De Near Infrared Spectrograph van James Webb-telescoop

In dit artikel wordt ingezoomd op de Near-Infrared Spectrograph, een instrument van James Webb. Dit instrument is mede zo interessant door de integratie van 250.000 zeer kleine en fragiele microshutters die aan de hand van magnetisme open of dicht kunnen om wel of geen licht door te laten. We spreken met Marijn Franx, hoogleraar sterrenkunde en een expert op het gebied van de evolutie van sterrenstelsels.

James Webb is eigenlijk net een Transformer. In de ruimte neemt hij een heel andere vorm aan, waarbij de zich ontvouwende, goudkleurige spiegel en het uitklappende zonneschild het meest in het oog springen. Die twee onderdelen krijgen de meeste aandacht als het over deze telescoop gaat. Dat is niet onterecht, want het zijn nogal cruciale onderdelen. Zonder een perfect uitgelijnde spiegel is een scherpe blik op het heelal niet mogelijk. En zonder een correct uitgeklapt zonneschild wordt de telescoop veel te warm en kan er niet of nauwelijks worden gekeken naar golflengten in het infrarode deel van het spectrum.

Animatie van de opeenvolgende stappen na de lancering, waarbij alles wordt uitgevouwen

Als deze twee onderdelen perfect functioneren, zijn we er nog niet. Het licht moet immers nog wel op de detectors van de verschillende wetenschappelijke instrumenten vallen. Er zijn in totaal vier wetenschappelijke instrumenten aan boord van James Webb: de Near-Infrared Camera, de Near-Infrared Spectrograph, het Mid-Infrared Instrument en de Fine Guidance Sensor/Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph. Deze vier instrumenten zijn allemaal gemonteerd in de Integrated Science Instrument Module. Deze behuizing is direct aan de achterkant van de primaire spiegel gemonteerd. Van deze instrumenten zijn de Near-Infrared Spectrograph en het Mid-Infrared Instrument waarschijnlijk het interessantst, mede omdat bij beide duidelijk sprake is van Europese en Nederlandse inbreng. In dit artikel wordt ingezoomd op de Near-Infrared Spectrograph, ofwel NIRSpec. Het Mid-Infrared Instrument, ofwel MIRI, komt in het volgende artikel aan bod.

Voordat ruimte-archeoloog en Spinozaprijs-winnaar Marijn Franx aan het woord komt over NIRSpec, zetten we kort uiteen wat het voor instrument is en wat er zo bijzonder aan is. NIRSpec meet 1,9x1,3x0,7m en weegt ongeveer 200kg. Het systeem heeft in totaal veertien spiegels en acht filters. NIRSpec is een spectrograaf die zich richt op het nabij-infrarode spectrum, waarbij vooral naar heel verre objecten zoals sterrenstelsels wordt gekeken. Een spectrograaf is simpel gezegd een instrument dat wordt gebruikt om een spectrum te creëren. Het licht dat van een object komt, wordt opgesplitst in de verschillende golflengten, zoals een prisma licht opsplitst in de kleuren van de regenboog. Uit het resultaat valt nogal wat op te maken, zoals de chemische samenstelling van de bron en welke elementen er aanwezig zijn, maar ook zaken als temperatuur en massa.

De Integrated Science Instrument Module

Het meest interessante aan NIRSpec is de capaciteit om honderden spectra tegelijkertijd te nemen. Daarvoor bevat het instrument de zogeheten Micro-Shutter Array. Dit is een zeer complex onderdeel met in totaal 250.000 microshutters. Elke microshutter heeft een formaat van 80x180μm en is te beschouwen als een piepklein sluitertje of klepje dat wel of geen licht kan doorlaten. Deze microshutters zijn geplaatst in een wafelachtig roosterpatroon en worden aan de hand van magnetisme geopend of gesloten. De fijnmazigheid ervan maakt dat het mogelijk is om tot wel 300 spectra tegelijk te nemen.

