Am 25.12.2021 um 13:20 Uhr MEZ war es endlich soweit. Der von vielen lang ersehnte Start des James Webb Weltraumteleskops vom europäischen Raumfahrtzentrum in Französisch Guayana an der Nordküste Südamerikas war erfolgreich.
Nach den spektakulären Bildern des Hubble Teleskops und den daraus gewonnenen Erkenntnissen über unser Universum, wurde die Idee für dieses Projekt bereits im Jahr 2002 angestoßen. Die damalige Wunschvorstellung, den Start 2007 realisieren zu können, war mehr als optimistisch. Schließlich waren den an der Planung beteiligten Wissenschaftlern keine gedanklichen Grenzen gesetzt und somit wurde die offene Wunschliste für die Fähigkeiten und Eigenschaften, über die der Nachfolger des Hubble Teleskops verfügen sollte, immer länger.
Da zu diesem Zeitpunkt einige der notwendigen Technologien für die Umsetzung noch nicht weit genug entwickelt waren, bzw. noch nicht zur Verfügung standen, verschob sich der Starttermin immer weiter nach hinten. Erstmals bestand im Jahr 2018 eine realistische Chance, den Hubble-Nachfolger auf seine Reise zu schicken, doch seitdem wurde der Termin acht weitere Male nach hinten verschoben.
Zuletzt löste sich beim finalen Verladen in die Ariane 5 Trägerrakete eine Federschelle, wodurch dem 10 Milliarden US-Dollar teuren Teleskop, das ursprünglich mit 500 Millionen US-Dollar kalkuliert wurde, ein Stoß versetzt wurde. Der neu angedachte Termin am 18.12.2021 verzögerte sich noch einmal, da ein Kommunikationsproblem aufgrund eines defekten Datenkabels auftrat.
Wegen der enormen Kosten, welche sich zwischenzeitlich durch die Entwicklung neuer Technologien angesammelt hatten, wollte man kein Risiko eingehen.
Am 24.04.1990 brachte das Space Shuttle Discovery das Hubble Teleskop in einen 586 km entfernten Erdorbit, wo es seit nunmehr 31 Jahren im aktiven Dienst um die Erde kreist. Beim Hubble handelt es sich um ein optisches Teleskop, welches im sichtbaren Wellenlängenbereich des Lichtes operiert. Dabei kann es bis zu einer Entfernung von 16.000 km zwei Glühwürmchen immer noch getrennt voneinander wahrnehmen.
Durch den erdnahen Orbit konnten im Laufe der Zeit mit verhältnismäßig geringem Aufwand fünf größere Reparaturen durchgeführt werden, doch nach dem erfolgreichen Start des moderneren Bruders wird vermutlich keine weitere mehr folgen.
Hubble wird bis zum endgültigen Totalausfall zwar weiter seine Kreise ziehen, aber früher oder später mit einem letzten Feuerwerk in den wohlverdienten Ruhestand geschickt und kontrolliert über dem Pazifik zum Absturz gebracht werden.
Ohne die sensationellen Erkenntnisse für die Wissenschaft die Hubble lieferte, wäre das Folgeprojekt nie in Angriff genommen worden. Hubble bewies unter anderem die Ausdehnung des Universums und machte 2012 die bis dato spektakulärste Bildaufnahme, das sogenannte Hubble Extreme Deep Field.
Für diese Aufnahme wurde eine kleine, augenscheinlich dunkle Himmelsregion ausgewählt. Dabei wurden über 2000 Einzelbilder mit einer gesamten Belichtungsdauer von mehr als 23 Tagen übereinandergelegt. Daraus entstand der bisher tiefste Blick ins All und mehr als 5000 Galaxien offenbarten ihr für uns nicht sichtbares Licht, das bis zu 13 Milliarden Jahre zu uns unterwegs war.
Die Extreme Deep Field Originalaufnahme der NASA
Am 25.12.2021 um 13:20 Uhr MEZ war es endlich soweit. Der von vielen lang ersehnte Start des James Webb Weltraumteleskops vom europäischen Raumfahrtzentrum in Französisch Guayana an der Nordküste Südamerikas war erfolgreich.
