Nach fast 20 Jahren Entwicklung und 16 Startverzögerungen ist das James Webb Space Telescope (JWST) fast fertig. Das größte Weltraumobservatorium, das jemals gebaut wurde, soll am 31. Oktober 2021 starten und unser Verständnis des Kosmos revolutionieren und dabei helfen, einige der größten Geheimnisse des Universums zu lösen.
Es war keine leichte Reise. Vor 30 Jahren als Nachfolger des Hubble-Weltraumteleskops konzipiert, hat das „Next Generation Telescope“, wie das JWST zunächst hieß, Androhungen der Absage, Führungswechsel und zahlreiche Verschiebungen überstanden. Das JWST (benannt nach James E. Webb, dem zweiten Administrator der NASA) wird voraussichtlich 10 Milliarden $ (etwa 7,2 Milliarden £) kosten und ist die sechstteuerste Weltraummission aller Zeiten.
Und das ist nicht verwunderlich:Das JWST strotzt vor Innovation und Komplexität, ist das Produkt einer großen internationalen Zusammenarbeit zwischen den US-amerikanischen, europäischen und kanadischen Raumfahrtbehörden und wird oft als eines der größten und kühnsten Unternehmungen der NASA beschrieben, das einen beispiellosen Beitrag leisten wird Wert für Wissenschaft und Technologie.
Seit über 25 Jahren hat Hubble uns mit wunderschönen Bildern des 13,8 Milliarden Jahre alten Universums geschmückt und Licht eingefangen, das nur 500 Millionen Jahre nach dem Urknall emittiert wurde. Die Infrarot-„Augen“ von JWST werden in der Lage sein, noch weiter in die frühe Geschichte des Universums zu blicken, bis zurück zu der Zeit, als die ersten Sterne und Galaxien geboren wurden.
Das Teleskop wird sich auch weiter von der Erde entfernen als sein Vorgänger. Während Hubble einer engen Umlaufbahn rund 550 km über der Erde folgt, wird der JWST bis zu 1,5 Millionen Kilometer von uns entfernt schweben und die Sonne umkreisen. Es wird seinen Blick auf Mars, Kometen, Zwergplaneten und Exoplaneten richten, um uns mehr darüber beizubringen, wie Planeten und Sonnensysteme entstehen.
Hubble ist jedoch nicht das einzige Teleskop, das das JWST übertreffen wird; Es wird auch ein weiteres großartiges Weltraumobservatorium in den Schatten stellen:Spitzer (2003 gestartet und Anfang 2020 in den Ruhestand versetzt). Wie Naomi Rowe-Gurney, eine Planetenwissenschaftlerin an der Universität von Leicester, erklärt:„Daten von Spitzer haben ein wirklich unerwartetes Verhalten auf Uranus gezeigt, und wir haben keine Ahnung, was es verursacht. Wir können das nur herausfinden, indem wir die Strom- und Infrarotfunktionen des JWST nutzen.“
Lesen Sie mehr über Teleskope:
- Den Himmel im Auge:Die bodengestützten Teleskope bringen das Universum zur Erde
- SKA:Ein neuer Blick auf das Universum
- Wie die Parker-Solarsonde die Sonne berühren wird
Das JWST wird auch unser Wissen über Exoplaneten vertiefen. „Wir finden mehr Exoplaneten mit der gleichen Masse wie unsere Eisriesen Uranus und Neptun. Da wir nicht viel über die Eisriesen in unserem Sonnensystem wissen, können wir die in anderen Planetensystemen nicht verstehen. Der JWST wird definitiv unsere Sicht auf unser Sonnensystem verändern“,
sagt Rowe-Gurney.
Wenn Sie sich das Teleskop ansehen, das die Ingenieure im Johnson Space Center der NASA in Houston, Texas, überragt, können Sie sehen, warum es ein Game-Changer ist. Der Hauptspiegel des JWST ist eine Schönheit. Seine Wabenstruktur hat einen beeindruckenden Durchmesser von 6,5 m und besteht aus 18 verstellbaren, vergoldeten Berylliumsegmenten. Im Vergleich zu Hubble hat das JWST eine sechsmal größere Lichtsammelfläche und ein viel breiteres Sichtfeld (etwa 15-mal größer). Mit 6.500 kg ist es jedoch fast die Hälfte der Masse.