Links een van de vier quadrants en rechts het wafelpatroon dat de individuele microshutters vormen

Hoe ziet dat er ongeveer uit? De array wordt gevormd door vier onafhankelijke quadrants ter grootte van een postzegel. Elke quadrant bevat een Micro Electro-Mechanical Systems- of MEMS-array die uit 62.415 microshutters bestaat. Elke microshutter kan worden bediend om zo een fijnmazig patroon van geopende en gesloten sluiters te creëren. Dat gaat via een arm met een magneet die over de array beweegt. Via elektrische signalen die op de sluiters en de zijwanden worden toegepast, gaan de sluiters elektrostatisch open, onder een hoek van 90 graden. Op de terugweg van de arm wordt het gewenste patroon van openstaande sluiters bereikt door de wanden die niet nodig zijn voor het gewenste patroon te laten ontladen, waarna de sluiters dichtgaan door de dempende magnetische kracht.

Deze microsluiters zijn nog altijd een zorgenkindje. In 2012 bleek tijdens akoestische tests dat duizenden microsluiters niet meer open konden. Men had niet gerekend op de kwetsbaarheid voor akoestisch lawaai. Hierop werd het ontwerp licht aangepast en werd de productie van nieuwe arrays gestart. NASA slaagde er echter niet in om alle vier de quadranten te vernieuwen; dit kwam door yield-issues tijdens de fabricage. Daardoor bevat NIRSpec nu drie arrays met het originele ontwerp en één volgens het nieuwe ontwerp. Die originele arrays zijn wel opnieuw gescreend om de hoeveelheid kapotte sluiters te minimaliseren.

Marijn Franx vertelt op de volgende pagina onder meer over deze microsluiters, de mogelijkheden die NIRSpec biedt en hoe het instrument tot stand is gekomen. De Leidse astronoom bestudeert al heel lang de evolutie en vorming van sterrenstelsels en vond sterrenstelsels die meer dan 12 miljard jaar oud zijn. Hij ontdekte dat de oudste sterrenstelsels veel compacter en zwaarder kunnen zijn dan jongere sterrenstelsels. In 2009 brak hij met een team het afstandsrecord, door met Hubble een groep sterrenstelsels te ontdekken op 13 miljard lichtjaar afstand, die veel blauwer en kleiner zijn dan sterrenstelsels dichter bij huis. Ze zijn waargenomen zoals de stelsels er zo'n 600 tot 800 miljoen jaar na de oerknal uitzagen.

Hubble 13 miljard jaar — De bewuste foto van Hubble waarmee Franx in 2009 het afstandsrecord brak. De cirkels markeren de sterrenstelsels die op een enorme afstand staan en tot dan nog niet waren ontdekt.

Op welk vlak van de sterrenkunde ligt vooral je expertise?

"Ik heb veel ervaring met het vanaf de grond nemen van veel spectra tegelijk, van ver weg gelegen sterrenstelsels. Dat doe ik met grote telescopen; eerst in Arizona en later op Hawaiï en in Chili. Het is technisch lastig om heel veel spectra tegelijk te nemen. Vroeger kon je maar één stelsel tegelijk aanpakken, maar in de jaren '90 is daar verandering in gekomen, dankzij heel efficiënte spectrografen. Hierdoor kon je er tientallen tegelijk nemen. Ik ben er destijds zelf mee begonnen en heb er mijn baan in Leiden aan te danken, want eigenlijk was er niemand die het aandurfde. Het was echt een zeldzaamheid. Nu hebben we veel grotere telescopen en nog betere spectrografen die heel efficiënt werken en honderden spectra tegelijk nemen."

Op welke vlakken zijn spectrografen door de jaren heen zo sterk verbeterd?

"Dat zit in een combinatie van factoren. Eén vinding heeft met name een bijdrage geleverd. Normaal gesproken neem je spectra die langs een lijn liggen. Je legt twee metalen platen bijna tegen elkaar aan en daar komt het licht tussendoor, precies langs een lijn. De vinding was om niet meer één lijn te nemen, maar allemaal puntjes of gaatjes, precies op de plek waar alle sterrenstelsels liggen. Daardoor laat je precies het licht door van de sterrenstelsels en niet van de rest. Deze techniek heet multi-slit spectroscopy. Hij was eind jaren '80 al beschikbaar, maar de spectrografen waren destijds nog niet zo goed. In de jaren '90 kregen we wel heel goede spectrografen. Ik suggereerde toen bij mensen van ESTEC in Noordwijk al dat we multislit moesten gebruiken, maar werd destijds voor gek verklaard. Tien jaar later wilde men het ook toepassen bij James Webb en inmiddels is dat gerealiseerd."

