puhdastilassa

Avaruusteleskooppi on kaukoputki, joka kiertää Maata tai Aurinkoa ilmakehän yläpuolella. Tunnetuimmat ovat Hubble-avaruusteleskooppi, joka havaitsee pääasiassa näkyvää valoa, ultraviolettia ja lähi-infrapunaa, sekä James Webb -avaruusteleskooppi, joka on rakennettu infrapunahavaintoihin. Webbin peili on halkaisijaltaan 6,5 metriä, kun Hubblen peili on 2,4 metriä, ja Webb näkee siksi himmeämpiä ja kauempana olevia kohteita. Molemmat ovat NASAn ja ESAn yhteisiä hankkeita; Webbissä on mukana myös Kanadan avaruusjärjestö CSA.

Hubble ja Webb vierekkäin

Alla olevassa taulukossa on tärkeimmät erot kahden teleskoopin välillä. Luvut ovat NASAn ja ESAn.

Ominaisuus	Hubble	James Webb
Laukaisu	24. huhtikuuta 1990, sukkula Discovery	25. joulukuuta 2021, Ariane 5 ECA
Peilin halkaisija	2,4 m	6,5 m
Aallonpituudet	noin 0,1–2,5 µm (ultravioletti–lähi-infrapuna)	noin 0,6–28 µm (näkyvän valon punainen pää–keski-infrapuna)
Sijainti	Maan kiertorata, noin 483 km, kierros noin 95 minuutissa	Aurinko–Maa-systeemin L2-piste, noin 1,5 miljoonan kilometrin päässä Maasta
Massa	noin 12 200 kg	laukaisumassa 6 200 kg
Yhteistyö	NASA ja ESA	NASA, ESA ja CSA

Taulukon tärkein ero on aallonpituus. Hubble näkee suunnilleen samaa valoa kuin ihmissilmä, ja siksi sen kuvat ovat tuttuja värikuvia. Webb katsoo infrapunassa, joten se havaitsee sen, mikä on lämmintä, pölyn peittämää tai todella kaukana.

Mitä James Webb on tehnyt?

James Webb -teleskooppi on tutkinut kosmisen historian vaiheita ensimmäisistä tähdistä ja galakseista aurinkokunnan syntyyn. NASAn mukaan sen tutkimusteemoja ovat varhainen maailmankaikkeus, galaksien kehitys, tähtien elinkaari ja muut maailmat eli eksoplaneetat. Teleskoopin havainnot on tehty sekä lähi- että keski-infrapunalaitteilla.

Yksi näyttävimmistä tuloksista on ESAn Webb-tiedotteen mukaan galaksi JADES-GS-z13-1, jonka valo lähti noin 330 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Galaksit ja alkuräjähdys käsitellään tarkemmin sivuilla Galaksit ja Alkuräjähdys. Eksoplaneettojen ilmakehien tutkiminen on toinen tärkeä alue; planeettoja on esitelty sivulla Eksoplaneetat.

Näkeekö James Webb menneisyyteen?

Webb näkee menneisyyteen, koska valolla on äärellinen nopeus. Mitä kauempana kohde on, sitä pidempään sen valo on matkustanut ja sitä varhaisempaa aikaa havainto kuvaa. NASAn mukaan Webb on suunniteltu tutkimaan kaikkia kosmisen historian vaiheita ensimmäisistä loisteista alkuräjähdyksen jälkeen aina oman aurinkokuntamme kehitykseen.

Infrapuna on tähän tarpeen. ESAn ja NASAn mukaan maailmankaikkeuden laajeneminen venyttää kaukaisten kohteiden valon aallonpituutta, joten ensimmäisten tähtien ultravioletti- ja näkyvä valo saapuu meille infrapunana. Tätä kutsutaan punasiirtymäksi. Infrapuna läpäisee NASAn mukaan myös pölyä helpommin, minkä ansiosta Webb näkee pölypilvien sisälle.

Kenen teleskooppi Webb on ja missä se on?

James Webb -teleskooppi on NASAn, ESAn ja Kanadan avaruusjärjestön yhteinen hanke. Sitä operoi AURAn Space Telescope Science Institute eli STScI. ESA toimitti teleskoopin NIRSpec-instrumentin, MIRI-instrumentin optisen penkin ja kantoraketin. Vastineeksi eurooppalaiset tutkijat saavat vähintään 15 prosenttia havaintoajasta.

