Über das Weltraumteleskop „James Webb“

Das in den 1990er-Jahren konzipierte Projekt James Webb Space Teleskop“ (JWST) war ursprünglich schon für das Jahr 2002 angedacht. Das Gemeinschaftsprojekt der US-amerikanischen, europäischen und kanadischen Weltraumagenturen NASA, ESA und CSA ist nach dem früheren NASA-Administrator James Edwin Webb benannt. Es kann als wissenschaftlicher Nachfolger des Hubble-Weltraumteleskops gesehen werden, aufgrund des hauptsächlich verwendeten Infrarotbereichs ist es auch der Nachfolger des Spitzer-Weltraumteleskops, welches 2020 endgültig abgeschaltet wurde. Der tatsächliche Beginn wurde jedoch immer wieder verschoben. 2018 hatte die Weltraumbehörde NASA schließlich angekündigt, sie brauche mehr Zeit, um das Riesenteleskop zusammenzubauen. Auch die ursprünglich geplanten Kosten von 3,3 sind mit über 9,6 Milliarden US-Dollar längst auf ein Vielfaches angewachsen.

Bild 1. James-Webb-Space-Telescope als Computergrafik (Quelle: Northrup Grumman/NASA)

Das JWST startete am 25. Dezember 2021 und erreichte zum 24. Januar 2022 eine Umlaufbahn um den etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernten Lagrange-Punkt L2.

Damit die Wärme der Sonnenstrahlen die temperaturempfindlichen Sensoren des Teleskops nicht stört, wird es auf der sonnenabgewandten Seite der Erde in rund 1,5 Millionen Kilometern Entfernung am Lagrange-Punkt L2 abgesetzt – etwa viermal weiter entfernt als der Mond. JWST ist in immer gleicher Entfernung zur Erde, kreist aber nicht um sie, sondern mit ihr um die Sonne, immer auf unserer Nachtseite. Hier soll das Weltraumteleskop störungs- und kräftefrei arbeiten können.

Die nach Joseph-Louis Lagrange benannten Punkte sind fünf Orte in einem System zweier Himmelskörper – etwa der Erde und der Sonne -, an denen ein gravitatives Gleichgewicht eintritt und sich ein Objekt ohne Antrieb hält. Ein Satellit an einem der fünf Punkte kreist mit der Erde um die Sonne, auf der gleichen Umlaufbahn. Die Lagrange-Punkte L1 und L2 liegen dabei auf der Verbindungslinie Erde-Sonne, nahe an der Erde als masseärmeren Körper. L3 liegt auf der entgegengesetzten Seite der Sonne, L4 und L5 „laufen“ der Erde in ihrem Orbit voraus bzw. hinterher.

An diesem Punkt auf unserer Nachtseite, in einer Entfernung von 1,5 Millionen Kilometern zur Erde, sorgt die Gravitationskraft der Erde dafür, dass ein dort platziertes Objekt wie eine Raumsonde nicht langsamer als die Erde kreist, sondern stabil an diesem Ort relativ zur Erde bleibt.

Bild 2: Die nach Joseph-Louis Lagrange benannten Punkte sind Orte, in denen zwischen zwei Himmelskörpern ein gravitativer Gleichgewichtszustand eintritt, so dass eine Raumsonde an dieser Stelle scheinbar „verharrt“. In jedem dieser Himmelskörpersysteme lassen sich insgesamt fünf Punkte L1 bis L5 finden, auf denen sich die Gravitationskräfte die Waage halten. (Quelle: www.forschung-und-wissen.de)

Die NASA hat am 11. Februar 2022 das erste Bild des James-Webb-Teleskops veröffentlicht. Zu sehen ist ein Bildmosaik aus 18 anscheinend zufällig angeordneten Sternenlichtpunkten.

Was wie ein einfaches Bild eines verschwommenen Sternenlichts aussieht, bildet nun die Grundlage für die Ausrichtung und Fokussierung des Teleskops, damit Webb in diesem Sommer einen noch nie dagewesenen Blick auf das Universum werfen kann. In den nächsten Monaten wird das Team die Spiegelsegmente schrittweise justieren, bis aus den 18 Bildern ein einziger Stern wird.

