Vesoljski teleskop Jamesa Webba (JWST) je vesoljski teleskop, ki ga je razvila NASA s prispevki Evropske vesoljske agencije (ESA) in Kanadske vesoljske agencije (CSA). Teleskop je dobil ime po Jamesu Edwinu Webbu, ki je od 1961 do 1968 vodil agencijo NASA in je imel osrednjo vlogo v programu Apollo. JWST naj bi nasledil Vesoljski teleskop Hubble kot naslednji vodilni projekt v astrofiziki. JWST je bil lansiran 25. decembra 2021 s poletom Ariane VA256. Teleskop je zasnovan tako, da v primerjavi s Hubblom zagotavlja izboljšano infrardečo ločljivost in večjo občutljivost za opazovanje predmetov, ki so do 100-krat šibkejši; omogočil naj bi širok spekter preiskav na področjih astronomije in kozmologije, tako opazovanje do rdečega premika z≈20 nekaterih najstarejših, najbolj oddaljenih dogodkov in predmetov v vesolju, kot so prve zvezde in oblikovanje prvih galaksij, in pa podrobno atmosfersko karakterizacijo eksoplanetov, ki bi bili zanimivi za naselitev.

Primarno ogledalo JWST premera 6,5 m sestavlja 18 šesterokotnih zrcalnih segmentov iz pozlačenega berilija. Tako ima Webbov teleskop za zbiranje svetlobe na voljo približno 5,6-krat večjo površino kot Hubble s premerom 2,4 m (25,37 m2 površine v primerjavi s 4,525 m2 pri Hubblu). Za razliko od Hubbla, ki vesolje opazuje v bližnjem ultravijoličnem, vidnem in bližnje infrardečem delu (0,1–1,0 μm) spektra, bo JWST opazoval v območju s krajšimi valovnimi dolžinami, od dolgovalovne vidne svetlobe (rdeče) do srednje infrardečega sevanja (0,6–28,3 μm). Tako bo lahko opazoval predmete z visokim rdečim zamikom, ki so za Hubbla prestari, prešibki in preveč oddaljeni. Teleskop je treba držati pod temperaturo 50 K (−223 °C), da so šibki infrardeči signali lahko zaznani brez motenj zaradi drugih virov toplote. Postavljen bo v bližino Lagrangeeve točke L2 sistema Sonce-Zemlja, približno 1,5 milijona kilometrov proč od Zemlje. Pred toploto Sonca, Zemlje in Lune ga bo ščitil ščitnik v obliki petih rombov.

Za razvoj teleskopa je bilo odgovorno Nasino središče v Marylandu (, GSFC), trenutno pa teleskop upravlja Znanstveni inštitut za vesoljske teleskope. Podjetje Northrop Grumman je bilo odgovorno za izgradnjo teleskopa.

Razvoj se je s proračunom v vrednosti 500 milijonov USD začel leta 1996 za začetek delovanja, ki je bil sprva načrtovan za leto 2007. V letu 2005 je bilo veliko zamud in stroškov, tako z raztrgano sončno izolacijo med testi, priporočilom neodvisne revizijske komisije, kasneje tudi zaradi pandemijo COVID-19, , problemi z izstrelitvijo rakete Ariane 5 in samega teleskopa ter komunikacijskimi vprašanji med teleskopom in izstrelitvenim vozilom. Gradnja je bila končana pozno leta 2016, nato se je začela obsežna faza testiranja.

JWST so lansirali 12:20 UTC 25. decembra 2021 z nosilno raketo Ariane 5 iz vesolskega središča Kourou v Francoski Gvajani, satelit se je od matičnega plovila odcepil 27 minut kasneje. Izstrelitev je NASA opisala kot »brezhibno« in »popolno«. 8. januarja 2022 je bil teleskop v celoti in uspešno konfiguriran v svojo operativno konfiguracijo, 11. februarja pa je dosegel svoj končni cilj, ko je posnel prve fotografije. Več tednov bo še trajalo, da se ohladi na svojo obratovalno temperaturo, nato pa se bo pred začetkom načrtovanega raziskovalnega programa približno pet mesecev preskušal in umerjal s prvimi slikami.Mission and Launch Quick Facts - "Po dosegu svoje orbite bo webb najprej opravi testiranje znanstvenih delov in kalibriranje. Nato se bodo začele redne znanstvene naloge in z njimi slike, približno šest mesecev po izstrelitvi. Vendar pa je normalno, da lahko serijo "[Prva svetloba (astronomija)|prva svetloba]]" pričakujemo nekoliko prej."NASA JWST Blog: observations expected to be available by summer 2022 ("Rest assured that this summer will sizzle with the hot (nay cold?) observations we will soon be sharing!")

