Hier erfahren Sie, warum die Welt während des JWST-Starts den Atem anhalten wird

Wenn der gewaltige Klang des Ariane-5-Rakete Wenn es über Europas Weltraumbahnhof in Französisch-Guayana rumpelt, wird es das Ende einer jahrzehntelangen Reise signalisieren. Auf der Rakete thront die James Webb-Weltraumteleskop (JWST) , das anspruchsvollste und komplexeste Observatorium, das jemals gebaut wurde.

Ein riesiger Spiegel mit einem Durchmesser von 6,5 Metern, bestehend aus 18 vergoldeten Segmenten, wird sorgfältig gefaltet, um in den Nasenkegel zu passen.

Diese kostbare Fracht trägt die Hoffnungen und Träume Tausender Ingenieure und Wissenschaftler wie uns, die so lange daran gearbeitet haben, dieses Observatorium Wirklichkeit werden zu lassen. Wir werden zweifellos alle den Atem anhalten.

Wenn alles gut geht, wird die Menschheit einen neuen Blick auf den Kosmos werfen, mit Fähigkeiten, die alles bisher Dagewesene bei weitem übertreffen. Das Teleskop wird in Bereiche vordringen, die uns bisher verborgen blieben und selbst für die Ehrwürdigen zu weit entfernt, zu kalt oder zu schwach waren Hubble-Weltraumteleskop .

Der Hauptspiegel von JWST wird 2017 getestet. (NASA/Desiree Stover)

Da das Licht der frühesten Sterne durch die Expansion des Universums über 13 Milliarden Jahre gedehnt wurde, brauchen wir Instrumente die im Infrarotlicht arbeiten , die wir als Hitze spüren können, einen Blick in diese geheimnisvolle Epoche der kosmischen Geschichte zu werfen. JWST ist so empfindlich, dass es theoretisch die Wärmesignatur von a erkennen könnte Hummel in der Entfernung des Mondes .

Wir stehen kurz vor neuen Entdeckungen über die Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin: Erkenntnisse, die die Seiten der Lehrbücher von morgen füllen werden.

Doch bevor es dazu kommen kann, steht uns eine quälende Wartezeit bevor. Nicht nur während des intensiven Starts, der das 10 Milliarden US-Dollar teure JWST außerhalb der Reichweite unserer menschlichen Hände befördern wird, sondern auch während der angespannten Monate des Einsatzes, der Tests und des Transports zu einem einsamen Außenposten, der Vorbereitung auf das „erste Licht“ einer Anlage, die … wurde beschrieben als das „teuerste astronomische Glücksspiel der Geschichte“.

Kein bisheriges Weltraumobservatorium wurde mehr Tests und Kontrollen unterzogen als JWST. Es hat Stornierungen, Designänderungen und technische Fehler überstanden. Es hat auch Haushaltsprobleme und Naturkatastrophen wie den Hurrikan Harvey überstanden Pandemie und sogar die Drohung von Piraterie als es von Kalifornien durch den Panamakanal nach Französisch-Guayana reiste.

Dass es diese Stürme überstanden hat, ist ein Beweis für das internationale Team, das für das Observatorium verantwortlich ist. Dabei handelt es sich um eine weltweite Partnerschaft unter der Leitung der NASA, der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und der Kanadischen Weltraumorganisation, die jedoch Hunderte von Institutionen auf der ganzen Welt umfasst.

Der Start und darüber hinaus

Nachdem so viele Jahre und Karrieren in JWST investiert wurden, werden alle Augen auf diese Rakete gerichtet sein, wenn sie den Turm des Weltraumbahnhofs verlässt. Während die Welt den Atem anhält, beginnt die gefährliche Reise von JWST gerade erst. In den folgenden Wochen muss eine atemberaubende Vielfalt an Mechanismen und sequenziellen Bereitstellungen perfekt funktionieren, wobei jeder Schritt ein zusätzliches Risiko für den Prozess darstellt.

Sobald sich die Verkleidung, die das Teleskop schützt, trennt, wird das Observatorium seine Kommunikationsgeräte und Solaranlagen ausfahren und sich auf seine 29-tägige Reise in Richtung begeben 'Lagrange-Punkt' (L2) – eine Position, an der die Gravitationskräfte der Sonne, der Erde und die Umlaufbewegungen eines Raumfahrzeugs zusammenwirken, um einen stabilen Standort zu schaffen – einige 1,5 Millionen Kilometer von unserem Planeten entfernt .