Nach den spektakulären Bildern des Hubble Teleskops und den daraus gewonnenen Erkenntnissen über unser Universum, wurde die Idee für dieses Projekt bereits im Jahr 2002 angestoßen. Die damalige Wunschvorstellung, den Start 2007 realisieren zu können, war mehr als optimistisch. Schließlich waren den an der Planung beteiligten Wissenschaftlern keine gedanklichen Grenzen gesetzt und somit wurde die offene Wunschliste für die Fähigkeiten und Eigenschaften, über die der Nachfolger des Hubble Teleskops verfügen sollte, immer länger.
Da zu diesem Zeitpunkt einige der notwendigen Technologien für die Umsetzung noch nicht weit genug entwickelt waren, bzw. noch nicht zur Verfügung standen, verschob sich der Starttermin immer weiter nach hinten. Erstmals bestand im Jahr 2018 eine realistische Chance, den Hubble-Nachfolger auf seine Reise zu schicken, doch seitdem wurde der Termin acht weitere Male nach hinten verschoben.
Zuletzt löste sich beim finalen Verladen in die Ariane 5 Trägerrakete eine Federschelle, wodurch dem 10 Milliarden US-Dollar teuren Teleskop, das ursprünglich mit 500 Millionen US-Dollar kalkuliert wurde, ein Stoß versetzt wurde. Der neu angedachte Termin am 18.12.2021 verzögerte sich noch einmal, da ein Kommunikationsproblem aufgrund eines defekten Datenkabels auftrat.
Wegen der enormen Kosten, welche sich zwischenzeitlich durch die Entwicklung neuer Technologien angesammelt hatten, wollte man kein Risiko eingehen.
Am 24.04.1990 brachte das Space Shuttle Discovery das Hubble Teleskop in einen 586 km entfernten Erdorbit, wo es seit nunmehr 31 Jahren im aktiven Dienst um die Erde kreist. Beim Hubble handelt es sich um ein optisches Teleskop, welches im sichtbaren Wellenlängenbereich des Lichtes operiert. Dabei kann es bis zu einer Entfernung von 16.000 km zwei Glühwürmchen immer noch getrennt voneinander wahrnehmen.
Durch den erdnahen Orbit konnten im Laufe der Zeit mit verhältnismäßig geringem Aufwand fünf größere Reparaturen durchgeführt werden, doch nach dem erfolgreichen Start des moderneren Bruders wird vermutlich keine weitere mehr folgen.
Hubble wird bis zum endgültigen Totalausfall zwar weiter seine Kreise ziehen, aber früher oder später mit einem letzten Feuerwerk in den wohlverdienten Ruhestand geschickt und kontrolliert über dem Pazifik zum Absturz gebracht werden.
Ohne die sensationellen Erkenntnisse für die Wissenschaft die Hubble lieferte, wäre das Folgeprojekt nie in Angriff genommen worden. Hubble bewies unter anderem die Ausdehnung des Universums und machte 2012 die bis dato spektakulärste Bildaufnahme, das sogenannte Hubble Extreme Deep Field.
Für diese Aufnahme wurde eine kleine, augenscheinlich dunkle Himmelsregion ausgewählt. Dabei wurden über 2000 Einzelbilder mit einer gesamten Belichtungsdauer von mehr als 23 Tagen übereinandergelegt. Daraus entstand der bisher tiefste Blick ins All und mehr als 5000 Galaxien offenbarten ihr für uns nicht sichtbares Licht, das bis zu 13 Milliarden Jahre zu uns unterwegs war.
Die Extreme Deep Field Originalaufnahme der NASA
Es ist 100-mal leistungsfähiger als das Hubble Teleskop und ist in der Lage, von der Erde aus die Wärmesignatur einer Hummel auf der Mondoberfläche aufzuspüren. Das Kooperationsprojekt der NASA, ESA und CSA ist offiziell für eine Betriebsdauer von 5 Jahren ausgelegt. Dennoch ist davon auszugehen, dass eine doppelt so lange Nutzungsdauer angestrebt wird, da der mitgeführte Treibstoff für insgesamt 10 Jahre reichen würde.