Es handelt sich also nicht um 18 Sterne, sondern nur um einen, nämlich HD84406, der etwa 260 Lichtjahre entfernt ist. Er befindet sich in der Sternenkonstellation Großer Bär.

Bild 3. Es ist nicht nur das erste Bild, sondern auch der Beweis, dass die NIRCam das Licht von Himmelobjekten sammeln kann. (Quelle: © NASA)

Um es noch deutlicher zu zeigen, hat die NASA auf dem Bild beschriftet, welcher der 18 Spiegel welchen Teil des Mosaiks aufgenommen hat.

Die Bildaufnahme begann am 2. Februar 2022. Das JWST wurde auf 156 verschiedenen Positionen um den Stern ausgerichtet und erzeugte 1.560 Bilder mit den 10 Detektoren der NIRCam, die insgesamt 54 Gigabyte Rohdaten umfassen. Der gesamte Prozess dauerte fast 25 Stunden. Zusätzlich hat das Teleskop ein erstes Selfieübermittelt, welches mit einer speziellen Abbildungslinse im Inneren des NIRCam-Instruments erstellt wurde. Die Linse wurde für Ausrichtungszwecke so konzipiert, dass sie Bilder der Hauptspiegelsegmente statt Bilder des Weltraums aufnimmt. Dabei war das helle Segment auf einen Stern ausgerichtet.

Zusätzlich hat das Teleskop ein erstes Selfie übermittelt, das mit einer speziellen Abbildungslinse im Inneren des NIRCam-Instruments erstellt wurde. Die Linse wurde für Ausrichtungszwecke konzipiert, damit sie Bilder der Hauptspiegelsegmente statt Bilder des Weltraums aufnimmt. In diesem Fall war das helle Segment auf einen Stern gerichtet.

Bild 4. Ein erstes „Selfie“ von JWST (Quelle: NASA)

Das James Webb-Weltraumteleskop ist der Erde verhältnismäßig nah, daher kann die NASA mit einer hohen Datenübertragungsrate rechnen. Das Teleskop wird hauptsächlich Daten im Infrarotbereich sammeln, es wird aber auch Bilder im sichtbaren Lichtspektrum aufnehmen. Seine Sensoren sind empfindlicher als die des Weltraumteleskops Hubble und mit seinem riesigen Spiegel kann es bis zu zehn Mal mehr Licht sammeln. Darum wird das JWST noch weiter in die Vergangenheit des Universums blicken, als Hubble das je konnte.

Optischer Aufbau des JWST

Das JWST besteht im Wesentlichen aus der Versorgungseinheit, dem Sonnenschild, dem Teleskop und mehreren Instrumenten.

Bild 5. Funktionsmodule des JWST (Quelle: NASA/Chris Gunn)

Der optische Aufbau des JWST entspricht einem Korsch-Teleskop (TMA – Three-Mirror-Anastigmat) aufgebaut. Bild 6 zeigt den Strahlenverlauf.

Bild 6. Strahlengang des JWST (Quelle: Chris Falter – Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=18907495)

Die effektive Brennweite beträgt 131,4 Meter. Der Hauptspiegel hat 6,5 Meter Durchmesser und besteht aus 18 sechseckigen Segmenten, die sich erst im All entfalten. Die Spiegel bestehen aus goldbeschichtetem Beryllium, das hauptsächlich wegen seiner geringen Dichte, seiner hohen Festigkeit und seines unterhalb 100 K niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten gewählt wurde.