Ariane wird JWST direkt zu diesem Ort schicken, ohne vorher die Erde zu umkreisen, aber kleine Raketen werden abgefeuert am ersten Tag, um die Flugbahn zu optimieren, und dann wird das Observatorium einen Monat später durch eine letzte Zündung in die Umlaufbahn um L2 gebracht.

Auf dem Weg zu seinem Ziel führt es a aus zarte Entfaltung , tanzt zu einer Choreographie, an der er jahrelang gearbeitet hat. Um das schwache Infrarotlicht entfernter Sterne und Galaxien herauszufiltern, muss das gesamte Observatorium kalt sein, damit es nicht von der eigenen Infrarotwärme geblendet wird.

Dies geschieht, indem es der Sonne den Rücken zuwendet und einen riesigen Sonnenschirm verwendet – einen Sonnenschutz in der Größe eines Tennisplatzes, der aus fünf Schichten dünnem Kunststoff besteht, der mit reflektierendem Aluminium und dotiertem Silizium beschichtet ist und den Einschlägen von Schwärmen winziger Meteoriten standhält. Dieser Sonnenschutz wird etwa eine Woche nach dem Start als erster eingesetzt.

Anschließend werden die Blütenblätter des Hauptspiegels entfaltet. Alle achtzehn Segmente müssen im Raum ausgerichtet, justiert und fokussiert werden, damit sie wie ein riesiger Spiegel zusammenarbeiten.

Diese Bereitstellungen umfassen 344 Einzelschritte , was dem Team auf der Erde eine spannende Wartezeit beschert. Wenn etwas schief geht, können wir es nicht reparieren – es ist einfach zu weit weg.

Es folgen Monate des Testens, Kalibrierens, Ausrichtens und weiterer Tests, während das Teleskop auf 40 K (-233 °C) abkühlt. Eines der als MIRI bekannten Instrumente muss noch kälter werden, auf nur 7 K (-266 °C). Möglich wird dies durch die thermische Isolierung vom Rest des Observatoriums auf langen Beinen und den Einsatz eines speziellen Helium-Kühlschranks.

JWST-Bereitstellungsverfahren. (ESA)

Es erwartet Sie eine astronomische Fülle

Etwa sechs Monate nach dem Start wird JWST endlich seine Augen für den Kosmos öffnen. Es wird einen Blick zurück in die Zeit werfen, nur ein paar Millionen Jahre nach dem Urknall um Zeuge des Endes des dunklen Zeitalters zu werden, als Materie zum ersten Mal zu den einfachsten Sternen aus Wasserstoff und Helium verschmolz. Diese unerforschte Ära bereitete die Bühne für die Entstehung von Galaxien, formte unseren modernen Kosmos und besiedelte das Universum mit komplexen Elementen.

Das Teleskop wird auch die Atmosphären von Planeten um andere Sterne untersuchen, um deren Ursprung und mögliche Bewohnbarkeit zu verstehen. Näher an der Heimat wird JWST seinen Blick auf die Welten unseres Sonnensystems richten und die felsigen und eisigen Überreste erkunden, die von der Geburt der Planeten übrig geblieben sind.

MIRI auf JWST. (NASA/Chris Gunn)

Ausschlaggebend dafür ist das MIRI-Instrument, an dem wir hier an der Universität Leicester gearbeitet haben, eines von vier, das das wissenschaftliche Versprechen von JWST erfüllen wird. MIRI wurde von a gebaut transatlantische Partnerschaft von zehn europäischen Ländern plus den USA, gemeinsam geführt von Professor Gillian Wright bei STFCs UK Astronomy Technology Centre (ATC) in Edinburgh und Professor Georg Rieke an der University of Arizona.

Als einziges Mittelinfrarot-Instrument im JWST-Toolkit ist es MIRI wird Bilder und Spektroskopie liefern – eine Technik, die Licht in bestimmte Wellenlängen zerlegt – und es so ermöglicht, die chemischen Signaturen der astronomischen Ziele des JWST herauszufinden.

Es steht außer Frage, dass JWST die Schleusen der Wissenschaft öffnen und zu unerwarteten Entdeckungen führen kann, die sich die JWST-Visionäre noch nicht einmal vorgestellt haben. Wir stehen an dieser Schwelle und hoffen, dass dieses komplexe Observatorium endlich unsere Ambitionen verwirklichen kann.

Leigh Fletcher , außerordentlicher Professor für Planetenwissenschaften, Universität Leicester ; John Pye , Leitender wissenschaftlicher Mitarbeiter, Universität Leicester , Und Piyal Samara-Ratna , Chefingenieur, Universität Leicester .

Dieser Artikel wurde erneut veröffentlicht von Die Unterhaltung unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das originaler Artikel .