DerJames Webb-WeltraumteleskopIstsoll am 18. Dezember 2021 ins All fliegen. Damit wollen Astronomen die ersten entstehenden Galaxien im Universum finden, nach erdähnlichen Atmosphären um andere Planeten suchen und viele weitere wissenschaftliche Ziele erreichen.
Ich binein Astronomund dieHauptforscher für die Nahinfrarotkamera- oderNIRCamkurz gesagt – an Bord des Webb-Teleskops. Ich habe an der Entwicklung und dem Test sowohl meiner Kamera als auch des Teleskops als Ganzes mitgewirkt.
Um tief ins Universum zu sehen, hat das Teleskop einen sehr großen Spiegel und muss extrem kalt gehalten werden. Doch ein solch zerbrechliches Gerät ins All zu bringen, ist keine einfache Aufgabe. Meine Kollegen und ich mussten viele Herausforderungen bewältigen, um das leistungsstärkste jemals gebaute Weltraumteleskop zu entwerfen, zu testen und bald zu starten und auszurichten.
Junge Galaxien und außerirdische Atmosphären
Das Webb-Teleskop verfügt über einen Spiegel mit einem Durchmesser von über 20 Fuß, einen Tennisplatz-großen Sonnenschutz zum Blockieren der Sonnenstrahlung undVier separate Kamera- und Sensorsysteme erfassen die Daten.
Es funktioniert ein bisschen wie eine Satellitenschüssel. Licht von einem Stern oder einer Galaxie dringt in die Öffnung des Teleskops ein und wird vom Hauptspiegel in Richtung der vier Sensoren reflektiert:NIRCam, das Bilder im nahen Infrarot aufnimmt; DieNahinfrarot-Spektrograph, das das Licht einer Auswahl von Quellen in die einzelnen Farben aufteilen und die Stärke jeder einzelnen Quelle messen kann; DieMittelinfrarot-Instrument, das Bilder aufnimmt und Wellenlängen im mittleren Infrarot misst; und dieSchlitzloser Nahinfrarot-Bildgebungsspektrograph, der das Licht von allem spaltet und misst, auf das Wissenschaftler den Satelliten richten.
Dieses Design wird es Wissenschaftlern ermöglichen, zu untersuchen, wie Sterne im Weltraum entstehenMilchstraßeund die Atmosphären von Planeten außerhalb des Sonnensystems. Es könnte sogar möglich sein, die Zusammensetzung dieser Atmosphären herauszufinden.
Seitdem Edwin Hubble bewiesen hat, dass entfernte Galaxien genau wie die Milchstraße sind, fragen sich Astronomen: Wie alt sind die ältesten Galaxien? Wie sind sie entstanden? Und wie haben sie sich im Laufe der Zeit verändert? Das Webb-Teleskop wurde ursprünglich als „Webb-Teleskop“ bezeichnetweil es darauf ausgelegt ist, genau diese Fragen zu beantworten.
Eines der Hauptziele des Teleskops ist die Untersuchung entfernter Galaxien am Rande des beobachtbaren Universums. Es dauert Milliarden von Jahren, bis das Licht dieser Galaxien das Universum durchquert und die Erde erreicht. Ich schätze, dass Bilder, die meine Kollegen und ich mit NIRCam sammeln werden, Protogalaxien zeigen könnten, die sich nur 300 Millionen Jahre nach der Galaxie gebildet haben– als sie gerade einmal 2 % ihres heutigen Alters waren.
Die ersten Ansammlungen von Sternen zu finden, die sich nach dem Urknall gebildet haben, ist aus einem einfachen Grund eine gewaltige Aufgabe: Diese Protogalaxien sind sehr weit entfernt und scheinen daher sehr lichtschwach zu sein.
Webbs Spiegel besteht aus 18 separaten Segmenten und kann mehr als sammelnsechsmal so viel Licht wie dieHubble-WeltraumteleskopSpiegel. Auch entfernte Objekte erscheinen sehr klein, daher muss das Teleskop in der Lage sein, das Licht so stark wie möglich zu bündeln.
Das Teleskop muss noch mit einer weiteren Komplikation klarkommen: DaDas Universum dehnt sich aus, entfernen sich die Galaxien, die Wissenschaftler mit dem Webb-Teleskop untersuchen werden, von der Erde und der Doppler-Effekt kommt ins Spiel. So wie sich die Tonhöhe der Sirene eines Krankenwagens nach unten verschiebt und tiefer wird, wenn er an Ihnen vorbeifährt und sich von Ihnen wegbewegt, verschiebt sich die Wellenlänge des Lichts entfernter Galaxien vom sichtbaren Licht zum Infrarotlicht.