Lastnosti levo|sličica| Prepustnost Zemljine atmosfere za različne valovne dolžine sevanja, med drugim za vidno svetlobo Vesoljski teleskop Jamesa Webba je za pol lažji od vesoljskega teleskopa Hubble, vendar pa je Webbovo primarno ogledalo; ki je iz berilija, prevlečeno z zlatom, sestavljeno iz 18 šesterokotnih ogledal, premera 6.5 m; več kot šestkrat večje od Hubblovega . Od tega pokrivajo podpore za sekundarno ogledalo, tako da je njegova dejanska površina zbiranja svetlobe približno 5,6-krat večja od Hubblovih . Berilij je zelo toga, trda, lahka in nemagnetna kovina, ki se pogosto uporablja v letalstvu in natančno ohranja svojo obliko tudi v ultra hladnem okolju. Zlata prevleka zagotavlja infrardečo odbojnost in vzdržljivost.

JWST je zasnovan predvsem za bližnjo infrardečo astronomijo, lahko pa vidi tudi oranžno in rdeče vidno sevanje ter (odvisno od instrumenta) srednje infrardečo območje. Zazna lahko zazna do 100-krat šibkejše predmete kot Hubble in telesa iz veliko bolj zgodnje zgodovine vesolja, iz časa rdečega premika z≈20 (približno 180 milijonov let po velikem poku). Za primerjavo, najzgodnejše zvezde naj bi nastale med z≈30 in z≈20 (100-180 milijonov let kozmičnega časa), prve galaksije pa morda okrog rdečega premika z ≈ 15 (približno 270 milijonov let kozmičnega časa). Hubble ni zmožen videti dlje kot do zelo zgodnje ponovne ionizacije pri približno z≈11,1 (galaksija GN-z11, kozmični čas 400 milijonov let).

Zasnova se osredotoča na bližnje do srednje infrardeče območje svetlobe iz treh glavnih razlogov: predmeti z velikim rdečim premikom (zelo stari in oddaljeni) imajo vidne emisije, ki so premaknjene v infrardeče območje, zato jih danes lahko opazujemo le s pomočjo infrardeče astronomije; hladnejši predmeti, kot so diski naplavin in planeti, najmočneje oddajajo v infrardeči svetlobi; te infrardeče pasove je težko preučevati s tal ali z obstoječimi vesoljskimi teleskopi, kot je Hubble.

Zemeljski teleskopi morajo gledati skozi Zemljino atmosfero, ki je v številnih infrardečih pasovih neprozorna (glej sliko atmosferske absorpcije). Tudi tam, kjer je atmosfera prozorna, je številne ciljne kemične spojine, kot so voda, ogljikov dioksid in metan, moč najti tudi v Zemljini atmosferi, kar močno otežuje analizo. Poleg tega obstoječi vesoljski teleskopi, kot je Hubble, ne morejo preučevati teh pasov, ker njihova zrcala niso dovolj hladna - Hubblovo zrcalo je ohlajeno na približno 15 °C (288 K), tako da že sam teleskop močno seva v infrardečem območju.

JWST lahko opazuje tudi telesa v bližini, recimo v našem osončju, ki imajo navidezno kotno hitrost 0,030 ločnih sekund na sekundo ali manj. To so med drugim planeti in sateliti, kometi in asteroidi izven Zemljine orbite ter »skoraj vsa« znana telesa v Kuiperjevem pasu. Poleg tega lahko opazi sprotne, nenačrtovane cilje v 48 urah po odločitvi za opazovanje, kot so supernove in izbruhe gama žarkov.

JWST bo deloval v halo-orbiti in krožil okrog točke v vesolju, znane kot Lagrangeova točka Sonce-Zemlja L2, približno 1.500.000 km izven Zemljine orbite okrog Sonca. Njegova dejanska lega se bo med kroženjem gibala med približno 250.000 km in 832.000 km od L2, tako da bo izven Zemljine in Lunine sence. Za primerjavo, Hubble kroži 550 km nad zemeljsko površino, Luna pa je približno 400.000 km od Zemlje. Objekti v bližini te točke L2 Sonce-Zemlja lahko krožijo okrog Sonca sinhrono z Zemljo, kar omogoča teleskopu, da ostane na približno stalni razdalji z neprekinjeno orientacijo svojega edinstvenega ščitnika opreme pred Soncem, Zemljo in Luno. Skupaj s svojo široko orbito, ki se izogiba sencam, lahko teleskop hkrati blokira toploto in svetlobo vseh treh teles ter se izogne tudi najmanjšim temperaturnim spremembam senc Zemlje in Lune, hkrati pa ohranja neprekinjeno napajanje s sončno energijo in komunikacijo z Zemljo z proti Soncu obrnjeni strani. Tako bo vesoljsko plovilo ostalo na konstantni temperaturi pod 50 K (–223 °C), ki je potrebna za šibka infrardeča opazovanja.