Elke microsluiter meet ongeveer 100x200μm, grofweg de dikte van een bundel van een paar menselijke haren. Hoe gaat dat precies, het openen en sluiten van 250.000 van zulke kleine sluiters?

"Het zijn heel fijne frezen in een metalen plaat die heel klein is; daar maak je op die manier allemaal klepjes in. Het is fenomenaal om te zien hoe dat gebeurt. Die klepjes kun je met een magneet opentrekken. Door draadjes onder stroom te zetten, genereer je een klein veldje waarmee je ze weer dichttrekt en dan blijven ze ook dicht staan. Dit is ontwikkeld bij NASA, dat zijn heel slimme jongens. Hiermee kunnen we tot driehonderd spectra tegelijk nemen en zo winnen we een factor honderd."

NIRSPec microshutter — De individuele microshutters

Zijn meerdere technische ontwerpen overwogen voor dit zogeheten microshutter array system (msa)?

"Er waren verschillende ontwerpen. Er was één ontwerp met piëzo-elektrische materialen. Daarbij gingen de spiegeltjes niet helemaal open, maar kwamen ze een beetje open te staan. In de dichte stand ging het licht niet naar de spectrograaf en in de andere stand wel. Dat kon men wel aan de praat krijgen, maar het bleek toch andere effecten te geven, zodat het moeilijk bruikbaar was. Het laatste ontwerp ging uit van mechanische schuifjes. Dat werkte heel moeizaam, want daarbij moet je iets mechanisch dat heel klein is voortdurend heen en weer laten bewegen bij heel koude temperaturen in het luchtledige. Dat is het laatste wat je wil. Als dit ontwerp was gekozen, hadden we maar tien slits gehad in plaats van driehonderd en hadden we dus een factor dertig verloren. Overigens is in Zwitserland een afgeleide versie van het mechanische ontwerp ontwikkeld en die zit nu op een telescoop in Hawaiï. Twintig jaar geleden was de multislit-methode met magnetisme in ieder geval de optimale keuze."

Maak je je zorgen om het microshutter array system?

"Ja, het is heel kwetsbaar. Bij een eerdere testversie is er een keer een barst in gekomen. Tijdens een test ging een schokgolf van lucht er doorheen. Dat ding hield de lucht tegen en is heel dun, dus toen ging het kapot. We willen hem natuurlijk graag heel zien. Alle technici bezweren nu dat zo'n ongeluk tijdens de lancering of daarna niet zal plaatsvinden, maar je wil natuurlijk graag zien dat het daadwerkelijk uitblijft."

James Webb NIRSpec — Het denkbeeldige blikveld van NIRSpec via de vier quadranten. Het is hier te zien op een afbeelding van de Tarantulanevel, gemaakt met de Hubble-telescoop.

Hoe kun je er zeker van zijn dat die kleine sluiters het allemaal doen?

"We weten dat er een heleboel kapot zullen zijn, alleen weten we niet hoeveel dat er precies zijn als de telescoop eenmaal is gelanceerd. Door de trillingen daarbij kunnen sommige cellen vast komen te zitten, maar soms kun je ze ook weer los krijgen. Het wordt heel interessant om te zien hoe het er precies uitziet na de lancering. Iedereen kijkt uit naar de eerste plaatjes. We hebben het liefst dat niet meer dan 10 procent kapot is; daar zitten we nu onder. Als dat percentage hoger wordt, verlies je wat efficiency, maar niet heel veel omdat je er nog steeds heel veel hebt die wel werken. Je kunt het raster altijd een beetje verschuiven. In de ontwerpfase moet je wel weten welke sluiters kapot zijn, en die situatie moet stabiel blijven. Het mag niet zo zijn dat de ene helft op het ene moment kapot is en de andere helft op het andere moment, want dan heb je echt een probleem."

Wat moeten we ons voorstellen bij zo'n klepje dat kapot is? Wat is er dan mis mee?