Webb erkennt Infrarotlicht – es handelt sich im Wesentlichen um ein riesiges Wärmeteleskop. Um schwache Galaxien im Infrarotlicht zu „sehen“, muss das Teleskop außergewöhnlich kalt sein, sonst würde es nur seine eigene Infrarotstrahlung sehen. Hier kommt der Hitzeschild ins Spiel. Der Schild besteht aus einem dünnen, mit Aluminium beschichteten Kunststoff. Es ist fünf Schichten dick und misst 46,5 Fuß (17,2 Meter) mal 69,5 Fuß (21,2 Meter).Halten Sie den Spiegel und die Sensoren auf minus 390 GradFahrenheit(minus 234Celsius).
Das Webb-Teleskop ist eine unglaubliche technische Leistung, aber wie bringt man so etwas sicher in den Weltraum und garantiert, dass es funktioniert?
Testen und proben
Das James-Webb-Weltraumteleskop wird einen umkreisenMillionen Meilen von der Erde entfernt– etwa 4.500 Mal weiter entfernt als dieInternationale Raumstationund viel zu weit entfernt, um von Astronauten bedient zu werden.
In den letzten 12 Jahren hat das Team das Teleskop und die Instrumente getestet, sie geschüttelt, um den Raketenstart zu simulieren, und sie erneut getestet. Alles wurde gekühlt und unter den extremen Betriebsbedingungen im Orbit getestet. Ich werde nie vergessen, wie mein Team in Houston die NIRCam mit einer für den Apollo-Mondrover entwickelten Kammer testete. Es war das erste Mal, dass meine Kamera Licht entdeckte, das vom Spiegel des Teleskops reflektiert wurde, und wir hätten nicht glücklicher sein können – obwohl Hurrikan Harvey draußen gegen uns kämpfte.
Nach dem Testen folgten die Proben. Das Teleskop wird durch Befehle, die über eine Funkverbindung gesendet werden, ferngesteuert. Da das Teleskop jedoch so weit entfernt sein wird – es dauert sechs Sekunden, bis ein Signal in eine Richtung gesendet wird – gibt es keine Echtzeitsteuerung. Seit drei Jahren gehen mein Team und ich zumin Baltimore und führte Probemissionen an einem Simulator durch, die alles vom Start bis zum routinemäßigen wissenschaftlichen Betrieb abdeckten. Das Team hat sogar den Umgang mit potenziellen Problemen geübt, die uns die Testorganisatoren vorwerfen und die wir liebevoll als „Anomalien“ bezeichnen.
Etwas Ausrichtung erforderlich
Das Webb-Team wird bis zum Starttermin im Dezember weiter proben und üben, aber unsere Arbeit ist noch lange nicht getan, nachdem Webb gefaltet und in die Rakete geladen wurde.
Wir müssen 35 Tage nach dem Start warten, bis die Teile abgekühlt sind, bevor wir mit der Ausrichtung beginnen. Nachdem sich der Spiegel entfaltet hat, nimmt NIRCam Sequenzen hochauflösender Bilder der einzelnen Spiegelsegmente auf. Das Teleskopteam wird die Bilder analysieren und die Motoren anweisen, die Segmente in Schritten von Milliardstel Metern anzupassen. Sobald die Motoren die Spiegel in Position bringen, bestätigen wir, dass die Ausrichtung des Teleskops perfekt ist. Diese Aufgabe ist so geschäftskritisch, dass zwei identische Kopien von NIRCam an Bord sind – wenn eines ausfällt, kann das andere die Ausrichtungsaufgabe übernehmen.
Dieser Ausrichtungs- und Prüfvorgang sollte sechs Monate dauern. Wenn der Vorgang abgeschlossen ist, beginnt Webb mit der Datenerfassung. Nach 20 Jahren Arbeit werden Astronomen endlich über ein Teleskop verfügen, mit dem sie in die entlegensten Winkel des Universums blicken können.
Geschrieben von Marcia Rieke, Regents Professorin für Astronomie, University of Arizona.
Angepasst an einen Artikel, der ursprünglich auf veröffentlicht wurdeDas Gespräch.
