Auf dieser Collage ist das James Webb Space Telescope (JWST) zu sehen.
Das JWST untersucht im Gegensatz zum Hubble Space Telescope (HST) vor allem Licht aus dem roten Bereich des sichtbaren Lichtes bis in den mittleren infraroten Bereich und ist dabei bis zu 100mal empfindlicher als HST. Infrarote Wellen durchdringen die im Weltraum verteilten Gaswolken sehr viel besser als langwelligeres Licht. Bereiche des Weltraumes, die im Bereich des sichtbaren Lichtes nicht zu erfassen sind, können so untersucht werden. Zudem ist das ursprünglich sichtbare Licht von sehr weit entfernten Objekten durch die kosmologische Rotverschiebung in den durch JWST zu erfassenden Bereich verschoben und wird für JWST erkennbar. Weiterhin ist ein Instrument zur Untersuchung von Exoplaneten (Masse, Temperatur und Zusammensetzung) eingebaut.
Das Teleskop ist in Zusammenarbeit von NASA, ESA und der kanadische Weltraumbehörde CSA entwickelt und gebaut worden. Besonderheiten des JWST sind der Aufbau des Spiegels (sechseckige Segmente auf einer klappbaren Konstruktion) und das Sonnenschild mit 5 Lagen spezieller Wärmeschutzfolie. Die infraroten Lichtspektren sind auf kalten Sensoren besser aufzunehmen, je kälter das Instrument, desto besser sind die Daten.
Das Teleskop wurde nach James Edwin Webb (1906 – 1992) benannt, der von 1961 bis 1968 Leiter der NASA war und die Strukturen der NASA neu organisierte. In seine Amtszeit fielen u.a. der Beginn des Apollo-Programms und das Planetenforschungsprogramm mit den Mariner- und Pioneersonden.
Das Teleskop wurde am 25. Dezember 2021 mit einer Ariane 5 der ESA von Französisch-Guayana aus auf den Weg zum Lagrange-Punkt 2 (Sonne-Erde L2) gebracht. Die ersten Tage nach dem Start wurden zur Entfaltung des für den Transport eng gepackten und zusammengeklappten Teleskop verwendet. Insgesamt dauerte dieser Zyklus etwa 2 Wochen. Weitere 2 Wochen wurden benötigt, um die Teile des Primärspiegels zu entriegeln und langsam aus den Parkpositionen zu fahren. Um das Teleskop in Betrieb nehmen zu können, war eine komplette Auskühlung aller Bauteile notwendig. Es folgte innerhalb von 6 Monaten die Ausrichtung der Spiegelsegmente, die Kalibrierung und weitere Funktionstests.
Technische Daten des James Webb Space Teleskop:
- Größe des Sonnenschildes: 21 x 14 m
- Gewicht des gesamten Teleskops: 6.200 kg
- Entfernung von der Erde ca. 1,5 Millionen Kilometer
- Korsch-Teleskop mit 3 Spiegeln (Weiterentwicklung des Cassegrain-Teleskops mit einer weiteren optischen Ebene)
- Hauptspiegel: Durchmesser 6,5 m
- Sekundärspiegel beweglich angebracht
- Brennweite 131,4 m
- Arbeitsbereich: 0,6 bis 28 µm Wellenlänge (roter Teil des sichtbaren Lichts bis mittleres Infrarot)
- Lebenszeit geplant 5 Jahre, durch optimalen Start und treibstoffsparenden Flug zu L2 ist so viel Treibstoff übrig geblieben, dass der Betrieb wahrscheinlich mehr als 10 Jahre erfolgen kann
Instrumente:
- NIRCam (Near Infrared Camera): Nahinfrarotspektroskopie 0,6 bis 5 µm Wellenlänge, passiv gekühlt zur Arbeitstemperatur von unter 50 Kelvin
- MIRI (Mid Infrared Instrument): Kamera für den mittleren Infrarotbereich (5 bis 28,3 µm) mit 3 identischen Detektoren und einem Spektographen, aktiv gekühlt auf unter 7 Kelvin
- NIRSpec (Near Infrared Spectograph): Spektograph für den Nahinfrarotbereich 0,6 bis 5 µm (ermöglicht Masse, Temperatur und chemische Zusammensetzung von Objekten festzustellen)
- FGS-NIRISS (Fine Guidance System/Near-InfraRed Imager and Slitless Spektopgraph – spaltloser Spektograph mit weitem Gesichtsfeld, Wellenbereich 1,0 bis 2,5 µm, besonderer Beobachtungsmodus zur Spektroskopie von Exoplaneten, das Fine Guidance System dient der präzisen Ausrichtung der Instrumente
Wissenswertes zum Lagrange Punkte
Es gibt 5 nach Joseph-Louis Lagrange benannte Punkte, die analytische Lösungen des Dreikörperproblems sind. Allerdings ist in diesem Fall der 3. Körper ein massearmer Körper im Vergleich zu den anderen Körpern. Es wird als eingeschränktes Dreikörperproblem bezeichnet. Eine solche Konstellation ist beispielsweise Sonne – Erde – Raumsonde.
An den Lagrange-Punkten 1- 3 der jeweiligen Himmelskörper heben sich die gegenseitigen Anziehungskräfte teilweise auf und die dort befindlichen Sonden können mit nur sehr geringen Energieaufwendungen an diesen Punkten (bzw. in der Nähe dieser Punkte) gehalten werden. An den Punkten L4 und L5 sind die Kräfte so aufgehoben, dass der Körper auf einer geschlossenen Bahn um diesen Punkt verbleibt. Deshalb sind dort in einigen Konstellationen auch natürliche Körper zu finden, die Trojaner oder Trojanermonde genannt werden. Raumsonden sind dort aufgrund der Trojaner nicht gut aufgehoben.
In einer weiterführenden Linie von Sonne und Erde liegt der Lagrange-Punkt 2. Deshalb liegt L2 immer im Erdschatten. An diesem Punkt trifft die Wärmestrahlung von Sonne, Erde und Mond relativ gebündelt an und kann mit den Schilden von den empfindlichen Sensoren der Teleskope ferngehalten werden. Durch die gleichgerichteten Kräfte ist die Umlaufzeit der Objekte in L2 um die Sonne gleich der Erdumlaufzeit um die Sonne. Der Punkt befindet sich etwa 1,5 Millionen km über der Nachtseite der Erde. Dieser Punkt bietet sich auch besonders für Weltraumteleskope an, da die Sonne und die Erde immer in der gleichen Sichtachse sind und die Sonden einen ansonsten freien Blick in die andere Richtung haben.
An dem L2 (Sonne-Erde) befinden sich inzwischen 7 Teleskope bzw. Sonden, neben JWST u.a. noch Herschel (Infrarot-Teleskop), Planck (untersucht die Hintergrundstrahlung) und das Astrometrieteleskop Gaia. Diese Teleskope kreisen in einem Orbit um den eigentlichen L2.
Schematische Darstellung der Lagrange-Punkte
Von EnEdC – Eigenes Werk mittels: Inkscape, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1639194