Quelle: ESA / Science & Exploration / Space Science / Webb, 25. März 2026

Durch Beobachtungen in sich ergänzenden Wellenlängen liefern Webb und Hubble den Wissenschaftlern ein umfassenderes und vielschichtigeres Verständnis der Atmosphäre des Gasriesen. Beide erfassen das von den gestreiften Wolken und dem Dunst des Saturn reflektierte Sonnenlicht, doch während Hubble subtile Farbunterschiede auf dem gesamten Planeten sichtbar macht, erfasst Webbs Infrarotbild Wolken und chemische Stoffe in vielen verschiedenen Tiefen der Atmosphäre – von den tiefen Wolken bis hin zur dünnen oberen Atmosphäre. Gemeinsam können Wissenschaftler die Atmosphäre des Saturn in verschiedenen Höhen effektiv „durchschneiden“, als würden sie die Schichten einer Zwiebel abziehen. Jedes Teleskop erzählt einen anderen Teil der Geschichte des Saturn, und die Beobachtungen zusammen helfen den Forschern zu verstehen, wie die Atmosphäre des Saturn als zusammenhängendes dreidimensionales System funktioniert.

Das hier gezeigte Hubble-Bild wurde im August 2024 im Rahmen eines mehr als zehn Jahre andauernden Beobachtungsprogramms namens OPAL (Outer Planet Atmospheres Legacy) aufgenommen, während das Webb-Bild einige Monate später im Rahmen der „Director’s Discretionary Time“ entstanden ist.

Die neu veröffentlichten Bilder zeigen Merkmale der turbulenten Atmosphäre des Saturn. Auf dem Webb-Bild schlängelt sich ein langlebiger Jetstream, bekannt als „Ribbon Wave“, über die nördlichen mittleren Breiten, beeinflusst von ansonsten nicht nachweisbaren atmosphärischen Wellen. Direkt darunter stellt ein kleiner Fleck einen verbleibenden Rest des „Great Springtime Storm“ von 2011 bis 2012 dar. Auch mehrere andere Stürme, die die südliche Hemisphäre des Saturn übersäen, sind auf Webbs Bild zu sehen. All diese Merkmale werden von starken Winden und Wellen unterhalb der sichtbaren Wolkendecke geformt, was den Saturn zu einem natürlichen Labor für die Erforschung der Strömungsdynamik unter extremen Bedingungen macht.

Auf beiden Bildern sind auch einige der spitzen Kanten des ikonischen, sechseckigen Jetstreams am Nordpol des Saturn, der 1981 von den Voyager-Sonden entdeckt wurde, schwach zu erkennen. Es bleibt eines der faszinierendsten Wetterphänomene des Sonnensystems. Seine Beständigkeit über Jahrzehnte hinweg unterstreicht die Stabilität bestimmter großräumiger atmosphärischer Prozesse auf Riesenplaneten. Dies sind wahrscheinlich die letzten hochauflösenden Aufnahmen, die wir von dem berühmten Sechseck bis in die 2040er Jahre sehen werden, da der Nordpol in den Winter eintritt und für 15 Jahre in Dunkelheit versinken wird.

In Webbs Infrarotaufnahmen erscheinen die Pole des Saturn deutlich graugrün, was auf Licht hinweist, das bei Wellenlängen um 4,3 Mikrometer emittiert wird. Dieses charakteristische Merkmal könnte von einer Schicht hochgelegener Aerosole in der Saturnatmosphäre stammen, die das Licht in diesen Breitengraden anders streut. Eine weitere mögliche Erklärung ist die Polarlichtaktivität, da geladene Moleküle, die mit dem Magnetfeld des Planeten interagieren, in der Nähe der Pole leuchtende Emissionen erzeugen können. Hubble und Webb haben bereits die Polarlichter des Saturn erforscht, Einblicke in die spektakulären Polarlichter des Jupiter geliefert, die auch mit Hubble zu sehen waren, die 2011 von Hubble erhaschten Polarlichter des Uranus bestätigt und mit Webb erstmals die Polarlichter des Neptun entdeckt.

Auf Webbs Infrarotaufnahme erscheinen die Ringe extrem hell, da sie aus stark reflektierendem Wassereis bestehen. Auf beiden Aufnahmen sehen wir die sonnenbeschienene Seite der Ringe, auf der Hubble-Aufnahme etwas weniger deutlich, weshalb darunter Schatten auf dem Planeten zu sehen sind. Es gibt auch subtile Ringmerkmale wie Speichen und Strukturen im B-Ring (dem dicken zentralen Bereich der Ringe), die bei den beiden Observatorien unterschiedlich erscheinen. Der F-Ring, der äußerste Ring, sieht auf dem Webb-Bild dünn und scharf aus, während er auf dem Hubble-Bild nur leicht leuchtet.

Die Umlaufbahn des Saturn um die Sonne bestimmt in Verbindung mit der Position der Erde auf ihrer jährlichen Umlaufbahn unseren sich verändernden Blickwinkel auf die Oberfläche und die Ringe des Saturn. Diese Beobachtungen aus dem Jahr 2024, die im Abstand von 14 Wochen aufgenommen wurden, zeigen, wie sich der Planet vom nördlichen Sommer in Richtung der Tagundnachtgleiche 2025 bewegt. Während Saturn in den südlichen Frühling und später in den südlichen Sommer der 2030er Jahre übergeht, werden Hubble und Webb zunehmend bessere Einblicke in diese Hemisphäre erhalten.

Hubbles jahrzehntelange Beobachtungen des Saturn haben eine Aufzeichnung seiner sich entwickelnden Atmosphäre geschaffen. Programme wie OPAL mit ihrer jährlichen Überwachung haben es Wissenschaftlern ermöglicht, Stürme, Streifenmuster und saisonale Veränderungen im Laufe der Zeit zu verfolgen. Webb ergänzt diese fortlaufende Aufzeichnung nun um leistungsstarke Infrarot-Fähigkeiten und erweitert damit die Möglichkeiten der Forscher, die atmosphärische Struktur und die dynamischen Prozesse des Saturn zu messen.

Weitere Informationen
Webb ist das größte und leistungsstärkste Teleskop, das jemals ins All gebracht wurde. Im Rahmen einer internationalen Kooperationsvereinbarung stellte die ESA den Startdienst für das Teleskop unter Einsatz der Trägerrakete Ariane 5 bereit. In Zusammenarbeit mit ihren Partnern war die ESA für die Entwicklung und Qualifizierung der Anpassungen der Ariane 5 für die Webb-Mission sowie für die Beschaffung des Startdienstes durch Arianespace verantwortlich. Die ESA stellte außerdem den Hauptspektrografen NIRSpec sowie 50 % des Mittelinfrarot-Instruments MIRI bereit, das von einem Konsortium staatlich finanzierter europäischer Institute (dem MIRI European Consortium) in Zusammenarbeit mit dem JPL und der University of Arizona entwickelt und gebaut wurde. Webb ist eine internationale Partnerschaft zwischen der NASA, der ESA und der Canadian Space Agency (CSA).

Das Hubble-Weltraumteleskop ist seit über drei Jahrzehnten in Betrieb und liefert weiterhin bahnbrechende Entdeckungen, die unser grundlegendes Verständnis des Universums prägen. Hubble ist ein Projekt der internationalen Zusammenarbeit zwischen der ESA und der NASA.

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• Planet Saturn

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Quelle: NASA / Jet Propulsion Laboratory, 26. Januar 2026

Dank der beispiellosen Empfindlichkeit des Webb-Teleskops erfahren Wissenschaftler immer mehr über den Einfluss der Dunklen Materie auf Sterne, Galaxien und sogar Planeten wie die Erde. Wissenschaftler haben anhand von Daten des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA eine der detailliertesten und hochauflösendsten Karten der Dunklen Materie erstellt, die jemals erstellt wurde. Sie zeigt, wie sich das unsichtbare, geisterhafte Material mit „normaler“ Materie überlagert und verflechten, aus der Sterne, Galaxien und alles, was wir sehen können, bestehen. Die Karte, die am Montag, dem 26. Januar, in Nature Astronomy veröffentlicht wurde, baut auf früheren Forschungen auf und liefert zusätzliche Bestätigungen und neue Details darüber, wie dunkle Materie das Universum im größten Maßstab – Galaxienhaufen mit einem Durchmesser von Millionen von Lichtjahren – geprägt hat, aus denen letztlich Galaxien, Sterne und Planeten wie die Erde entstanden sind.

„Dies ist die größte Karte der Dunklen Materie, die wir mit Webb erstellt haben, und sie ist doppelt so scharf wie alle anderen Karten der Dunklen Materie, die von anderen Observatorien erstellt wurden“, sagte Diana Scognamiglio, Hauptautorin der Studie und Astrophysikerin am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien. „Bisher hatten wir nur ein verschwommenes Bild der Dunklen Materie. Dank der unglaublichen Auflösung von Webb sehen wir nun die unsichtbare Struktur des Universums in atemberaubender Detailgenauigkeit.“

Dunkle Materie strahlt kein Licht aus, reflektiert es nicht, absorbiert es nicht und blockiert es auch nicht, sondern durchdringt normale Materie wie ein Geist. Aber sie interagiert mit dem Universum durch die Schwerkraft, was die Karte mit einer neuen Klarheit zeigt. Der Beweis für diese Interaktion liegt im Grad der Überlappung zwischen dunkler Materie und normaler Materie. Laut den Autoren der Studie bestätigen die Beobachtungen von Webb, dass diese enge Übereinstimmung kein Zufall sein kann, sondern darauf zurückzuführen ist, dass die Schwerkraft der dunklen Materie im Laufe der kosmischen Geschichte normale Materie zu sich hinzieht.

„Wo immer wir einen großen Cluster aus Tausenden von Galaxien sehen, sehen wir auch eine ebenso große Menge an dunkler Materie am selben Ort. Und wenn wir eine dünne Kette aus normaler Materie sehen, die zwei dieser Cluster verbindet, sehen wir auch eine Kette aus dunkler Materie“, sagte Richard Massey, Astrophysiker an der Durham University im Vereinigten Königreich und Mitautor der neuen Studie. „Es ist nicht nur so, dass sie die gleiche Form haben. Diese Karte zeigt uns, dass dunkle Materie und normale Materie immer am selben Ort waren. Sie sind zusammen gewachsen.“

Genauer betrachtet

Das Gebiet, das von der neuen Karte abgedeckt wird, befindet sich im Sternbild Sextans und ist etwa 2,5 Mal so groß wie der Vollmond. Eine weltweite Gemeinschaft von Wissenschaftlern hat diese Region mit mindestens 15 bodengestützten und weltraumgestützten Teleskopen für die Cosmic Evolution Survey (COSMOS) beobachtet. Ihr Ziel: die Position der regulären Materie hier genau zu messen und sie dann mit der Position der dunklen Materie zu vergleichen. Die erste Karte der dunklen Materie in diesem Gebiet wurde 2007 unter Verwendung von Daten des Hubble-Weltraumteleskops der NASA erstellt, einem Projekt unter der Leitung von Massey und dem JPL-Astrophysiker Jason Rhodes, einem Mitautor der Veröffentlichung.

Webb beobachtete diese Region insgesamt etwa 255 Stunden lang und identifizierte fast 800.000 Galaxien, von denen einige zum ersten Mal entdeckt wurden. Scognamiglio und ihre Kollegen suchten dann nach dunkler Materie, indem sie beobachteten, wie ihre Masse den Raum selbst krümmt, was wiederum das Licht von fernen Galaxien auf seinem Weg zur Erde ablenkt. Bei der Beobachtung durch die Forscher wirkt es so, als ob das Licht dieser Galaxien durch eine gekrümmte Fensterscheibe gefallen wäre.