"Allerlei dingen spelen een rol bij het kapot gaan van die shutters. De technici moesten op een gegeven moment de machines weer uit de mottenballen halen omdat bleek dat heel veel shutters vastzaten. Die zaten waarschijnlijk vast omdat ze net iets te groot waren, zodat ze een beetje klemden. Er is toen nog een run gestart waarbij ze iets kleiner zijn gemaakt, zodat ze wat beter konden bewegen. Dat bleek echter ook niet perfect. In mijn herinnering zaten er productiefouten in de versie met die iets kleinere shutters. Sommige van de oude msa's waren uiteindelijk beter dan sommige van de nieuwe, dus we hebben nu een mix. Dat is niet ideaal, maar beter dan niets. Al met al weten we pas echt hoe goed het met de msa's is gesteld als het instrument aan wordt gezet. Dat wordt spannend, want de sluiters zijn zeer kwetsbaar voor de schokken en het lawaai tijdens de lancering."

Zorgt het voor veel lichtverlies, dat al die kleine sluiters worden gebruikt in plaats van één of een paar grote?

"Je krijgt misschien iets minder licht. Die slitjes zitten in een raster en dat raster zit vast. Het kan gebeuren dat je met dat raster net niet precies op het object zit en dat het sterrenstelsel bijvoorbeeld aan de rand van het raster zit. Je verliest dan ongeveer 40 procent licht en moet dan misschien 40 procent langer kijken voor dezelfde informatie. Het verlies is relatief klein; we kunnen ermee werken."

Hoe lastig is het om al die rasters met microsluiters op de juiste plek te krijgen?

"Als je een spectrum van enkele ster neemt, gebruik je een grote slit. Die ster hoeft dan niet heel nauwkeurig te worden gepositioneerd. Als je een rastertje neemt dat over driehonderd sterrenstelsels moet liggen, moeten die sluiters allemaal op de goede plek openstaan. Het is een nachtmerrie om dat allemaal goed te krijgen, en het is ook een van de grote tests van het instrument: gaat dit wel goed? Dat wordt heel spannend, want we weten het pas als James Webb operationeel is."

"Het belangrijkste is dat je precies kunt voorspellen welke van de slitjes moeten worden geopend. Dat is aan de sterrenkundigen; die moeten dat heel grondig voorbereiden en dat is lastig. We zijn er nog steeds mee bezig, maar hebben wel een eerste idee. Als je mij vraagt of je dit in een dag kunt doen, is het antwoord ja. Maar als je vervolgens vraagt of dat optimaal is, dan zeg ik nee. We moeten nog heel veel leren en er het komend jaar veel aan doen om dit optimaal te krijgen. Hier speelt ook bij mee dat we niet precies weten hoe de data eruit gaat zien. We zijn nu eigenlijk een beetje aan het gokken."

Wat is naast het microsluitersysteem echt vernieuwend aan NIRSpec?

"Nieuw aan NIRSpec is verder dat we tot 5μm kunnen waarnemen, terwijl we vanaf de grond met moeite tot 2,4μm komen. Tussen 1 en 2,4μm blokkeert de atmosfeer ongeveer de helft van het licht. Dat betekent dat je soms een stuk hebt waarop je niks kunt zien. Vanuit de ruimte kun je plotseling alles zien, van 1 tot 2,5μm. Dat is heel belangrijk bij het waarnemen van objecten die heel stoffig zijn. Daar komt nauwelijks optisch licht doorheen, maar wel infraroodlicht. Daar heeft Hubble ook al mooie plaatjes van gemaakt; op 1,6μm kijkt die telescoop dwars door een nevel heen. NIRSPec kan tot 5μm gaan en kan door heel veel stervormende wolken heen kijken. Daardoor zien we misschien dat sterren - en wellicht zelfs planeten - worden gevormd. Het infrarood licht is ook belangrijk voor de ontdekking van de sterrenstelsels uit het jonge heelal, omdat door de uitdijing van het heelal al het licht 'verschoven' is naar het infrarood.

NIRSpec IFU — De Integral Field Unit van NIRSpec, ter grootte van een schoenendoos. Afbeelding: SSTL.

"Er is ook nog een andere modus, naast msa. In plaats van driehonderd individuele spectra die op verschillende plekken liggen, nemen we dan honderden spectra die vlakbij elkaar liggen. In dat geval neem je een heel veldje en van elk pixel in dat veldje neem je een spectrum. Die techniek heet integral field spectrography en hij wordt uitgevoerd door een integral field unit. Dit soort instrumenten zie je ook al bij telescopen op de grond, maar doordat je in de ruimte nog veel verder door het stof heen kunt kijken, verwacht ik mooie resultaten. Er wordt heel veel tijd voor deze modus aangevraagd. Dat is logisch, want we kijken naar de meest uitgerekte en heldere objecten in het vroege universum. Omdat ze zo helder zijn, hoef je maar heel kort te kijken en ga je naar het volgende deel. Zo maak je heel mooie plaatjes van de objecten."

