Das Teleskop

Im folgenden erfahren Sie etwas über die technischen Daten des James Webb Space Telescope.

In erster Linie wird das James Webb Space Telescope im nahen (0,7µm - 5µm) und mittleren (5µm - 30µm) Infrarotbereich arbeiten.

Das JWST ist das größte bisher gebaute Weltraumteleskop. Der Hauptspiegel besitzt einen Durchmesser von 6,5 Metern, eine effektive Brennweite von 131,4 Meter und besteht aus 18 sechseckigen Segmenten aus Beryllium. Beryllium ist ein hervorragendes Material, da es sehr leicht ist (einschließlich der Spiegelmontierung 15,6 kg/m2) und sich auch bei extremen Minustemperaturen kaum verformt. Jedes der 18 Spiegelsegmente ist 1,3 Meter im Durchmesser groß und wiegt 20kg. Der Hauptspiegel ist mit Gold beschichtet (Gesamtgewicht der Goldbeschichtung: 48,25g), da Gold Infrarotlicht sehr gut reflektiert. Das Gewicht des Hauptspiegels beträgt 705kg. Der Hauptspiegel erreicht eine optische Auslösung von ca. 0,1 Bogensekunden bei 2 µm.

Neben dem Hauptspiegel gibt es drei weitere Spiegel, einen sekundär und tertiärer Spiegel sowie einen Spiegel für die Feinsteuerung.

Der Sekundärspiegel kann in sechs Freiheitsgraden ausgerichtet werden. Er ist an einer faltbaren Haltestruktur angebracht. Das Licht gelangt über den Tertiärspiegel und den Feinausrichtungsspiegel auf die Instrumente in der Bildebene.

Da sowohl der Spiegel als auch der Schutzschild zu groß für die Nutzlasthülle einer Ariane 5 Rakete sind, fliegt das Teleskop zusammengefaltet ins All.

Das JWST besitzt vier Instrumente:

MIRI (Mid Infrared Instrument)

Das MIRI wird sehr alte und weit entfernte Sternenpopulationen, Sternentstehungsgebiete, Protosterne und schwach leuchtende Kometen und Objekte im Kuiper-Gürtel erforschen. Es besteht aus drei Detektor-Arrays aus arsen-dotiertem Silizium. Das Instrument kann für direkte Bildgebung, Spektroskopie sowie koronagraphische Untersuchungen genutzt werden. Dabei hat MIRI eine sieben Mal höre Winkelauflösung als das Weltraumteleskop „Spitzer“ und ist auch etwa 50 Mal empfindlicher. MIRI wird in zwei Stufen aktiv mit Helium gekühlt.

FGS/NIRISS (Fine Guidance Sensor / Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph)

Das FGS dient dazu, das Teleskop stabil und präzise auf Zielobjekte auszurichten. Der NIRISS arbeitet, unabhängig von dem FGS, als Spektroskop und Interferometer. Wissenschaftler erhoffen sich durch NIRISS (0,8 - 5 µm) neue Erkenntnisse über das erste Licht im Universum sowie der Reionisierungsepoche, von der Entstehung von Galaxien und Sternen und von planetaren und protoplanetaren Systemen.

NIRCam (Near Infrared Camera)

Die Hauptaufgabe der NIRCam wird darin bestehen, schwach leuchtende Objekte aufzuspüren und abzulichten. Eine ganze Reihe von Objekten stehen dabei im Fokus der Infrarotkamera. Vor allem die ersten Sterne, Sternhaufen und Galaxienkerne nach dem Urknall. Aber auch weit entfernte Supernovae, junge Sterne in der Milchstraße und Objekte im Kuiper-Gürtel gelten als Zielobjekte. Da die NIRCam (0,6 - 5 µm) mit Koronografen ausgestattet ist, ist es mit ihr möglich, leuchtschwache Objekte in der Nähe von leuchtstarken Objekten aufzunehmen. Besonders bei der Erforschung von Exoplaneten kann sich dies als sehr hilfreich erweisen, da die Planeten oft von ihrem Stern überstrahlt werden. Ein Koronograf blockiert dazu das Licht des hellen Objekts.

NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph)

NIRSpec soll es ermöglichen zum ersten Mal Spektren von mehr als 100 Himmelsobjekten gleichzeitig zu erfassen. Um das möglich zu machen, besteht NIRSpec aus einer Anordnung von winzigen Verschlüssen (100 x 200 µm) die mit magnetischen Feldern einzeln gesteuert werden können. Dadurch lassen sich unerwünschte störende Lichtquellen blockieren. Die Entwicklung der sogenannten Microshutter-Technologie dauerte sechs Jahre. Den Wissenschaftlern wird es dank NIRSpec und der damit aufgezeichneten Spektren möglich sein, Rückschlüsse auf die physikalischen Eigenschaften der Objekte wie die Temperatur, die Masse und die chemische Zusammensetzung zu ziehen. Die Hauptaufgabe von NIRSpec ( 0,6 µm - 5 µm) besteht in der Untersuchung der Sternentstehung und der chemischen Zusammensetzung junger und weit entfernter Galaxien. Ziel ist es, mit dem Spektrografen die Verteilung chemischer Elemente in der Vergangenheit zu rekonstruieren sowie den intergalaktischen Raum und der sich dort befindlichen Gase zu untersuchen. Außerdem wird NIRSpec es möglich machen, die Atmosphären von Exoplaneten genauer zu Untersuchen.

Die Auflösung der Detektoren für sichtbares Licht und nahes Infrarot beträgt 2.048 x 2.048 Pixel während die für den mittleren Infrarotbereich bei 1.024 x 1.024 Pixel liegt. Sogenannte Quecksilber-Kadmium-Tellurid Detektoren finden bei NIRCam, NIRSpec und FGS-NIRISS Verwendung. Die Instrumente werden über ein Solarpanel mit Strom versorgt. Die Stromversorgung über ein Solarpanel bietet einen weiteren Vorteil: Es muss kein Akku oder dergleichen an Board des Teleskops sein. Das spart Gewicht und vor allem muss keine zusätzliche Hitzequelle mitgeführt werden.

Das Teleskop selbst sowie seine Instrumente geben ebenfalls Infrarotstrahlen ab, weshalb es nötig ist, das Teleskop und seine Instrumente so tief wie möglich abzukühlen, um diese Störquelle möglichst gering zu halten. Daher wird das Teleskop auf ca. -230 Grad Celsius abgekühlt. Anders als bei dem Hubble Space Telescope, dessen Instrumente in einem röhrenförmigen Gehäuse untergebracht sind, ist die Bauweise des JWST offen. Außerdem erfolgt eine Kühlung der Instrumente. Um das JWST vor Sonneneinstrahlung zu schützen, besitzt es einen 21,197m x 14,162m großen Sonnenschutzschirm. Dieser besteht aus fünf Schichten, die sich jeweils nicht berühren, um Hitzeübertragung zu vermeiden. Die einzelnen Schichten sind hauchdünn und bestehen aus einem starken, hitzeresistenten Material namens Kapton (einem Polyimid das mit Aluminium und dotiertem Silizium beschichtet wurde) welches auch in Raumanzügen Verwendung findet. Da das JWST nicht durch das Erdmagnetfeld von der hochenergetischen Strahlung geschützt ist, besitzt es eine Aluminiumbeschichtung.

Diese schützt die Elektronik vor den negativen Auswirkungen der hochenergetischen Strahlung und reduziert zusätzlich die Wärmeübertragung. Der Sonnenschutzschild sorgt dafür, dass das Licht von der Sonne, sowie das reflektierte Sonnenlicht von der Erde und dem Mond das Teleskop nicht aufheizen. Der Orbit des Teleskops wurde auch dahingehend ausgewählt, wo sich Sonne, Erde und Mond ungefähr in einer Richtung befinden, sodass eine Abschirmung des Lichtes erleichtert wird.

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