Die Geburt eines neuen Weltraumteleskops braucht viel Zeit und viel Geld und Inspiration. Astronomen begannen, die NASA für den Nachfolger des Hubble-Weltraumteleskops zu belästigen, noch bevor dieses Teleskop 1990 in die Umlaufbahn gebracht wurde. Damals dachten sie, es könnte weniger als eine Milliarde kosten und im ersten Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts fertig sein.
Dreißig Jahre, 8,8 Milliarden US-Dollar, mehrere Pannen und Haushaltskrisen und eine drohende Absage durch den Kongress später ist das James-Webb-Weltraumteleskop endlich fertig. Die NASA plant nun, es bereits am 31. Oktober an Bord einer von der Europäischen Weltraumorganisation gelieferten Ariane-5-Rakete von einem Standort in Französisch-Guayana in die Umlaufbahn zu bringen.
Während eines kürzlichen Treffens der American Astronomical Society zeigten Techniker und Ingenieure das Teleskop für das, von dem sie hofften, dass es das letzte Mal für Menschen auf der Erde sein würde.
„Das nächste Mal, wenn das Observatorium so aussieht“, sagte Eric Smith, Projektmanager für das Teleskop von der NASA, „wird es jenseits des Mondes sein und uns als eine Punktquelle mit ungefähr 17. Größe erscheinen.“
Vollständig zusammengebaut in seinem Reinraum bei Northrop Grumman in Los Angeles, sah das Teleskop während einer virtuellen „Rathaus“-Sitzung während der Konferenz aus wie eine riesige Sonnenblume, die auf einem Surfbrett reitet. Die Blütenblätter der Blume bestehen aus 18 vergoldeten Sechsecken aus Beryllium, die zu einer Schale mit einem Durchmesser von mehr als 20 Fuß verbunden sind. Das Surfbrett, auf dem es ewig auf der anderen Seite des Mondes schweben wird, ist ein Sandwich aus fünf Schichten eines Kunststoffs namens Kapton, der das Teleskop vor der Hitze und dem grellen Licht der Sonne abschirmt.
Das Teleskop, benannt nach dem NASA-Administrator, der die Agentur durch die Entwicklung des Apollo-Programms leitete, ist fast dreimal größer als das gepriesene Hubble und siebenmal leistungsstärker in seiner Fähigkeit, schwache Sterne und Galaxien am Rande der Zeit zu erkennen.
Das Raumfahrzeugelement des Webb-Teleskops – seine Kombination aus Sonnenschutz und Raumfahrzeugbus – wird bei Northrop Grumman akustischen Tests unterzogen. Kredit… Chris Gunn/NASA
Um sie an Bord der von der Europäischen Weltraumorganisation gelieferten Ariane 5-Rakete ins All zu bringen, müssen der Schild und der Teleskopspiegel zusammengeklappt werden, um sich dann im ersten Monat in einer Reihe von etwa 180 Manövern eine Million Meilen im Weltraum zu entfalten Start. Die Schritte dieses Einsatzes wurden in den letzten Jahren immer wieder geübt.
Bei einer frühen Probe riss die Sonnenblende, was zu einer weiteren Verzögerung des Projekts führte.
Die Ingenieure denken, dass sie es jetzt haben, aber sie bezeichnen die bevorstehende Entfaltungs- und Testphase im Weltraum als sechs Monate des Terrors. Und es gibt noch ein paar zentimetergroße Risse im Kapton, die geflickt werden müssen, sagte Dr. Smith.
Die Mission des Webb-Teleskops besteht darin, einen Bereich der kosmischen Geschichte zu erforschen, der für Hubble unzugänglich war. Etwa 150 Millionen bis eine Milliarde Jahre nach Beginn der Zeit wurden die ersten Sterne und Galaxien geboren und begannen, sich ihren Weg aus einem düsteren Nebel aus Wasserstoffgas zu bahnen, der am Ende des Urknalls vorherrschte. Wie genau das geschah, ist unbekannt.
Die Mission erfordert, dass der Webb auf eine andere Art von Licht eingestellt wird, als unsere Augen oder der Hubble sehen können. Weil die Expansion des Kosmos diese frühesten Sterne und Galaxien so schnell von uns wegtreibt, wird ihr Licht zu längeren Wellenlängen rotverschoben, ähnlich wie die Sirene eines Krankenwagens in ein niedrigeres Register wechselt, wenn er vorbeirast.
So wurde blaues Licht aus einer damals noch jungen Galaxie, die vor hellen neuen Sternen nur so strotzte, bis zu dem Zeitpunkt, an dem es uns 13 Milliarden Jahre später erreicht, auf unsichtbare Infrarotwellenlängen – Wärmestrahlung – gestreckt.
