Das Webb-Teleskop, dessen Start immer wieder verschoben wurde, steht nun endlich kurz vor dem Start ins All. Wird es zu einer weiteren astronomischen Legende?

Der vollständige Name des Webb-Teleskops lautet James Webb Space Telescope, abgekürzt JWST. James Webb ist eigentlich der Name einer verstorbenen Person. Er war der zweite Direktor der NASA (National Aeronautics and Space Administration). Während seiner Amtszeit erzielte er herausragende Leistungen und leistete einen bleibenden Beitrag zur Raumfahrtindustrie der Vereinigten Staaten und sogar der Menschheit. Sowohl das Monderkundungsprojekt als auch die bemannte Mondlandung von Apollo waren seine Meisterwerke.

Um seine herausragenden Beiträge zur Raumfahrtindustrie zu würdigen, hat die NASA dieses bis heute modernste Weltraumobservatorium zu seinem vollen Recht nach ihm benannt.

Das Webb-Teleskop hat viele "Legenden" hinterlassen, bevor es ins All geschossen wurde

Die Schaffung dieser „Legenden“ war zu schwierig und die zusätzlichen Investitionen waren zu unverschämt.

Dem ersten Plan zufolge sollte das Webb-Teleskop (manchmal auch als Webb bezeichnet) 2014 gestartet werden. später wurde es auf Oktober 2018 geändert; später wurde es auf März-Juni 2019 verschoben; später wurde es auf 2020 verschoben; und es war immer noch nicht möglich, also wurde es auf März 2021 verschoben. Jetzt ist das alles Vergangenheit und das Webb-Teleskop hockt immer noch auf der Erde.

Am 12. Oktober 2021 wurde das Webb-Teleskop schließlich startbereit zum Raketenstartplatz Französisch-Guayana in Südamerika transportiert. Der Grund, warum der Start nicht von der NASA-Basis in den USA aus durchgeführt wurde, liegt darin, dass sich der Startplatz in Äquatornähe befindet, wo die Erdrotation die Geschwindigkeit der Rakete am stärksten erhöht und mit der gleichen Treibstoffmenge eine größere Nutzlast gestartet werden kann.

Doch die Auswirkungen der schwierigen Geburt scheinen noch nicht vorüber zu sein: Der Start war ursprünglich für den 18. Oktober geplant, wurde später jedoch auf den 22. Dezember und schließlich auf den 24. Dezember verschoben. Neu ist, dass der Start wegen schlechten Wetters auf den 25. Dezember verschoben wurde. Früher wurde er jahrelang verschoben, doch jetzt verschiebt er sich von Tag zu Tag.

Das ist ein bisschen wie die Geburt eines Gottes in der Legende. Je länger die Schwangerschaft dauert, desto mächtiger wird der geborene Gott sein. Nezha wurde geboren, nachdem seine Mutter drei Jahre und sechs Monate lang schwanger war, und er wurde nach seiner Geburt zur Legende. Wird also auch das Webb-Teleskop zur Legende?

Nicht nur wurde der Startplan des Webb-Teleskops wiederholt verschoben, auch die zusätzlichen Investitionen sind unverschämt. Als das Projekt 1996 gestartet wurde, betrug die geplante Investition 500 Millionen US-Dollar. Da der Start immer wieder verschoben wurde, wurden die Investitionen kontinuierlich erhöht und stiegen schrittweise auf 2 Milliarden US-Dollar, dann auf 4 Milliarden US-Dollar, 6 Milliarden US-Dollar und schließlich auf 8 Milliarden US-Dollar. Die NASA schätzt inzwischen, dass die Investitionen 9,6 Milliarden US-Dollar übersteigen. Bis die Positionierung des Trägers endgültig abgeschlossen ist und die Beobachtungsmission beginnt, werden die Investitionen 10 Milliarden US-Dollar überschritten haben.