Die Webb-Karte enthält etwa zehnmal mehr Galaxien als Karten des Gebiets, die von bodengestützten Observatorien erstellt wurden, und doppelt so viele wie die von Hubble. Sie zeigt neue Ansammlungen dunkler Materie und liefert eine höherauflösende Ansicht der zuvor von Hubble beobachteten Gebiete. Um die Entfernungsmessungen zu vielen Galaxien für die Karte zu verfeinern, verwendete das Team das Mid-Infrared Instrument (MIRI) von Webb, das vom JPL entwickelt und bis zum Start betreut wurde, zusammen mit anderen Weltraum- und bodengestützten Teleskopen. Dank der von MIRI erfassten Wellenlängen eignet es sich auch hervorragend zur Erkennung von Galaxien, die durch kosmische Staubwolken verdeckt sind.

Warum das wichtig ist

Als das Universum entstand, waren normale Materie und dunkle Materie wahrscheinlich nur spärlich verteilt. Wissenschaftler glauben, dass sich die dunkle Materie zuerst zu Klumpen zusammenballte und dass diese Klumpen dann normale Materie anzogen, wodurch Regionen mit genügend Material entstanden, in denen sich Sterne und Galaxien bilden konnten. Auf diese Weise bestimmte die dunkle Materie die großräumige Verteilung der Galaxien im Universum. Indem sie die Entstehung von Galaxien und Sternen früher als sonst ausgelöst hat, trug die Dunkle Materie auch dazu bei, die Voraussetzungen für die spätere Entstehung von Planeten zu schaffen. Denn die ersten Generationen von Sternen waren dafür verantwortlich, Wasserstoff und Helium – die den größten Teil der Atome im frühen Universum ausmachten – in die vielfältigen Elemente umzuwandeln, aus denen heute Planeten wie die Erde bestehen. Mit anderen Worten: Die Dunkle Materie verschaffte komplexen Planeten mehr Zeit für ihre Entstehung.

„Diese Karte liefert einen weiteren Beweis dafür, dass es ohne Dunkle Materie in unserer Galaxie möglicherweise keine Elemente gäbe, die das Entstehen von Leben ermöglicht hätten“, so Rhodes. „Dunkle Materie ist nichts, was wir in unserem Alltag auf der Erde oder sogar in unserem Sonnensystem antreffen, aber sie hat uns definitiv beeinflusst.“

Scognamiglio und einige ihrer Co-Autoren werden die Dunkle Materie auch mit dem kommenden Nancy Grace Roman Space Telescope der NASA über einem Gebiet kartieren, das 4.400 Mal größer ist als die COSMOS-Region. Zu den wichtigsten wissenschaftlichen Zielen von Roman gehört es, mehr über die grundlegenden Eigenschaften der Dunklen Materie zu erfahren und darüber, wie sie sich im Laufe der kosmischen Geschichte verändert haben oder auch nicht. Die Karten von Roman werden jedoch die räumliche Auflösung von Webb nicht übertreffen. Eine detailliertere Untersuchung der dunklen Materie wird nur mit einem Teleskop der nächsten Generation möglich sein, wie dem Habitable Worlds Observatory, dem nächsten Flaggschiff-Konzept der NASA im Bereich der Astrophysik.

Mehr über Webb

Das James Webb Space Telescope löst Geheimnisse in unserem Sonnensystem, blickt über diese hinaus auf ferne Welten um andere Sterne und erforscht die mysteriösen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin. Webb ist ein internationales Programm unter der Leitung der NASA mit ihren Partnern ESA (Europäische Weltraumorganisation) und CSA (Kanadische Weltraumagentur).

Weitere Informationen über Webb finden Sie unter: https://science.nasa.gov/webb

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• Dunkle Materie

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Quelle: NASA Webb Mission Team, 20. Januar 2026

Auf dem Bild der NIRCam (Nahinfrarotkamera) des Webb-Teleskops zeichnen sich Säulen ab, die wie Kometen mit langen Schweifen aussehen und den Umfang des inneren Bereichs einer expandierenden Gashülle nachzeichnen. Hier prallen glühende Winde aus schnell strömendem, heißem Gas des sterbenden Sterns auf langsamere, kältere Hüllen aus Staub und Gas, die zu Beginn seiner Lebenszeit abgestoßen wurden, und formen so die bemerkenswerte Struktur des Nebels.

Der ikonische Helixnebel wurde in den fast zwei Jahrhunderten seit seiner Entdeckung von zahlreichen boden- und weltraumgestützten Observatorien abgebildet. Die Nahinfrarotaufnahme des Webb-Teleskops zeigt diese Verdichtungen im Vergleich zu dem eher ätherischen Bild des Hubble-Weltraumteleskops der NASA, während die höhere Auflösung die Schärfe der Aufnahme des außer Dienst gestellten Spitzer-Weltraumteleskops der NASA übertrifft. Darüber hinaus zeigt die neue Nahinfrarotaufnahme den deutlichen Übergang zwischen dem heißesten und dem kühlsten Gas, während sich die Hülle vom zentralen Weißen Zwerg ausdehnt.

Ein gleißend heller Weißer Zwerg, der Überrest des sterbenden Sterns, liegt mitten im Nebel, außerhalb des Bildausschnitts des Webb-Teleskops. Seine intensive Strahlung erhellt das umgebende Gas und erzeugt ein farbenprächtiges Spektrum: heißes, ionisiertes Gas in unmittelbarer Nähe des Weißen Zwergs, kühlerer molekularer Wasserstoff weiter außen und schützende Bereiche, in denen sich in Staubwolken komplexere Moleküle bilden können. Diese Wechselwirkung ist von entscheidender Bedeutung, denn sie liefert das Ausgangsmaterial, aus dem in anderen Sternsystemen eines Tages neue Planeten entstehen könnten.

Auf Webbs Aufnahme des Helixnebels repräsentiert die Farbe die Temperatur und die chemische Zusammensetzung. Ein Hauch von Blau markiert das heißeste Gasfeld, das durch die intensive ultraviolette Strahlung des Weißen Zwergs angeregt wird. Weiter außen kühlt das Gas ab, Bereiche in denen sich Wasserstoffatome zu Molekülen verbinden, sind in gelb dargestellt. An den äußeren Rändern zeichnen die rötlichen Töne das kühlste Material nach, wo das Gas dünner wird und sich Staub bilden kann. Zusammengenommen zeigen die Farben, wie der letzte Atemzug des Sterns sich in die Rohstoffe für neue Welten verwandelt und so den Wissensschatz, den Webb über den Ursprung von Planeten gewonnen hat, erweitert.

Spitzers Untersuchungen des Helixnebels deuteten auf die Bildung komplexerer Moleküle hin, doch Webbs Auflösung zeigt, wie diese in abgeschirmten Bereichen des Nebels entstehen. Achten Sie auf dem Webb-Bild auf dunkle Bereiche inmitten des leuchtenden Oranges und Rots.

Der Helixnebel befindet sich 650 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Wassermann. Aufgrund seiner relativen Nähe zur Erde und seiner Ähnlichkeit mit dem „Auge Saurons“ ist er bei Hobbyastronomen und professionellen Astronomen gleichermaßen beliebt.

Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Weltraumteleskop für die Weltraumforschung. Webb entschlüsselt Geheimnisse unseres Sonnensystems, richtet den Blick auf ferne Welten um andere Sterne und erforscht die geheimnisvollen Strukturen und Ursprünge unseres Universums sowie unseren Platz darin. Webb ist ein internationales Programm unter der Leitung der NASA und ihrer Partner, der ESA (Europäische Weltraumorganisation) und der CSA (Kanadische Weltraumagentur).

Weitere Informationen zu Webb finden Sie unter: https://nasa.gov/webb

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• Planetarische Nebel

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Quelle: MPA 28. Juli 2022.

28. Juli 2022 – Als Gravitationslinse vervielfacht und vergrößert SMACS J0723.3−7327 Bilder von Hintergrundgalaxien. Eine Familie solcher Mehrfachbilder gehört zu einer Galaxie, deren Entfernung sich mithilfe des neuen Modells auf 13 Milliarden Lichtjahre schätzen lässt. Wenn dies bestätigt wird, unterstreicht es die Bedeutung genauer Gravitationslinsenmodelle für die Identifizierung entfernter Galaxien und ihre detaillierte Untersuchung.

Das erste vom James Webb Space Telescope (JWST) veröffentlichte wissenschaftliche Bild zeigt den Galaxienhaufen SMACS J0723.3−7327. Insbesondere Galaxienhaufen können als Gravitationslinsen wirken und das Licht von Hintergrundgalaxien verstärken sowie mehrere Bilder von diesen erzeugen. Vor JWST waren hinter SMACS J0723.3−7327 insgesamt 19 Mehrfachbilder von sechs Hintergrundquellen bekannt. Die JWST-Daten enthüllten nun 27 zusätzliche Mehrfachbilder von zehn weiteren Objekten.

„In diesem ersten Schritt haben wir die Daten dieses brandneuen Teleskops verwendet, um den Linseneffekt von SMACS0723 mit großer Genauigkeit zu modellieren“, betont Gabriel Bartosch Caminha, Postdoc-Fellow am Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA), der Technischen Universität München und dem German Centre for Cosmological Lensing (GCCL). Die Forschenden verwendeten zunächst Daten des Hubble Space Telescopes (HST) und des Multi Unit Spectroscopic Explorers (MUSE), um ein „Pre-JWST“-Linsenmodell zu erstellen, und verfeinerten es dann mit den neu verfügbaren JWST-Nahinfrarotdaten. „Die JWST-Aufnahmen sind absolut verblüffend und wunderschön. Sie zeigen viel mehr Mehrfachbilder von Hintergrundquellen, die es uns ermöglichten, unser Massenmodell für die Gravitationslinse erheblich zu verbessern“, fügt er hinzu.

Von den neu entdeckten, gelinsten Objekten gibt es bisher noch keine Entfernungsschätzungen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verwendeten ihr neues Modell für die Massenverteilung, um die Entfernung dieser Linsengalaxien abzuschätzen. Ein Objekt scheint sich demnach in der erstaunlichen Entfernung von 13 Milliarden Lichtjahren zu befinden (Rotverschiebung > 7,5), das heißt sein Licht wurde in den frühen Entwicklungsstadien unseres Universums emittiert. Von dieser Galaxie entstanden drei Mehrfachbilder und ihre Helligkeit wurde insgesamt um etwa das 20-fache verstärkt.

Um solche weit entfernten Objekte zu untersuchen, ist es jedoch von grundlegender Bedeutung, den Linseneffekt des Galaxienhaufens im Vordergrund genau zu beschreiben. „Unser genaues Massenmodell bildet die Grundlage für die Untersuchung der JWST-Daten“, betont Sherry Suyu, Forschungsgruppenleiterin am MPA und dem Exzellenzcluster Origins, außerordentliche Professorin an der Technischen Universität München und Gastwissenschaftlerin am Academia Sinica Institut für Astronomie und Astrophysik. „Die spektakulären JWST-Bilder zeigen eine große Vielfalt stark gelinster Galaxien, die dank unseres genauen Modells jetzt im Detail untersucht werden können“, erläutert sie.

