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Mehr als nur ein Hubble-Nachfolger

Was ist das Besondere am James-Webb-Teleskop?

Wenn es um tiefe Blicke ins ferne Weltall geht und um spektakuläre Aufnahmen kosmischer Phänomene, dann ist das Hubble-Weltraumteleskop bisher das Maß aller Dinge. Seit mehr als 30 Jahren liefern seine Aufnahmen entscheidende Daten für die astronomische und astrophysikalischen Forschung. Doch allmählich kommt dieses „Auge im All“ in Jahre und Ausfälle häufen sich.

Jetzt erhält Hubble „Verstärkung“: Das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) soll zumindest einige Aufgaben des alternden Hubble Teleskops übernehmen.

Vergleich
Vergleich von Größe und Spiegel der Teleskope Spitzer, Hubble und James Webb. © NASA

Größer, schärfer, weiter

„Der Neue“ im All ist in vieler Hinsicht größer und moderner als sein dienstälterer Kollege. Während Hubble etwa das Format eines Lastwagens hat, hat das JWST die Ausmaße eines Flugzeugs vom Typ 737: Es ist ein Koloss von 22 Meter Länge und zwölf Meter Breite. Noch viel wichtiger aber ist das, was den Wert dieses Teleskops ausmacht: sein Hauptspiegel. Mit einem Durchmesser von 6,50 Meter ist er fast dreimal so groß wie Hubbles 2,40-Meter-Spiegel. Noch nie zuvor wurde ein so großer Spiegel in den Weltraum gebracht.

Dadurch hat das Webb-Teleskop eine um das Vielfache verbesserte Lichtausbeute und Auflösung. Das Hubble-Teleskop kann noch helle Objekte in rund 13,3 Milliarden Lichtjahren Entfernung erkennen, wie es mit seinem „Legacy Field“ demonstrierte. Das JWST soll dagegen in noch fernere, ältere Regionen des Alls vordringen. Mit ihm sollen noch Galaxien aus der Zeit nur 300 Millionen Jahre nach dem Urknall sichtbar werden.

Spezialist statt Allrounder

Allerdings: Das Webb-Teleskop hat einen anderen Blick auf das Universum als Hubble, denn es „sieht“ einen anderen Ausschnitt des Strahlungsspektrums. Das Wellenspektrum des Hubble-Teleskops reicht vom UV-Bereich bis ins nahe Infrarot – es ist gewissermaßen ein Allrounder. Webb hingegen ist eher ein Spezialist fürs infrarote: Sein Spektrum reicht von 0,6 Mikrometern – dem gerade noch für uns sichtbaren roten Bereich des sichtbaren Lichts bis zu 28,5 Mikrometern und damit dem mittleren Infrarotbereich.

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Lichtspektrum
Beobachtungsspektrum von Hubble und James Webb im Vergleich. © NASA

Damit ist Webb eher ein Nachfolger von Infrarot-Weltraumteleskopen wie Herschel oder Spitzer. Ihre Aufnahmen demonstrierten bereits, dass der Kosmos in Infrarotsicht mindestens ebenso spektakuläre Anblicke zu bieten hat wie im sichtbaren Licht. „Die Weltraumteleskope Hubble und Spitzer waren bahnbrechend und haben uns die Tür ins Infrarot-Universum geöffnet. Webb ist jetzt eine natürliche Weiterentwicklung dieser Missionen: Er kombiniert Spitzers Blick ins Infrarote mit Hubbles Auflösung und Sensitivität“, erklärt Daniel Weisz von der University of California in Berkeley.

Tatsächlich sieht Webb mit 0,03 Bogensekunden Auflösung sogar noch etwas schärfer als Hubble mit 0,05 Bogensekunden bei der gleichen Wellenlänge. Seine Infrarotoptiken so sensitiv, dass sie von der Erde aus noch die Wärme einer einzelnen Hummel auf dem Mond sehen könnten.

Auf der Suche nach der Kälte

Die hochsensitiven Infrarot-Optiken des Webb-Teleskops bringen aber neue Herausforderungen mit sich. Denn um die schwache Wärmestrahlung fernster Himmelsobjekte einfangen zu können, müssen Spiegel und restliche Optiken des JWST bis auf fast den absoluten Nullpunkt abgekühlt werden. Nur so lässt sich verhindern, dass die Wärmeabstrahlung der Teleskopmaterialien die feinen Signale im Grundrauschen untergehen lässt.

Die Spiegel und Optiken des Teleskops dürfen deshalb nicht wärmer werden als etwa minus 218 Grad. Während andere Infrarot-Weltraumteleskope wie Spitzer dies durch eine aktive Heliumkühlung ihrer optischen Komponenten erreicht haben, ist dies bei einem so großem Spiegel wie beim Webb-Teleskop nicht möglich. Das JWST setzt daher auf eine andere Strategie: Es überlässt der Kälte des Weltraums die Kühlung.

Lagrangepunkt statt Erdorbit

Das aber bedeutet auch, dass dieses Weltraumteleskop anders als Hubble nicht im Erdorbit kreisen kann. Denn die Erde strahlt vom All aus gesehen Wärme und damit Infrarotstrahlung ab, die die Beobachtungen stören würde. Hinzu kommt, dass auch die Sonne je nach Position im Orbit für Störstrahlung sorgt. Um die Optiken vollständig gegen jeden Sonnenstrahl abzuschirmen, müsste das JWST entweder ein rundum eine isolierende Abdeckung besitzen, was aufgrund des riesigen Spiegels nicht möglich ist, oder aber ein beweglicher Sonnenschild müsste sich ständig anpassen.

Lagrangepunkt 2
Erdorbit und Lagrangepunkt 2. © NASA

Das James-Webb-Teleskop wird daher seinen Beobachtungsposten am Lagrangepunkt 2 beziehen. Dieser liegt rund 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt auf der der Sonne abgewandten Seite. Dort sorgt das Gleichgewicht der Anziehungskräfte von Sonne und Erde dafür, dass Raumsonden stabil und ohne großen Energieaufwand in einer Umlaufbahn kreisen können. Gleichzeitig kommt das Sonnenlicht dort immer aus der gleichen Richtung, Deshalb genügt ein einziger Schutzschild, um die thermische Strahlung abzuhalten. Beim JWST ist dieser Wärmeschutz ein so groß wie ein Tennisplatz und besteht aus fünf hauchdünnen Isoliermembranen.

Es ist daher kein Zufall, dass das Webb-Teleskop nicht das erste oder einzige am Lagrangepunkt 2 ist: Dort kreisen die nicht mehr aktiven Mirowellensatelliten WMAP und Planck, die die kosmische Hintergrundstrahlung kartiert haben. Noch aktiv sind dort zudem das Röntgenteleskop eROSITA und der europäische Weltraumteleskop Gaia.

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

"Superauge" im All
Das James-Webb-Weltraumteleskop und seine Mission

Mehr als nur ein Hubble-Nachfolger
Was ist das Besondere am James-Webb-Teleskop?

Zurück zu den ersten Sternen
Die wissenschaftlichen Ziele des Teleskops

Beryllium, Gold und Eiseskälte
Der Spiegel des James-Webb-Teleskops

Umgekehrtes Origami
Warum die Mission so riskant und schwierig ist

29 Tage des Bangens
Der Ablauf der Mission

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