Anders als Hubble wird James Webb nicht um die Erde kreisen, sondern zusammen mit der Erde um die Sonne. Dafür wird das Teleskop eine 1,5 Millionen Kilometer entfernte Position am sogenannten Lagrange-Punkt 2 einnehmen.
Das Besondere an diesem Punkt ist, dass er auf einer Verlängerung der Achse Sonne-Erde liegt und beide gravitativ in eine Richtung ziehen. Dort wird die Zentripetalkraft, die durch die Bewegung um die Sonne entsteht nahezu aufgehoben, sodass nur einmal pro Monat eine leichte Kurskorrektur durchgeführt werden muss.
Es ist 100-mal leistungsfähiger als das Hubble Teleskop und ist in der Lage, von der Erde aus die Wärmesignatur einer Hummel auf der Mondoberfläche aufzuspüren. Das Kooperationsprojekt der NASA, ESA und CSA ist offiziell für eine Betriebsdauer von 5 Jahren ausgelegt. Dennoch ist davon auszugehen, dass eine doppelt so lange Nutzungsdauer angestrebt wird, da der mitgeführte Treibstoff für insgesamt 10 Jahre reichen würde.
Anders als Hubble wird James Webb nicht um die Erde kreisen, sondern zusammen mit der Erde um die Sonne. Dafür wird das Teleskop eine 1,5 Millionen Kilometer entfernte Position am sogenannten Lagrange-Punkt 2 einnehmen.
Das Besondere an diesem Punkt ist, dass er auf einer Verlängerung der Achse Sonne-Erde liegt und beide gravitativ in eine Richtung ziehen. Dort wird die Zentripetalkraft, die durch die Bewegung um die Sonne entsteht nahezu aufgehoben, sodass nur einmal pro Monat eine leichte Kurskorrektur durchgeführt werden muss.
Die Reise dorthin wird etwa einen Monat dauern und James Webb wird während dieser Zeit seine 40 beweglichen Einzelelemente nach und nach entfalten. Dieser wohl kritischste Ablauf ist notwendig, da die Ariane 5 Trägerrakete unter der Nutzlastverkleidung nur einen 4,57 m x 16,19 m Raum bietet, weshalb das deutlich größere Teleskop in einer origamiartigen Falttechnik auf den zur Verfügung stehenden Laderaum zusammengefaltet werden musste.
Die Reise dorthin wird etwa einen Monat dauern und James Webb wird während dieser Zeit seine 40 beweglichen Einzelelemente nach und nach entfalten. Dieser wohl kritischste Ablauf ist notwendig, da die Ariane 5 Trägerrakete unter der Nutzlastverkleidung nur einen 4,57 m x 16,19 m Raum bietet, weshalb das deutlich größere Teleskop in einer origamiartigen Falttechnik auf den zur Verfügung stehenden Laderaum zusammengefaltet werden musste.
Der Sonnenschild mit einer Ausdehnung von 14,1 m x 20,1 m hat eine Gesamtfläche von 25 m² und somit die Ausmaße eines Tennisplatzes. Um die empfindlichen Messgeräte vor der Sonneneinstrahlung zu schützen, wird die aus insgesamt 5 reflektierenden Schichten bestehende Polyamit Membran dauerhaft der Sonne zugewandt sein. Somit dient sie nicht nur als Wärmeschutz, sondern blockt zudem störendes Fremdlicht ab.
Heizt sich die erste Schicht noch bis zu einer Temperatur von +100 °C auf, liegt die Temperatur auf der Rückseite der fünften Membran mit -240 °C nur knapp über dem absoluten Nullpunkt von -273,15 °C.