Das neue Modell für die Massenverteilung des Vordergrundhaufens ist in der Lage, die Positionen aller Mehrfachbilder mit hoher Genauigkeit zu reproduzieren und ist damit eines der besten verfügbaren Massenmodelle. Für Folgestudien dieser Quellen werden die Linsenmodelle, einschließlich Vergrößerungskarten (magnification maps) und Rotverschiebungen (also Entfernungen), die aus dem Modell geschätzt werden, öffentlich zugänglich gemacht. „Wir freuen uns sehr darüber“, fügt Suyu hinzu, „und wir warten gespannt auf zukünftige JWST-Beobachtungen anderer Galaxienhaufen mit starkem Linseneffekt. Diese werden es uns nicht nur ermöglichen, die Massenverteilungen von Galaxienhaufen besser einzugrenzen, sondern auch Galaxien mit hoher Rotverschiebung zu untersuchen.“

Publikation
G. B. Caminha, S. H. Suyu, A. Mercurio, G. Brammer, P. Bergamini, A. Acebron, and E. Vanzella: First JWST observations of a gravitational lens – Mass model of new multiple images with near-infrared observations of SMACS J0723.3−7327, submitted to A&A Letters.
https://arxiv.org/abs/2207.07567
pdf: https://arxiv.org/pdf/2207.07567

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• JWST – James Webb Space Telescope

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Quelle: ESA 2. Juni 2022.

2. Juni 2022 – Als größtes und komplexestes Observatorium, das jemals ins All gesendet wurde, hat Webb eine sechsmonatige Vorbereitungszeit hinter sich, bevor es mit der wissenschaftlichen Arbeit beginnen kann, seine Instrumente auf die Weltraumumgebung zu kalibrieren und seine Spiegel auszurichten. Dieser sorgfältige Prozess, ganz zu schweigen von den Jahren der Entwicklung neuer Technologien und der Missionsplanung, wird zu den ersten Bildern und Daten führen: Sie demonstrieren die volle Leistungsfähigkeit von Webb, das bereit ist, seine wissenschaftliche Mission zu beginnen und das infrarote Universum offenzulegen.

„Diese erste Veröffentlichung wird ein bemerkenswerter Erfolg für die Mission sein, der uns einen ersten Eindruck davon vermittelt, wie das James-Webb-Teleskop unseren Blick auf das Universum verändern wird“, so Chris Evans, ESA-Webb-Projektwissenschaftler. „Wir freuen uns darauf, diese Bilder mit ganz Europa gemeinsam zu sehen.“

Das James-Webb-Teleskop hob am 25. Dezember 2022 mit einer Ariane-5-Rakete vom europäischen Weltraumbahnhof in Französisch-Guayana zu seiner spannenden Mission ab, um die Geheimnisse des Universums zu entschlüsseln. Webb, eine Partnerschaft der NASA, der ESA und der kanadischen Weltraumbehörde (CSA), soll Antworten auf offene Fragen über das Universum geben und bahnbrechende Entdeckungen in allen Bereichen der Astronomie machen.

Die wichtigsten Beiträge der ESA zur Mission sind: das NIRSpec-Instrument, die Montage der optischen Bank des MIRI-Instruments, die Bereitstellung der Startdienste und das Personal zur Unterstützung des Missionsbetriebs. Im Gegenzug zu diesen Beiträgen erhalten die europäischen Wissenschaftler einen Anteil von mindestens 15 % der gesamten Beobachtungszeit, ähnlich wie beim Hubble-Weltraumteleskop der NASA/ESA.

Hinter den Kulissen: Erstellung der ersten Bilder von Webb
„Die Veröffentlichung der ersten Farbbilder von Webb wird für uns alle ein einzigartiger Moment sein. Wir werden innehalten und einen Anblick bewundern, den die Menschheit noch nie zuvor gesehen hat“, sagte Eric Smith, Webb-Programmwissenschaftler am Hauptsitz der NASA in Washington. „Diese Bilder werden der Gipfel von jahrzehntelanger Hingabe, Talent und Träumen sein – aber sie werden auch ein neuer Anfang sein.“

Die Entscheidung, was Webb als Erstes in Augenschein nehmen soll, war ein mehr als fünf Jahre dauerndes Projekt im Rahmen einer internationalen Partnerschaft zwischen der NASA, der ESA, der CSA und dem Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, USA, das für die wissenschaftlichen Arbeiten und den Betrieb von Webb zuständig ist.

„Unsere Ziele für die ersten Bilder und Daten von Webb sind sowohl die Präsentation der leistungsstarken Instrumente des Teleskops als auch eine Vorschau auf die kommende wissenschaftliche Mission“, sagte der Astronom Klaus Pontoppidan, Webb-Projektwissenschaftler am STScI. „Sie werden den Astronomen und der Öffentlichkeit mit Sicherheit einen lang erwarteten „Wow-Effekt“ bescheren.“

Sobald jedes der Instrumente des Teleskops kalibriert und getestet ist und von den wissenschaftlichen und technischen Teams grünes Licht erhalten hat, werden die ersten Bilder und spektroskopischen Beobachtungen durchgeführt. Das Team wird eine Liste von Zielen abarbeiten, die von einem internationalen Komitee vorausgewählt und nach Prioritäten geordnet wurden, um die leistungsstarken Fähigkeiten von Webb zu testen. Anschließend wird das Produktionsteam die Daten von den Wissenschaftlern des Webb-Instruments erhalten und sie zu Bildern für Astronomen und die Öffentlichkeit verarbeiten.

Was werden wir sehen?
Die ersten Farbbilder von Webb werden schon seit langem sorgfältig geplant, das neue Teleskop ist jedoch so leistungsstark, dass es schwierig ist, genau vorherzusagen, wie die ersten Bilder aussehen werden.

„Natürlich gibt es Dinge, die wir erwarten und zu sehen hoffen, aber mit einem neuen Teleskop und diesen neuen Infrarotdaten in hoher Auflösung werden wir es erst begreifen, wenn wir es gesehen haben“, sagte Joseph DePasquale, der leitende Entwickler für wissenschaftliche Visualisierungen am STScI.

Erste Ausrichtungsbilder haben bereits die beispiellose Schärfe der Infrarotansicht von Webb gezeigt. Diese neuen Bilder werden jedoch die ersten in Farbe sein und die ersten, mit denen die vollen wissenschaftlichen Fähigkeiten von Webb gezeigt werden können. Zusätzlich zu den Bildern wird Webb auch spektroskopische Daten erfassen – detaillierte Informationen, die Astronomen im Licht lesen können.

Das erste Bildmaterialpaket wird die wissenschaftlichen Themen hervorheben, die die Mission inspiriert haben und die im Mittelpunkt ihrer Arbeit stehen werden: das frühe Universum, die Entwicklung von Galaxien im Laufe der Zeit, der Lebenszyklus von Sternen und andere Welten. Alle Daten der Inbetriebnahme von Webb – die Daten, die während der Ausrichtung des Teleskops und der Vorbereitung der Instrumente aufgenommen wurden – werden ebenfalls öffentlich zugänglich gemacht.

Was kommt als Nächstes?
Wissenschaft! Nach der Aufnahme der ersten Bilder werden die wissenschaftlichen Beobachtungen von Webb beginnen, um die wichtigsten wissenschaftlichen Themen der Mission weiter zu erforschen. Teams wetteifern schon um Zeit für die Nutzung des Teleskops, was die Astronomen den ersten „Zyklus“ oder das erste Jahr der Beobachtungen nennen. Die Beobachtungen werden sorgfältig geplant, um die Zeit des Teleskops so effizient wie möglich zu nutzen.

Diese Beobachtungen markieren den offiziellen Beginn des allgemeinen wissenschaftlichen Betriebs von Webb – die Arbeit, für die es entwickelt wurde. Astronomen werden Webb nutzen, um das infrarote Universum zu beobachten, die gesammelten Daten zu analysieren und wissenschaftliche Arbeiten über ihre Entdeckungen zu veröffentlichen.

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• JWST – James Webb Space Telescope

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Quelle: Airbus Defence and Space 9. Mai 2022.

Baltimore, 9. Mai 2022 – Der Nahinfrarot-Spektrograf NIRSpec ist ein Schlüsselinstrument des James Webb Space Telescopes. Es hat alle Funktionstests, einschließlich seiner Untersysteme und Mechanismen, erfolgreich bestanden und ist damit der Lieferung seiner ersten Ergebnisse einen Schritt näher gekommen.

Das NIRSpec-Inbetriebnahmeteam, dem auch Airbus-Experten angehören, führte die Tests durch, während Webb auf kryogene Temperaturen heruntergekühlt wird, so dass es ohne Infrarot-Störungen, die seine Beobachtungen beeinträchtigen könnten, arbeiten kann. Das Teleskop nähert sich seiner Betriebstemperatur von etwa -235 °C (38 K). Die erfolgreichen Tests waren ein äußerst wichtiger Meilenstein bei der Inbetriebnahme von NIRSpec.

„Das Webb-Teleskop wird einen Wendepunkt in der Art und Weise darstellen, wie wir unser Universum sehen“ sagte Jean Marc Nasr, Leiter von Airbus Space Systems. „Unsere Beiträge zu den Instrumenten NIRSpec und MIRI stellen die Spitze der Technologie in der modernen Astronomie dar. Wir bei Airbus bringen unsere unübertroffene Erfahrung ein und sind ein wichtiger Partner bei den künftigen Entdeckungen der Webb-Mission.“

Seit dem Start von Webb haben Teammitglieder von Airbus-Standorten in München und Friedrichshafen dessen Abkühlphase vom Mission Operations Center im Space Telescope Science Institute in Baltimore (Maryland, USA) aus ständig überwacht.

Die nächste Phase der Inbetriebnahme wird zwei Monate dauern und umfasst Leistungstests und Kalibrierung, die jetzt beginnen, da die 18 Segmente des Primärspiegels nun ausgerichtet sind. Das Airbus-Ingenieurteam wird die Leistungsprüfung und Kalibrierung weiterhin unterstützen. Sobald der einwandfreie Betrieb bestätigt ist, kann NIRSpec beginnen, mit seinen Beobachtungen Geschichte zu schreiben.

NIRSpec ist so präzise, dass es die Infrarotsignatur eines brennenden Streichholzes auf dem Mond erkennen könnte. Es wird erwartet, dass es erstaunliche Fortschritte in der Infrarot-Weltraumforschung erzielen wird. Es wird die Entstehung der ersten Sterne und Galaxien in unserem Universum untersuchen, als dieses erst einige hundert Millionen Jahre alt war. NIRSpec wird auch in der Lage sein, die Atmosphäre von Exoplaneten zu untersuchen, also von Planeten, die andere Sterne als unsere Sonne umkreisen. Insbesondere wird es nach der Signatur von Schlüssel-Molekülen wie Wasser suchen.

Zusammen mit NIRSpec und MIRI (Mid-InfraRed Instrument, ebenfalls mit Airbus-Beteiligung) wird Webb das infrarote Licht aus dem Weltraum in noch nie dagewesener Detailtreue beobachten und so einen Blick in die Vergangenheit werfen, 13,5 Milliarden Jahre zurück, um die ersten Galaxien nach dem Urknall oder die Entstehung von Planetensystemen in unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße, zu beobachten. Webb ist eine echte Zeitmaschine, die die Grenzen unseres Wissens erweitern und das Universum wie nie zuvor erforschen wird.

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• JWST – James Webb Space Telescope

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Quelle: ESA.

25. Dezember 2021 – Nach dem Start und der Trennung von der Trägerrakete bestätigte das Missionskontrollzentrum in Baltimore (USA), dass der Start erfolgreich verlaufen sei – das Webb-Teleskop habe seine Solarzellen entfaltet und befinde sich in einem guten Zustand.

Im kommenden Monat wird die Webb-Mission, eine internationale Partnerschaft zwischen der NASA, der ESA und der kanadischen Weltraumbehörde (CSA), an ihr Ziel reisen: dem zweiten Lagrange-Punkt (L2), wo sie das Universum im Infrarotbereich untersuchen wird.

„Der Start des Webb-Teleskops ist ein großer Meilenstein in der internationalen Zusammenarbeit, die diese Mission der nächsten Generation möglich gemacht hat. Ich möchte allen, die an der Planung, dem Bau und dem Start dieses ehrgeizigen Teleskops beteiligt waren, dafür danken, dass dieser Tag nun Wirklichkeit geworden ist. Wir stehen kurz davor, den neuen Blick des Webb-Teleskops auf das Universum und die spannenden wissenschaftlichen Entdeckungen, die es machen wird, zu erhalten“, sagt Josef Aschbacher, Generaldirektor der ESA.