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DerJames Webb-WeltraumteleskopIstsoll am 18. Dezember 2021 ins All fliegen. Damit wollen Astronomen die ersten entstehenden Galaxien im Universum finden, nach erdähnlichen Atmosphären um andere Planeten suchen und viele weitere wissenschaftliche Ziele erreichen.
Ich binein Astronomund dieHauptforscher für die Nahinfrarotkamera- oderNIRCamkurz gesagt – an Bord des Webb-Teleskops. Ich habe an der Entwicklung und dem Test sowohl meiner Kamera als auch des Teleskops als Ganzes mitgewirkt.
Um tief ins Universum zu sehen, hat das Teleskop einen sehr großen Spiegel und muss extrem kalt gehalten werden. Doch ein solch zerbrechliches Gerät ins All zu bringen, ist keine einfache Aufgabe. Meine Kollegen und ich mussten viele Herausforderungen bewältigen, um das leistungsstärkste jemals gebaute Weltraumteleskop zu entwerfen, zu testen und bald zu starten und auszurichten.
Junge Galaxien und außerirdische Atmosphären
Das Webb-Teleskop verfügt über einen Spiegel mit einem Durchmesser von über 20 Fuß, einen Tennisplatz-großen Sonnenschutz zum Blockieren der Sonnenstrahlung undVier separate Kamera- und Sensorsysteme erfassen die Daten.
Es funktioniert ein bisschen wie eine Satellitenschüssel. Licht von einem Stern oder einer Galaxie dringt in die Öffnung des Teleskops ein und wird vom Hauptspiegel in Richtung der vier Sensoren reflektiert:NIRCam, das Bilder im nahen Infrarot aufnimmt; DieNahinfrarot-Spektrograph, das das Licht einer Auswahl von Quellen in die einzelnen Farben aufteilen und die Stärke jeder einzelnen Quelle messen kann; DieMittelinfrarot-Instrument, das Bilder aufnimmt und Wellenlängen im mittleren Infrarot misst; und dieSchlitzloser Nahinfrarot-Bildgebungsspektrograph, der das Licht von allem spaltet und misst, auf das Wissenschaftler den Satelliten richten.
Dieses Design wird es Wissenschaftlern ermöglichen, zu untersuchen, wie Sterne im Weltraum entstehenMilchstraßeund die Atmosphären von Planeten außerhalb des Sonnensystems. Es könnte sogar möglich sein, die Zusammensetzung dieser Atmosphären herauszufinden.
Seitdem Edwin Hubble bewiesen hat, dass entfernte Galaxien genau wie die Milchstraße sind, fragen sich Astronomen: Wie alt sind die ältesten Galaxien? Wie sind sie entstanden? Und wie haben sie sich im Laufe der Zeit verändert? Das Webb-Teleskop wurde ursprünglich als „Webb-Teleskop“ bezeichnetweil es darauf ausgelegt ist, genau diese Fragen zu beantworten.
Eines der Hauptziele des Teleskops ist die Untersuchung entfernter Galaxien am Rande des beobachtbaren Universums. Es dauert Milliarden von Jahren, bis das Licht dieser Galaxien das Universum durchquert und die Erde erreicht. Ich schätze, dass Bilder, die meine Kollegen und ich mit NIRCam sammeln werden, Protogalaxien zeigen könnten, die sich nur 300 Millionen Jahre nach der Galaxie gebildet haben– als sie gerade einmal 2 % ihres heutigen Alters waren.
Die ersten Ansammlungen von Sternen zu finden, die sich nach dem Urknall gebildet haben, ist aus einem einfachen Grund eine gewaltige Aufgabe: Diese Protogalaxien sind sehr weit entfernt und scheinen daher sehr lichtschwach zu sein.
Webbs Spiegel besteht aus 18 separaten Segmenten und kann mehr als sammelnsechsmal so viel Licht wie dieHubble-WeltraumteleskopSpiegel. Auch entfernte Objekte erscheinen sehr klein, daher muss das Teleskop in der Lage sein, das Licht so stark wie möglich zu bündeln.
