Das fertig montierte James Webb-Weltraumteleskop mit Sonnenschutz und „einheitlichen Palettenstrukturen“ (die sich zum Start um das Teleskop falten) wird teilweise in einer offenen Konfiguration eingesetzt, um die Installation des Teleskops zu ermöglichen.
(Bild: © NASA / Chris Gunn)
Paul M. Sutter ist Astrophysiker bei Die Ohio State University, Gastgeber von Fragen Sie einen Raumfahrer und Weltraumradiound Autor von "Dein Platz im Universum."Sutter hat diesen Artikel dazu beigetragen Expertenstimmen von Space.com: Op-Ed & Insights.
NASAs James Webb Weltraumteleskop soll (derzeit) nach Jahren der Verzögerungen und Milliarden von Dollar, die über das Budget ausgegeben werden, im März 2021 starten. Während es leicht zu argumentieren ist, dass all diese Zeit und Geld verschwendet wurden, wird dieses Observatorium der erste und unbestrittene Verfechter der Infrarotwellenlängen sein und uns einen beispiellosen Zugang zu Ecken des Universums ermöglichen, die derzeit nicht zugänglich sind.
Wenn wir neue Dinge über alles lernen wollen, von den ersten Galaxien bis zur Chance für Leben auf anderen PlanetenJames Webb ist unsere einzige Hoffnung.
Keine Schüttelfrost
Während das James Webb-Weltraumteleskop ("JWST" für Kenner) als "Nachfolger" der NASA-Geschichte angekündigt wird Hubble-Weltraumteleskopist es irgendwie nicht. Das Hubble ist in erster Linie ein optisches Teleskop, das Lichtwellenlängen ähnlich dem Bereich des menschlichen Auges erfasst und sich ein wenig darüber hinaus in den infraroten und ultravioletten (UV) Bereich des elektromagnetischen Spektrums erstreckt. Im Wesentlichen ist der Hubble ein riesiger umlaufender Weltraum-Augapfel, der atemberaubende Bilder liefert, die Sie sehen würden, wenn Ihre Sehnerven ähnlich ausgestattet wären.
Aber das JWST ist anders. Es wird vollständig im Infrarot beobachtet und kratzt kaum an den tiefstmöglichen Rottönen, die ein Mensch sehen kann. Mit anderen Worten, das JWST wird ein Universum untersuchen, das für die menschliche Erfahrung weitgehend unsichtbar ist.
Einer der Hauptgründe, warum das JWST als Infrarotfernrohr konzipiert ist, ist, dass die Infrarotastronomie von der Erdoberfläche aus im Allgemeinen sehr schwer zu realisieren ist. Lichtverschmutzung ist der Fluch der Astronomen, die ihren Himmel kristallklar und vollkommen dunkel brauchen, um ihre detaillierten Beobachtungen und Messungen durchführen zu können.
Und Infrarotlichtverschmutzung kommt von vielen verschiedenen Orten. Grundsätzlich alles warme. Welches ist im Grunde alles. Der menschliche Körper erzeugt 100 Watt Infrarotstrahlung. Die Erde selbst ist ziemlich warm und leuchtet stark in Infrarotbändern. Sogar das Teleskop selbst leuchtet bei Infrarot im Infrarot.
Es ist nicht so, dass wir es nicht können Infrarotastronomie Vom Boden aus ist es nur frustrierend schwer.
Daher Raum.
Weit weg von zu Hause
Das JWST wird ungefähr 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt operieren, um es sicher weit weg von unserem warmen, infrarot leuchtenden Planeten zu bringen. Aber trotzdem gibt es Die Sonne mit zu kämpfen. Haben Sie jemals an einem schönen Sommertag draußen gesessen und die Wärme unserer Sonne auf Ihrer Haut gespürt? Ja, das ist Infrarotstrahlung, die vom Eimer vollgepumpt wird. Und selbst eine Million Meilen von der Erde entfernt ist die Sonne noch ein bisschen geröstet.