Animatie van het principe achter de integral field unit van NIRSpec

Er is ook nog een ander instrument, genaamd NIRCam. Is dat niet veel meer bedoeld om mooie afbeeldingen te maken?

"NIRCam, de Near Infrared Camera, is inderdaad bedoeld om plaatjes te maken. Het is een soort fototoestel, maar dan actief in het infrarood. Feitelijk gaat het om twee camera's naast elkaar, op twee verschillende golflengten. Dat maakt dit een heel krachtig instrument, veel krachtiger dan wat Hubble aan boord heeft. Met NIRCam krijg je redelijk ruwe informatie over de verdeling als functie van golflengte. Als je daarbij de ifs-modus gebruikt, krijg je een spectrum met heel veel informatie. Dan zie je emissielijnen van waterstof, zuurstof, koolstof, enzovoort. Daarmee is precies zichtbaar hoe de verschillende elementen zijn verdeeld."

Hoe zijn NIRCAm en NIRSpec complementair aan elkaar?

"Kort gezegd vindt NIRCam de kandidaat-sterrenstelsels en bewijst NIRSpec vervolgens of ze daadwerkelijk een hoge roodverschuiving hebben. NIRSpec kan laten zien of ze echt andere eigenschappen hebben dan de stelsels die dichtbij ons staan. Het gaat dan bijvoorbeeld om Populatie III, dat zijn sterren die in de eerste honderd miljoen jaar na de big bang zijn gevormd. De sterrenstelsels waar ze onderdeel van zijn, hebben waarschijnlijk zo weinig zware elementen dat het heel andere sterren zijn. We hebben ze nog nooit gezien, maar er is veel over gespeculeerd. Dit is een van de holy grails. Je zou deze sterrenstelsels kunnen herkennen aan de hand van rare emissielijnen, met bijvoorbeeld een heel sterke heliumemissie. Je gebruikt de msa als je meerdere kandidaten in een veld hebt, en anders wellicht ifs. Misschien weten we niet waar de emissielijnen zitten ten opzichte van de sterren. Al met al weten we hier bijna niets van, en wellicht kan James Webb dit in beeld brengen."

Het pad dat het licht in NIRSpec aflegt voordat het op de detector valt. Links is een render van de optical bench van NIRSpec, waarbij het lichtpad rood is gemarkeerd.

Wordt NIRSpec ook gebruikt voor onderzoek naar exoplaneten?

"Ja, MIRI en NIRSpec worden er beide voor gebruikt. Dit is een ander onderzoeksonderwerp waarvoor de spectrografen op een andere manier worden gebruikt. Daarbij kijk je naar een ster waar een planeet voor langs beweegt. Met een beetje geluk absorbeert de atmosfeer een heel klein beetje van het licht van de ster. Daar kijk je dan met NIRSpec tot 5μm naar, en met MIRI bij grotere golflengten; dat is een beetje afhankelijk van de ster en de planeet. Het ligt aan de banden die je wil zien en de moleculen die je wil meten."

Hoe krijg je de heel verre sterrenstelsels in beeld, mede gelet op de hoeveelheid ruis en de zwakte van het signaal?

"Het signaal van verre sterrenstelsels zal inderdaad heel zwak zijn en maar net boven de ruis uit komen. Hier is maar één oplossing voor: heel veel waarnemingen achter elkaar doen0 en ze statistisch op een goede manier optellen. De detectoren hebben ook nog allerlei andere complexiteiten, waardoor de data soms slecht is. Het is dus een kwestie van heel lang hetzelfde sterrenstelsel blijven waarnemen."