Die Spiegel sind so konstruiert, dass sie dem Einschlag von Mikrometeoriten standhalten können, ohne dass sich dadurch die optischen Eigenschaften merklich verschlechtern. Das Flächengewicht der Berylliumplatten beträgt 10,3 kg/m², einschließlich der Spiegelmontierung 15,6 kg/m². Die einzelnen Segmente können mit Aktuatoren genau ausgerichtet werden. Jedes Segment hat einen Innendurchmesser von 1,3 Metern, bei einer Masse von 20 Kilogramm. Gefertigt wurden sie von Ball Aerospace in Boulder (Colorado). Die Primär-, Sekundär- und Tertiärspiegel wurden in einer Vakuumkammer mit einer 100 nm starken Schicht Gold bedampft, das auch im Infrarotbereich sehr gut reflektiert. Nach der Goldschicht wurde noch eine dünne Glasschicht aus Siliziumdioxid aufgedampft, die die weiche Goldoberfläche vor Kratzern und Partikeln beschützt.

Die Verformung der Spiegelsegmente bei der Abkühlung wurde bei ihrer Herstellung berücksichtigt; außerdem befindet sich in der Mitte eines jeden Segments ein siebter Aktuator, der die Krümmung noch genauer anpassen kann. Im Endzustand bilden alle Spiegelflächen eine gemeinsame Wellenfront, dafür müssen die Spiegel bis auf eine Toleranz von weniger als einer Wellenlänge ausgerichtet werden.

Der konvexe Fangspiegel (Sekundärspiegel) lässt sich in sechs Freiheitsgraden ausrichten und ist an einer faltbaren Haltestruktur angebracht. Über den unbeweglichen Tertiärspiegel und einen Feinausrichtungsspiegel wird das Licht auf die Instrumente in der Bildebene geleitet. Der Feinausrichtungsspiegel dient zusätzlich zur Bildstabilisierung und kompensiert die Vibrationen, die von den Reaktionsrädern verursacht werden.

Die Bildqualität eines jeden Teleskops steht und fällt mit der Qualität und der Größe des Hauptspiegels. Schon zu Beginn der Planungen stand fest: Er muss deutlich größer sein als der Spiegel von Hubble. Doch das führt zu einem Problem: Keine im Einsatz befindliche Rakete kann einen so großen Spiegel aufnehmen. Daher muss dieser zusammengefaltet werden. Diese Überlegung führte zu dem für das James-Webb-Teleskop verwendeten Design von 18 kleineren sechseckigen Spiegeln. Das hat zwei große Vorteile: Erstens kann man einige Spiegelsegmente vor dem Start “wegfalten” und im Weltraum erst ausklappen, zweitens kann man durch Bewegung einzelner Segmente den Fokus viel genauer einstellen als mit einem einzigen, unbeweglichen Spiegel. Die Ausrichtung der Spiegel muss auf Nanometer genau ausgeführt werden, was eine technische Meisterleistung darstellt. Insgesamt sieben Motoren auf der Rückseite jedes Spiegels werden vom Bordcomputer so genau gesteuert, dass man ein spezielles Mikroskop bräuchte, um die Veränderungen bei der Feinausrichtung zu sehen. Für diese werden Genauigkeiten von 10 nm benötigt. Zum Vergleich: 80g-Papier ist etwa 10.000-mal so dick. Bei den je sieben Motoren wird immer einer als zentraler Motor verwendet, welcher den Spiegel vor und zurück bewegen kann, sowie sechs Motoren, welche zusammen einen Hexapod bilden und somit Kippbewegung in alle Richtungen ermöglichen.