Der Bau des Webb-Teleskops kostete über 10 Milliarden Dollar, die Betriebsdauer ist jedoch auf lediglich 10 Jahre angelegt. Das Hubble-Teleskop, das nur 2,4 Milliarden Dollar kostete (einschließlich späterer Wartungskosten), ist seit 31 Jahren in Betrieb, hat viele Wunder vollbracht und ist immer noch im Orbit aktiv.

Stimmt es, dass jede Generation schlechter ist als die vorherige und dass Kinder, die in einer wohlhabenden Familie aufwachsen, ihre Eltern nur verraten können? Lassen Sie uns herausfinden, ob es sich um Betrug oder eine Legende handelt.

Vergleich zwischen Weber und Hubble

Erstens beträgt der Durchmesser des Hauptspiegels des Hubble nur 2,4 Meter, während der des Webb-Teleskops 6,5 Meter beträgt, also das 2,7-Fache des Hubble-Teleskops, und die Fokussierfläche ist 6,25-mal so groß wie die des Hubble-Teleskops. Der Hauptspiegel des Hubble besteht aus Glas, während der des Webb aus hochglanzpoliertem Beryllium besteht, dessen Rauheit auf 20 Nanometer begrenzt ist. Einige gehen davon aus, dass die Auflösung des Webb-Teleskops aufgrund seiner Öffnung und Präzision 100-mal höher sein wird als die des Hubble.

Zweitens verzichtet Webb im Vergleich zum Hubble auf das sperrige Teleskoprohr und die optischen Komponenten des Primär- und Sekundärspiegels liegen vollständig frei. Daher beträgt die Masse des Hubble ganze 11 Tonnen, während die des Webb nur 6,2 Tonnen beträgt, was den Start in eine höhere und weiter entfernte Umlaufbahn erleichtert. Da er keinen Sonnenschutz in Form einer Röhre hatte, benutzte Weber einen riesigen Sonnenschutz unter seinem Hintern, um das Licht (einschließlich Infrarot) von Sonne, Erde und Mond zu blockieren.

Der Sonnenschirm von Weber besteht aus 5 Schichten mit Zwischenräumen zwischen den einzelnen Schichten. Auf diese Weise kann die Temperatur auf der der Sonne zugewandten Seite 110 °C erreichen. Nachdem die Strahlung durch die Sonnenschutzschichten reflektiert, absorbiert und gedämpft wurde, kann die Temperatur beim Erreichen des Hauptspiegels auf -223 °C sinken. Um die Beobachtungsumgebung im nahen und mittleren Infrarotbereich zu gewährleisten, kann das Kühlsystem des Teleskops die Umgebungstemperatur auch auf -234 °C bzw. 266 °C senken.

Drittens unterscheiden sich die Beobachtungs- und Aufnahmemethoden von denen des Hubble. Hubble fotografiert hauptsächlich im sichtbaren Lichtband und Webb kann auch sichtbare Lichtbilder aufnehmen, der Schwerpunkt liegt jedoch auf der Beobachtung und Fotografie des Infrarotbands, wodurch reichere und klarere Bilder entstehen. Um die Infrarot-Erkennungsfähigkeiten zu verbessern, ist es jedoch notwendig, in einer ausreichend kalten Umgebung zu arbeiten. Die ideale Arbeitsumgebung liegt nahe dem absoluten Nullpunkt.

Aus diesem Grund wurde Webb so eingerichtet, dass es in einem viel höheren Raum als Hubble arbeiten konnte. Hubble ist nur 575 Kilometer vom Boden entfernt, während Webb am zweiten Lagrange-Punkt 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt operieren wird. Der Mond ist mehr als 1,1 Millionen Kilometer entfernt, das ist das 2.608-fache der Entfernung des Hubble-Teleskops.

Betriebszyklus: Hubble umkreist die Erde einmal alle 1 Stunde und 36 Minuten und ist ständig dem Licht der Sonne, der Erde und des Mondes ausgesetzt. Um die Beobachtung zu gewährleisten, kann Hubble das Licht nur mit einer riesigen Röhre blockieren. Webb umkreist die Sonne einmal jährlich synchron mit der Erde und verbringt die meiste Zeit im Schatten der Erde, der den größten Teil des Sonnenlichts blockieren kann. Es verfügt außerdem über eine dicke Sonnenblende, um die Arbeitsumgebung des Teleskops zu gewährleisten.