„Das James-Webb-Weltraumteleskop steht für die Ambitionen der NASA und ihrer Partner, um uns auf dem Weg in die Zukunft voranzubringen“, sagt NASA-Administrator Bill Nelson. „Das Verheißungsvolle an der Web-Mission sind nicht die Entdeckungen, von denen wir wissen, dass wir sie machen werden, sondern vielmehr die Dinge, die wir hinsichtlich unseres Universums noch nicht verstehen oder die wir noch nicht ergründen können. Ich kann kaum erwarten, zu sehen, was dabei herauskommt!“

„Die CSA ist stolz darauf, wichtige Instrumente zu dieser umfassenden internationalen Partnerschaft beigesteuert zu haben, die Teil einer globalen Anstrengung ist, den nächsten großen wissenschaftlichen Sprung voranzutreiben. Die kanadischen Astronom*innen freuen sich darauf, die Daten des Webb-Satelliten zu nutzen und von den enormen wissenschaftlichen Möglichkeiten zu profitieren, die dieses einzigartige Observatorium bietet“, sagt CSA-Präsidentin Lisa Campbell.

Webbs Reise ins All
Die Webb-Beobachtungsstation musste für den Start sorgfältig in die speziell angepasste Ariane-5-Verkleidung eingefaltet werden, die etwa drei Minuten nach dem Start abgeworfen wurde. Anschließend begann Ariane 5 ein spezielles Rollmanöver, um den Webb-Satelliten vor der Sonnenstrahlung zu schützen. Nach 27 Minuten wurde das Teleskop von der Rakete getrennt und die Raketenoberstufe steuerte davon.

„Ich bin sehr froh und stolz, dass die vielseitige Verwendbarkeit und Zuverlässigkeit der Ariane 5 den Start einer so bahnbrechenden Mission ermöglicht hat. Dies ist eine Anerkennung der Fähigkeiten und des Engagements aller beteiligten Teams“, sagt Daniel Neuenschwander, ESA-Direktor für Raumtransport.

Das ESTRACK-Bodenstationsnetz der ESA spielte eine Schlüsselrolle bei der Verfolgung der Ariane 5 und des Webb-Teleskops nach dem Start bis zur Abtrennung von der Rakete.

Jetzt im Weltraum und auf dem Weg zum L2 wird das Webb-Teleskop eine komplexe Entfaltungsabfolge durchlaufen. In den folgenden Monaten werden die Instrumente in Betrieb genommen und ihre Leistungsfähigkeit wird getestet. Nach einem halben Jahr im All wird das Webb-Teleskop mit seinen wissenschaftlichen Routinebeobachtungen beginnen.

Mit Weitblick ins All
Webb wird weiter in unsere Ursprünge blicken: von den ersten Galaxien des Universums über die Geburt von Sternen und Planeten bis hin zu Exoplaneten mit dem Potenzial für Leben und unserem eigenen Sonnensystem.

„Die Idee für das Webb-Teleskop begann mit dem Traum der Astronom*innen, die Geburt der ersten Galaxien im frühen Universum zu beobachten. Das Teleskop wird jedoch viel mehr können, als alle erhofft hatten“, sagt Günther Hasinger, ESA-Direktor für Wissenschaft.

Die ESA hat zwei der vier wissenschaftlichen Instrumente an Bord der Webb beigetragen: NIRSpec und MIRI. „Es ist der hervorragenden Leistung der europäischen Industrie und Wissenschaft zu verdanken, dass die Entwicklung dieser komplexen Instrumente möglich war“, so Hasinger weiter.

„Wir freuen uns jetzt auf die schönen Bilder und Spektren, die das Webb-Teleskop liefern wird. Die europäische astronomische Gemeinschaft ist gespannt auf die Ergebnisse der 33 % verfügbaren Beobachtungszeit,die sie für das erste Jahr des Webb-Projekts gewonnen hat“, sagt Antonella Nota, ESA-Webb-Projektwissenschaftlerin.

Während der gesamten Dauer der Webb-Mission werden 15 ESA-Astronom*innen am Betrieb des Teleskops beteiligt sein.

ESA Start-Pressemappe
https://www.raumfahrer.net/wp-content/uploads/2021/01/Webb_LaunchKit_German.pdf

Über die Europäische Weltraumorganisation
Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) ist das Tor Europas zum Weltraum.

Sie ist eine 1975 gegründete zwischenstaatliche Organisation, deren Aufgabe darin besteht, europäische Raumfahrtkapazitäten zu entwickeln und sicherzustellen, dass die Investitionen in die Raumfahrt den Bürgern in Europa und weltweit zugutekommen.

Die ESA hat 22 Mitgliedstaaten: Österreich, Belgien, die Tschechische Republik, Dänemark, Estland, Finnland, Frankreich, Deutschland, Griechenland, Ungarn, Irland, Italien, Luxemburg, die Niederlande, Norwegen, Polen, Portugal, Rumänien, Spanien, Schweden, die Schweiz und das Vereinigte Königreich. Slowenien ist assoziiertes Mitglied. Slowenien, Lettland und Litauen sind assoziierte Mitglieder.

Die ESA arbeitet förmlich mit fünf anderen EU-Mitgliedstaaten zusammen. Auch Kanada nimmt im Rahmen eines Kooperationsabkommens an bestimmten ESA-Programmen teil.

Dank der Koordinierung der Finanzressourcen und Kompetenzen ihrer Mitgliedstaaten kann die ESA Programme und Tätigkeiten durchführen, die weit über die Möglichkeiten eines einzelnen europäischen Landes hinausgehen. Des Weiteren arbeitet sie eng mit der EU bei der Verwirklichung der Programme Galileo und Copernicus und mit Eumetsat bei der Entwicklung von Meteorologiemissionen zusammen.

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• James Webb Space Telescope (JWST) auf Ariane5 VA256

Der Beitrag ESA: Webb gestartet – soll Geheimnisse des Universums lüften erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: DLR.

25. Dezember 2021 – Am 25. Dezember 2021 um 9.20 Uhr Ortszeit (13.20 Uhr Mitteleuropäischer Zeit, MEZ) ist das James Webb Space Telescope – kurz JWST – vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou (Französisch-Guyana) zu seiner Reise zum 1,5 Millionen Kilometer entfernten Lagrange-Punkt 2 aufgebrochen. „James Webb ist das bislang größte und auch teuerste Weltraumteleskop aller Zeiten, das nun mit einer Ariane-5-Oberstufe ‚Made in Germany‘ auf seinen weiten Weg in die Tiefen des Weltraums gestartet ist. Zudem haben MIRI (Mid Infrared Instrument) und NIRSpec (Near Infrared Spectrograph) – zwei der vier Instrumente an Bord – deutsche Anteile: Das Nahinfrarot-Instrument NIRSpec wurde von Airbus in Ottobrunn und Friedrichshafen gebaut. Mit diesem Instrument wollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der ganzen Welt die ‚Geburtsstunden‘ des Universums analysieren. NIRSpec soll vor allem die Strahlung der ersten Galaxien aufspüren, die sich kurz nach dem Urknall gebildet haben. „Das James Webb-Teleskop wird damit Antworten auf bislang offene Fragen liefern und uns in die Lage versetzen, Türen zu neuen Fragen aufzustoßen“, erklärt Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstand und Leiter der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR, die wissenschaftliche Bedeutung der Mission.

Die Deutsche Raumfahrtagentur steuert im Auftrag der Bundesregierung die deutschen Beiträge für die Europäische Weltraumagentur ESA. Deutschland ist hier aktuell der größte Beitragszahler, zur James-Webb-Mission steuert Deutschland rund 106,5 Millionen Euro im Rahmen der ESA bei. Hinzukommen weitere zehn Millionen Euro für das MIRI-Instrument aus dem so genannten Nationalen Raumfahrtprogramm. Auch DLR-Wissenschaftler hoffen auf Beobachtungszeit von JWST, um Exoplaneten zu untersuchen. „Mit dem neuen Teleskop lassen sich zukünftig Atmosphären um viel kleinere Planeten nachweisen, als es bisher möglich war“, sagt Prof. Dr. Heike Rauer, Leiterin des DLR-Instituts für Planetenforschung in Berlin-Adlershof. „Das MIRI-Instrument ist ein gut geeignetes Werkzeug, um die Gashüllen dieser besonders kleinen Himmelskörper zu untersuchen.

Was Charles Darwin und das Weltraumteleskop James Webb gemeinsam haben
Als Charles Darwin vor 190 Jahren – genauer gesagt am 27. Dezember 1831 – mit der HMS Beagle aufbrach, wusste er noch nicht, dass seine Beobachtungen und Erkenntnisse die Welt der Wissenschaft grundlegend verändern würden. Heute haben wir zumindest eine Ahnung, welche Rätsel das Weltraumteleskop James Webb lösen könnte. Doch das präziseste Infrarot-Teleskop aller Zeiten hat vor allem das Unbekannte im Visier: „Wie Charles Darwin geht das Weltraumteleskop James Webb auch durch feinste Beobachtung der Evolution auf den Grund – nicht der von Mensch und Natur, sondern von Sternen und Planeten. Dabei blickt das Teleskop mit seinem riesigen, entfaltbaren Hauptspiegel von 6,5 Meter Durchmesser extrem weit in der Zeit zurück: ‚Kurz‘ nach dem Urknall vor etwa 13,8 Milliarden Jahren strahlten die ersten Galaxien Licht durch das Universum. Dies kommt wegen der raschen Ausdehnung des Alls erst heute bei uns als extrem schwache Wärmestrahlung an. Genau diese Strahlung kann das Teleskop einfangen – und sei sie noch so gering“, erklärt Heinz Hammes, James-Webb-Projektleiter in der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR.

JWST ist ein Gemeinschaftsprojekt der Raumfahrtagenturen NASA (USA), ESA (Europa) und CSA (Kanada). Es wird einen großen Infrarotbereich abdecken und diese „uralte“ Wärmestrahlung sichtbar machen. Und da die Infrarotstrahlung auch durch kalte Staubwolken hindurch sichtbar ist, verschwinden sogar diese Hindernisse für JWST. „Das Teleskop sieht also das bislang Verborgene, weil bei James Webb zum ersten Mal bei einem Weltraumteleskop der Spiegel gekühlt wird. Man kann so Signale empfangen, die vorher im Rauschen verborgen waren. Doch nicht nur mit der Frühgeschichte des Universums beschäftigt sich das Teleskop, es kann auch die Entstehung von Sternen und Planetensystemen aus besonderen Ringen aus Gas und Staub – den sogenannten Protoplanetaren Scheiben – beobachten und Planetensysteme auf ihre Lebensfreundlichkeit untersuchen. Es wird auch auf die Jagd nach erdähnlichen Exoplaneten gehen und deren Atmosphäre untersuchen“, ergänzt Hammes. Dabei wird gerade ein deutsches Instrument dabei helfen, die Chancen auf außerirdisches Leben besser einzuschätzen.

Zwei europäische Instrumente mit großen deutschen Anteilen
NIRSpec ist für den Wellenlängenbereich von 0,6 bis 5 Mikrometer ausgelegt und wurde im Auftrag der ESA von Airbus in Ottobrunn und Friedrichshafen aufgebaut. Dieses Instrument soll zum ersten Mal überhaupt Spektren von bis zu 100 verschiedenen Beobachtungszielen gleichzeitig in einem Gesichtsfeld von 3,4 mal 3,6 Bogenminuten ins Visier nehmen und ist damit ideal für die Spektroskopie von entfernten Galaxien geeignet. Eine Bogenminute entspricht etwa dem Auflösungsvermögen unseres Auges, wobei der Vollmond am Himmel einer Ausdehnung von 32 Bogenminuten entspricht. Mit NIRSpec soll vor allem die Strahlung der ersten Galaxien aufgespürt werden, die sich im frühen Universum in einer Zeit etwa 200 Millionen Jahre nach dem Urknall gebildet haben, als sich das All von seinem heutigen Zustand noch deutlich unterschied.