Auch bei den Materialien der Spiegel ging man neue Wege. Wurde bei Hubble noch ein Spiegel aus Glas überzogen mit Aluminium und einer Magnesiumflourid-Schutzschicht verwendet, entschied man sich beim Webb-Teleskop für Beryllium als Basismaterial sowie eine Goldbeschichtung. Beryllium ist ein sehr leichtes, gleichzeitig aber relativ festes Metall, besonders bei niedrigen Temperaturen und verformt sich auch bei Temperaturschwankungen kaum. Die Goldbeschichtung hat den Zweck, infrarotes Licht optimal zu reflektieren. Diese Eigenschaft von Gold ist der Grund, wieso es die für unsere Augen goldene Farbe erhält: Blaues Licht wird sehr schlecht reflektiert (nur etwa 10%), oranges, rotes und infrarotes Licht dagegen sehr gut. Im für die Instrumente des Teleskops relevanten Bereich von 800 nm bis 30 µm wird daher mindestens 96% des einfallenden Lichts reflektiert. Die Goldbeschichtung ist 100 Nanometer dick, etwa ein Tausendstel der Dicke eines menschlichen Haares. Somit werden gerade mal 48 g Gold verwendet. Die dritte Beschichtungsschicht, die das Gold schützen soll, ist wiederum amorphes Siliciumdioxid, also Quarzglas. Trotz dieser feinen Struktur können Mikrometeoriten den Spiegeln nichts anhaben, dies wurde bereits getestet. Diese Eigenschaften ermöglichen dem primären Spiegel eine Größe von 25 m², gleichzeitig wiegt er – inklusive Stützstruktur – gerade mal 650 kg.

Instrumente des James Webb-Teleskops

NIRCam (Near Infrared Camera): Die Infrarotkamera ist der wichtigste Bildlieferant des Teleskops. Das Instrument soll unter anderem das Licht der ersten Sterne nach dem Urknall aufnehmen.

MIRI (Mid Infrared Instrument): Kombination aus Kamera und Spektrograf für Wellenlängen im Infrarotbereich. Damit sollen ähnlich spektakuläre Aufnahmen wie von Hubble möglich sein.

NIRSpec (Near Infrared Spectograph): Das „Superauge“ des Teleskops wurde im Auftrag der ESA in Ottobrunn und Friedrichshafen entwickelt. Es kann die schwächste Strahlung der ersten Galaxien analysieren und bis zu 100 Himmelskörper wie Galaxien oder Sterne gleichzeitig erfassen.

FGS/NIRISS (Fine Guidance Sensor/Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph): Dieses Instrument dient der präzisen Ausrichtung des Teleskops.

Zwei der Instrumente, MIRI und NIRSpec, wurden in Europa entwickelt und gebaut. HENSOLDT Optronics und das Max-Planck-Institut für Astronomie Heidelberg (MPIA) haben mit den bei HENSOLDT gefertigten Kryomechanismen und den spektral aufspaltenden Optiken entscheidende Beiträge zu beiden Instrumenten geleistet.

Die optischen Filter- und Gitterrad-Mechanismen von HENSOLDT erlauben es, die Instrumente für verschiedene Beobachtungsarten präzise und zuverlässig zu konfigurieren. MPIA war maßgeblich an deren Entwicklung und Test beteiligt. Für HENSOLDT Optronics und das MPIA war der Beitrag zu „James Webb“ ein Meilenstein der erfolgreichen Zusammenarbeit in der Entwicklung immer leistungsfähigerer optischer Beobachtungs-Instrumente.

Bild 7. Das Filterrad des MIRI-Instruments kann unter Weltraumbedingungen mit hoher Präzision Masken und Filter vor dem Detektor positionieren. So kann das Instrument Bilder und Spektren unterschiedlicher Art gewinnen. (Quelle: MPIA)

Der derzeitige Marktführer auf diesem Gebiet ist das Nicholas U Mayall Vier-Meter-Teleskop am Kitt Peak National Observatory, wo das Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) 5000 spektroskopische Beobachtungen gleichzeitig durchführen kann. Diese Zahl übersteigt die Fähigkeiten des JWST bei weitem, aber das neue Weltraumteleskop wird dank seines Nahinfrarot-Spektrographen (NIRSpec) dennoch seinen gerechten Anteil an astronomischen Vermessungen leisten. Dieses Instrument kann spektroskopische Daten von 100 Objekten gleichzeitig sammeln, was dem JWST eine Fähigkeit verleiht, die kein anderes Weltraumteleskop je hatte, und den Astronomen ein neues Auge für ihre Durchmusterungen gibt.

