Wir Menschen haben einen unstillbaren Hunger, das Universum zu verstehen. Wie Carl Sagan sagte: "Verstehen ist Ekstase." Aber um das Universum zu verstehen, brauchen wir immer bessere Möglichkeiten, es zu beobachten. Und das bedeutet eines: große, riesige, riesige Teleskope.
In dieser Serie werden 6 der Super-Teleskope der Welt vorgestellt:
- Das riesige Magellan-Teleskop
- Das überwältigend große Teleskop
- Das 30-Meter-Teleskop
- Das europäische extrem große Teleskop
- Das große synoptische Vermessungsteleskop
- Das James Webb Weltraumteleskop
- Das Weitfeld-Infrarot-Vermessungsteleskop
Das James Webb-Weltraumteleskop “> Das James Webb-Weltraumteleskop (JWST oder Webb) ist möglicherweise das mit Spannung erwartete Super-Teleskop. Vielleicht, weil es auf dem Weg zum Bau einen gequälten Weg zurückgelegt hat. Oder vielleicht, weil es anders ist als die anderen Superteleskope, da es nach dem Betrieb 1,5 Millionen km von der Erde entfernt ist.
Wenn Sie das Drama hinter dem Webb verfolgt haben, wissen Sie, dass Kostenüberschreitungen fast dazu geführt haben, dass es abgebrochen wurde. Das wäre eine echte Schande gewesen.
Der JWST braut seit 1996, hat aber einige Unebenheiten entlang der Straße erlitten. Diese Straße und ihre Unebenheiten wurden an anderer Stelle besprochen. Das Folgende ist also ein kurzer Überblick.
Erste Schätzungen für das JWST waren ein Preis von 1,6 Milliarden US-Dollar und ein Startdatum von 2011. Die Kosten stiegen jedoch sprunghaft an, und es gab andere Probleme. Dies veranlasste das Repräsentantenhaus in den USA, das Projekt 2011 abzusagen. Später im selben Jahr hob der US-Kongress die Absage jedoch auf. Schließlich beliefen sich die endgültigen Kosten für das Webb auf 8,8 Milliarden US-Dollar. Der Starttermin war auf Oktober 2018 festgelegt. Dies bedeutet, dass das erste Licht des JWST viel früher als die anderen Superteleskope sein wird.
Das Webb wurde als Nachfolger des Hubble-Weltraumteleskops ins Auge gefasst, das seit 1990 in Betrieb ist. Das Hubble befindet sich jedoch im erdnahen Orbit und hat einen Primärspiegel von 2,4 Metern. Das JWST befindet sich im Orbit am Punkt LaGrange 2 und sein Hauptspiegel wird 6,5 Meter hoch sein. Der Hubble beobachtet im nahen ultravioletten, sichtbaren und nahen Infrarotspektrum, während der Webb im langwelligen (orangeroten) sichtbaren Licht vom nahen Infrarot bis zum mittleren Infrarot beobachtet. Dies hat einige wichtige Auswirkungen auf die Wissenschaft, die das Webb liefert.
Das James Webb besteht aus vier Instrumenten:
- Die Nahinfrarotkamera (NIRCam)
- Der Nahinfrarot-Spektrograph (NIRSpec)
- Das Mittelinfrarotinstrument (MIRI)
- Der Feinführungssensor / Nahinfrarot-Imager und der spaltlose Spektrograph (FGS / NIRISS)
Die NIRCam ist der primäre Imager von Webb. Es wird die Bildung der frühesten Sterne und Galaxien, die Population von Sternen in nahe gelegenen Galaxien, Kuipergürtelobjekten und jungen Sternen in der Milchstraße beobachten. NIRCam ist mit Koronagrammen ausgestattet, die das Licht von hellen Objekten abhalten, um dunklere Objekte in der Nähe zu beobachten.
NIRSpec arbeitet in einem Bereich von 0 bis 5 Mikron. Sein Spektrograph teilt das Licht in ein Spektrum auf. Das resultierende Spektrum gibt Auskunft über Objekte, Temperatur, Masse und chemische Zusammensetzung. NIRSpec beobachtet 100 Objekte gleichzeitig.
MIRI ist eine Kamera und ein Spektrograph. Es wird das rotverschobene Licht entfernter Galaxien, neu gebildeter Sterne, Objekte im Kuipergürtel und schwacher Kometen sehen. Die Kamera von MIRI wird Breitband-Weitfeldaufnahmen liefern, die dort mit den erstaunlichen Bildern, von denen Hubble uns eine stetige Ernährung gegeben hat, aufsteigen werden. Der Spektrograph liefert physikalische Details der entfernten Objekte, die er beobachten wird.
Der Feinleitsensor von FGS / NIRISS verleiht dem Webb die Präzision, die erforderlich ist, um qualitativ hochwertige Bilder zu erhalten. NIRISS ist ein spezialisiertes Instrument, das in drei Modi arbeitet. Es wird die erste Lichtdetektion, Exoplanetenerkennung und -charakterisierung sowie die Exoplaneten-Transitspektroskopie untersuchen.