Webb on ollut avaruudessa vuodesta 2021. Se laukaistiin 25. joulukuuta 2021 Ranskan Guyanasta, ja se saapui L2-pisteeseen 24. tammikuuta 2022. NASAn mukaan se kiertää Aurinkoa, ei Maata kuten Hubble. Auringonsuojus viilentää teleskoopin ja instrumentit ESAn mukaan -233 asteeseen, ja MIRI-instrumentti jäähdytetään vielä kylmemmäksi, -266 asteeseen.

Mitä Hubble on tehnyt?

Hubble on tehnyt havaintoja vuodesta 1990. NASAn mukaan sen saavutuksiin kuuluvat muiden tähtien planeettojen ilmakehien koostumuksen määrittäminen ja pimeän energian löytäminen. Teleskooppi nousi kiertoradalle sukkula Discoverylla, ja se on matalalla radalla, joten astronautit ovat voineet huoltaa sitä.

Hubblen alku ei ollut ongelmaton. ESAn ja NASAn mukaan peilissä oli pallopoikkeama, joka sumensi kuvat. Korjaava optiikka asennettiin ensimmäisellä huoltolennolla joulukuussa 1993. Astronautit huoltivat teleskooppia viidellä lennolla vuosina 1993–2009, ja sukkulalennot kuljettivat Hubblen ja huolsivat sitä yhteensä kuusi kertaa. ESAn tutkijoille on taattu 15 prosenttia Hubblen havaintoajasta.

Miten James Webb on rakennettu?

Webbin peili on koottu 18 kuusikulmaisesta, kullalla pinnoitetusta beryllium-segmentistä, ja yksi segmentti on ESAn mukaan 1,32 metriä leveä. Peili oli laukaisussa taitettuna ja aukesi vasta avaruudessa. Koko peili on halkaisijaltaan 6,5 metriä, ja ESAn mukaan Webb on noin 100 kertaa Hubblea herkempi.

Teleskoopin suojana on viisikerroksinen auringonsuojus, jonka koko on noin 21 × 14 metriä eli suunnilleen tenniskentän verran. Jokainen kerros on erotettu toisistaan tyhjiöllä, joten kukin kerros on edellistä kylmempi. Suojus pitää Auringon, Maan ja Kuun lämmön ja valon poissa instrumenteilta, jotta ne pysyvät riittävän kylminä infrapunahavaintoihin. Webbissä on neljä instrumenttia: NIRCam, NIRSpec, MIRI ja FGS-NIRISS.

L2-piste on valittu siksi, että Auringon ja Maan painovoima pitävät teleskoopin siellä lähes paikoillaan, ja sen pitäminen radallaan kuluttaa vain vähän polttoainetta. Polttoaine rajoittaa ESAn mukaan teleskoopin käyttöikää. Operaatiot jakautuvat niin, että NASAn operaattorit komentavat avaruusalusta ja tiedot vastaanotetaan STScI:n tiede- ja operaatiokeskuksessa Baltimoressa.

Mitä muuta Hubble on löytänyt?

NASAn mukaan Hubble mittasi ensimmäisenä suoraan tähtien ulkopuolisen planeetan ilmakehää: se havaitsi natriumia planeetan ilmakehässä, kun planeetta kiersi 150 valovuoden päässä olevaa tähteä. Se tuotti myös ensimmäisen todisteen siitä, että maailmankaikkeuden laajeneminen kiihtyy, ja ilmiön taustalla on tuntematon voima, pimeä energia. Kaukaisin Hubblen havaitsema kohde on galaksi GN-z11, jonka valo oli matkalla 13,4 miljardia vuotta. Hubble otti myös ensimmäisen suoran kuvan Auringon lisäksi toisen tähden, punaisen superjättiläisen Betelgeusen, pinnasta.

Kumpi teleskooppi sopii mihinkin?

Teleskooppi valitaan kysymyksen mukaan. Jos tavoitteena on katsoa kohteita näkyvässä valossa tai ultraviolettina, Hubble on edelleen oikea väline, koska Webbin aallonpituudet alkavat vasta punaisesta. Jos kohde on hyvin kaukana, pölyn peitossa tai hyvin viileä, Webbin infrapunalaitteet ovat parempi valinta. Kumpikin täydentää toistaan, eivätkä ne kilpaile keskenään.

Harrastajan omaa kaukoputkea ja tähtitaivaan katselua käsittelee sivu Kaukoputki. Avaruusteleskoopit ovat satelliitteja, ja satelliittien yleiset perusteet löytyvät sivulta Satelliitit. Kantoraketit, joilla teleskoopit viedään avaruuteen, esitellään sivulla Kantoraketti.