Das teuerste Fernrohr der Welt

Wer kenn sie nicht, die faszinierenden Bilder des Universums, die das Weltraumteleskop Hubble aufgenommen hat. Seit 1990 ist Hubble im Weltraum aktiv und ungefähr genauso lange arbeitet man hier unten auf der Erde bereits an seinem Nachfolger – dem James Webb Space Telescope (JWST). Viel weiter als Hubble solle das Webb-Teleskop in die Tiefen des Alls spähen können – und damit auch viel weiter in die Vergangenheit blicken, bis in die Frühphase des Weltalls «kurz» nach dem Urknall. Ein anspruchsvolles Vorhaben, da ist es kein Wunder, dass bei der Umsetzung immer wieder unerwartete Probleme auftauchten, die das Projekt verzögerten und die Kosten explodieren liessen. Für so manch einen Raumfahrtingenieur ist «Webb» dann auch zum Lebenswerk geworden. Für die Steuerzahler in Europa und Nordamerika wurde das ursprünglich auf rund 500 Millionen Dollar taxierte Teleskop am Ende mit Kosten von rund zehn Milliarden Dollar die teuerste unbemannte Weltraummission der Geschichte. Um das Projekt zu stemmen, haben die Raumfahrtagenturen der USA, Europas und Kanadas gemeinsame Sache gemacht.

Seit einem Vierteljahr ist das James Webb Space Telescope nun im All. Inzwischen hat es seine Zielposition 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt am sogenannten Lagrange-Punkt L2 erreicht. Das ist ein Punkt, an dem ein künstliches Objekt die Sonne mit der gleichen Geschwindigkeit umkreisen kann wie die Erde, ohne dass sich dabei seine relative Position zur Erde verändert. Von dort aus soll das Teleskop nach dem Licht der ersten Galaxien im frühen Universum suchen und unser eigenes Sonnensystem sowie Exoplaneten erforschen. Doch zunächst muss die sogenannte Kommissionierungsphase abgeschlossen werden. Dies wird weitere drei Monate dauern – wenn alles gut geht.

Sonnenschild von der Grösse eines Tennisplatzes

Der Primärspiegel des JWST hat einen Durchmesser von 6,5 m und besteht aus 18 sechseckigen Segmenten, die alle individuell ausgerichtet werden können. Die vier wissenschaftlichen Instrumente des James- Webb-Teleskops arbeiten im nahen und mittleren Infrarotbereich und müssen daher vor der Wärme der Sonne geschützt werden. Dafür sorgt ein Schutzschild, so gross wie ein Tennisplatz. Der Schutz ist entscheidend, um die Instrumente bei Temperaturen von 40 Kelvin (–233 Grad Celsius) zu halten – kalt genug, um die auch schwächsten Infrarot- Lichtquellen zu beobachten. Beim Start war der riesige Schild zusammengefaltet, sodass er in den Laderaum der Ariane-5-Rakete passte. Das Ausklappen sorgte für bange Momente bei Ingenieuren und Wissenschaftlern. Das kann man sich in etwa so vorstellen, wie wenn man ein «Buddelschiff» gebastelt hat, und nun versucht, in der Flasche die Masten aufzurichten. Nur dass die Bastelei an so Flaschenschiff nicht 30 Jahre dauert und auch keine zehn Milliarden kostet. Entsprechend gross war die Erleichterung, als die NASA am 4. Januar die erfolgreiche Entfaltung des Sonnenschutzes verkündete.

Schweiz schaffte am Instrument mit

Zwei der vier Instrumente des Teleskops stammen aus Europa. Das Spektrometer NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) und MIRI (Mid Infrared Instrument), ein Instrument, das sowohl als Kamera als auch als Spektrometer eingesetzt werden kann. MIRI ist das einzige Instrument des Teleskops, das bei Wellenlängen im mittleren Infrarotbereich arbeiten kann. Ein vielseitiges Instrument, das eine breite Palette von Modi bietet: Bildgebung, Koronografie und verschiedene Arten der Spektroskopie. Um den Kosmos im Mittelinfrarot zu beobachten, muss MIRI um mehr als 30 Grad kühler gehalten werden als die anderen Instrumente. MIRI wird auf 7 Kelvin gekühlt und ist der kälteste Teil des JWST. Dies wird durch den Einsatz eines Kryokühlers, erreicht, der als zusätzlicher «Kühlschrank» für das MIRI-Instrument dient.

Dem MIRI-Konsortium gehört auch das Institut für Teilchenphysik und Astrophysik der ETH Zürich an. Seit 2007 ist Adrian Glauser nationaler Projektleiter der Schweiz für die Beteiligung im Konsortium des MIRI-Instruments und begleitet die Beiträge der Schweizer Industriepartner Ruag und Syderal. Ruag hat das «Contamination Control Cover» von MIRI entwickelt. Diese Abdeckung schützte das Instrument vor externen Verunreinigungen während der Tests und nach dem Start. Dieser Mechanismus dient auch als optischer Verschluss für MIRI, der Kalibrierungen an Bord ermöglicht und die Detektoren vor zu hellen Objekten schützt. Syderal 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.

www.webb.nasa.gov

www.jwst.ethz.ch

Autor: Hendrik Thielemann
Bildquelle: oben rechts: ESA, unten links NASA
Artikel aus der STZ: Ausgabe März 2022

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