Das Weltraumteleskop James Webb verspricht neue Einblicke in die Geschichte des Universums

Das in einem gemeinsamen internationalen Projekt der NASA (National Aeronautics and Space Administration), der ESA (Europäische Weltraumorganisation) und der CSA (Canadian Space Agency) entwickelte James Webb Space Telescope (Webb) ist das leistungsstärkste Weltraumteleskop, das je gebaut wurde. Der Start vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou ist für den 18. Dezember 2021 geplant.

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Dank den Beobachtungen des James-Webb-Teleskops werden die Forschenden die Geschichte des Universums noch weiter, nämlich bis 300 Millionen Jahre nach dem Big Bang, zurückverfolgen können. Bild: ESA

Webb gilt gewissermassen als Nachfolger des Hubble-Teleskops, das bereits seit rund 30 Jahren im Einsatz ist. Allerdings ist das Gesichtsfeld von Webb 15 Mal grösser und sein Spiegel wird das Licht zu vier ausgeklügelten wissenschaftlichen Instrumenten reflektieren. Dadurch lässt sich unter anderem untersuchen, wie sich die ersten Galaxien und die ersten Sterne gebildet und weiterentwickelt haben. Auf seiner Umlaufbahn um die Sonne in rund 1,5 Millionen Kilometern Distanz zur Erde – viermal weiter weg als der Mond – kann das Teleskop insbesondere die Tiefen des Universums beobachten und weiter sehen als je ein Teleskop zuvor.

Sonnenschild von der Grösse eines Tennisplatzes

Damit das Teleskop diese Aufgaben wahrnehmen kann, verfügt es über einen Primärspiegel mit 6,5m Durchmesser, was es zum grössten je gebauten Weltraumteleskop macht. Der Spiegel besteht aus 18 sechseckigen Segmenten, die alle individuell ausgerichtet werden können. Um es vor der Sonnenhitze zu schützen, wurde Webb mit einem Sonnenschild ausgestattet, der so gross ist wie ein Tennisplatz. Ausserdem wird Webb vier wissenschaftliche Instrumente mitführen: MIRI (NASA/ESA; «Mid-Infrared Instrument»), NIRCam (NASA; «Near-Infrared Camera»), NIRISS (CSA; «Near-InfraRed Imager and Slitless Spectrograph») und NIRSpec (ESA; «Near-Infrared Spectrograph»). Grosse Bodenantennen werden die Signale des Teleskops empfangen und an das Webb Science and Operation Center des Space Telescope Science Institute im US-amerikanischen Baltimore übermitteln.

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Europäische und schweizerische Beiträge

Die ESA beteiligt sich an zwei der vier wissenschaftlichen Instrumente von Webb (NIRSpec und MIRI) und am Start. Ausserdem stellt sie Personal zur Unterstützung des Betriebs der Mission zur Verfügung. Als die ESA das Datum des grossen Tages bekannt gab, zeigte sie sich stolz darüber, dass Webb vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou aus auf einer speziell für diese Mission angepassten Trägerrakete Ariane 5 gestartet wird. Aufgrund seiner Grösse wird Webb nach dem Origami-Prinzip zusammengefaltet, damit es in die Ariane 5 hineinpasst. RUAG Space hat im luzernischen Emmen die Nutzlastverkleidung für die Raketenspitze hergestellt, die das Teleskop beim Start schützt, und im August 2021 nach Kourou befördert.

Das Institut für Teilchenphysik und Astrophysik der ETH Zürich gehört dem MIRI-Konsortium an. Die wichtigsten Partner sind die ESA, das Jet Propulsion Laboratory (JPL) und das Goddard Space Flight Center (GSFC) der NASA sowie ein Konsortium aus europäischen Instituten, die auf nationaler Ebene finanziert werden. Das europäische Konsortium ist für die Optik, die optische Bank, die Montage, die Integration und die Tests des MIRI-Instruments zuständig. MIRI ist das einzige Instrument, das die wenig erforschten Wellenlängenbereiche zwischen 5 μm und 28 μm (nahes bis mittleres Infrarot) abdeckt. Es verfügt über die für sämtliche wissenschaftlichen Aktivitäten von Webb notwendigen Kapazitäten und deckt jede Phase der kosmischen Geschichte ab, vom frühen Universum über die Bildung von Planetensystemen bis zu unserem Sonnensystem. Dieser breite Wellenlängenbereich, verknüpft mit der einzigartigen Empfindlichkeit von Webb, wird eine neue Ära der astrophysischen Forschung einläuten.

Ursprünglich wurde die Schweizer Beteiligung von Dr. Alexander Zehnder des Paul Scherrer Instituts (PSI) geleitet. 2008 wurde das Projekt der ETH Zürich übertragen. Seit 2007 ist Dr. Adrian Glauser nationaler Projektleiter der Schweiz für die Beteiligung im Konsortium des MIRI-Instruments und begleitet die Beiträge der Schweizer Industriepartner RUAG Space und SYDERAL SA.

Beiträge der Schweizer Industrie

Zusätzlich zur Nutzlastverkleidung für die Trägerrakete hat das Unternehmen RUAG das Contamination Control Cover von MIRI entwickelt, welches das Instrument vor externen Verunreinigungen während den Tests und nach dem Start schützen soll. Dieser Mechanismus dient auch als optischer Verschluss für das MIRI, der Kalibrierungen an Bord ermöglicht und die Detektoren vor zu hellen Objekten schützt.

Das Unternehmen SYDERAL SA hat die sogenannten Kryokabel entwickelt, die sich aus 250 elektrischen Drähten zusammensetzen. Sie verbinden die ultrakalten Mechanismen, Kalibrierungsquellen und Temperatursensoren des kalten optischen Teils mit der «lauwarmen» Elektronik.

Wissenschaftliche Studien mit bisher unerreichter Präzision

Bereits das Hubble-Teleskop hat die Astronomie revolutioniert, doch dank den Beobachtungen des Webb-Teleskops werden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler noch weiter in die Geschichte des Universums zurückblicken können, nämlich bis 300 Millionen Jahre nach dem Big Bang. Mit seinen einzigartigen Funktionen gilt Webb als Schlüsselmission unter den wissenschaftlichen Raumfahrtmissionen der ESA, mit denen die Geheimnisse des Universums gelüftet werden. Die erwarteten Entdeckungen werden jene der laufenden und kommenden Exoplanetenmissionen der ESA ergänzen, namentlich Cheops, Plato und Ariel. Webb wird auch an die künftigen Entdeckungen des ESA-Weltraumteleskops Euclid anknüpfen, das ein Jahr nach Webb gestartet und unser Verständnis der Struktur und Geometrie des Universums erweitern wird. Darüber hinaus werden die Erkenntnisse von Webb dazu beitragen, künftige ESA-Missionen optimal vorzubereiten, insbesondere das Röntgenteleskop Athena und den Gravitationswellendetektor LISA.

Der Start von Webb wird auf der ganzen Welt mit Spannung erwartet. Er bildet die Krönung der Bemühungen von Tausenden Beteiligten, die seit vielen Jahren an diesem Projekt mitarbeiten, und wird der Wissenschaftsgemeinschaft einzigartige Möglichkeiten eröffnen.

Weitere Informationen

Kamlesh Brocard, SBFI
Wissenschaftliche Beraterin Abteilung Raumfahrt

ESA

NASA

ETH Zürich

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