„NIRSpec wird das von diesen Himmelskörpern empfangene Infrarotlicht in einzelne Wellenlängen zerlegen und den Wissenschaftlern dadurch wichtige Informationen zur Entfernung, chemischen Zusammensetzung, zu den dynamischen Eigenschaften und dem Alter dieser Objekte liefern sowie den intergalaktischen Raum und dessen Gase genauer untersuchen. NIRSpec ist ein äußerst vielseitiges Instrument, das auch die Frühphasen der Entstehung von Sternen in unserer Milchstraße untersuchen und die atmosphärischen Eigenschaften von Planeten anderer Sterne analysieren wird, womit die Möglichkeiten für außerirdisches Leben besser eingeschätzt werden können“, schildert Projektleiter Heinz Hammes.

MIRI wurde von der ESA und der NASA gemeinsam gebaut. Dabei stammen die Detektoren und die zugehörige Elektronik aus den USA. Europa stellt die optischen und mechanischen Komponenten dieses Instruments. Während alle anderen Instrumente im nahen Infrarotbereich beobachten, widmet sich MIRI dem mittleren Infrarotbereich. Das Instrument verfügt über drei 1024-mal-1024-Pixel Detektoren und deckt den Wellenlängenbereich von fünf bis zu 28 Mikrometer ab. Bedingt durch die größere Wellenlänge reduziert sich die Auflösung auf 0,19 Bogenminuten. MIRI hat aber dennoch eine sieben Mal höhere Winkelauflösung als das Weltraumteleskop Spitzer und ist auch etwa 50 Mal empfindlicher. Allerdings ist für dieses Instrument ein aktiver Kühlkreislauf notwendig, da die Detektoren mit Helium auf sechs Kelvin gekühlt werden müssen.

Das Instrument verfügt über verschiedene Modi, die für unterschiedliche Anwendungen ausgelegt sind. So ist der „Imaging Mode“ für eine Durchmusterung geeignet. Der „Coronographie Mode“ kann aufgrund von verschiedenen Filtern optimal für die Untersuchung von Exoplaneten eingesetzt werden. Im „Medium Resolution Spectroscopy Mode“ wird mit vier verschiedenen Kanälen der Himmel beobachtet. Durch die Abdeckung eines sehr großen Wellenlängenbereiches ist dieses Instrument sowohl für die nahen und warmen Objekte, wie Objekte in der Milchstraße, aber auch für die Objekte mit hoher Rotverschiebung aus der Frühzeit des Universums empfindlich. An dem Projekt arbeiten das Jet Propulsion Laboratory und das Goddard Space Flight Center der NASA sowie ein vom „Astronomy Technology Centre“ in Edinburgh geleitetes europäisches Konsortium aus 26 Nationen zusammen, zu dem auch das Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg und die Universität zu Köln zählen.

James Webb – ein internationales Großprojekt
Auf dem James Webb-Weltraumteleskop sind vier Instrumente integriert, die von verschiedenen Konsortien aufgebaut wurden. Insgesamt sind 14 verschiedene Staaten an diesem Riesenprojekt beteiligt: Die USA und Kanada arbeiten seit 1996 zusammen und seit 2003 auch zwölf europäische Staaten, vertreten durch die ESA. Zudem stellt die ESA mit einer Ariane 5 ECA den Launcher und beteiligt sich am Betrieb des Space Telescope Science Institutes in Baltimore. Dafür erhält die ESA eine volle Partnerschaft im Konsortium und Zugang zur Beobachtungszeit für alle Mitgliedsstaaten, ähnlich wie derzeit auch bei dem wissenschaftlichen Vorgängerprojekt Hubble. Diese Zeit wird durch ein unabhängiges Gremium bewertet und zugeteilt. Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR koordiniert die deutschen Beiträge für die ESA. Deutsche Beiträge zur Mission leisten darüber hinaus Airbus, ArianeGroup, Hensoldt Optronics, IABG, das Max-Planck-Institut für Astronomie und die Universität zu Köln.

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• James Webb Space Telescope (JWST) auf Ariane5 VA256

Der Beitrag Weltraumteleskop James Webb: Die Evolution des Universums im Fokus erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ArianeGroup.

Evry, Frankreich, 25. Dezember 2021 – Am Samstag, dem 25. Dezember um 9:20 Uhr Ortszeit startete Ariane 5 vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana, um das unter Leitung der NASA und Partnerschaft mit der ESA sowie der kanadischen Raumfahrtagentur CSA entwickelte James Webb Space Telescope in seinen Transferorbit zu bringen. 27 Minuten nach dem Start koppelte sich das Teleskop erfolgreich von der Trägerrakete ab.

Die Reise des Teleskops in die Nähe des Lagrange-Punkts 2 (L2) wird 29 Tage dauern:

• Am dritten Tag beginnt die Entfaltung des Hitzeschilds; am 11. Tag wird der Sekundärspiegel in Position gebracht;
• am 13. oder 14. Tag wird der aus 18 sechseckigen Segmenten bestehende Hauptspiegel, der einen Durchmesser von 6,5 Metern hat, montiert;
• etwa 29 Tage nach dem Launch soll das Teleskop an seinem endgültigen Bestimmungsort in einer Entfernung von 1,5 Millionen Kilometern von der Erde angekommen sein.

An der Entwicklung dieses Teleskops waren die drei Raumfahrtagenturen NASA, ESA und CSA beteiligt. Europa kam bei dieser Mission eine wichtige Rolle zu: Die ESA war für den mit der Ariane 5 durchgeführten Start zuständig und lieferte das von Airbus gebaute Spektrometer NIRspec, während die Astrophysik-Abteilung des Kommissariats für Atomenergie in Saclay und das Pariser Observatorium die Kamera MIRI entwickelten. Das James Webb Space Telescope ist das größte Weltraumteleskop, das jemals in den Weltraum geschickt wurde.

„Die Mission VA256 kann als wichtigster Start des Jahrzehnts gelten. Sie beweist der gesamten internationalen Raumfahrt-Community, wie zuverlässig die Leistungen von Arianespace für seine Kunden sind. Es ist eine Ehre für Arianespace, diesen Start durchzuführen, der die Menschheit bei ihrem Wissen über das Universum einen gewaltigen Schritt voranbringen wird“, erklärte Stéphane Israël, CEO von Arianespace. „Die Vorbereitung dieser Mission gemeinsam mit der NASA hat 20 Jahre in Anspruch genommen, und es ist der dritte Start, den wir für die US-amerikanische Weltraumbehörde durchführen – ein Beweis dafür, wie gewinnbringend groß angelegte internationale Raumfahrtkooperationen sind. Ich möchte mich bei der ESA, der NASA und der CSA dafür bedanken, dass sie uns dieses überaus wertvolle Juwel anvertraut haben. Ein Launch morgens am Ersten Weihnachtstag, 42 Jahre nach dem Start der ersten Ariane hier in Kourou, ist ein großartiges Geschenk zum Jahresende an die Raumfahrt-Community, die heute anlässlich dieses Starts zusammengekommen ist. Ich möchte mich auch bei den Teams von Arianespace, ArianeGroup, CNES und ESA bedanken, die ohne Unterlass und mit derselben Leidenschaft an diesem Erfolg gearbeitet haben.“

Als Nachfolger des Hubble Space Telescopes wird das Webb Space Telescope hundertmal leistungsstärker sein und über eine unterschiedliche und verbesserte Technologie verfügen, die es ermöglicht, 70 % mehr Licht zu erfassen. Diese Innovationen werden der Wissenschaft völlig neue Beobachtungen der ersten Sterne und Galaxien ermöglichen, die nach dem Urknall entstanden sind.

„Neben Rosetta und dem europäischen Raumtransporter ATV gehört dieser erneute Erfolg sicherlich zu den legendärsten Starts der Ariane 5 zur Erkundung des Weltraums. Ariane 5 ist die zuverlässigste Trägerrakete der Welt, und dennoch haben wir, zusammen mit allen, die zum Erfolg dieser Mission beigetragen haben, den Atem angehalten, als unser Launcher mit diesem Juwel der Wissenschaft abhob. Seine kostbaren Instrumente wurden von einer eigens angepassten Nutzlastverkleidung geschützt. Alle vorangegangenen Flüge waren auch eine Vorbereitung auf diesen hier, denn wir wussten, dass die Augen der ganzen Welt auf uns gerichtet sein würden. Es stehen nun noch fünf Starts mit der Ariane 5 aus, bevor sie endgültig in die Geschichte der Raumfahrt eingehen wird. Alle unsere Teams sind jetzt fest entschlossen, Ariane 6, die von Kourou erstmals in 2022 starten wird, zum nächsten großen Erfolg der europäischen Raumfahrt zu machen. Ich danke der ESA ebenso wie der NASA und der CSA für ihr Vertrauen, aber auch allen europäischen Industriepartnern des Ariane-5-Programms, die heute sicherlich ebenso stolz sind wie wir,“, erklärte André Hubert Roussel, CEO von ArianeGroup.

Die Ingenieure von ArianeGroup und Arianespace haben mit ihren europäischen Industriepartnern für diese Mission spezifische Lösungen entwickelt, um die volle Kompatibilität der Trägerrakete Ariane 5 mit ihrem Passagier zu gewährleisten:

• So wurde eigens ein Adapter konzipiert und gebaut, um das Teleskop unterzubringen, das unter der Nutzlastverkleidung eine Höhe von 10,5 Metern und eine Breite von fast 4,5 Metern aufweist (nach Inbetriebnahme 21 Meter hoch und 14 Meter breit).
• Die Nutzlastverkleidung wurde einer Spezialreinigung unterzogen, um sicherzustellen, dass kein Staub mit dem Teleskop und seinen wertvollen Spiegeln in Berührung kommt.
• In der Nähe der Entleerungsventile wurden Kolben angebracht, um die Öffnung der Ventile zu erwirken und so den Unterschied zwischen dem Druck im Innenraum unter der Nutzlastverkleidung und dem Vakuum im Weltraum auf ein Minimum zu reduzieren.
• Um die Instrumente an Bord des Teleskops vor unerwünschten thermischen Effekten zu schützen, wurde die Flugsoftware so eingestellt, dass Ariane 5 ein spezielles Rollmanöver durchführte, mit dem die Sonneneinstrahlung nach dem Abwurf der Haube kontrolliert werden konnte.
• Um nach der Trennung des Teleskops von der Oberstufe der Trägerrakete jegliches Risiko einer Kollision zwischen beiden auszuschließen, wurden die verbleibenden Treibstoffe und Gase der Oberstufe für ein spezielles Manöver genutzt, das die Stufe nach dem Ende der Antriebsphase vom Teleskop entfernt.
• Die in hundert Ariane 5-Flügen erworbene Erfahrung gewährleistete die außerordentliche Präzision, mit der das Teleskop in die Umlaufbahn zum Lagrange-Punkt 2 eintreten konnte.

ArianeGroup ist Hauptauftragnehmer für die Entwicklung und Fertigung der Ariane-5- und Ariane-6-Trägerraketen. Das Unternehmen koordiniert ein industrielles Netzwerk von über 600 Unternehmen, darunter 350 kleine und mittlere Unternehmen. ArianeGroup koordiniert die gesamte industrielle Lieferkette für die Ariane 5 – von Studien über die Leistungsoptimierung und die Produktion bis hin zur Lieferung missionsspezifischer Daten und Software. Diese Kette schließt Ausrüstung und Strukturen, Triebwerksfertigung, die Integration der einzelnen Stufen sowie die Integration der Trägerrakete in Französisch-Guayana ein. ArianeGroup liefert eine betriebsfertige Trägerrakete auf der Startrampe an ihr Tochterunternehmen Arianespace, das im Auftrag seiner Kunden ab dem Start für den Flug verantwortlich ist.