Der Hauptspiegel besteht aus insgesamt 18 sechseckigen Einzelelementen, die sich unabhängig voneinander um zwei Achsen neigen lassen. Jede dieser Beryllium-Strukturen hat einen Durchmesser von 1,3 m und wiegt ca. 20 kg, wobei die Goldbeschichtung pro Spiegel nur etwa 3 g ausmacht. Mit einem Gesamtdurchmesser von 6,5 m ist dieses Präzisionswerkzeug für die Qualität der eingefangenen Lichtinformationen zuständig.
Das sogenannte Mittel-Infrarot-Instrument, kurz Miri, ist für die Auswertung der Daten im mittleren infraroten Wellenlängenbereich zuständig. Da es sich hierbei schlichtweg um Wärmestrahlung handelt, kann Miri durch Staubwolken hindurch sehen und wird durch ein ausgeklügeltes Kühlsystem konstant auf einer Betriebstemperatur von -266,15 °C gehalten, um für die Messung störende Fremdwärme zu minimieren.
Das Near-Spec ist ein Multi-Objekt-Spektrograf und ist in der Lage, über 100 Objekte gleichzeitig zu spektroskopieren. Durch Near-Spec lässt sich das Alter von Sternen bestimmen und zudem die Zusammensetzung der Atmosphären von Exoplaneten feststellen. Dadurch kann z.B. auf das Vorhandensein von freiem Sauerstoff oder flüssigem Wasser geschlossen werden.
Licht breitet sich in Wellen mit einer Geschwindigkeit von 300.000 km/s aus. Die Wellenlängen im für das menschliche Auge sichtbaren Bereich liegen zwischen 380 nm (violett) bis 780 nm (rot).
Bei sich entfernenden Objekten werden die Wellenlängen des Lichtes gestreckt und in das rote Spektrum verschoben. Bei sich annähernden Objekten werden die Wellenlängen entsprechend gestaucht und somit in Richtung blau/violett verschoben. Dieser Effekt tritt auf, da die Lichtgeschwindigkeit eine konstante Größe ist und unter keinen Umständen überschritten werden kann.
Da sich die zu beobachtenden Objekte am Rand des sichtbaren Universums befinden und sich durch die Ausdehnung immer weiter von uns weg bewegen, muss diese kosmologische Rotverschiebung technisch ausgeglichen werden, um das Licht der bis zu 13,5 Mrd. Lichtjahre entfernten Objekte bestmöglich abbilden zu können.
Auf der 1-monatigen Reise zum Lagrange-Punkt 2, entfalten sich die 40 bewegbaren Einzelteile des James Webb Teleskops schrittweise.
Wenn einer dieser Vorgänge nicht wie geplant ablaufen sollte, kann es das Aus für die gesamte Mission bedeuten, da aufgrund der Distanzen eine Reparatur nicht möglich sein wird und Stand jetzt, wenn überhaupt nur robotergestützt durchführbar wäre.
Der Sonnenschild mit einer Ausdehnung von 14,1 m x 20,1 m hat eine Gesamtfläche von 25 m² und somit die Ausmaße eines Tennisplatzes. Um die empfindlichen Messgeräte vor der Sonneneinstrahlung zu schützen, wird die aus insgesamt 5 reflektierenden Schichten bestehende Polyamit Membran dauerhaft der Sonne zugewandt sein. Somit dient sie nicht nur als Wärmeschutz, sondern blockt zudem störendes Fremdlicht ab.
Heizt sich die erste Schicht noch bis zu einer Temperatur von +100 °C auf, liegt die Temperatur auf der Rückseite der fünften Membran mit -240 °C nur knapp über dem absoluten Nullpunkt von -273,15 °C.
Der Hauptspiegel besteht aus insgesamt 18 sechseckigen Einzelelementen, die sich unabhängig voneinander um zwei Achsen neigen lassen. Jede dieser Beryllium-Strukturen hat einen Durchmesser von 1,3 m und wiegt ca. 20 kg, wobei die Goldbeschichtung pro Spiegel nur etwa 3 g ausmacht. Mit einem Gesamtdurchmesser von 6,5 m ist dieses Präzisionswerkzeug für die Qualität der eingefangenen Lichtinformationen zuständig.