Durch den Einsatz in einer Entfernung von 1,5 Millionen Kilometern kann das System zudem vor schädlicher Strahlung von der Erde und Weltraummüll geschützt werden. Befindet es sich in einer niedrigen Erdumlaufbahn, wird es schwierig sein, die Beobachtungseffizienz des Infrarotbandes sicherzustellen. Darüber hinaus wären im Falle eines Einschlags durch Weltraumschrott 10 Milliarden Dollar verloren und auch die harte Arbeit vieler Wissenschaftler und Techniker über mehr als 20 Jahre wäre umsonst gewesen.

Kann das Webb-Teleskop mehr und größere Wunder vollbringen als das Hubble-Teleskop?

Die größte Erwartung der Wissenschaftler an Weber besteht darin, dass er Beobachtungen in der Nähe des Ursprungs des Universums durchführen kann, um so die Genauigkeit des Standardmodells der Kosmologie zu testen und den Menschen ein tieferes Verständnis des Universums zu ermöglichen.

Die moderne Standardtheorie des kosmologischen Modells geht davon aus, dass das Universum vor 13,8 Milliarden Jahren durch den Urknall entstand. Die schnellste Übertragungsgeschwindigkeit für Informationen im Universum ist die Lichtgeschwindigkeit. Das bedeutet, dass das Licht des Urknalls 13,8 Milliarden Jahre braucht, um unsere Augen zu erreichen. Könnten wir das Universum vor 13,8 Milliarden Jahren sehen, befände es sich in seinem Zustand zum Zeitpunkt des Urknalls.

Aufgrund der Ausdehnung des Universums erfährt die Ausbreitung des Lichts einen Rotverschiebungseffekt, d. h. eine Verschiebung zum roten Ende des Spektrums mit einer längeren Wellenlänge. Nach dem Hubble-Gesetz ist die Fluchtgeschwindigkeit der Galaxie umso höher und die Rotverschiebung umso größer, je größer die Entfernung ist. Wenn Licht aus einer Entfernung von mehr als 13 Milliarden Lichtjahren die Erde erreicht, hat es daher den Bereich des sichtbaren Lichts längst verlassen und ist infrarot geworden.

Je länger die Wellenlänge des Infrarotlichts ist, desto stärker kann es kosmischen Staub durchdringen. Daher können weit entfernte Himmelskörper, die mit Teleskopen im sichtbaren Licht nicht beobachtet werden können, mit Infrarotteleskopen beobachtet werden. Um Himmelskörper im frühen Universum besser beobachten zu können, ist es notwendig, die Beobachtungsmöglichkeiten im Infrarotbereich zu verbessern.

Aus diesem Grund legt das Webb-Teleskop so viel Wert auf das Infrarotband. Die am weitesten vom Hubble-Teleskop beobachtete Galaxie ist 13,4 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt (siehe Abbildung oben). So sah das Universum mehr als 400 Millionen Jahre nach seiner Entstehung aus. Dies ist bereits die Grenze der Hubble-Beobachtung. Wissenschaftler gehen davon aus, dass es bei einem erfolgreichen Start und normalem Betrieb von Webb möglich sein wird, Himmelskörper in einer Entfernung von 13,6 Milliarden Lichtjahren zu beobachten und etwa 200 Millionen Jahre nach seiner Entstehung Fotos des Universums zu machen.

Dies ist eine magische Reise. Es ist so schockierend, wenn Weber uns durch 13,6 Milliarden Jahre führt und uns das junge Universum zeigt, das nach dem Urknall nur 200 Millionen Jahre alt war. Dies ist sehr wichtig für die Überprüfung unserer bestehenden Theorien. Unabhängig davon, ob es das etablierte Standardmodell bestätigt oder widerlegt, wird es für die Menschheit einen enormen Fortschritt bedeuten.

