ESA/D.Ducros
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James-Webb-Weltraumteleskop: Start eines Mega-Projekts

David Lee
Zürich, am 24.12.2021

Das James Webb Space Telescope ist ein völlig irres Projekt. Damit sollen Galaxien abgebildet werden, die so weit entfernt sind, dass sie das Universum in einem sehr frühen Stadium zeigen. An Weihnachten wird das Teleskop ins All geschossen.

Der etwas spezielle Termin war nicht so geplant, sondern das Resultat mehrerer Verschiebungen. Doch wenn alles gut geht, startet am 25. Dezember 2021, um 13:20 Uhr mitteleuropäischer Zeit, die Rakete Ariane 5 ins Weltall. An Board befindet sich das 6500 Kilogramm schwere James Webb Space Telescope, kurz JWST. Dieses soll einen neuen Meilenstein in der Weltraumforschung markieren.

Das bislang bedeutendste Weltraumteleskop ist das Hubble-Teleskop. Das JWST ist wesentlich grösser, teurer, leistungsfähiger und ambitionierter. Es wird das Hubble-Teleskop nicht ersetzen, sondern ergänzen.

Anders als das Hubble-Teleskop soll das JWST nicht in der Erdumlaufbahn seinen Dienst verrichten. Sein Ziel liegt 1,5 Millionen Kilometer von unserem Planeten entfernt. Das ist wesentlich weiter weg als der Mond, der in etwa 384 000 Kilometer Entfernung seine Kreise dreht. Die grosse Distanz hat mehrere Vorteile. Erstens verdeckt die Erde nicht einen grossen Teil der Sicht – das JWST kann das Weltall in allen Richtungen inspizieren. Zweitens entflieht das Teleskop der Wärmeabstrahlung der Erde. Im Schatten, den das Teleskop mit einer Art Sonnenschutz selbst erzeugen kann, kühlt die Temperatur auf –235 Grad Celsius ab. Warum das wichtig ist, wirst du gleich sehen.

Das Teleskop wird an einen speziellen Ort namens Lagrange-Punkt 2 (L2) geflogen, wo die Gravitationskräfte der Sonne und der Erde sich gegenseitig ausbalancieren. Dadurch kann es mit relativ kleinem Aufwand seine Position halten. Es sind fünf solcher Lagrange-Punkte bekannt; L2 ist der einzige, der weiter von der Sonne entfernt ist als die Erde.

Die fünf Lagrange-Punkte, wo die Gravitationskräfte zwischen Sonne und Erde ausgeglichen sind. Ganz rechts der Punkt L2, wo das Teleskop hin soll. Bild: NASA
Die fünf Lagrange-Punkte, wo die Gravitationskräfte zwischen Sonne und Erde ausgeglichen sind. Ganz rechts der Punkt L2, wo das Teleskop hin soll. Bild: NASA

Die grosse Entfernung hat aber auch Nachteile. Falls etwas kaputt geht, können nicht eben ein paar Astronauten hoch, um das Teleskop zu reparieren. Das JWST ist unwartbar. Und die Wahrscheinlichkeit, dass etwas kaputt geht, ist hoch. Schon das Hubble-Teleskop lieferte zu Beginn unbrauchbare Bilder. Und dümpelte dann drei Jahre kaputt im Orbit herum, bis es repariert wurde.

Ein weiterer Nachteil dieses Aufenthaltsortes: Da das Teleskop Treibstoff braucht, um sich beim Punkt L2 zu halten, ist die Laufzeit auf maximal zehn Jahre beschränkt.

Zeitreise dank Infrarot

Das JWST hat einen deutlich grösseren Spiegel als das Hubble-Teleskop und ist etwa sechsmal so lichtempfindlich. Vor allem aber kann es einen viel grösseren Teil des Infrarot-Spektrums einfangen und abbilden. Wegen dieser Optimierung auf Infrarot hat der Spiegel eine goldene Farbe. Tatsächlich ist die Oberfläche aus Gold, weil das Edelmetall besonders beständig ist.

Infrarotstrahlung ist auch Wärmestrahlung. Je kälter die Umgebung, desto grösser die Chance, dass schwach strahlende Objekte erkannt und abgebildet werden können. Darum wird das Teleskop an einen extrem kalten Ort geflogen.

Aber warum überhaupt Infrarot? Zunächst mal durchdringen Infrarotwellen den kosmischen Staub besser als sichtbares Licht. Dadurch können Objekte hinter kosmischen Staubwolken besser erkannt und abgebildet werden.

Noch viel mehr als das Hubble-Teleskop sollte das JWST aber auch in der Lage sein, extrem weit entfernte Himmelskörper sichtbar zu machen. Und damit auch Galaxien in einem sehr frühen Zustand der Weltallgeschichte. Das Licht respektive das Infrarot der entferntesten Objekte braucht Milliarden von Jahren, bis es zu uns gelangt – daher sehen wir jetzt das, was vor Milliarden Jahren war. Schon Hubble konnte Galaxien sichtbar machen, die so weit weg sind, dass sie sich uns nur wenige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall präsentieren.

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Infrarot ist hier unbedingt nötig wegen der sogenannten Rotverschiebung. Ein sich von uns weg bewegendes Objekt weist längere Wellen auf als wenn es still bleibt oder sich auf uns zubewegt. Infrarotwellen sind länger als sichtbares Licht. Merkwürdigerweise haben alle weit entfernten Galaxien diese Rotverschiebung – das heisst, alle bewegen sich von uns weg. Daraus schliesst die Wissenschaft, dass sich das Universum ausdehnt.

Bis JWST voll in Betrieb ist, wird es noch ein halbes Jahr dauern. Immer vorausgesetzt, dass alles klappt. Das ganze Unterfangen ist extrem ambitioniert und riskant. In einem komplizierten mechanischen Prozess muss das Teleskop sich selbst während der Reise zu L2 entfalten. Dabei gibt es anscheinend etwa 300 Dinge, die schief gehen können – Murphy’s Law nicht mit einberechnet ...

Hier kannst du den Start live verfolgen.

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David Lee
David Lee

Senior Editor, Zürich

Durch Interesse an IT und Schreiben bin ich schon früh (2000) im Tech-Journalismus gelandet. Mich interessiert, wie man Technik benutzen kann, ohne selbst benutzt zu werden. Meine Freizeit ver(sch)wende ich am liebsten fürs Musikmachen, wo ich mässiges Talent mit übermässiger Begeisterung kompensiere.

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