Das übergeordnete Ziel des JWST ist es, zusammen mit vielen anderen Teleskopen, das Universum und unsere Ursprünge zu verstehen. Das Webb wird vier Hauptthemen untersuchen:
- Erstes Licht und Reionisation: In den frühen Stadien des Universums gab es kein Licht. Das Universum war undurchsichtig. Schließlich konnten sich Photonen beim Abkühlen freier bewegen. Dann, wahrscheinlich Hunderte von Millionen von Jahren nach dem Urknall, bildeten sich die ersten Lichtquellen: Sterne. Wir wissen jedoch nicht wann oder welche Arten von Sternen.
- Wie sich Galaxien zusammensetzen: Wir sind es gewohnt, atemberaubende Bilder der großen Spiralgalaxien zu sehen, die im Space Magazine existieren. Aber Galaxien waren nicht immer so. Frühe Galaxien waren oft klein und klumpig. Wie haben sie sich zu den Formen geformt, die wir heute sehen?
- Die Geburt von Sternen und protoplanetaren Systemen: Das scharfe Auge des Webb blickt direkt durch Staubwolken, durch die Zielfernrohre wie der Hubble nicht hindurchsehen können. In diesen Staubwolken bilden sich Sterne und ihre protoplanetaren Systeme. Was wir dort sehen, wird uns viel über die Entstehung unseres eigenen Sonnensystems erzählen und viele andere Fragen beleuchten.
- Planeten und die Ursprünge des Lebens: Wir wissen jetzt, dass Exoplaneten häufig sind. Wir haben Tausende von ihnen gefunden, die alle Arten von Sternen umkreisen. Aber wir wissen immer noch sehr wenig über sie, wie häufig Atmosphären sind und ob die Bausteine des Lebens gemeinsam sind.
Dies sind alles offensichtlich faszinierende Themen. Aber in unserer heutigen Zeit sticht einer von ihnen unter den anderen hervor: Planeten und die Ursprünge des Lebens.
Die jüngste Entdeckung des TRAPPIST 1-Systems hat die Menschen begeistert, möglicherweise das Leben in einem anderen Sonnensystem zu entdecken. TRAPPIST 1 hat 7 terrestrische Planeten, von denen sich 3 in der bewohnbaren Zone befinden. Es waren große Neuigkeiten im Februar 2017. Die Begeisterung ist immer noch spürbar und die Leute warten gespannt auf weitere Neuigkeiten über das System. Hier kommt der JWST ins Spiel.
Eine große Frage rund um das TRAPPIST-System lautet: "Haben die Planeten Atmosphären?" Das Webb kann uns helfen, dies zu beantworten.
Das NIRSpec-Instrument auf JWST kann alle Atmosphären um die Planeten erfassen. Vielleicht noch wichtiger ist, dass es in der Lage sein wird, die Atmosphären zu untersuchen und uns über ihre Zusammensetzung zu berichten. Wir werden wissen, ob die Atmosphären, falls vorhanden, Treibhausgase enthalten. Das Webb kann auch Chemikalien wie Ozon und Methan erkennen, die Biosignaturen sind, und kann uns sagen, ob auf diesen Planeten Leben vorhanden sein könnte.
Man könnte sagen, wenn James Webb in der Lage gewesen wäre, Atmosphären auf den TRAPPIST 1-Planeten zu erfassen und die Existenz von Biosignaturchemikalien dort zu bestätigen, hätte er seine Aufgabe bereits erfüllt. Auch wenn es danach nicht mehr funktionierte. Das ist wahrscheinlich weit hergeholt. Trotzdem besteht die Möglichkeit.
Die Wissenschaft, die das JWST liefern wird, ist äußerst faszinierend. Aber wir sind noch nicht da. Der Start von JWST ist noch nicht abgeschlossen, und die Bereitstellung ist schwierig.
Der Primärspiegel des JWST ist viel größer als der des Hubble. Es hat einen Durchmesser von 6,5 Metern gegenüber 2,4 Metern beim Hubble. Der Hubble war kein Problem, obwohl er so groß wie ein Schulbus war. Es wurde in einem Space Shuttle platziert und vom Canadarm in einer erdnahen Umlaufbahn eingesetzt. Das wird für James Webb nicht funktionieren.
Das Webb muss an Bord einer Rakete gestartet werden, um auf den Weg nach L2 geschickt zu werden, dem späteren Zuhause. Und um an Bord seiner Rakete gestartet zu werden, muss sie in einen Laderaum in der Nase der Rakete passen. Das heißt, es muss zusammengeklappt werden.
Der Spiegel, der aus 18 Segmenten besteht, wird innerhalb der Rakete in drei Teile gefaltet und auf dem Weg nach L2 entfaltet. Die Antennen und die Solarzellen müssen sich ebenfalls entfalten.
Im Gegensatz zum Hubble muss das Webb extrem kühl gehalten werden, um seine Arbeit zu erledigen. Es hat einen Kryokühler, der dabei hilft, aber es hat auch einen riesigen Sonnenschirm. Dieser Sonnenschirm besteht aus fünf Schichten und ist sehr groß.
Wir brauchen all diese Komponenten, damit das Webb seine Aufgabe erfüllen kann. Und nichts dergleichen wurde zuvor versucht.
Der Start des Webb ist nur noch 7 Monate entfernt. Das ist wirklich nah, wenn man bedenkt, dass das Projekt fast abgesagt wurde. Es gibt ein Füllhorn an Wissenschaft, das getan werden muss, sobald es funktioniert.
Aber wir sind noch nicht da und müssen erst den nervenaufreibenden Start und Einsatz durchlaufen, bevor wir uns wirklich aufregen können.