Als Ergebnis wird das Webb-Teleskop kosmische Postkarten in Farben produzieren, die kein Auge sehen kann. Aber um diese schwachen Wärmestrahlen zu erkennen, muss das Teleskop sehr kalt sein – weniger als 45 Grad Fahrenheit über dem absoluten Nullpunkt – damit seine eigene Wärme nicht die Wärme aus dem Weltraum auswäscht. Daher die Notwendigkeit für den Sonnenschutz, der das Teleskop im permanenten, kalten Schatten hält.
Wie sich herausstellt, sind Infrarotemissionen auch ideal für die Untersuchung von Exoplaneten, Welten, die zu anderen Sternen gehören. Dieser Ansatz wurde 1996 in einem zentralen Bericht „HST and Beyond, Exploration and the Search for Origins: A Vision for Ultraviolet-Optical-Infrared Space Astronomy“ von einem Komitee unter der Leitung von Alan Dressler von den Carnegie Observatories gefördert.
Ihre Vision war vorausschauend. Damals waren genau drei Exoplaneten bekannt. In den Jahrzehnten seitdem, während das Webb-Teleskop seinen Weg durch eine schmerzhafte Entwicklung ging, ist die Exoplanetenforschung aufgeblüht. Die Kepler-Mission der NASA fand Tausende von Exoplaneten, was bedeutet, dass es Hunderte von Millionen in der Galaxie gibt, die Astronomen und die Webb beobachten können.
Tatsächlich wird eines der am meisten erwarteten frühen Ergebnisse von Webb die Planeten im System Trappist-1 sein, nur 40 Lichtjahre von hier entfernt. Es enthält sieben Planeten, von denen drei erdgroße Felsen in der sogenannten habitablen Zone sind, in der Wasser existieren könnte. Unter anderem wird das Webb-Teleskop in der Lage sein, die Atmosphären dieser Planeten zu erschnüffeln, indem es sieht, wie sie mit dem Licht ihrer jeweiligen Sterne interagieren – ein erster Schritt, um zu untersuchen, ob potenziell bewohnbare Planeten wirklich bewohnbar oder vielleicht sogar bewohnt sind.
Die Entgrauung der Astronomie
Diese Suche nach Leben steht im Mittelpunkt eines neuen Dokumentarfilms über das Webb-Teleskop, „The Hunt for Planet B“, der von Nathaniel Kahn gedreht wurde und im März auf dem South by Southwest Festival Premiere feiern wird. Etwas zu Mr. Kahns Überraschung dokumentiert der Film auch eine soziologische Revolution in der Astronomie – nämlich, dass viele der führenden Köpfe auf dem Gebiet der Exoplaneten Frauen sind.
Feature Billing geht an Forscher wie Jill Tarter vom SETI Institute, eine Pionierin bei der Suche nach außerirdischen Zivilisationen; Natalie Batalha von der University of California, Santa Cruz, eine Leiterin der Kepler-Mission, die jetzt Webb-Beobachtungen plant; Margaret (Maggie) Turnbull, Expertin für bewohnbare Planeten an der University of Wisconsin und ehemalige Kandidatin für das Amt des Gouverneurs dieses Staates, die Mr. Kahn interviewte, als sie sich um ihre Bienenstöcke im Hinterhof kümmerte; und Amy Lo, eine Northrop-Ingenieurin, die an Rennwagen arbeitet, wenn sie nicht daran arbeitet, alle Webb-Teile zusammenzufügen.