Ariane 5 ist ein Programm der Europäischen Raumfahrtorganisation ESA, das in einer Kooperation zwischen öffentlichen Institutionen und der Industrie durchgeführt wird. Die von Arianespace vermarkteten und durchgeführten Ariane 5-Starts erfolgen vom Raumfahrzentrum Kourou in Französisch-Guayana mit Unterstützung durch Teams der französischen Raumfahrtbehörde CNES.

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• James Webb Space Telescope (JWST) auf Ariane5 VA256

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Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie.

21. Dezember 2021 – Wenn voraussichtlich am 24. Dezember 2021 das Weltraumteleskop James Webb zu seiner Mission ins All aufbricht, werden am Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg entwickelte und gebaute Elemente mit an Bord sein. Darunter befindet sich ein Filterrad, das die MIRI-Kamera des Webb-Teleskops erst zu einem wissenschaftlichen Instrument macht, mit dem Astronominnen und Astronomen einige der drängendsten Fragen der Weltraumforschung beantworten wollen. Dieser Beitrag ist ein Baustein, der auch in Zukunft den Platz des MPIA in der Weltspitze der astronomischen Forschung sichern hilft.

Am 24. Dezember 2021 soll nach Jahrzehnten der Planung, Entwicklung und des Baus sowie mehreren Verzögerungen das Weltraumteleskop James Webb (JWST) mit einer Ariane 5-Rakete vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana ins All starten. Für zwei der an Bord befindlichen Messinstrumente hat das Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg mehrere zentrale technische Komponenten beigetragen.

Das MPIA ist einer der Hauptpartner im europäischen Konsortium für MIRI (Mittel-InfraRot-Instrument). In dieser Rolle entwickelten Ingenieurinnen und Ingenieure des MPIA mit Unterstützung der Firma Hensoldt in Oberkochen unter anderem ein Filterrad für die MIRI-Kamera sowie zwei Gitterräder für den MIRI-Spektrografen. „Mit eigenen technischen Abteilungen wie Labors, einem Konstruktionsbüro sowie Werkstätten für Elektronik und Präzisionsmechanik hat das MPIA seit Jahrzehnten Erfahrung beim Bau von Messgeräten für Satelliten gesammelt. Diese Expertise war nun auch bei der Entwicklung dieser anspruchsvollen Komponenten für das JWST entscheidend“, erläutert Oliver Krause, Leiter der Forschungsgruppe für Infrarot-Weltraumastronomie am MPIA und Hauptverantwortlicher für die technischen Beiträge des Instituts.

Darüber hinaus ist das MPIA in dem MIRI-Konsortium federführend bei der Entwicklung des elektrischen Systems des MIRI-Instruments. MIRI wird im Bereich des infraroten Lichtspektrums arbeiten, der Wellenlängen zwischen fünf und 28 Mikrometern umfasst. MIRI ist dabei so empfindlich, dass es eine Kerze auf einem der Jupitermonde nachweisen könnte.

Weiterhin ist das MPIA an der Entwicklung eines Filter- und eines Gitterrads für das Instrument NIRSpec (NahInfraRot-Spectrograph) beteiligt. NIRSpec deckt einen Spektralbereich zwischen 0,6 und fünf Mikrometern ab.

Alle diese Kryomechanismen, also bewegliche Teile, die unter extremer Kälte betrieben werden, müssen Temperaturen bis hinunter zu -266 °C aushalten, die durch zusätzliche Kühlgeräte erreicht werden. Unter diesen Bedingungen würden herkömmliche Werk- und Schmierstoffe nicht funktionieren. Die Mechanismen müssen präzise, dauerhaft und vor allem wartungsfrei arbeiten. „Denn Reparaturflüge wie zu Beginn des Betriebs des Weltraumteleskops Hubble sind beim JWST nicht möglich, da es nicht in einer Erdumlaufbahn arbeitet, sondern in 1,5 Millionen Kilometern Entfernung von der Erde betrieben wird“, sagt Thomas Henning, geschäftsführender Direktor des MPIA.

Die instrumentellen Hardware-Beiträge des MPIA und seiner industriellen Auftragnehmer zu diesen beiden JWST-Instrumenten wurden bereits in den Jahren 2012/2013 erfolgreich an die NASA geliefert. Seit damals mussten sich die Instrumente einer Reihe von strengen Testkampagnen unterziehen. Das JWST-Team des MPIA war maßgeblich an der Vorbereitung, Durchführung und Auswertung dieser Tests bei der NASA in den USA beteiligt. Außerdem ist das MPIA-Team intensiv in die Entwicklung der zukünftigen Datenverarbeitungssoftware für das MIRI-Instrument eingebunden.

Für die technischen Beiträge erhalten die beteiligten Forschungsinstitute als Gegenleistung sogenannte GT-Programme (Guaranteed Time = garantierte Beobachtungszeit). Hier ist das MPIA, auch teilweise in leitender Funktion, intensiv beteiligt. Darüber hinaus konnten sich Astronominnen und Astronomen des MPIA einen großen Anteil an der Beobachtungszeit sichern, die allen Forschenden offensteht. Nur die besten Programme setzen sich im Rahmen einer Begutachtung im Wettbewerb um die knappe Ressource Zeit durch.

Als Co-Investigator des MIRI-Instruments leitet Henning eines der großen Wissenschaftsprojekte mit diesem Instrument. Er erläutert: „Wir wollen herausfinden, welches Baumaterial Planeten in ihren Geburtsstätten, den Scheiben aus Gas und Staub um junge Sterne, vorfinden. Dazu werden wir mit dem MIRI-Spektrografen die chemische Zusammensetzung des Gases und der Staubteilchen aufklären.“ Einige Astronominnen und Astronomen sind von den USA zum MPIA gewechselt, um dort mit dem JWST weltweite Spitzenforschung zu betreiben.

Das Weltraumteleskop James Webb, das unter der Federführung der NASA bereits seit 1996 entwickelt wurde, gilt bezüglich der zu erwartenden Erkenntnisse als der Nachfolger des Weltraumteleskops Hubble, das bereits seit über 30 Jahren beeindruckende Bilder wie auch bahnbrechende Entdeckungen liefert. Die Erwartungen an das JWST sind entsprechend hoch.

Hintergrundinformationen
Das MIRI-Konsortium besteht aus den ESA-Mitgliedsstaaten Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Irland, den Niederlanden, Schweden, der Schweiz, Spanien und dem Vereinigten Königreich. JWST ist ein Gemeinschaftsprojekt der NASA, der ESA und der kanadischen Raumfahrtagentur CSA. Der Start des JWST ist für den 22. Dezember 2021 vorgesehen.

Die Arbeit des Konsortiums wird von den nationalen Wissenschaftsorganisationen finanziert; in Deutschland von der Max-Planck-Gesellschaft (MPG) und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Die beteiligten deutschen Institutionen sind das Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, die Universität Köln, und Hensoldt AG in Oberkochen, ehemals Carl Zeiss Optronics.

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• JWST – James Webb Space Telescope

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• James Webb Space Telescope (JWST) auf Ariane5 VA256

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Quelle: ESA.

20. Dezember 2021 – Das James-Webb-Weltraumteleskop wurde in fast 30-jähriger Zusammenarbeit zwischen der ESA, der NASA und der kanadischen Weltraumagentur entwickelt, um Licht in die Ursprünge des Kosmos zu bringen.

Das Webb-Teleskop soll frühestens am 24. Dezember mit einer Ariane-5-Rakete vom europäischen Weltraumbahnhof in Französisch-Guayana starten. Es wird in einem direkten Tansfer zu seinem Zielorbit in mehr als 1,5 Millionen Kilometern Entfernung von der Erde fliegen. Die 10-Meter-Antenne in Malindi, Kenia, ist Teil des kooperativen Bodenstations-Netzes der ESA namens Estrack und wird vom Boden aus den ersten Kontakt mit dem Weltraumteleskop herstellen und das wichtige „erste Signal“ erfassen.

Ein Signal sagt mehr als tausend Worte
Die erste Botschaft, die das Webb-Teleskop nach Hause schickt, wird als Spitze im Spektrum auf einem Monitor in der Bodenstation in Malindi erscheinen – quasi Webb’s „erste Worte“. Solche Radiowellen-Signale sind unsere einzige Möglichkeit, Kommandos zu senden und Daten zur Erde zu schicken.

Nach diesem ersten Signal wird eine Flut von weiteren Informationen gesendet, die den Flugingenieur*innen Auskunft über den Zustand des Raumfahrzeugs nach der Belastung durch den Start geben und es dem Team im Kontrollzentrum der ESA in Deutschland und dem Team der Italienischen Raumfahrtagentur (ASI) in Malindi ermöglichen, Kommandos und wichtige Missionsinformationen an das Webb-Missionskontrollzentrum der NASA weiterzuleiten.

Das globale Netz von Bodenstationen der ESA, Estrack, stellt diese wichtige Verbindung sicher. Mit einem Durchmesser von 10 Metern und einer relativ flexiblen Ausrichtung wird die Malindi-Station von der ESA in Zusammenarbeit mit ASI für die Start- und frühen Betriebsphasen einer Mission genutzt, bei denen sich eine Rakete oder ein Satellit noch recht schnell in Erdnähe am Horizont bewegen.

Die Station liegt in der Nähe des Äquators – wie auch der europäische Weltraumbahnhof in Kourou, Französisch-Guayana. Beim Start von diesem Ort aus erhalten die Raketen durch die dort herrschende schnellere Erdrotation einen zusätzlichen Schub.

Während das NASA-eigene System von Datenrelais-Satelliten in der Umlaufbahn – das Tracking and Data Relay Satellite System (TDRSS) – mit neu gestartete Missionen kommunizieren kann, können nur Bodenstationen wie die des Estrack-Netwerks der ESA und des entsprechenden Netzwerks der NASA den Webb-Flugingenieur*innen die wichtigen Informationen liefern, die am Starttag benötigt werden, nämlich sogenannte „Tracking-Daten“ wie Winkel-, Entfernungs- und Geschwindigkeitsmessungen.

Vom Start bis zum L2
Etwa 23 Minuten nach dem Start wird die Ariane-5-Trägerrakete am Himmel über Malindi erscheinen, wobei sie über dem westlichen Horizont fliegt und weiterhin ihre wertvolle Fracht trägt. Nur fünf Minuten später trennt sich Webb von der Rakete und tritt seinen Alleinflug ins All an.

Anders als bei den meisten Missionen beginnt das Webb-Teleskop mit der Aussendung seines Signals nach dem Abwurf der Raketenverkleidung (des sog. Fairings), kurz vor der Abtrennung des Weltraumobservatoriums. Das bedeutet, dass das Estrack-Team der ESA bereits vor der Abtrennung von der Rakete mit dem Empfang von Signalen des Webb-Teleskops rechnen kann.

„Es kann sein, dass wir einige Minuten nach der Trennung des Raumfahrzeugs von der Ariane 5 das Signal kurzzeitig verlieren. Zu diesem Zeitpunkt schalten wir von der Verfolgung der Trägerrakete auf die Verfolgung des Weltraumteleskops um“, erklärt Daniel Firre, Leiter des Bodensegments der ESA.

