Sternstunde

Neues Weltraumteleskop soll Forschung beschleunigen

Meike Lorenzen
Meike Lorenzen Ehem. Redakteurin Technologie WirtschaftsWoche Online

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.

Illustration der Nasa zum Weltraumteleskop James Webb Quelle: NASA

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.

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.

Nasa und Boeing entwickeln Nachfolger fürs Space Shuttle
So wird die CST-100-Weltraumkapsel von innen aussehen. Die Konstruktion orientiert sich an der alten "Apollo-Kapsel". Quelle: NASA
Der Astronaut Randolph "Randy" Bresnik hockt vor der Kapsel, die maximal sieben Personen in das Weltall befördern kann - nicht mehr nur Astronauten, sondern auch Weltraumtouristen. Seit 2004 ist er bei der Nasa. Übrigens, seine Tochter wurde geboren als er gerade im All weilte. Quelle: NASA
Die NASA baut das neue Space-Shuttle gemeinsam mit Boeing. So könnte es dann im Weltall aussehen. Quelle: Boeing
Erinnert ein bisschen an ein Ufo und soll schon 2014 zum Einsatz kommen. Es wird nicht nur für die Nasa fliegen, sondern auch für Bigelow Aerospace... Quelle: Boeing
...Bigelow Aerospace ist ein Raumfahrtunternehmen aus Las Vegas, die Raumstationsmodule mit entfaltbarer Außenhaut erarbeiten. 2015 wollen sie eine kommerzielle Raumstation mit dem Namen Orbital Space Complex im All haben. Quelle: Boeing
So könnte es aussehen, wenn die CST-100 an die ISS andockt. Quelle: Boeing

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.   

Nur ein kleiner Fleck im All
Dieser Schnappschuss von Erde und Mond (Pfeil) ist der Raumsonde Cassini geglückt. Die eigentlich zur Erkundung des Planeten Saturn ausgeschickte Sonde befand sich zum Zeitpunkt der Aufnahme rund 1,4 Milliarden Kilometer von unserem Heimatplaneten entfernt. Möglich wurde der Schnappschuss, weil die Sonne zum Zeitpunkt der Aufnahme hinter dem Planeten stand, dessen Rand man oben links erkennt, zusammen mit einem Teil seines bekannten Ringsystems. Bei einer anderen Sonnenposition wären Erde und Mond durch das Licht unseres Zentralgestirns überstrahlt worden. Quelle: dpa
Dieses 1972 von Astronauten der Nasa-Mondmission Apollo 17 gemachte Bild ist ein echter Klassiker. Als "Blue Marble" - so der Titel des Fotos - präsentierte sich die Erde den Raumfahrern aus einer Distanz von 45.000 Kilometern. Quelle: NASA
Neil Armstrong und Buzz Aldrin waren nicht nur die beiden ersten Menschen auf dem Mond, sie konnten auch als erste Betrachter diesen Anblick genießen: Die Erde geht über dem Mondhorizont auf. Klar, dass sie von diesem Ereignis ein Foto zur Erde funkten. Quelle: NASA
Erde und Mond auf einem Bild vereint - was uns heute alltäglich erscheint, war in den frühen Tagen der Raumsonde Voyager 1 eine Sensation. Am 18. September 1977 funkte die Sonde diesen Schnappschuss aus gut 11 Millionen Kilometern zur Erde, um sich dann auf ihre weite Reise durch das Sonnensystem zu machen. Quelle: NASA
Ein gutes Stück näher war die Sonde Galileo, als sie auf ihrem Weg zum Jupiter einen Blick zurück auf Erde und Mond warf. Doch nicht nur die geringere Distanz zwischen Kamera und Motiv - "nur" rund 6 Millionen Kilometer - sorgte für eine höhere Bildqualität im Vergleich zum Voyager-Bild, auch die Technik war ein gehöriges Stück weiter - das Galileo-Bild entstand 1992. Quelle: NASA
Zugegeben, besonders eindrucksvoll wirkt die Erde auf diesem Bild nicht gerade. Und doch hat diese Aufnahme aus dem Jahr 2004 großen historischen Wert: Erstmals wurde unser Heimatplanet von der Oberfläche eines anderen Planeten aus fotografiert. Den kleinen Lichtpunkt am Himmel über dem Planeten Mars fing die Kamera des Nasa-Rovers Spirit ein. Zum Zeitpunkt der Aufnahme betrug die Entfernung zwischen beiden Planeten rund 65 Millionen Kilometer. Quelle: NASA
Auch dieses Bild der Erde wurde von einer Marssonde gemacht, dem Mars Global Surveyor. Die nachträglich eingefügten Details in der rechten Darstellung verdeutlichen, welchen Teil unseres Heimatplaneten die Sonde aus knapp 140 Millionen Kilometern ins Bild setzte. Quelle: NASA

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

Die atemberaubenden Twitterbilder der ISS-Astronauten
Ein aktiver Vulkan auf einer Insel – Astronaut Parmitano sieht am 1. Juni bei einem Rundflug um die Erde gleich zwei davon. Er verrät nicht, wo die Aufnahme entstanden ist. Lesen Sie >>hier, wie die Bilder entstanden sind. Quelle: NASA/ESA
Rauch strömt aus der Spitze des Ätna. Der „sizilianische Gigant“, wie Parmitano den Vulkan in Süditalien nennt, ist immer wieder aktiv. Quelle: NASA/ESA
Sonne und Mond gehen gleichzeitig auf – auch für die Astronauten ein besonderer Anblick. Quelle: NASA
Flüsse des brasilianischen Regenwaldes fließen in den Atlantik, in dem sich die untergehende Sonne spiegelt. Quelle: NASA/ESA
Der große Wagen steht am Firmament – was sich bewegt, ist die Erde. Quelle: NASA
Der Nil und sein Delta. Das von Unruhen geplagte Ägypten – von Bord der ISS sieht es nachts ganz friedlich aus. Quelle: NASA/ESA
Detroit, Cleveland und Toronto leuchten hell bis ins All. Rechts deutet sich der Sonnenaufgang an – in Europa ist es schon hell. Quelle: NASA

 

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.   

In Arbeit
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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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