James Webb Space Telescope (JWST)

Früher Next Generation Space Telescope, 2002 nach dem ehemaligen NASA-Administrator James Edwin Webb umbenannt; ein Weltrauminfrarotteleskop in Kooperation von NASA, ESA und der kanadischen Weltraumagentur.

Das James Webb Space Teleskop, dessen Start an Bord einer Ariane 5 am 25. Dezember 2021 von Kourou aus erfolgte, ist der Nachfolger des Hubble Space Teleskops, das derzeit im Weltraum operiert und bereits spektakuläre Ergebnisse und Bilder aus der Frühzeit unseres Universums geliefert hat.

Das JWST wird zu dem etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernten Lagrange-Punkt L2 von Erde und Sonne fliegen und in einer Umlaufbahn um diesen Punkt operieren.

Die 'endgültige' Größe dieses neuen Universalteleskops für den sichtbaren bis mittleren Infrarotbereich übersteigt bei weitem die Ladedimensionen aller verfügbaren Trägerraketen. Deshalb wird das Teleskop mit seinem 6,50 Meter großen, 18-segmentigen Hauptspiegel und einem Sonnenschutzschild von der Größe eines Tennisplatzes erst im Orbit entfaltet werden.

JWST - The Primary Mirror Wenn der 2,4 m im Durchmesser große Spiegel des Hubble Space Teleskops maßstäblich vergrößert würde, um zum JWST zu passen, würde er zu schwer sein, um ihn in das All zu befördern. Die Entwicklergruppe musste folglich bei der Entwicklung neue Wege gehen um ihn leicht genug zu machen - nur ein Zehntel der Masse des Hubble-Spiegels pro Flächeneinheit - und doch sehr stabil. Die Ingenieure beschlossen, den Spiegel aus Teilsegmenten zu fertigen, und zwar aus Beryllium, ein Material, das gleichermaßen leicht und stabil ist. Jedes Segment wiegt ca 20 kg. Die Segmente befinden sich zusammengeklappt auf einer Tägerstruktur und werden erst im All aufgefaltet, sodass der Spiegel in der Startrakete Platz findet. Jedes der 18 hexagonalen Spiegel-Segmente hat einen Durchmesser von 1,32 m im Durchmesser. Der Sekundärspiegel des JWST besitzt einen Durchmesser von 0,74 m. Quelle: NASA

Der Spiegel des JWST besteht aus Beryllium, einem für sein Gewicht sehr starken Leichtmetall. Ein weiterer Vorteil liegt in seiner Fähigkeit seine Form über einen großen Temperaturumfang beizubehalten. Es ist ein guter Strom und Hitzeleiter, und es ist nicht magnetisch.

Zur Erforschung der Entstehungsgeschichte des Universums ist das JWST mit vier Instrumenten ausgerüstet:

• dem Spektographen NIRSpec für den nahen Infrarotbereich von Airbus D&S,
• einer Kamera für den nahen Infrarotbereich (NIRCam), entwickelt von der University of Arizona,
• einer Kamera mit Spektographen (MIRI) für den mittleren Infrarotbereich - eine Gemeinschaftsentwicklung von JPL (Joint Propulsion Labratory) und der ESA, die ein Konsortium aus europäischen Instituten leiten, mit Projektmanagementunterstützung von Airbus UK,
• einem von der kanadischen Raumfahrtagentur bereitgestellten Leitsensor zur Feineinstellung (FGS).

Der 200 Kilogramm schwere Spektograph kann schwächste Strahlungen von den entferntesten Galaxien aufspüren und Spektren von mehr als 100 Objekten gleichzeitig messen. Dazu muss das Instrument bei minus 238 Grad Celsius arbeiten. Airbus D&S entwickelte das Instrument an den Standorten Immenstaad und Ottobrunn.

Das JWST hat vier wissenschaftliche Hauptaufgaben:

• Die Suche nach den ersten leuchtenden Objekten und Galaxien, die nach dem Urknall und dem darauf folgenden dunklen Zeitalter vor 13,5 Milliarden Jahren entstanden sind. Diese Objekte sind mit herkömmlichen Teleskopen nicht nachweisbar.
• Verbesserung des Verständnisses der Strukturbildungsprozesse im Universum.
• Die Untersuchung der Entstehung – und Weiterentwicklung – von Galaxien, Schwarzen Löchern, Sternen und Planetensystemen, insbesondere die Erforschung von protoplanetarischen Scheiben.
• Untersuchung von Exoplaneten, ihrer Atmosphäre und etwaigen Eignung für Leben.

Bis Dezember 2021 erreichten die Kosten 9,7 Milliarden US-Dollar. Es handelt sich damit um das teuerste wissenschaftliche Projekt in der unbemannten Raumfahrt. Die ESA ist am JWST mit rund 300 Millionen Euro direkt beteiligt. Darin sind der Start mit einer Ariane-5-Rakete, das NIRSpec-Instrument, die optische Bank für das MIRI-Instrument und Personal (Astronomen der ESA) im wissenschaftlichen Missionszentrum (Space Telescope Science Institute) in Baltimore, USA enthalten. Insgesamt rechnet die ESA für den eigenen Anteil mit Kosten im Rahmen einer Medium-(M-Klasse)-Mission. Die ESA-Astronomen haben durch ihren Beitrag zur Ermöglichung der Mission einen Mindestanteil von 15 % an der Beobachtungszeit mit dem James-Webb-Weltraumteleskop.

Jupiter mit Polarlichtern und Dunstschleiern (NIRCam-Weitwinkelaufnahme) Mit riesigen Stürmen, starken Winden, Polarlichtern und extremen Temperatur- und Druckverhältnissen hat der Jupiter einiges zu bieten. Jetzt hat das James-Webb-Weltraumteleskop von NASA/ESA/CSA neue Bilder des Planeten aufgenommen. Die Jupiter-Beobachtungen von Webb werden den Wissenschaftlern noch mehr Aufschluss über das Innenleben des Jupiters geben. Auf dieser Weitwinkelaufnahme sieht Webb den Jupiter mit seinen schwachen Ringen, die eine Million Mal schwächer sind als der Planet, sowie zwei winzige Monde namens Amalthea und Adrastea. Bei den unscharfen Flecken im unteren Hintergrund handelt es sich wahrscheinlich um Galaxien, die diesen Blick auf den Jupiter "photobombardieren". Dies ist ein zusammengesetztes Bild des NIRCam-Instruments von Webb (zwei Filter), es wurde am 27. Juli 2022 aufgenommen. (Hier zur Nahaufnahme) Quelle: ESA

Weitere Informationen:

• The James Webb Space Telescope (NASA)
• Webb Space Telescope - Images (NASA)
• JWST (ESA)
• JWST (eoPortal Directory)
• Die Evolution des Universums im Blick (DLR Countdown 2/2021)
• Webb-Teleskop-Start auf Ariane 5 soll Geheimnisse des Universums lüften (ESA 2021)
• James Webb Space Telescope - Videos (NASA Scientific Visualization Studio)