„Die Malindi-Antenne hat sozusagen zwei Köpfe oder ‚Gehirne‘, von denen immer nur eines die Antenne steuern kann. Die jeweiligen Systeme erhalten ihre Befehle dann entweder vom Startbetreiber Arianespace oder vom Webb-Tracking-Computer. Um umzuschalten, halten wir die Antenne für ein paar Sekunden an und stecken das Kabel buchstäblich von einem Kontrollsystem auf das andere um, wobei die Bewegung für etwa 20 Sekunden unterbrochen wird.“

Ab dem Zeitpunkt der Trennung von der Raketen-Oberstufe wird Malindi drei Phasen der Kommunikation mit dem Raumfahrzeug haben; zunächst ist die ESA-Station in der ersten Stunde nach der Trennung in einer Art „Privatgespräch“ mit Webb. Danach schließt sich die Deep Space Antenna der NASA in Canberra an und Malindi dient als Backup. Wenn die Sonde von Canberra aus nicht mehr zu sehen ist, übernimmt Malindi noch einmal das Kommando, bevor die NASA-Station in Madrid weitermacht.

Immer ein Auge auf die Ariane 5
Auch nach der Abtrennung von Webb verfolgt die Station in Malindi weiterhin die Oberstufe der Ariane-Rakete, bis zu etwa einer Stunde und 20 Minuten nach dem Start. Die Antenne verfolgt die Rakete nicht primär – sie verfolgt in diesem Zeitraum Webb – allerdings schweben die beiden Objekte relativ nahe beieinander am Himmel. Da sich Webb in der Nähe der Raketenoberstufe befindet, verbleibt die Ariane bis zum Ende ihrer Mission innerhalb der „Antennenkeule“ von Malindi. Die Mission der Rakete endet mit der „vollständigen Entleerung des Raketenoberstufentanks“ – ganz im Sinne der globalen Richtlinien zur Vermeidung von Weltraummüll.

Vom Start bis zur Abtrennung, von der Signalerfassung bis zu den ersten wissenschaftlichen Daten, die von dieser außerordentlich spannenden Mission geliefert werden, ist die ESA dabei, um diese Mission zu unterstützen und dazu beizutragen, die geheimnisvollen Ursprünge des Kosmos zu ergründen.

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• James Webb Space Telescope (JWST) auf Ariane5 VA256

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Quelle: Universität Wien.

Wien, 17. Dezember 2021 – Nach dem geplanten Start vom Guiana Space Centre am 24. Dezember 2021 hat das James Webb Space Telescope eine Reise von 1,5 Millionen Kilometern vor sich, eine Strecke etwa vier Mal so lang wie die Distanz Erde-Mond. Etwas außerhalb der Erdbahn wird das Teleskop um die Sonne kreisen. Das Teleskop ist nicht etwa in einem Rohr eingeschlossen, sondern fliegt frei durch den Weltraum. Es steht dabei auf einem 21 Meter großen Sonnenschild, das das Teleskop vor direkter Sonneneinstrahlung schützen soll. Schon jetzt wird das Webb als die kosmische Sternwarte der nächsten Generation bezeichnet und löst damit das 1990 gestartete Hubble-Teleskop ab, das einen Spiegeldurchmesser von 2,4 Metern hat. Die Entwicklung und Konstruktion des Weltraumteleskops dauerten über 30 Jahre. Die internationalen Weltraumorganisationen NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) und die Canadian Space Agency arbeiteten dabei zusammen.

An Bord hat das Teleskop einige Instrumente wie Kameras und Spektrographen für Beobachtungen und Messungen. Bei der Entwicklung von MIRI (Mid Infrared Instrument), einer abbildenden Kamera und Spektrometer in einem, ist Manuel Güdel, Leiter des Instituts für Astrophysik an der Universität Wien, seit 2003 federführend beteiligt. MIRI kann die Wärmestrahlung von Gas und mikroskopisch kleinem Staub aufnehmen und ist damit das zentrale Instrument, um Moleküle, Chemie und die Zusammensetzung von feinstem Staub im Universum zu untersuchen. Im Fokus dabei steht an der Universität Wien besonders die Erforschung von Exoplaneten und protostellaren Scheiben um junge Sterne, in denen Planeten entstehen. Das Observatorium wird auch andere hochkarätige astrophysikalische Forschungsaktivitäten unterstützen, wir zum Beispiel die Suche nach den ersten Galaxien des Universums.

Suche nach erdähnlichen Atmosphären
„Die Spektrographen von MIRI werden umfassende Spektren von Planetenatmosphären aufnehmen, die in dieser Qualität noch nie aufgezeichnet worden sind“, berichtet Güdel. Auf Grund von sogenannten „Spektrallinien“, die als Abschwächungen an bestimmten Wellenlängen auftreten, kann dieses Teleskop damit die Zusammensetzung der Planetenatmosphären bestimmen, den Schlüssel zum Verständnis der Umgebungsbedingungen auf einem Exoplaneten. Dazu gehört auch die Frage, ob bei erdähnlichen Planeten Atmosphären wie die der Erde oder alternative Atmosphären wie die der Venus gefunden werden.

„Mit umfangreichen Modellrechnungen kann man diese Spektren weiter modellieren und so auch andere physikalische Eigenschaften der Atmosphären bestimmen. Damit trägt Webb in zuvor nicht möglicher Tiefe zur Charakterisierung von Exoplaneten bei“, erklärt Güdel: „Unser Ziel wird es sein, besser zu verstehen, wie es im Universum überhaupt zu lebensfreundlichen Planeten wie der Erde kommen kann“.

Untersuchung der Planetenentstehung
Ein weiterer Untersuchungspunkt sind sogenannte protoplanetare Scheiben, das sind riesige Gasscheiben von der Größe eines ganzen Sonnensystems, die sich während der Entstehung eines Sterns formen und um den Stern kreisen. In diesen Scheiben spielt sich der Aufbau von Molekülen ab, aber auch die gesamte Planetenentstehung vom Staub bis zum erdähnlichen oder jupiterähnlichen Planeten. Die Scheiben verschwinden nach einigen Millionen Jahren wieder und hinterlassen im Idealfall ein ganzes Planetensystem.

„MIRI ist besonders gut geeignet, um die Scheiben chemisch zu untersuchen, aber auch die festen Bestandteile wie mikroskopisch kleinen „Staub“ zu erforschen. Mit entsprechenden Modellen kann man den Aufbau von diesen Scheiben und dadurch ihre Rolle in der Planetenentstehung erforschen“, sagt der Astrophysiker. Die räumliche Auflösung von MIRI erlaubt auch das Studium der Struktur der Scheiben sowie Aussagen über ihre Evolution. Selbst aus den letzten Stadien der Planetensystementstehung wird Webb neue Erkenntnisse gewinnen können: Nachdem die Planeten und Kleinplaneten gewachsen sind, werden noch zahlreiche Kollisionen zwischen ihnen neue Trümmer produzieren. Auch auf diesem Gebiet wird die Forschungsgruppe an der Universität Wien mit bisher unerreichten Webb-Beobachtungen Neuland betreten.

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• JWST – James Webb Space Telescope

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• James Webb Space Telescope (JWST) auf Ariane5 VA256

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Quelle: RUAG Space Austria.

13. Dezember 2021 – Das James Webb-Weltraumteleskop, benannt nach einem früheren NASA-Leiter, soll am 22. Dezember ins All starten. Der Nachfolger des Hubble-Teleskops ist ein gemeinsames Projekt der amerikanischen, europäischen und kanadischen Raumfahrtbehörden und das weltweit größte Weltraumteleskop. Das Webb-Teleskop wird unser Verständnis der Entstehung von Galaxien, Sternen, Planeten und letztlich vielleicht auch der Ursprünge des Lebens erweitern. Der Raketenstart erfolgt vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana, Südamerika.

Mechanismen für NASA-Webb-Teleskop
Für das James Webb-Teleskop lieferte RUAG Space aus Wien zwei hochpräzise Mechanismen für das „Superauge“ namens „NIRSpec“, eines der drei Hauptinstrumente des Teleskops. Das „Superauge“ kann schwächste Infrarotstrahlungen von den entferntesten Galaxien aufspüren. Das Instrument ist rund 200 Kilogramm schwer und wird im Weltraum bei einer Temperatur von rund minus 230 Grad Celsius arbeiten. Die Mechanismen aus Wien sorgen für die präzise Halterung und Drehung eines Filterrades sowie eines Gitterrades für das „Superauge“. „Das Kugellager des Mechanismus ist das präziseste in ganz Europa“, sagt Andreas Buhl, Geschäftsführer von RUAG Space Austria, Österreichs größtem Weltraumunternehmen. Der Mechanismus arbeitet auf 100 Nanometer genau.

Spezialgerät aus Wien dreht und kippt Webb-Teleskop
Während der Endfertigung des Teleskops auf der Erde ist ebenfalls rot-weiß-rote Technik im Einsatz. Damit Ingenieure von allen Seiten das Teleskop bearbeiten können, dreht und kippt ein Spezialgerät von RUAG Space in Wien das Teleskop. Das Unternehmen lieferte auch die Thermalisolation für die große Kommunikationsantenne des Teleskops. „Das größte und leistungsstärkste Weltraumteleskop der Welt nutzt rot-weiß-rote Technologie aus Wien. Als kleines Land zeigen wir, zu welchen Spitzenleistungen unsere heimischen Ingenieurinnen und Ingenieure fähig sind“, sagt Andreas Buhl.

RUAG Space Austria ist Österreichs größter Weltraumzulieferer
RUAG Space Austria mit Sitz in Wien ist mit rund 250 Mitarbeitenden das größte österreichische Weltraumtechnikunternehmen. Im Berndorfer Werk sind zur Zeit rund 20 Personen beschäftigt. Das Hochtechnologieunternehmen rüstet weltweit Satelliten und Trägerraketen mit Elektronik, Mechanik und Thermalisolation aus und hat eine Exportquote von rund 100 Prozent. Als Spin-off der Weltraumaktivitäten produziert das Unternehmen in Berndorf auch Thermalisolation etwa für den Medizinbereich (Magnetresonanztomographen).

RUAG Space: Europas führender Zulieferer für Raumfahrt
RUAG Space ist der führende Zulieferer für die Raumfahrt in Europa mit einer wachsenden Präsenz in den USA. Rund 1300 Mitarbeitende in sechs Ländern entwickeln und produzieren Produkte für Satelliten und Trägerraketen – dadurch spielt RUAG Space eine zentrale Rolle sowohl im institutionellen als auch im kommerziellen Raumfahrtmarkt. RUAG Space ist Teil des internationalen Technologieunternehmens RUAG International mit Sitz in der Schweiz.

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• JWST – James Webb Space Telescope

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• James Webb Space Telescope (JWST) auf Ariane5 VA256

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Quelle: Airbus Defence and Space.

Kourou, Französisch-Guayana, 18. Oktober 2021 – Letzte Station, Kourou. Das Webb Space Telescope (WST) ist im europäischen Weltraumbahnhof in Kourou, Französisch- Guayana, angekommen. Die Sonde wird nun für ihren Start vorbereitet, der für den 18. Dezember 2021 mit einer Ariane-5-Trägerrakete geplant ist. Eines der vier wissenschaftlichen Instrumente ist der von Airbus in Deutschland gebaute Nahinfrarot-Spektrograph (NIRSpec).

Vor dem Start wird im Oktober ein vollständiger Funktionstest durchgeführt, um sicherzustellen, dass alle Teile des Raumfahrzeugs nach der Reise nach Kourou noch wie erwartet funktionieren. Airbus wird die abschließenden elektrischen Funktionstests der vier wissenschaftlichen Instrumente (einschließlich NIRSpec), die etwa sechs Tage dauern werden, aktiv unterstützen.

