Sternstunde: Neues Weltraumteleskop soll Forschung beschleunigen

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kolumneSternstunde: Neues Weltraumteleskop soll Forschung beschleunigen

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Illustration der Nasa zum Weltraumteleskop James Webb

http://www.jwst.nasa.gov/images_artist13532.html

Kolumne von Meike Lorenzen

Die ESA hat die Entwicklung ihres zweiten Instruments für das James-Webb-Weltraumteleskop abgeschlossen. Auf dem Projekt ruhen die Hoffnungen der Wissenschaft auf Erkenntnisse über die Ursprünge des Alls.

Das nächste Vorzeige-Projekt der staatlichen Raumfahrt nimmt langsam Form an. Die Europäische Raumfahrtagentur ESA hat das zweite aus Europa entwickelte Instrument für das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) abgeschlossen, ein Spektrografen für das nahe Infrarot abgeschlossen. Das Teleskop ist das nächste ganz große Vorhaben in der weltweiten Raumfahrt. Die amerikanische Raumfahrtbehörde NASA und auch die kanadische Raumfahrtagentur sind daran ebenfalls beteiligt. 2018 soll das JWST mit einer Ariane-5-Rakete ins Weltall geschossen werden, wo es die Nachfolge des Hubble-Teleskops antreten soll.

Hubble hatte zwanzig Jahre Bilder aus dem Kosmos auf die Erde geschickt und erst vor wenigen Monaten seinen Dienst eingestellt. Nun soll mit James Webb eine technische ausgefeiltere Variante übernehmen. Benannt ist es nach dem ehemaligen NASA-Chef, der unter anderem das Apollo-Programm der Amerikaner angeschoben hat. Das Teleskop wird das größte und vermutlich auch teuerste, das die Menschen je ins All geschossen haben. Die Baukosten werden sich auf etwa sieben Milliarden Euro belaufen. Der Hauptspiegel wird mit seinen insgesamt 6,5 Metern mehr als siebenmal größer als der von Hubble und zweieinhalbmal so groß wie der von Herschel, dem derzeit größten Weltraumteleskop.

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Dieser Spiegel leitet die Lichtstrahlen an vier hochkomplexe wissenschaftliche Instrumente weiter: Darunter auch der NIRSpec-Spektrograf, der für die ESA von der Astrium GmbH in Deutschland gebaut wurde. Mit NIRSpec wollen die Forscher herausbekommen, wie unser Universum eigentlich genau entstanden ist. Geplant ist, die Strahlung der ersten Sterne und Galaxien aufzuspüren, die sich im frühen Universum in einer Zeit etwa 400 Millionen Jahre nach dem Urknall gebildet haben. Damals sah das All noch ganz anders aus als heute - etwa 13,8 Milliarden Jahre später.

Funktionieren soll das Ganze so: Der Spektrograf wird das von diesen Himmelskörpern empfangene Infrarotlicht in einzelne Wellenlängen (Spektrum) zerlegen und den Wissenschaftlern dadurch wichtige Informationen zu der Entfernung, chemischen Zusammensetzung, den dynamischen Eigenschaften und dem Alter dieser Objekte liefern. „NIRSpec wird in der Lage sein, bis zu hundert Beobachtungsziele gleichzeitig ins Visier zu nehmen“, heißt es seitens der ESA. Das Forschungstempo würde so rapide erhöht.

„Mit der Fertigstellung des NIRSpec kommen wir den mit dem JWST gesteckten wissenschaftlichen Zielen einen Schritt näher, also der Beantwortung noch ungelöster Fragen in der Astrophysik, wie etwa der Entstehung und weiteren Entwicklung der ersten Galaxien und Sterne“, erklärt Peter Jensen, ESA-Projektleiter für das JWST.   