Das Teleskop muss noch mit einer weiteren Komplikation klarkommen: DaDas Universum dehnt sich aus, entfernen sich die Galaxien, die Wissenschaftler mit dem Webb-Teleskop untersuchen werden, von der Erde und der Doppler-Effekt kommt ins Spiel. So wie sich die Tonhöhe der Sirene eines Krankenwagens nach unten verschiebt und tiefer wird, wenn er an Ihnen vorbeifährt und sich von Ihnen wegbewegt, verschiebt sich die Wellenlänge des Lichts entfernter Galaxien vom sichtbaren Licht zum Infrarotlicht.
Webb erkennt Infrarotlicht – es handelt sich im Wesentlichen um ein riesiges Wärmeteleskop. Um schwache Galaxien im Infrarotlicht zu „sehen“, muss das Teleskop außergewöhnlich kalt sein, sonst würde es nur seine eigene Infrarotstrahlung sehen. Hier kommt der Hitzeschild ins Spiel. Der Schild besteht aus einem dünnen, mit Aluminium beschichteten Kunststoff. Es ist fünf Schichten dick und misst 46,5 Fuß (17,2 Meter) mal 69,5 Fuß (21,2 Meter).Halten Sie den Spiegel und die Sensoren auf minus 390 GradFahrenheit(minus 234Celsius).
Das Webb-Teleskop ist eine unglaubliche technische Leistung, aber wie bringt man so etwas sicher in den Weltraum und garantiert, dass es funktioniert?
Testen und proben
Das James-Webb-Weltraumteleskop wird einen umkreisenMillionen Meilen von der Erde entfernt– etwa 4.500 Mal weiter entfernt als dieInternationale Raumstationund viel zu weit entfernt, um von Astronauten bedient zu werden.
In den letzten 12 Jahren hat das Team das Teleskop und die Instrumente getestet, sie geschüttelt, um den Raketenstart zu simulieren, und sie erneut getestet. Alles wurde gekühlt und unter den extremen Betriebsbedingungen im Orbit getestet. Ich werde nie vergessen, wie mein Team in Houston die NIRCam mit einer für den Apollo-Mondrover entwickelten Kammer testete. Es war das erste Mal, dass meine Kamera Licht entdeckte, das vom Spiegel des Teleskops reflektiert wurde, und wir hätten nicht glücklicher sein können – obwohl Hurrikan Harvey draußen gegen uns kämpfte.
Nach dem Testen folgten die Proben. Das Teleskop wird durch Befehle, die über eine Funkverbindung gesendet werden, ferngesteuert. Da das Teleskop jedoch so weit entfernt sein wird – es dauert sechs Sekunden, bis ein Signal in eine Richtung gesendet wird – gibt es keine Echtzeitsteuerung. Seit drei Jahren gehen mein Team und ich zumin Baltimore und führte Probemissionen an einem Simulator durch, die alles vom Start bis zum routinemäßigen wissenschaftlichen Betrieb abdeckten. Das Team hat sogar den Umgang mit potenziellen Problemen geübt, die uns die Testorganisatoren vorwerfen und die wir liebevoll als „Anomalien“ bezeichnen.
Etwas Ausrichtung erforderlich
Das Webb-Team wird bis zum Starttermin im Dezember weiter proben und üben, aber unsere Arbeit ist noch lange nicht getan, nachdem Webb gefaltet und in die Rakete geladen wurde.
Wir müssen 35 Tage nach dem Start warten, bis die Teile abgekühlt sind, bevor wir mit der Ausrichtung beginnen. Nachdem sich der Spiegel entfaltet hat, nimmt NIRCam Sequenzen hochauflösender Bilder der einzelnen Spiegelsegmente auf. Das Teleskopteam wird die Bilder analysieren und die Motoren anweisen, die Segmente in Schritten von Milliardstel Metern anzupassen. Sobald die Motoren die Spiegel in Position bringen, bestätigen wir, dass die Ausrichtung des Teleskops perfekt ist. Diese Aufgabe ist so geschäftskritisch, dass zwei identische Kopien von NIRCam an Bord sind – wenn eines ausfällt, kann das andere die Ausrichtungsaufgabe übernehmen.
Dieser Ausrichtungs- und Prüfvorgang sollte sechs Monate dauern. Wenn der Vorgang abgeschlossen ist, beginnt Webb mit der Datenerfassung. Nach 20 Jahren Arbeit werden Astronomen endlich über ein Teleskop verfügen, mit dem sie in die entlegensten Winkel des Universums blicken können.
Geschrieben von Marcia Rieke, Regents Professorin für Astronomie, University of Arizona.
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