„Das Webb-Teleskop wird die Art und Weise, wie wir das Universum sehen, verändern“, sagte Jean Marc Nasr, Leiter von Airbus Space Systems. „Unsere Beiträge zu den Instrumenten NIRSpec und MIRI sind ein Beweis für die Kompetenz von Airbus und den Wert, den wir in die moderne Astronomie einbringen können. Wir sind stolz darauf, eine Schlüsselrolle bei den zukünftigen Entdeckungen der Webb-Mission gespielt zu haben.“

Nach dem Einschwenken in die Umlaufbahn wird Webb eine einmonatige Reise antreten und dabei die vierfache Entfernung zum Mond zurücklegen, bis er sein endgültiges Ziel, den Lagrange-Punkt L2, erreicht, der von der Sonne aus gesehen etwa 1,5 Millionen km hinter der Erde liegt.

Airbus wird NIRSpec vom Start bis zur Inbetriebnahme (bis zum zweiten Quartal 2022) unterstützen und seine Parameter rund um die Uhr überwachen. Dazu gehören auch die kritische Abkühlphase und die ersten Funktionstests, wenn das NIRSpec-Instrument eingeschaltet wird. Schließlich wird das Airbus-Ingenieurteam auch während der Leistungsüberprüfung und Kalibrierung bis zum Ende der Inbetriebnahme Unterstützung leisten.

Das 200 Kilogramm schwere NIRSpec-Instrument ist ein Multi-Objekt-Spektrograph, der gleichzeitig das Spektrum von mindestens 100 Objekten wie Sternen oder Galaxien im nahen Infrarot mit verschiedenen spektralen Auflösungen bis hinunter zu 0,3 Nanometern messen kann. Die Beobachtungen werden im Wellenlängenbereich von 0,6 bis 5,0 Mikrometern durchgeführt. Sobald es in Betrieb ist, wird NIRSpec, oft auch als „Superauge“ bezeichnet, bei einer Temperatur von -230°C arbeiten. Ein Team von mehr als 70 Mitarbeitern an den Airbus- Standorten Ottobrunn, Friedrichshafen und Toulouse arbeitete an der Konzeption, der Entwicklung und schließlich der Integration und dem Test von NIRSpec, unterstützt von 17 europäischen Unterauftragnehmern und der NASA. Das Instrument wurde von Airbus für die Europäische Weltraumorganisation (ESA) entwickelt.

Aufgrund seiner ausgezeichneten Empfindlichkeit, seiner hohen Auflösung und seiner breiten Wellenlängenabdeckung ist NIRSpec ein Schlüsselinstrument, um einen tieferen Einblick in die Entwicklung des Universums zu gewinnen. Es verwendet ein hochgradig a-thermisches Konzept, bei dem alle Spiegel, die Spiegelhalterungen und die Grundplatte der optischen Bank aus Siliziumkarbid-Keramik SiC 100® bestehen.

Ein weiteres Instrument, das Mid-InfraRed Instrument (MIRI), ist ebenfalls Teil des europäischen Beitrags zur Webb-Mission. Airbus in Großbritannien war für das europäische Konsortium, das das MIRI gebaut hat, für das Management, die Technik und das Qualitätsmanagement zuständig, um einen einheitlichen Ansatz für den Entwurf, den Bau und den Testprozess zu gewährleisten. MIRI deckt den mittleren Infrarot-Wellenlängenbereich von 5 bis 28,3 Mikrometern ab. MIRI wird in der Lage sein, dicke Staubschichten zu durchdringen, die die Regionen mit intensiver Sternentstehung verdecken. Es wird die ersten Generationen von Galaxien sehen, die sich nach dem Urknall gebildet haben, und es wird die Orte der Entstehung neuer Planeten und die Zusammensetzung des interstellaren Mediums untersuchen. Um sicherzustellen, dass die Signale schwacher Objekte nicht durch das eigene Infrarotleuchten des Instruments übertönt werden, wird MIRI auf -266 °C gekühlt, nur 7 °C über dem absoluten Nullpunkt.

Mit dem NIRSpec-Instrument wird Webb die Entstehung der ersten Sterne und Galaxien in unserem Universum untersuchen, als dieses erst einige hundert Millionen Jahre alt war. NIRSpec wird in der Lage sein, die Spektren von typischerweise 60 bis 200 Galaxien auf einmal zu erfassen, so dass die Wissenschaftler die Entstehung und Entwicklung dieser Galaxien bis ins kleinste Detail beobachten können. NIRSpec wird auch in der Lage sein, die Atmosphäre von Exoplaneten zu untersuchen, also von Planeten, die andere Sterne als unsere Sonne umkreisen. Es wird insbesondere nach der Signatur von Schlüsselmolekülen wie Wasser suchen.

Webb, die Nachfolgemission des Hubble-Weltraumteleskops (HST), wird mit seinen wissenschaftlichen Instrumenten im Vergleich zu HST weiter in die Vergangenheit blicken können, vor allem aufgrund seiner höheren Empfindlichkeit und eines breiteren Wellenlängenbereichs zwischen 0,6 und 27 Mikrometern. Es wird erwartet, dass es erstaunliche Durchbrüche in der Weltraumforschung im Infrarotbereich bringen wird. Das 10 Milliarden Dollar teure Webb-Weltraumteleskop ist ein Gemeinschaftsprojekt der amerikanischen, europäischen und kanadischen Raumfahrtbehörden.

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• JWST – James Webb Space Telescope

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Quelle: ESA.

12. Oktober 2021 – Das James-Webb-Weltraumteleskop ist sicher im Hafen von Pariacabo in Französisch-Guayana angekommen. Die ESA wird nun in enger Zusammenarbeit mit der NASA diese einmalige Mission für ihren Start mit der Ariane 5 vom europäischen Weltraumbahnhof im Dezember 2021 vorbereiten.

Nur wenige Missionen in der Weltraumforschung wurden mit so viel Spannung erwartet wie das James-Webb-Weltraumteleskop (Webb). Als das nächste große Observatorium für die Weltraumforschung nach Hubble soll Webb unbeantwortete Fragen über das Universum klären und einen tieferen Einblick in unsere Ursprünge gewähren: von der Entstehung der Sterne und Planeten bis zur Geburt der ersten Galaxien im frühen Universum.

Jeder Start erfordert eine akribische Planung und Vorbereitung. Für Webb begann dieser Prozess vor etwa 15 Jahren. Seine Ankunft im Hafen von Pariacabo ist ein wichtiger Meilenstein in der Startkampagne der Ariane 5.

Webb kam aus Kalifornien an Bord der MN Colibri an, die durch den Panamakanal nach Französisch-Guayana fuhr. Der flache Fluss Kourou wurde eigens ausgebaggert, um eine freie Durchfahrt zu gewährleisten, und das Schiff folgte der Flut, um den Hafen sicher zu erreichen.

Obwohl das Teleskop nur sechs Tonnen wiegt, ist es im zusammengeklappten Zustand mehr als 10,5 m hoch und fast 4,5 m breit. Es wurde in zusammengeklapptem Zustand in einem 30 m langen Container verschifft, der mit der Zusatzausrüstung mehr als 70 Tonnen wiegt. Dies ist eine so außergewöhnliche Mission, dass ein schweres Gelenkfahrzeug an Bord von MN Colibri gebracht wurde, um Webb vorsichtig zum Weltraumbahnhof zu transportieren.

Die Vorbereitungsanlagen des Weltraumbahnhofs sind bereit für die Ankunft von Webb. Als zusätzlicher Schutz vor Verunreinigungen sind die Reinräume mit zusätzlichen Wänden aus Luftfiltern ausgestattet und ein spezieller Vorhang wird Webb nach der Montage auf der Rakete einhüllen.

An dieser Startkampagne sind mehr als 100 Spezialisten beteiligt. Die Teams werden getrennt arbeiten, um das Teleskop und die Trägerrakete vorzubereiten. Anschließend werden sie als ein Team das Teleskop und die Rakete für den bedeutsamen Start zusammenbringen.

Wenn Webb am Weltraumbahnhof ankommt, wird es in einer speziellen Vorbereitungsanlage für Raumfahrzeuge ausgepackt, wo es untersucht wird, um sicherzustellen, dass es von seiner Reise unbeschädigt und in gutem Zustand ist.

Parallel zu den Webb-Vorbereitungen werden die Teile der Ariane-5-Rakete aus Europa im Integrationsgebäude der Trägerrakete zusammengeführt.

Europas leistungsstarkes und äußerst zuverlässiges Arbeitstier für schwerste Lasten kann auf eine hervorragende Erfolgsbilanz von mehr als 100 Starts und drei Jahrzehnten zurückblicken. Die geräumige Verkleidung der Ariane 5 mit einem Durchmesser von 5,4 m und einer Höhe von 17 m bietet genügend Platz für die zusammengeklappten Komponenten des Webb-Teleskops, den Sonnenschutz und die Spiegel.

Die Ariane 5 ist gut für Wissenschaftssatelliten geeignet und kann nachweislich Missionen zum zweiten Lagrange-Punkt (L2) durchführen. Die Ariane 5 wird Webb direkt auf einen Kurs in Richtung L2 bringen, wo es nach vier Wochen ankommt. L2 ist viermal weiter entfernt als der Mond von der Erde.

Die Ariane 5 ist aufgrund einiger spezieller Merkmale perfekt für Webb geeignet. Dazu gehört die Anpassung der Entlüftungsöffnungen an der Basis der Verkleidung, die während des Fluges vollständig aufgedrückt werden. Die Nutzastverkleidung – der Nasenkonus der Rakete – wird Webb vor der Akustik beim Start und während seiner Reise durch die Erdatmosphäre schützen. Die Entlüftungsöffnungen ermöglichen einen extrem gleichmäßigen Druckabbau der Verkleidung vom Bodendruck zum Vakuum während des Fluges.

Um eine Überhitzung der Webb-Elemente zu vermeiden, wird die Ariane 5 ein speziell entwickeltes Rollmanöver durchführen, damit alle Teile des Satelliten gleichmäßig der Sonne ausgesetzt sind.

Eine Zusatzbatterie wird die Oberstufe nach dem Absetzen des Teleskops mit Energie versorgen, um sie sicher von Webb zu entfernen.

Arianespace betreibt eine Reihe von Raketen im europäischen Weltraumbahnhof: Ariane 5, Vega und Sojus. Dieser Startplatz ist von Dschungel umgeben und erstreckt sich über 690 km². Es ist aus mehreren Gründen ein idealer Standort für den Start von Raketen.

Erstens können die hier nur 5 Grad nördlich des Äquators gestarteten Raketen vom „Schleudereffekt“ aufgrund der Geschwindigkeit der Erdrotation profitieren, was ihre Leistung erhöht, da sie sich beim Start bereits mit über 300 m/s bewegen.

Außerdem bietet der offene Ozean im Osten und Norden eine große Auswahl an möglichen Startflugbahnen weg von bewohnten Gebieten.

Und schließlich ist die Gefahr von Wirbelstürmen oder Erdbeben in dieser Region sehr gering, was bei solch heiklen Operationen wichtig ist.

„Webb ist ein hervorragendes Beispiel für internationale Teamarbeit und Kooperation. Wir heißen Webb und unsere Partner auf dem europäischen Weltraumbahnhof in Französisch-Guayana willkommen, um dieses Abenteuer mit einem aufregenden Start an Bord der Ariane 5 fortzusetzen und die vielen wissenschaftlichen Durchbrüche von Webb zu teilen“, sagte Daniel Neuenschwander, Direktor für Raumtransport bei der ESA.

In Zusammenarbeit mit ihren Partnern war die ESA für die Entwicklung und Qualifizierung der Ariane-5-Anpassungen für die Webb-Mission sowie für die Beschaffung des Startdienstes verantwortlich.

Das Webb-Teleskop ist ein internationales Joint Venture zwischen der NASA, der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und der Canadian Space Agency (der kanadischen Raumfahrtbehörde CSA).

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JWST – James Webb Space Telescope

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