"Een andere truc die we daarbij gebruiken, betreft een programma waar ik ook bij betrokken ben. Dat omvat de lenswerking van clusters van sterrenstelsels. Dit programma wordt vanuit Australië geleid door een Nederlandse sterrenkundige, Ivo Labbé. Die clusters buigen het licht af en daardoor vergroten ze objecten. Dat heet gravitational lensing. Zo'n lens gebruiken we om heel zwakke sterrenstelsels veel minder zwak in beeld te krijgen. We gaan de zwaartekrachtlens van een zwaar cluster gebruiken om eerst de kandidaten met de hoogste roodverschuiving te vinden. Een half jaar later gaan we daarvan spectra nemen, met het microshutter array system. Dit is een van de meest spannende programma's die we uitvoeren. Gravitational lensing kan belangrijk zijn, omdat de vroegste stelsels misschien te zwak zijn om zonder dit fenomeen te worden gedetecteerd. Vooralsnog is er niemand die dat weet."

Animatie die toont welk pad het licht van een astronomisch object volgt als het door NIRSpec gaat en uiteindelijk op de detector valt

Waarom bestaat NIRSpec volledig uit siliciumcarbide?

"Als het instrument afkoelt, krimpt het een beetje, maar dankzij de eigenschappen van dit materiaal krimpt alles op dezelfde manier. Hierdoor blijven de beeldjes scherp. Dat is cruciaal. Als je een onderdeel van glas of aluminium maakt en een ander onderdeel van siliciumcarbide, krimpt het ene meer dan het andere en gaat het mis; het kan tot vervormingen leiden. Europa is hier heel sterk in. Airbus in Duitsland heeft dit ontwikkeld."

"Wij hebben begrepen dat de keuze voor siliciumcarbide ook voor een gewichtsreductie zorgt. Bij MIRI is dat op een andere manier gerealiseerd; bij dat instrument is voor aluminium gekozen. Daardoor kon MIRI in Dwingeloo worden gefreesd. Daar hebben ze niet de technologie voor siliciumcarbide; het is materiaal voor high-tech toepassingen, lees ruimtevaart en militair. De technologie achter siliciumcarbide is geheim, je kunt het niet even in de bibliotheek in een boek opzoeken."

Siliciumcarbide is harder dan aluminium, maar ook brozer. Leidde dat tijdens de bouw nog tot issues?

"Er ging tijdens de bouw wel iets mis, maar dat is later opgelost. De technici moeten nogal wat dingen in elkaar zetten en met elkaar verbinden. Dat gebeurt met bouten. Op een gegeven moment werd in een laat stadium een van de bouten te hard aangedraaid. Daardoor is er een barst in het siliciumcarbide gekomen. Die barst zat in de tafel, de optical bench waarop alles wordt gemonteerd. Er was gelukkig een reserve-exemplaar van beschikbaar, anders had het project nog een paar jaar geduurd. De hele zaak is eraf gehaald en vervangen door het reserve-exemplaar. De technici wisten hoe ze het moesten aanpakken, maar hebben gewoon een fout gemaakt bij het in elkaar zetten. Die dingen gebeuren blijkbaar."

Zijn er nog meer fouten gemaakt tijdens de bouw- en ontwikkelingsfase van James Webb in zijn geheel?

"Hoofdcontractant Northrop Grumman maakt als defensiebedrijf duurdere dingen dan de James Webb Space Telescope. Voor dat bedrijf was dit een klein project en dat had als gevolg dat het niet altijd de beste mensen op het project heeft gezet. Het 'A Team' wordt ingezet om de offerte te winnen, het 'B Team' voert het uit en NASA moet er dan voor zorgen dat dit uiteindelijk niet het 'C Team' wordt. Het bedrijf heeft erg rare blunders gemaakt, vooral aan het einde van het project, met schroefjes die loskwamen van het sunshield, en het met de verkeerde vloeistof schoonmaken van de raketmotor. Dat zijn beginnersfouten. Er zal vast nog wel meer gebeurd zijn, zonder dat wij het weten."

"We hadden vijftien jaar geleden ook problemen met de detectoren; ze 'ontploften'. Dat kwam door een elementaire fout bij de productie, die destijds plaatsvond bij de Amerikaanse fabrikant Raytheon. De productieruimte was er niet schoon genoeg en waarschijnlijk is er water in de detectoren geslopen. Dat geeft problemen als je ze erg koud maakt. Sindsdien stuurt NASA mensen die de productie in de gaten houden."

Waar is NIRSpec ontworpen?