Um das JWST fit für die Vermessungsarbeit zu machen, mussten seine Konstrukteure über die bereits bei DESI eingesetzte Technologie hinausblicken. In der Vergangenheit war das gleichzeitige Beobachten ein mühsamer Prozess, bei dem optische Fasern manuell an Löchern befestigt wurden, die in eine Aluminiumplatte gestanzt waren. DESI vermeidet dies dank Roboteraktuatoren, die die Fasern überall im Sichtfeld des Instruments positionieren und alle 20 Minuten bewegt werden können, so dass eine große Anzahl von Beobachtungen in einer einzigen Nacht stattfinden kann. Leider wurde diese Lösung für ein weltraumgestütztes Observatorium als nicht praktikabel angesehen. „Wir haben uns die Roboterfasern von DESI angesehen, als wir entschieden haben, was wir [auf dem JWST] tun sollten, und wir waren völlig beeindruckt von den Roboterfähigkeiten, die es braucht, um das im Weltraum zu tun“, sagt Senior Project Scientist John Mather gegenüber Physics World.

Da Roboteraktuatoren bei den kryogenen Temperaturen des JWST nicht zuverlässig arbeiten konnten und keine menschlichen Techniker zur Verfügung standen, um die Position der Glasfasern manuell zu ändern, benötigten Mather und seine Kollegen eine andere Lösung. Tatsächlich brauchten sie eine Lösung, die überhaupt keine Glasfasern beinhaltete, da „es keine optischen Fasern gibt, die den gesamten Wellenlängenbereich abdecken würden, den wir abdecken wollen“, sagt Mather.

Die Brennebene des Instruments ist in vier Quadranten unterteilt, die jeweils etwa die Größe einer Briefmarke haben und mit 62.000 Mikroverschlüssen gefüllt sind. Jeder Microshutter misst nur 100 × 200 μm und besteht aus Siliziumnitrid, das eine hohe Zugfestigkeit aufweist und robust genug ist, damit sich die Verschlüsse viele Male öffnen und schließen können, ohne zu ermüden. Während jeder Beobachtung erhalten die zu öffnenden Verschlüsse ein elektrisches Signal von einem magnetischen Arm, der über die Quadranten streicht. Dieses System wird es dem Teleskop ermöglichen, die Spektren von Tausenden der am weitesten entfernten Galaxien während seiner Mission zu untersuchen und etwas über ihre Chemie, Sternentstehungsraten, Rotverschiebung und mehr zu erfahren.

Bild 8. Microshutter-Array des NIR Spec-Instruments (Quelle: Astrium/NIRSpec)

Mikroshutter sind eine neue Technologie, die für die James-Webb-Weltraumteleskop-Mission entwickelt wurde. Sie sind im Grunde winzige Fenster mit Fensterläden, die jeweils 100 mal 200 Mikrometer messen, oder etwa die Größe eines Bündels von nur wenigen menschlichen Haaren. Arrays dieser winzigen Fenster sind die Schlüsselkomponente für eines der Webb-Instrumente, den Near Infrared Spectrograph oder NIRSpec.

NIRSpec wird die Lichtspektren von entfernten Objekten aufzeichnen. (Mit der Spektroskopie wird die Intensität von Licht verschiedener Wellenlängen gemessen, die grafischen Darstellungen dieser Messungen werden als Spektren bezeichnet.) Das Besondere an dem Mikroshuttergerät ist, dass es viele Objekte in einer Ansicht für die gleichzeitige Beobachtung auswählen kann und für jedes Objektfeld am Himmel programmierbar ist. Andere spektroskopische Instrumente sind bereits im Weltraum geflogen, aber keines hatte die Fähigkeit, eine hochauflösende (spektroskopische) Beobachtung von bis zu 100 Objekten gleichzeitig zu ermöglichen, was bedeutet, dass viel mehr wissenschaftliche Untersuchungen in kürzerer Zeit durchgeführt werden können.

