James-Webb-Weltraumteleskop

James Webb Space Telescope (NASA)

Das James Webb Space Telescope (abgekürzt JWST, früher Next Generation Space Telescope, 2002 nach dem ehemaligen NASA-Administrator 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.
Wegen einer Kombination von Rotverschiebung, Verdunkelungen durch galaktische Staubnebel und der faktisch niedrigen Temperaturen von vielen der Studienobjekte muss das JWST auf den Wellenlängen 0,6 - 28 µm im Frequenzspektrum des infraroten Lichtes arbeiten. Das Teleskop oder Observatorium startet derzeit geplant vermutlich nicht vor Juni 2013 mit einer Ariane 5 vom "Centre Spatial Guyanais" Weltraumbahnhof Kourou mit einem Gewicht von etwa 6,2 Tonnen. Nach einer Übergangsperiode von 6 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 wird, muss die gesamte Beobachtung in einem sehr kalten Zustand, besonders geschützt von Sonnenstrahlen bei unter -220° Celsius (entspricht 50 Kelvin oder -370°Fahrenheit) ablaufen. Deswegen besitzt das JWST ein großes mehrlagiges Sonnenschild das im Orbit aufgespannt wird, um das JWST von der Strahlung der Sonne, aber auch der Infrarotstrahlung von Mond und Erde abzuschirmen. Das Teleskop soll deswegen in einen Orbit an dem sogenannten 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 das 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 klein, so dass die Datenübertragungsrate recht hoch ist. 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. 10 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 hauptsächlich aus Beryllium, das auch wegen seiner geringen Dichte gewählt wurde. Die Flächendichte der Berylliumsegmente beträgt 10,3 kg/m², inklusive der Spiegelmontierung sind es 15,6 kg/m². Aktuatoren sorgen dafür, dass die einzelnen Segmente genau ausgerichtet 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 unter 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 3 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

• National Aeronautics and Space Administration
• Space Telescope Science Institute
• Hubble-Weltraumteleskop
• Spitzer-Weltraumteleskop
• Herschel (Teleskop)

Weblink

• JWST-Seite der NASA (engl.)
• JWST-Seite des STScI (engl.)

Satelliten und Raumsonden mit Beteiligung der ESA