Das nächste Teleskop der NASA

Das James Webb-Weltraumteleskop soll 2013 eingesetzt werden und Wissenschaftlern einen tieferen Einblick in den Weltraum geben als das bestehende Hubble-Weltraumteleskop. Seine Aufgabe wird es sein, Infrarotlicht von Objekten zu sammeln, die mehr als 13 Milliarden Jahre alt sind, und zwar mit Technologien, die es bis vor kurzem noch nicht gab.

Der Hauptspiegel des neuen Teleskops (unten) hat einen Durchmesser von mehr als sechs Metern und eine Oberfläche, die siebenmal so groß ist wie die von Hubble. Die Größe des Spiegels ermöglicht es dem Teleskop, schneller mehr Licht als frühere Teleskope zu sammeln und eine bessere Auflösung zu erreichen. Es ist extrem leicht, mit sehr präzisen optischen Oberflächen, sagt John Decker, stellvertretender stellvertretender Direktor des Projekts bei der NASA.

Diese Geschichte war Teil unserer Juli-Ausgabe 2007

• Siehe den Rest der Ausgabe
• Abonnieren

Um einen so riesigen Spiegel zu verwalten, haben Ingenieure ihn in 18 Teile geteilt, die zusammengefaltet werden; Sie werden entfaltet, während das Teleskop zu seinem endgültigen Ziel fährt. Jedes Segment wird nach präzisen optischen Spezifikationen geschliffen und poliert (unten). Die Ingenieure treffen zusätzliche Vorsichtsmaßnahmen, um eine Wiederholung des Hubble-Missgeschicks zu vermeiden, bei dem der Spiegel falsch geschliffen und poliert wurde, was dazu führte, dass das Teleskop verschwommene Bilder erzeugte, bis eine Servicemission es angepasst hatte.

Multimedia

• Sehen Sie sich den Fotoessay über die neuen Technologien des Teleskops an.

Der Spiegel des Teleskops besteht aus Beryllium, einem der leichtesten bekannten Metalle. Eine Nahaufnahme des Materials wird auf dieser Seite gezeigt. Beryllium hat außergewöhnliche thermische Eigenschaften, die ihm eine stabile optische Leistung in einem breiten Temperaturbereich verleihen. Außerdem ist es wärmeleitfähig, was dazu beiträgt, die Temperatur des Spiegels konstant zu halten.

Die Spiegelsegmente werden an Ort und Stelle gehalten und von einer von Alliant Techsystems gebauten Rückwand (unten) getragen. Diese Struktur ist entscheidend, da sie den Spiegel stabil hält; jede ungewollte Bewegung kann die Bilder verzerren.

Die Spiegelsegmente werden sieben Freiheitsgrade haben: Wissenschaftler können sie separat kippen, neigen und fokussieren, ohne ihre Fähigkeit, als einzelnes optisches Gerät zu fungieren, zu beeinträchtigen. Die Software, die die Segmente steuert, wurde von der NASA und Ball Aerospace entwickelt. Um seine Leistung zu validieren, haben Ball-Ingenieure einen optischen Prüfstand im Maßstab 1/6 gebaut (unten). Die Spiegel im Prüfstand sind eine verkleinerte Version des echten Dings.

Ein maßstabsgetreues Modell des Teleskops (unten) war im Januar in Seattle zu sehen. Es ist mehr als 24 Meter lang und wiegt 12.000 Pfund.

Um schwache Signale von weit entfernten Objekten aufzuzeichnen, haben Ingenieure von Raytheon Vision Systems und Teledyne Technologies zwei empfindliche Infrarotdetektoren gebaut, die mittlere und nahe Infrarotwellenlängen registrieren. Die Detektoren sind dafür verantwortlich, gesammelte Photonen in Elektronen umzuwandeln, ähnlich einer Digitalkamera, damit Bilder von Sternen und Galaxien elektronisch aufgezeichnet werden können. Unten wird der Mittelinfrarot-Detektor von einem Projektwissenschaftler am Jet Propulsion Laboratory der NASA ausgestellt, wo er getestet wird.

Eine weitere Verbesserung der Fähigkeit des Teleskops, schwaches Licht zu erkennen, ist ein Mikroverschluss, der von Ingenieuren des Goddard Space Flight Center der NASA entwickelt wurde. Es dient als Lichtfilter, der es Wissenschaftlern ermöglicht, das zu untersuchende Objekt auszuwählen und nähere, hellere Lichtquellen zu blockieren. Mit Hilfe dieses Gerätes kann das Teleskop effizient mehr als 100 weit entfernte Galaxien gleichzeitig beobachten.

Da das Teleskop bei extrem kalten Temperaturen (30 bis 55 K) betrieben wird, darf es keine Wärme erzeugen, die die Strahlung, die die Wissenschaftler nachzuweisen versuchen, übertönen könnte. Ingenieure von Northrop Grumman haben einen großen Sonnenschild (unten) entworfen, um die Hitze der Sonne und der Erde zu blockieren. Es besteht aus fünf Schichten silikonbeschichtetem Kapton, um die Sonnenwärme zurück in den Weltraum zu reflektieren.

Bevor das fertige Teleskop in den Weltraum geschickt wird, eine Million Meilen von der Erde entfernt, wird es in einer Thermovakuumkammer (unten) im Johnson Space Center der NASA in Houston getestet. Die Kammer hat einen Durchmesser von 19,8 Metern und eine Höhe von 36,6 Metern. Allein seine Tür wiegt 40 Tonnen.

Bisher wurde die Kammer hauptsächlich zum Testen von Objekten verwendet, die für eine niedrige Erdumlaufbahn bestimmt sind. Daher muss sie eine Reihe von Modifikationen durchlaufen, bevor sie die kalten Temperaturen simulieren kann, die das James Webb-Teleskop erfahren wird. Neue heliumgekühlte Paneele werden zu bestehenden mit flüssigem Stickstoff gekühlten Paneelen hinzugefügt, wodurch die Kammer eine Temperatur von 30 bis 35 K erreichen kann. Das Helium wird auch Wärme von den Paneelen abführen.

Das Teleskop wird mit einem Mobilkran in die Kammer gefahren. Es dauert 30 bis 40 Tage, die Kammer und das Teleskop auf die gewünschte Temperatur zu bringen.

Die NASA-Ingenieure planen, das Teleskop im Jahr 2010 zu testen.

verbergen