Bild 9. Einer der vier Array-Quadranten des Mikroshutters. Jeder Quadrant des Mikroschneiders besteht aus mehr als 62.000 einzelnen Fenstern mit Verschlüssen, die in einem waffelartigen Raster angeordnet sind. (Foto: NASA)

Vor einer Beobachtung wird jeder einzelne Mikroshutter geöffnet oder geschlossen, wenn ein magnetischer Arm vorbeizieht, je nachdem, ob er ein elektrisches Signal empfängt, das ihm sagt, dass er geöffnet oder geschlossen werden soll. Ein offener Verschluss lässt Licht von einem ausgewählten Ziel in einem bestimmten Teil des Himmels durch NIRSpec passieren, während ein geschlossener Verschluss unerwünschtes Licht von Objekten blockiert, welches die Wissenschaftler nicht beobachten möchten. Es ist diese programmierbare Steuerbarkeit, die es dem Instrument ermöglicht, Spektroskopie an so vielen verschiedenen ausgewählten Objekten gleichzeitig von einer Ansicht zur nächsten durchzuführen.“ Um ein Teleskop zu bauen, das weiter blicken kann als Hubble, brauchten wir eine brandneue Technologie“, sagte Murzy Jhabvala, Chefingenieur der Abteilung für Instrumententechnologie und -systeme von Goddard. „Wir haben über sechs Jahre an diesem Design gearbeitet und die winzigen Verschlüsse zehntausende Male geöffnet und geschlossen, um die Technologie zu perfektionieren.“ Harvey Moseley, der Principal Investigator von Microshutter, fügt hinzu: „Die Mikroshutter sind eine bemerkenswerte technische Leistung, die sowohl im Weltraum als auch am Boden Anwendung finden wird, auch außerhalb der Astronomie in Biotechnologie, Medizin und Kommunikation.“ The microshutters were conceptualized and created at NASA’s Goddard Space Flight Center.

Bild 10. Dieses abstrakte Bild ist eine Vorschau auf die instrumentelle Leistung, die entfesselt wird, sobald sich das James Webb Space Telescope im Weltraum befindet. Das Bild wurde während der Erprobung des Instruments NIRSpec (Near-InfraRed Spectrograph) aufgenommen, das Teil des Beitrags der ESA zum internationalen Observatorium ist. (Photo: ESA/SOT Team)

NIRSpec wird verwendet, um astronomische Objekte zu untersuchen, die sich auf sehr entfernte Galaxien konzentrieren. Es wird dies tun, indem es ihr Licht in Spektren aufteilt – die Trennung des Lichts in Komponenten ermöglicht es Wissenschaftlern zu untersuchen, woraus diese Objekte bestehen. Das Bild, das mit einer der internen Kalibrierlampen des Instruments als Lichtquelle erstellt wurde, zeigt viele Spektren als horizontale Bänder, die von zwei Detektoren aufgezeichnet wurden. Die Wellenlängen sind von links nach rechts verteilt; Das Muster dunkler Streifen, Absorptionslinien genannt, ist charakteristisch für die Lichtquelle, ähnlich wie ein Fingerabdruck. Das Bild wurde erzeugt, indem Befehle gesendet wurden, um über 100 der Mikroshutter des Instruments zu öffnen – winzige Fenster von der Breite eines menschlichen Haares -, die verwendet werden, um Hunderte von Himmelsobjekten gleichzeitig zu untersuchen. Die dünnen Streifen im oberen und unteren Teil des Bildes sind Spektren, die durch Licht erzeugt werden, das durch die Mikroverschlüsse ging, während die dickeren Bänder in der Mitte der Bilder durch Licht erzeugt wurden, das durch fünf Schlitze in der Mitte in das Instrument eindringt. Sobald sie im Weltraum sind, werden die Mikroshutter je nach Verteilung der Sterne und Galaxien am Himmel geöffnet oder geschlossen.  Dieses Kalibrierungsbild wurde 2017 während eines Tests in der riesigen thermischen Vakuumkammer im Johnson Space Center der NASA in Houston, Texas, aufgenommen. Die Tests zeigten, dass die kombinierte Struktur, bestehend aus dem Webb-Teleskop und seinen vier wissenschaftlichen Instrumenten, bei Temperaturen von etwa -233 ° C einwandfrei funktionierte, ähnlich denen, die sie im Weltraum erleben werden.

