James-Webb-Weltraumteleskop

James Webb Space Telescope (NASA)

Das James Webb Space Telescope (abgekürzt JWST, früher Next Generation Space Telescope, 2002 nach dem verstorbenen Leiter der Luft- und Raumfahrtbehörde NASA James Edwin Webb umbenannt) ist ein geplantes Weltrauminfrarotteleskop unter der Kooperation von NASA, ESA und der kanadischen Weltraumagentur. Der Primärspiegel des Teleskops hat einen Durchmesser von 6,5 m. Es wird voraussichtlich im Juni 2013 mit einer Ariane 5 gestartet werden.

Aufgaben

Das JWST hat vier primäre wissenschaftliche Aufgaben: Es soll nach Licht von den ersten Sternen und Galaxien nach dem Urknall suchen. Es sollen allgemein Struktur und Evolution von Galaxien studiert werden. Das Verständnis der Struktur von Sternen und planetaren Systemen soll erweitert werden und weiter sollen die planetaren Systeme selbst und der Ursprung von Leben studiert werden. Aufgrund einer Kombination von Rotverschiebung, Verdunkelungen durch galaktische Staubnebel und faktisch niedriger Temperaturen vieler Studienobjekte muss das JWST auf den Wellenlängen 0,6–28 µm im Frequenzspektrum des infraroten Lichtes arbeiten. Das Gewicht beträgt etwa 6,2 Tonnen. Nach einer Übergangsperiode von sechs Monaten beginnen dann die wissenschaftlichen Projekte mit dem Teleskop, die es im derzeit geplanten Umfang für fünf Jahre in Beschlag nehmen. Eine Ausweitung der wissenschaftlichen Aufgaben auf zehn Jahre wird allerdings vorgesehen.

Orbit

Um sicherzustellen, dass die Beobachtungen nicht von der Infrarotstrahlung (Wärmestrahlung) des Teleskops und der Instrumente selbst verfälscht werden, muss die gesamte Beobachtung in einem sehr kalten Zustand, besonders geschützt vor Sonnenstrahlen bei unter −220 °C (50 Kelvin) ablaufen. Deswegen verfügt das JWST über einen 12,2 m mal 19,8 m großen mehrlagigen Sonnenschild, der das Teleskop vor den Wärmestrahlen von Sonne, Mond und Erde abschirmt. Dieser Sonnenschild besteht aus fünf Lagen Kapton, einem Polyimid, das mit Aluminium und dotiertem Silizium beschichtet wurde.

Das Teleskop soll deswegen in einen Orbit an dem Lagrange-Punkt L2 des Erde-Sonne-Systems, ca. 1,5 Millionen km von der Sonne aus gesehen hinter der Erde, gebracht werden, um sicherzustellen, dass die Hauptquellen der Infrarotstörstrahlung, Sonne und Erde, aus Sicht des Teleskops ungefähr in der gleichen Position liegen, um den Sonnenschild möglichst effektiv einzusetzen. Der Orbit hat weiter den Vorteil, dass sich das Teleskop relativ zur Sonne ständig im Halbschatten der Erde befindet, so dass auch die Temperatur der Instrumente mit Ausnahme des MIRIs (Mid Infrared Instrument) ohne aktive Kühlung auf unter 50 K gehalten werden kann. MIRI wird aktiv gekühlt, um eine Temperatur von unter 15 K zu erreichen. Im Gegensatz zu einem Sonnenorbit ist die Entfernung zur Erde aber noch relativ gering, so dass die Datenübertragungsrate recht hoch ist. Ein positiver Nebeneffekt dieses Orbits ist, dass das Teleskop weniger gefährdet ist, von künstlichen Mikrometeoriten (Weltraumschrott) getroffen zu werden. Ein Nachteil ist, dass dieser Orbit nicht stabil ist und durch Raketentriebwerke in regelmäßigen Abständen Kurskorrekturen vorgenommen werden müssen. Der mitgeführte Treibstoff wird für ca. zehn Jahre reichen, die angesetzte Mindestlebensdauer beträgt fünf Jahre.

Optik

Der Primärspiegel hat 6,5 m Durchmesser und besteht aus 18 sechseckigen Segmenten, die sich erst im All entfalten. Die Spiegel bestehen aus Beryllium, das hauptsächlich wegen seiner geringen Dichte gewählt wurde. Die Flächendichte der Berylliumplatten beträgt 10,3 kg/m² (inklusive der Spiegelmontierung sind es 15,6 kg/m²). Aktuatoren sorgen dafür, dass die einzelnen Segmente genau ausgerichtet werden. Jedes Segment ist 1,3 m groß bei einer Masse von 20 kg. Gefertigt wurden sie von Ball Aerospace in Boulder (Colorado). Die letzte Platte verließ am 7. Februar 2007 die Fertigung, um geschliffen und poliert zu werden.

Instrumente

• NIRCam (Near Infrared Camera) detektiert Licht bzw. Infrarotstrahlung zwischen 0,6 und 5 µm Wellenlänge und wird vor allem zur Erforschung der ersten nach dem Urknall entstandenen Sterne eingesetzt werden. Ihr Sichtfeld besteht aus 2 Quadraten (jeweils 2,3' x 2,3' (Bogenminuten)), wovon eines Strahlung mit weniger als 2,5 µm, das andere mit über 2,5 µm Wellenlänge detektiert. Die Winkelauflösung beträgt 0,034" bzw. 0,068" (Bogensekunden).
• MIRI (Mid Infrared Instrument) ist für Infrarotstrahlung zwischen 5 und 27 µm Wellenlänge empfindlich und besteht aus einer Kamera mit drei identischen 1024 x 1024 - Detektorarrays und einem Spektrographen. Die Winkelauflösung beträgt ca. 0,19".
• NIRSpec (Near Infrared Spectrograph) ist ein Spektrograph für den Wellenlängenbereich von 0,6 bis 5 µm.
• FGS (Fine Guidance Sensor) dient der Ausrichtung des Teleskops.

Siehe auch

• Space Telescope Science Institute
• Hubble-Weltraumteleskop
• Spitzer-Weltraumteleskop
• Herschel-Weltraumteleskop
• Space Interferometry Mission

Weblinks

• JWST-Seite der NASA (englisch)
• JWST-Seite des STScI (englisch)

Raumsonden und Satelliten mit Beteiligung der ESA

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