Aurinkosuoja tähtikaukoputkelle?
Syksyllä 2018 – ainakin suunnitelmien mukaan – avaruuteen laukaistavan James Webb -teleskoopin aurinkosuoja on jälleen askeleen lähempänä valmistumistaan: ensimmäinen viidestä kerroksesta on kuosissaan.
Äkkiseltään voi kuulostaa hassulta, että tähtiä tarkkaileva kaukoputki tarvitsee suojaa Auringolta. Tähtiähän tutkitaan öisin. Eikä Hubble-avaruusteleskoopissakaan ole mitään erillistä aurinkosuojaa, ellei sellaiseksi sitten lasketa koko putken sulkevaa läppää. Teleskoopin laitteita suojelee Auringon paahteelta ja vaihtelevilta lämpötiloilta monikerroksinen, kiiltäväpintainen eristemateriaali, johon koko aparaatti on kiedottu kuin jättimäinen joulukuusenkoriste.
Webb on kuitenkin monella tapaa eri juttu kuin Hubble. Siinä missä Hubble-avaruusteleskooppi kiertää Maata noin 550 kilometrin korkeudessa, ja viettää joka kierroksella puolet ajasta Maan langettamassa varjossa ja siten pimeydessä, Webb-avaruusteleskooppi on noin 1,5 miljoonan kilometrin etäisyydellä Maasta Lagrangen pisteessä, missä on käytännössä loputon päivä. Auringon ankara paahde korventaa teleskooppia ja sen laitteita kaiken aikaa.
Periaatteessa Lagrangen L2-piste on Maan langettamassa varjossa, mutta umbra (eli täysvarjo) ei ulotu niin kauas, joten sieltä katsottuna Maa peittää ainoastaan osan Auringosta. Kaiken lisäksi L2-pisteeseen sijoitettu avaruuslaite ei todellisuudessa pysyttele paikallaan vaan kiertää tuota matemaattista pistettä niin sanottua halorataa pitkin. Eli käytännössä se on jatkuvassa auringonpaisteessa.
Toisin kuin Hubble, Webb on lisäksi rakenteeltaan avoin. Se ei siis ole perinteisessä mielessä kaukoPUTKI, jos kohta maanpäällisetkin suuret peiliteleskoopit ovat jo vanhastaan ristikkorakenteisia. Ne ovat kuitenkin tähtitornien ympäröimiä ja paikoissa, missä öisin ei ole pelkoa muusta valosta kuin tähtien tuikkeesta. Lagrangen L2-pisteessä teleskooppiin kuitenkin tulvisi hajavaloa, joka pilaisi käytännössä kaikki havainnot.
Ehkä tärkein peruste auringonsuojan tarpeelle on Webb-avaruusteleskoopin tutkima aallonpituusalue. Hubble on optimoitu näkyvän valon ja ultraviolettisäteilyn aallonpituuksille – siksi pääpeilin hiontavirhettä oikovassa optiikassakin on korjauspeilejä eikä -linssejä, sillä uv-säteily imeytyisi tehokkaasti linssien lasiin.
Webbin avulla on tarkoitus tarkkailla maailmankaikkeutta ja sen moninaisia kohteita infrapuna- eli lämpösäteilyn aallonpituuksilla. Avainsana on tässä ”lämpö”. Jotta havaintoja häiritsevät tekijät saataisiin minimoitua, teleskoopin optimilämpötila on 40 kelviniä eli noin -233 celsiusastetta. Osa sen mittalaitteista jäähdytetään peräti seitsemän kelvinin eli -266 celsiusasteen lämpötilaan.
Se olisi hyvin hankalaa, jos Aurinko pääsisi paahtamaan suoraan kaukoputken lämmölle yliherkkiin osiin. Webb-teleskoopin Auringon puoleisella sivulla – eli aurinkosuojan pinnalla – lämpötila nimittäin kohoaa lähes veden kiehumispisteen lukemiin, noin 85 celsiusasteeseen eli 358 kelviniin. Jos jäähdytys hoidettaisiin kokonaan esimerkiksi nestemäisen heliumin avulla, sitä tarvittaisiin 5-10 vuoden mittaiseksi suunnitellun toiminnan aikana tonneittain. Kun se loppuisi, kaukoputki olisi käyttökelvoton.
Aurinkosuojaan kilpistyy valon lisäksi myös Auringon näkymätön vaikutus: sähköisesti varatuista hiukkasista koostuva aurinkotuuli. Viisikerroksinen, alumiinilla ja silikonilla päällystetystä Kapton-nimisestä polymeeristä tehty suoja toimii varjostimen lisäksi myös eristeenä. Suojamateriaalissa oleva johdotus toimii kuin ukkosenjohdatin ja estää elektroniikan vaurioitumisen Auringosta puhaltavan sähköisen tuulen tuiverruksessa.
Webb-avaruusteleskoopin tenniskentän kokoinen aurinkosuoja ei enää kuulostakaan yhtään hassulta eikä hassummalta kapistukselta.
(Teksti on julkaistu myös Tiedetuubin blogeissa.)