Aufgaben des JWST

Das JWST hat vier wissenschaftliche Hauptaufgaben:

  • Die Suche nach den ersten leuchtenden Objekten und Galaxien, die nach dem Urknall und dem darauffolgenden dunklen Zeitalter vor 13,5 Milliarden Jahren entstanden sind.
  • Die Verbesserung des Verständnisses der Strukturbildungsprozesse im Universum.
  • Die Untersuchung der Entstehung – und Weiterentwicklung – von Galaxien, Schwarzen Löchern, Sternen und Planetensystemen, insbesondere die Erforschung von protoplanetarischen Scheiben.
  • Die Untersuchung von Exoplaneten, ihrer Atmosphäre und etwaiger Eignung für Leben.

Das JWST reagiert teilweise 100-fach empfindlicher auf elektromagnetische Wellen als das Hubble-Teleskop. Die technische Präzision ermöglicht es dem JWST, neue Blicke in das Sonnensystem zu werfen, in das Innere von Sternentstehungsgebieten zu schauen und die chemische Zusammensetzung der Atmosphären von Exoplaneten detaillierter zu analysieren. Das JWST untersucht Wellenlängen von 0,6 bis 28 µm, das heißt vom sichtbaren roten Licht bis in das mittlere Infrarot. Licht aus weit entfernten und damit auch frühen Regionen des Universums wird durch die kosmologische Rotverschiebung in diesen Bereich verschoben. Infrarot wird auch von kühlen Objekten ausgestrahlt und kann interstellare Gaswolken besser durchdringen als sichtbares Licht.

Die Primärmission ist für eine Dauer von fünf Jahren mit einer Verlängerung auf mindestens zehn Jahre geplant. Da die Flugbahn beim Start weit genauer als erforderlich getroffen wurde und alle Brennphasen zum optimalen Zeitpunkt und mit dem optimalen Ergebnis abgelaufen sind, bleibt mehr Treibstoff für die Mission übrig und so ist es möglich, dass der Betrieb auch noch weit länger als zehn Jahre aufrechterhalten werden kann.

Die Spiegel von Bodenobservatorien sind in ihren Abmessungen nicht durch die Größe von Transportraketen begrenzt, allerdings durch die erforderliche Fertigungstechnik. Geplante Teleskope mit bis zu 30 Metern Durchmesser werden nicht mehr in einem Block hergestellt werden können.  Der bisher größte monolithische Spiegel ist etwa 8 Meter groß. Dies ist der Fall bei Subaru-Teleskop des National Astronomical Observatory of Japan, installiert auf Hawaii (8,2-Meter-Spiegel), sowie Teleskope vom Gemini-Observatorium, installiert in Hawaii und Chile (8,1 Meter). Das Projekt vom Europäischen Riesenteleskop (ELT für Extremely Large Telescope) soll zum größten am Boden installierten Teleskop mit einem segmentierten Spiegel von 39 Metern Durchmesser führen.

Das JWST scheint daher die Zukunft der astronomischen Beobachtungen sowohl mit terrestrischen als auch mit Weltraumteleskopen vorwegzunehmen. Darüber hinaus wird bereits daran gedacht, das James-Webb-Teleskop im Weltraum zu ersetzen. Die NASA denkt an ein Projekt namens ABSPIELEN (für Large UV / Optical / Infrared Surveyor), ein Teleskop, das die gleichen Wellenlängen wie Hubble beobachtet, mit der Architektur des JWST. Wenn das LUVOIR-Projekt für die Jahre 2035-2040 ausgewählt wird, wird es segmentiert und noch größer als das JWST. und ist somit auch ein Prototyp zukünftiger Observatorien.

Quellenangaben

Presseinformation Max-Planck-Institut f. Astronomie, Heidelberg

Pressinformation Hensoldt Optronics GmbH

Wikipedia.org/James Edwin Webb

Webbtelescope.org

Futurezone.at/11.02.2022

wst.nasa.gov

Redaktionelle Bearbeitung: Dr. Wolf-Dieter Prenzel

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