Möglich soll das vor allem durch den Schwerpunkt auf die Messung von Infrarot sein. Dadurch könnten auch Wolken kosmischen Staubs durchdrungen werden, die vor allem junge Sterne umgeben. Dadurch lassen sich die Entstehungsprozesse, also die sogenannte Geburt eines Sterns besser analysieren – und das gibt auch Aufschlüsse über die Entstehung von Planeten. Bisher geht die Forschung davon aus, dass sich Sterne durch die Rotation von Staubteilchen, die sich dadurch langsam verdichten, bilden. Genaue Aufnahmen davon gibt es jedoch nicht. Mit den neuen Instrumenten sollen sogar die wirbelnden Scheiben aus Gas und Staub erkennbar sein. Durch die neuen Bilder erhoffen sich die Forscher auch eine bessere Einschätzung, wie wahrscheinlich außerirdisches Leben ist.

Empfindliche Instrumente

 

Frei von dem störenden Einfluss der Erdatmosphäre werden die hinter einem Sonnenschild von der Größe eines Tennisplatzes in der Dunkelheit und Kälte des Weltraums arbeitenden JWST-Instrumente von ihrer 1,5 Millionen Kilometer von der Erdumlaufbahn entfernten Warte aus Beobachtungen mit einer bisher unerreichten Messempfindlichkeit vornehmen können. Das entspricht etwa der vierfachen Entfernung zum Mond.   

NIRSpec deckt dabei einen Wellenlängenbereich von 0,6 bis 5 Mikrometer ab, das heißt vom sichtbaren Rot am Ende des optischen Spektrums bis zum nahen Infrarot. Gebaut wurde es von europäischen Unternehmen. Hauptauftragnehmer ist die Astrium GmbH in Ottobrunn bei München. Die NIRSpec-Untersysteme für Detektoren und Mikroklappen wurden vom Goddard Space Flight Center der NASA bereitgestellt.       

„Nachdem letztes Jahr bereits MIRI, ein mit einer Kamera und einem Spektrografen ausgerüstetes Instrument für den mittleren Infrarotbereich, an die NASA ausgeliefert wurde, sind wir nun stolz darauf, dass europäische Ingenieure und Wissenschaftler bei dieser bedeutenden internationalen Mission eine so tragende Rolle übernehmen konnten“, sagt ESA-Direktor für Wissenschaft und robotische Exploration Alvaro Giménez. NIRSpec wurde in Europa etlichen Funktionstests unterzogen. Es wird bis Ende des Monats der NASA übergeben, die es in das Instrumentenmodul des JWST integrieren und im Verlauf des Zusammenbaus des fertigen Teleskops nochmals testen und kalibrieren wird.   

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Dass das Projekt langsam Form annimmt, lässt alle Beteiligten ausatmen. Denn lange lag es hinter dem ursprünglichen Zeitplan zurück – und wurde vor allem immer teurer. Ein unabhängiger Untersuchungsbericht warf der NASA zwischenzeitlich schlechtes Management und mangelndes Kostenbewusstsein vor. Zu allem Überfluss geriet die amerikanische Raumfahrt auch noch in den Streit um den US-Haushalt. Die Finanzierung stand entsprechend auf wackeligen Beinen, denn die Europäer und die Kanadier waren nur als Juniorpartner mit im Boot. Die Esa trägt 15 Prozent der Kosten.

Das fertige JWST soll 2018 an Bord einer Ariane-5 von Europas Raumflughafen Kourou in Französisch-Guayana aus gestartet und anschließend auf seinem 1,5 Millionen Kilometer von der Umlaufbahn der Erde um die Sonne entfernten Orbit, dem so genannten Lagrange-Punkt L2, positioniert werden, wo sich die Schwerkraft der Sonne und der Erde die Waage halten. Das Teleskop und seine Instrumente werden dort durch einen riesigen Sonnenschild vor der Strahlung geschützt. Das Schild ist so groß wie ein Tennisplatz. Auf der Sonnenabgewandten Seite werden die Temperaturen auf unter -233 °C abgekühlt. JWST soll über einen Zeitraum von bis zu zehn Jahren wissenschaftliche Beobachtungen vornehmen.

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