„Es spielt keine Rolle, was ich denke“, sagt Dr. Tarter, als er von Mr. Kahn nach dem Leben im Universum gefragt wird. Die Experten und Priester wurden aus der Gleichung entfernt: „Wir machen hier keine Religion, wir machen Wissenschaft.“
Mr. Kahn wurde für den Oscar nominiert für seinen Film „My Architect“ über seinen Vater, den Architekten Louis Kahn, und „Two Hands: The Leon Fleisher Story“ über einen Pianisten, der aufgrund einer neurologischen Erkrankung den Gebrauch einer Hand verlor. Er ist ein langjähriger Amateurastronom. Er hatte sich vorgenommen, einen Film über den Bau des Teleskops zu machen, aber eine der Freuden des Filmemachens, sagte er in einem Interview, ist, dass „man damit anfängt, es um eine Sache zu machen, Webb, und es sich ganz natürlich zu einer Sache entwickelt tiefere Geschichte. Und das ist wirklich das Aufkommen von Frauen an der Spitze der Astronomie.“
Sara Seager, eine Planetenexpertin am Massachusetts Institute of Technology, deren Geschichte dazu beiträgt, die Erzählung des Films zu gestalten, sagte, die Entstehung sei absolut sinnvoll. „Als Exoplaneten ein brandneues Gebiet waren, konnte das Gebiet per Definition nicht von alten weißen Männern dominiert werden“, sagte sie der New York Times in einem Interview. „Tatsächlich zögerten ältere Wissenschaftler, in ein brandneues und scheinbar riskantes Gebiet einzusteigen, sodass es wenige bis gar keine Menschen gab, die ihre Vorurteile der Gemeinschaft auferlegten.“
Dr. Seager erinnert sich, dass sie schockiert war, als sie anfing, an Kosmologie-Konferenzen teilzunehmen, dass fast alle Redner Männer mit weißen oder grauen Haaren waren. „In der Kosmologie gab es einfach keine Nischen für neue Arten von Menschen“, sagte sie. „In der Subkonferenz zu Exoplaneten war niemand über 40 Jahre alt und die meisten waren unter 30 Jahre alt.“
Dr. Batalha sagte, dass das Exoplanetenfeld ursprünglich von Männern wie Michel Mayor und Didier Queloz vom Genfer Observatorium geleitet wurde, die 2019 den Nobelpreis für die Entdeckung des ersten Exoplaneten teilten, und William Borucki vom Ames Research Center der NASA, der konzipiert und geleitet wurde die Kepler-Mission, aber die Frauen waren aufgeblüht und fortgeschritten.
„Wenn Sie mit erfahrenen Frauen in der Exoplanetenforschung sprechen, werden Sie feststellen, dass alle unsere Geschichten unterschiedlich sind“, sagte Dr. Batalha. „Wir haben aus verschiedenen Gründen überlebt. Und wir blieben aus verschiedenen Gründen. Und jetzt, wo wir hier sind, können sich andere junge Frauen vielleicht leichter vorstellen, denselben Weg einzuschlagen.“
Vorwärts in die Vergangenheit
Bisher haben 4.332 Astronomen aus 44 Ländern und 45 Bundesstaaten sowie dem District of Columbia und den Jungferninseln Vorschläge für die erste Runde der Webb-Beobachtungen eingereicht, wie aus Zahlen hervorgeht, die Christine Chen vom Space Telescope Science Institute während der Webb-Show geliefert hat. und erzähl. Etwa 31,5 Prozent der Forscher sind weiblich, was in etwa mit den jüngsten Statistiken übereinstimmt, dass ein Drittel der Doktoranden in Astronomie an Frauen gehen.
„Wir haben natürlich Vielfalt eingebaut“, sagte Dr. Smith, der Projektmanager, über das Webb-Programm während der jüngsten Show and Tell.
Er fügte hinzu: „Als Wissenschaftler wissen wir auch, dass sich das Universum selten durch Daten offenbart, die unseren Modellen oder Theorien entsprechen, sondern dass es diejenigen Daten sind, die außerhalb unserer Erwartungen liegen, die uns einer universellen Wahrheit näher bringen. Und so wie wir wissen, dass wir versuchen müssen, unsere Daten zu verstehen, die sich von unseren vorgefassten Vorstellungen unterscheiden, um den Kosmos besser zu verstehen, müssen wir unterschiedliche Standpunkte suchen, wenn wir Missionen konzipieren und aufbauen.“
Der Start von Webb im Herbst wird dieses Jahr zu den großen Ereignissen der Weltraumwissenschaft gehören, zusammen mit der nächsten Roboterinvasion des Mars, die in diesem Winter stattfinden wird, wenn die neueste Roboterflotte dort landet.
Es ist nicht abwegig zu glauben, dass wir, wenn dieses Tempo anhält, im nächsten halben Jahrhundert vielleicht lernen werden, dass Leben in irgendeiner Form im nahen Kosmos existiert, ob es sich unter dem Eis eines riesigen planetarischen Mondes versteckt, unter einem Felsen auf dem Mars oder glühend heiß in einem außerirdischen Sumpf. Jeder Hinweis wäre ein riesiger Schritt zum Verständnis des Warum und Wozu unserer eigenen Herkunft.
Wie Dr. Dressler und seine Co-Autoren in ihrem Bericht von 1996 schrieben: „Ein bemerkenswerter Triumph der Astronomie des 20. Jahrhunderts ist die Demonstration, dass diese Vorstellung wahr ist: dass unser Ursprung und vielleicht unser Schicksal zwischen den Sternen liegt.“ Popularität von Science-Fiction in Filmen, Fernsehen und Büchern schrieben sie, dass „immer mehr große Themen der menschlichen Existenz in den Weltraum projiziert werden“.
„Unsere physischen Reisen in den Kosmos sind vielleicht Generationen in der Zukunft“, schlossen sie, „aber unser Geist lebt bereits im Weltraumzeitalter.“
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