Das sogenannte Mittel-Infrarot-Instrument, kurz Miri, ist für die Auswertung der Daten im mittleren infraroten Wellenlängenbereich zuständig. Da es sich hierbei schlichtweg um Wärmestrahlung handelt, kann Miri durch Staubwolken hindurch sehen und wird durch ein ausgeklügeltes Kühlsystem konstant auf einer Betriebstemperatur von -266,15 °C gehalten, um für die Messung störende Fremdwärme zu minimieren.
Das Near-Spec ist ein Multi-Objekt-Spektrograf und ist in der Lage, über 100 Objekte gleichzeitig zu spektroskopieren. Durch Near-Spec lässt sich das Alter von Sternen bestimmen und zudem die Zusammensetzung der Atmosphären von Exoplaneten feststellen. Dadurch kann z.B. auf das Vorhandensein von freiem Sauerstoff oder flüssigem Wasser geschlossen werden.
Licht breitet sich in Wellen mit einer Geschwindigkeit von 300.000 km/s aus. Die Wellenlängen im für das menschliche Auge sichtbaren Bereich liegen zwischen 380 nm (violett) bis 780 nm (rot).
Bei sich entfernenden Objekten werden die Wellenlängen des Lichtes gestreckt und in das rote Spektrum verschoben. Bei sich annähernden Objekten werden die Wellenlängen entsprechend gestaucht und somit in Richtung blau/violett verschoben. Dieser Effekt tritt auf, da die Lichtgeschwindigkeit eine konstante Größe ist und unter keinen Umständen überschritten werden kann.
Da sich die zu beobachtenden Objekte am Rand des sichtbaren Universums befinden und sich durch die Ausdehnung immer weiter von uns weg bewegen, muss diese kosmologische Rotverschiebung technisch ausgeglichen werden, um das Licht der bis zu 13,5 Mrd. Lichtjahre entfernten Objekte bestmöglich abbilden zu können.
Auf der 1-monatigen Reise zum Lagrange-Punkt 2, entfalten sich die 40 bewegbaren Einzelteile des James Webb Teleskops schrittweise.
Wenn einer dieser Vorgänge nicht wie geplant ablaufen sollte, kann es das Aus für die gesamte Mission bedeuten, da aufgrund der Distanzen eine Reparatur nicht möglich sein wird und Stand jetzt, wenn überhaupt nur robotergestützt durchführbar wäre.
Wir erhoffen uns einen Einblick in die Zeit, als sich die ersten Galaxien formten, etwa 200 Millionen Jahre nach dem Urknall. Die Wissenschaftler rechnen mit weiteren Erkenntnissen über die Mechanismen im frühen Universum und die Zusammensetzung bzw. Strukturen von protoplanetaren Scheiben, also der Vorstufe der Planetenbildung in Sonnensystemen.
Zudem hoffen wir auf weitere Erkenntnisse über die molekulare Zusammensetzung der bisher entdeckten Exoplaneten und darauf, Hinweise für die mögliche Existenz von Leben zu finden.
Kurzum, James Webb ist auf der Mission, die bisher geleistete theoretische Vorarbeit der Wissenschaft zu untermauern, oder den Anstoß für neue Denkansätze zu liefern.
Wir erhoffen uns einen Einblick in die Zeit, als sich die ersten Galaxien formten, etwa 200 Millionen Jahre nach dem Urknall. Die Wissenschaftler rechnen mit weiteren Erkenntnissen über die Mechanismen im frühen Universum und die Zusammensetzung bzw. Strukturen von protoplanetaren Scheiben, also der Vorstufe der Planetenbildung in Sonnensystemen.
Zudem hoffen wir auf weitere Erkenntnisse über die molekulare Zusammensetzung der bisher entdeckten Exoplaneten und darauf, Hinweise für die mögliche Existenz von Leben zu finden.
Kurzum, James Webb ist auf der Mission, die bisher geleistete theoretische Vorarbeit der Wissenschaft zu untermauern, oder den Anstoß für neue Denkansätze zu liefern.