Das von der Optik eingefangene Licht wird von den vier wissenschaftlichen Instrumenten an Bord analysiert, die zusammen als Integrated Science Instrument Module (ISIM) bekannt sind. Die optischen Mechanismen müssen unter -223 °C gehalten werden, um die Chancen zu maximieren, schwache Spuren von Infrarotlicht zu erkennen.
Das Mittelinfrarot-Instrument (MIRI) erfordert eine noch niedrigere Temperatur von -266 °C, knapp über dem absoluten Nullpunkt. Um zu verhindern, dass die Wärme und das Licht der Sonne seine Beobachtungen stören, ist das JWST mit Kryokühlern und einem fünflagigen Sonnenschutz in der Größe eines Tennisplatzes ausgestattet.
Trotz seiner enormen Größe muss das gesamte Observatorium zusammengeklappt werden, um in den Nasenkegel einer Ariane-5-Rakete zu passen. Nach der Entfaltung entfaltet sich das JWST von selbst, kühlt ab und kalibriert sich. Der Erfolg der Mission hängt von der fehlerfreien Ausführung dieser Sequenz ab, die noch nie zuvor im Weltraum versucht wurde.
Um die Gefahr noch weiter zu erhöhen, wird das JWST im Gegensatz zu Hubble, das fünf benötigte, außerhalb der Reichweite von bemannten Reparaturmissionen liegen. Aus diesem Grund war das Testen für das Missionsteam bei jedem Schritt des Weges von größter Bedeutung.
Aber laut Paul Geithner, stellvertretender technischer Projektmanager von JWST, ist die Bewertung eines Observatoriums, das für den Einsatz und Betrieb im Weltraum konzipiert ist, keine leichte Aufgabe. „Wir konnten nicht das gesamte Observatorium als eine vollständige Einheit in einer simulierten Weltraumumgebung testen – das ist eine Abkehr von den frühen Tagen des Weltraumzeitalters, als man ein ganzes Raumschiff in eine thermische Vakuumkammer stecken und alles auf einmal testen konnte“, er erklärt.
Stattdessen wurden einzelne Einheiten, die in verschiedenen Teilen der Welt gebaut wurden, getestet, bevor sie zusammengebracht und zu zwei „Super-Hälften“ zusammengesetzt wurden, die das optische Teleskopelement/Integrated Science Instrument Module (OTIS) und den kombinierten Raumfahrzeugbus und umfassten Sonnenschutz.
Jede Einheit wurde in Akustik- und Vibrationskammern getestet, die einen heftigen, lauten Start nachahmten, und außerdem monatelang in einen großen Gefrierschrank, bekannt als „Kammer A“, gestellt, um zu überprüfen, ob sie den eisigen Temperaturen des Weltraums standhalten.
Auf diesem langen Weg gab es einige Unebenheiten, wie z. B. lose Befestigungsschrauben, die nach Akustik- und Vibrationstests im Jahr 2016 gefunden wurden, und vor allem das Zerreißen der Sonnenblende nach einem Testeinsatz im März 2018. „Neue Raumfahrthardware ist auf dem neuesten Stand der Technik ein demütigendes Geschäft“, überlegt Geithner.
Im August 2019 wurden die beiden Super-Hälften in einer Anlage von Northrop Grumman in Kalifornien kombiniert, um vollständigen Integrationstests unterzogen zu werden. Und im Jahr 2020, während der COVID-19-Pandemie, vollbrachte der vollständig montierte JWST eine erstaunliche Leistung:Er bestand jeden einzelnen Test.
Zugegeben, vor dem Testerfolg wurde der Start des JWST erneut verschoben. Aber dieses Mal war es nur von März bis Oktober 2021 – eine angemessene Verzögerung, wenn man bedenkt, dass das Team während einer kritischen Phase aus der Ferne und in sozial distanzierten Schichten arbeiten musste.
Da nur noch wenige Monate bis zum Start des JWST von Französisch-Guayana verbleiben, hat Geithner nun Zeit, über die bisherige Leistungsfähigkeit des Projekts nachzudenken:„Während das JWST ein Werkzeug der Wissenschaft sein soll und eine entmutigende technische Herausforderung war, ist es in das Ende, eine menschliche Geschichte, ein Generationenprojekt.“ Tatsächlich besteht kein Zweifel, dass die Entdeckungen, die es machen könnte, zukünftigen Generationen dienen werden.
- Dieser Artikel erschien zuerst in Ausgabe 362 des BBC Science Focus Magazine – Hier erfahren Sie, wie Sie sich anmelden können