Darüber hinaus wird Webb bei der Beobachtung und Entdeckung extrasolarer Planeten und sogar außerirdischen Lebens und außerirdischer Zivilisationen leistungsfähiger sein als Hubble. Man kann voraussagen, dass Weber, nachdem er ins All geschossen ist und die vorgegebene Umlaufbahn erreicht hat, der Menschheit eine Überraschung nach der anderen bescheren wird.

Risiken und Schwierigkeiten

Dies liegt daran, dass die Erwartungen an Webb zu hoch sind und sein Arbeitsort zu weit von der Erde entfernt ist. Daher wurde der Start immer wieder verschoben und das Budget immer wieder erhöht. Sie sollten wissen, dass das Hubble-Teleskop nur in einer erdnahen Umlaufbahn von 575 Kilometern operiert, sodass es selbst bei etwaigen Problemen leicht zu warten und zu reparieren ist.

Wie erwartet wurde gleich nach dem Start des Hubble-Teleskops ins All festgestellt, dass der Hauptspiegel eine sphärische Aberration aufwies, die seine Beobachtungsmöglichkeiten erheblich einschränkte. Glücklicherweise brachte ein Space Shuttle Astronauten an Bord, um es zu reparieren, sodass es wieder normal funktionieren konnte. Hubble erreichte seinen aktuellen Erfolg erst nach fünf Wartungsrunden durch Astronauten.

Webbs Arbeitsort ist der Lagrange-Punkt L2, weit entfernt von der Erde, also fast viermal so weit wie die Entfernung zwischen Erde und Mond und 2608-mal so weit wie das Hubble-Teleskop. Heutzutage ist es für Menschen schwierig, auf dem Mond zu landen, geschweige denn zum Lagrange-Punkt L2 zu gelangen, der mehr als eine Million Kilometer vom Mond entfernt ist.

Dies erfordert, dass das Webb-Teleskop perfekt auf der Erde gebaut wird, damit es nach seinem Start ins All zehn Jahre lang autonom und störungsfrei arbeiten kann, bis der Treibstoff und das Kühlmittel aufgebraucht sind. Deshalb müssen wir während des Herstellungsprozesses nach Perfektion streben. Sobald ein kleines Problem gefunden wird, wird es behoben und der Startplan verschoben. Ein erzwungener Start kann zu einem Fehlschlag führen.

Dies ist auch der Grund, warum das Webb-Teleskop nur 10 Jahre lang genutzt werden kann. Angesichts der kontinuierlichen Fortschritte der bemannten Raumfahrtindustrie ist es für Astronauten natürlich nicht unmöglich, den Lagrange-Punkt L2 zu erreichen, um Webb in Zukunft zu warten, was die Lebensdauer von Webb verlängern würde.

Der Plan der NASA für eine bemannte Mondlandung wird umgesetzt. Etwa im Jahr 2025 soll eine bemannte Landung auf der Rückseite des Mondes erfolgen, dazu soll im Vorfeld eine Raumstation namens Deep Space Gateway als Relaisstation für die Mondlandung in der Erde-Mond-Umlaufbahn errichtet werden. Vielleicht wird das kommende Webb-Teleskop diesem Mondlandeprogramm eine Hilfe sein.

Mit der Fertigstellung des Deep Space Gateways können auch einige Voraussetzungen für die Aufrechterhaltung von Weber geschaffen werden. Manche Leute glauben jedoch, dass die Aufgabe, Weber in Zukunft zu warten, sehr wahrscheinlich Musks Starship zufallen wird, aber das ist eine Geschichte für ein anderes Mal. Musk hat derzeit den NASA-Auftrag für den Hin- und Rücktransport zum Deep Space Gateway auf dem Mond erhalten und das Starship ist mit den Vorbereitungen für bemannte Mondlandungen beschäftigt.

Die Frage ist nun: Kann das Webb-Teleskop, dessen Start immer wieder verschoben wurde, am 25. Dezember erfolgreich gestartet werden? Freuen wir uns gemeinsam darauf. Willkommen zur Diskussion, danke fürs Lesen.

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