Um dem entgegenzuwirken, haben Entwickler von Infrarot-Weltraumteleskopen mehrere Möglichkeiten. Am häufigsten wird ein aktives Kühlsystem verwendet, das das Teleskop auf die Temperaturen abkühlt, die zur korrekten Beobachtung der Infrarotwellenlängen erforderlich sind. Dies ist großartig und wird von früheren Infrarot-Weltraumteleskopen verwendet, begrenzt jedoch deren Lebensdauer. Kein Kühlmittel mehr = keine Astronomie mehr.
Stattdessen wird der JWST einen riesigen, teuren Weltraumschirm einsetzen, der 22 Meter lang und 11 Meter breit ist und aus fünf Schichten extrem reflektierenden Materials besteht, wobei jede Schicht dünner als ein menschliches Haar ist. Dieses massive "Sonnenschutz"hält das Teleskop selbst in einem konstanten Schatten, irgendwo südlich von minus 223 Grad Celsius, was ideal für die Infrarotwellenlängen ist, die es untersuchen wird.
Obwohl nur zum Spaß, wird eines der Instrumente an Bord mit einem aktiven Kühlsystem auf unter minus 258 ° C gekühlt, wodurch es auf einige noch längere Infrarotwellenlängen zugreifen kann.
Siehe die Wissenschaft
Alles in allem ist der JWST massiv. Tatsächlich ist es so groß, dass es nicht auf eine Rakete passen sollte. Neben dem gigantischen Sonnenschutz wird der Primärspiegel einen Durchmesser von 6,5 m haben, was weitaus breiter ist als jede derzeit verwendete Raketenverkleidung. Das Ankleben des Spiegels an die Seite der Rakete ist nicht gerade eine praktikable Lösung. Stattdessen haben die cleveren NASA-Ingenieure den Spiegel in 18 kleinere sechseckige Abschnitte zerlegt, die zusammen mit der zusammengeklappten Rakete in die Rakete gesteckt und gefaltet werden Sonnenschutz und der Rest des Teleskops selbst).
Wenn alles gut geht, fährt der JWST wenige Tage nach dem Start zu seinem Beobachtungspunkt, entfaltet sich und beginnt zu starren.
Und was es sehen wird, wird - und ich benutze dieses Wort nicht leichtfertig - bemerkenswert sein. Eines seiner Hauptziele wird das frühe Universum sein, als unser Kosmos nur wenige hundert Millionen Jahre alt war. Die ersten Sterne und Galaxien, die in der kosmischen Szene auftauchten, leuchteten hell im sichtbaren Spektrum, aber im Laufe der letzten 13 Milliarden Jahre das Weltall hat sich erweitert und das Licht aus dem sichtbaren Bereich ins Infrarot gedehnt - genau im Sweet Spot der Designparameter des JWST.
Da wir überhaupt keine Bilder aus der Epoche der ersten Sterne und Galaxien haben (umgangssprachlich als "kosmische Morgendämmerung") Dies wird unser erster Blick in dieses wichtige Zeitalter in der Geschichte des Kosmos sein.
Näher an der Heimat wird das JWST alles untersuchen, was im Kosmos cool ist, von protoplanetaren Scheiben um neugeborene Sterne bis hin zu Molekülwolken, Kometen, Objekten des Kuipergürtels und vielem mehr.
Und JWST wird ein spezielles Gerät verwenden, um das Licht einiger entfernter Sterne auszublenden, sodass das Observatorium Bilder von Objekten aufnehmen kann, die diese Sterne umkreisen Exoplaneten. Diese Planeten leuchten im Infrarot und das Licht dieser Planeten wird durch die Chemikalien und Elemente in ihrer Atmosphäre, Chemikalien und Elemente, die Lebenszeichen sein könnten, verändert.
Vom ET-Jäger bis zum Enthüller der kosmischen Morgendämmerung wird sich das Warten auf den JWST sicherlich lohnen.
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Erfahren Sie mehr, indem Sie sich die Folge anhören "Lohnt sich das Warten auf James Webb?" im Ask A Spaceman Podcast, verfügbar auf iTunes und im Web unter http://www.askaspaceman.com. Vielen Dank an @SethDSanders, @hhyech, White I. und Veljo U. für die Fragen, die zu diesem Stück geführt haben! Stellen Sie Ihre eigene Frage auf Twitter mit #AskASpaceman oder indem Sie Paul folgen @ PaulMattSutter und facebook.com/PaulMattSutter.