"Het hele ontwerp en de ontwikkeling ervan heeft in Europa plaatsgevonden, vanuit Estec, samen met partners in Frankrijk en Duitsland, te weten de industriële partij Astrium. Zij hebben het ontwerp in elkaar gezet. Ook Airbus speelde een belangrijk rol, door zijn ervaring met siliciumcarbide. Het enige dat hierbij uit Noord-Amerika komt, zijn de microshutters en de detectors."

Estec in Noordwijk was dus erg belangrijk?

"Mensen bij Estec hebben ervoor gezorgd dat James Webb bestaat. Zonder de Europese bijdrage was de telescoop er niet gekomen. Een van de mensen uit Europa zat bij een vroege vergadering en vertelde daar dat Europa wilde meedoen en NIRSpec wilde oppakken. Dat is een grappig verhaal, want de Amerikanen wilden dat niet. Met NIRSpec ga je namelijk de grootste roodverschuivingen bewijzen. Vervolgens heeft hij gedreigd op te stappen; de Amerikanen wisten dat ze niet zonder Europa konden."

"Deze strijd had te maken met het feit dat NIRSpec een heel prominent instrument is en ook het meest wordt gevraagd door gebruikers, omdat je nu ook een spectrum kunt nemen. Dat kon Hubble wel een beetje, maar lang niet zo goed. Als we nu een grote roodverschuiving vinden, dus een nieuw recordsterrenstelsel vinden, kan dat alleen met NIRSpec. Dat gaat een heel belangrijke rol spelen in de wetenschap en daar was een klein gevecht over: wie van de twee gaat het maken? Het is relatief gecompliceerd en een deel van de technologie komt van NASA, want we konden het niet alleen. Er is dus heel hard gewerkt om dit project naar Europa te trekken; dat heeft Estec heel goed gedaan. Europa wilde op de eerste rang zitten met NIRSpec en dat is gelukt."

Was er ook dergelijke getouwtrek over MIRI?

"Zeker. Begin 2000 werd duidelijk dat MIRI een stuk gecompliceerder ging worden en men maakte zich zorgen over het gewicht. De Amerikanen zeiden: dan maken we er een onderdeel bij dat ervoor zorgt dat we veel minder gewicht nodig hebben. Dat is de cryocooler, en die heeft lange tijd voor problemen gezorgd. Uiteindelijk is het gelukt, al zullen ze er wel zenuwachtig over zijn of het allemaal gaat werken. Er was vooral zoveel discussie over omdat het een complex instrument is; MIRI moet nog kouder zijn dan de rest van de telescoop. Alle hoofdpijn werd veroorzaakt door deze koeler en de detectoren, waar de Amerikanen ook voor verantwoordelijk zijn. Er moest al met al veel worden aangepast om MIRI goed te laten werken. Dat is prima, want het is zeer de moeite waard. MIRI is echt een samenwerking tussen de Amerikanen en Europese landen, grofweg half-half."

Hoeveel onzekerheden en zorgen zijn er nu nog over NIRSpec en James Webb?

"Er is heel veel dat mis kan gaan. De eerste twee weken na de lancering zijn cruciaal, want dan moet de hele zaak uitvouwen. Als dat goed gaat, weten we dat we NIRCam kunnen gebruiken en NIRSpec op een simpele manier. Na vier tot vijf maanden weten we of NIRSpec goed werkt en dan volgt nog kalibratie met de microshutters. Na zeventien jaar wordt het wel tijd; ik ben er sinds 2004 bij betrokken en destijds zou in 2011 worden gelanceerd."

"Verder is onzeker hoe schoon de data is. Je hebt wat praktische problemen in een spectrograaf. Daarbij kan er sprake zijn van verstrooid licht, van het instrument of van de telescoop. Het exacte effect daarvan weten we pas als we de gegevens hebben en daar moet je dan rekening mee houden. We weten ook niet hoe nauwkeurig het allemaal werkt als we die slitjes precies op de sterrenstelsels willen zetten."

"Wat we ook niet weten, is de omvang van cosmic rays op Lagrangepunt L2. Bijna alle instrumenten zijn daar heel gevoelig voor. We hebben er een gok bij genomen, en die pakt waarschijnlijk goed uit. Zolang de zon niet actief is, is er weinig kosmische straling. Maar niemand kan zeggen: bij zoveel is het goed en bij zoveel is het slecht."