Servisiranje JWST zaenkrat ni načrtovano. Misija s posadko za popravilo ali razširitev observatorija, kot je bilo storjeno za Hubble, bi bila nemogoča, in po besedah pridruženega administratorja Nase Thomasa Zurbuchena so kljub vsem prizadevanjem ugotovili, da je oddaljena misija brez posadke presegala takratno tehnologijo, ko je bil JWST zasnovan.https://www.nationalgeographic.com/science/article/relief-as-nasas-most-powerful-space-telescope-finishes-risky-unfolding Ob uspešnem lansiranju je NASA objavila pripraviljene olajšave za morebitne servisne misije v prihodnje, tako med drugim natančna vodila v obliki križev na površini JWST, rezervoarje za gorivo, ki jih je mogoče ponovno napolniti, odstranljivo toplotno zaščito in dostope za montažo.https://www.theverge.com/2021/12/28/22816310/nasa-james-webb-space-telescope-jwst-deployment-sequence

Zaščita pred soncem desno|sličica| Preskusna enota sončnega ščita, zložena in razširjena v obratu Northrop Grumman v Kaliforniji, 2014 JWST je treba ohranjati pod 50 K (–223,2 °C), ker bi drugače infrardeče sevanje iz samega teleskopa preplavilo njegove instrumente. Zato uporablja velik ščitnik pred svetlobo in toploto Sonca, Zemlje in Lune, njegova lega blizu L2 sistema Sonce-Zemlja pa ohranja vsa tri telesa ves čas na isti strani vesoljskega plovila. Njegova halo-orbita okrog točke L2 se izogiba senci Zemlje in Lune ter ohranja stalno okolje za delovanje tako sončnega ščita kakor tudi sončnih celic. Zaščita vzdržuje stabilno temperaturo za strukture na osojni strani, kar je ključnega pomena za vzdrževanje natančne prostorske poravnave primarnih zrcalnih segmentov.

Petslojni ščitnik za sončenje, vsak sloj tanek kot človeški las , je izdelan iz Kaptona E, komercialno dostopnega poliimidnega filma podjetja DuPont ter membran, dodatno prevlečenih z aluminijem na obeh straneh. Zgornji površini dveh membran, ki sta obrnjeni proti Soncu, sta dodatno prevlečeni s plastjo dopiranega silicij, ki odbija sončno toploto nazaj v vesolje. Med dejavniki, ki so odložili projekt, so bile nenamerna raztrganja teh površin med testiranjem leta 2018.

Sončni ščit je bil zasnovan tako, da se dvanajstkrat zložen prilega v nosilni obod rakete Ariane 5, ki v premeru meri in v dolžino. Po načrtih so dokončno razporejene dimenzije ščita . Senčnik so ročno izdelali v podjetju ManTech (NeXolve) v Huntsvillu v Alabami, potem pa ga poslali na testiranje v Northrop Grumman v Redondo Beachu v Kaliforniji.

Zaradi sončnega ščita ima JWST vedno omejeno vidno področje. Teleskop lahko s svojega mesta v danem trenutku vidi 40 odstotkov neba in celotno nebo v obdobju šestih mesecev, kolikor časa potrebuje za pol poti okrog Sonca.

Optika

desno|sličica| Inženirji čistijo testno ogledalo s snegom iz ogljikovega dioksida, 2015 desno|sličica| Glavno ogledalo, sestavljeno v Goddard Space Flight Center, maj 2016 Primarno ogledalo JWST ima premer , v obliki pozlačenega berilijevega reflektorja z zbiralno površino je . Izdelano v enem samem kosu bi bilo preveliko za nosilne rakete, ki so bile tedaj na voljo. Ogledalo je tako sestavljeno iz 18 šesterokotnih segmentov (več-zrcalni teleskop Guida Horna d'Arturoja), ki so se po izstrelitvi teleskopa preuredili. Zaznavanje valovne fronte na ravnini slike se uporablja za pravilno namestitev zrcalnih segmentov s pomočjo zelo natančnih mikro motorjev. Po tej začetni konfiguraciji so potrebne le občasne posodobitve vsakih nekaj dni, da se ohrani optimalni fokus. Pri ozemeljskih teleskopih, kot so na primer teleskopih Keck je treba z aktivno optiko nenehno prilagajati zrcalne segmente, da se nevtralizirajo učinki gravitacije in vremenskih motenj. Teleskop Webb bo uporabljal 126 motorčkov za občasno prilagajanje optike, glede na to, da je v vesolju malo okoljskih motenj za teleskop.