We are searching data for your request:
Upon completion, a link will appear to access the found materials.
Ich habe gehört, dass das JWST in der Lage sein wird, die frühen Stadien des Universums zu betrachten. Allerdings habe ich auch gehört, dass es nicht in der Lage sein wird, die Oortsche Wolke zu entdecken, die angeblich Kometen für das Sonnensystem liefert.
Wie kann das JWST Millionen von Lichtjahren entfernt sehen, aber keine riesige kugelförmige Gesteinswolke um das Sonnensystem herum sehen?
Es kommt alles auf die Helligkeit von Objekten an (nicht auf ihre Größe). Für alle Absichten und Zwecke können wir davon ausgehen, dass die am weitesten entfernten Galaxien und die kleinen, aber viel näheren Objekte in den Oort-Wolken unaufgelöste Punktquellen sind. Die Oort-Wolkenobjekte sind mit JWST zu schwach, um sie zu sehen, aber es sollte in der Lage sein noch in 13 Milliarden Lichtjahren helle Galaxien und Quasare sehen.
JWST wird bei roten und nahen Infrarotwellenlängen eine Größenbeschränkung von etwa der 30. AB-Größenordnung haben. Es stellt sich heraus, dass Quasare bei Z~10 Helligkeiten haben können, die es ermöglichen, sie in diesen Größen und heller zu erkennen.
OK, aber jetzt berechnen Sie, wie hell ein Oort-Wolkenobjekt im reflektierten Licht der Sonne gesehen wird. Nimmt man eine Sonnenhelligkeit und berechnet den Fluss an sagen wir den nächsten hypothetischen Oortschen Wolkenobjekten bei etwa 2000 au von der Sonne, erhalten wir $1,4mal 10^3/(2000^2) = 3,5mal10^{-4}$ W/ m$^2$. Seien wir nun großzügig und sagen, dass bis zu 10 Prozent davon reflektiert werden (eine sehr hohe Albedo) und dass es sich um ein großes Oort-Objekt mit einem Radius von 20 km handelt. Wenn dieser als Lambertscher Reflektor fungiert, dann erhält er $3,5 imes 10^{-4} imes pi imes 20000^2 = 4,4 imes 10^{5}$ W und strahlt $4,4 imes 10^ . ab {4}$ W isotrop zurück in eine Hemisphäre zum inneren Sonnensystem.
Jetzt die Rechnung umkehren. Nachdem dieses Licht 2000 au zum JWST zurückgekehrt ist, beträgt der empfangene Fluss $4,4 mal 10^4 /(2pi [2000 mal 1,5mal 10^{11}]^2) = 4,9 mal 10^ {-25}$ W/m$^2$.
Wir können dies mit dem ursprünglichen Fluss der Sonne auf der Erde vergleichen. Dies ist $1.4 imes 10^{3}$ W/m$^2$. Unter der Annahme, dass die Reflexion das Sonnenspektrum nicht verändert, können wir das Verhältnis des Sonnenflusses auf der Erde zum reflektierten Licht vom Oort-Wolkenobjekt nehmen, um zu berechnen, dass das Oort-Wolkenobjekt 68,6 Magnituden lichtschwächer ist als die Sonne, von die Erde (oder nahe an der Erde - JWST wird sich nicht im Orbit um die Erde befinden) in einem beliebigen Größenband, das Sie wählen möchten.
Im nahen Infrarot hat die Sonne also eine scheinbare Helligkeit von etwa -27,5. Dies bedeutet, dass das Oortsche Wolkenobjekt hätte eine scheinbare Helligkeit im nahen Infrarot von 41 und wäre somit 11 Helligkeiten zu schwach, um von JWST gesehen zu werden. (Und denken Sie daran, dass wir ein großes Objekt gewählt haben, das so nah ist, wie es ein Oort-Wolkenobjekt erwartet und gab ihm eine hohe Albedo),
Betrachten Sie nun die Erkennungsschwelle der 30. Für ein solares Spektrum entspricht dies einer Flussschwelle von $sim 10^{-20}$ W/m$^2$. Wenn man die kosmologischen Nuancen der richtigen Entfernung usw. ignoriert, müsste etwas bei 13 Milliarden Lichtjahren eine Leuchtkraft von nur 10^7$ Sonnenleuchtkraft haben, um diese Art von Fluss zu erzeugen - die Helligkeit einer bescheidenen Galaxie. Natürlich ist auch die extreme Rotverschiebung zu berücksichtigen, daher ist diese Berechnung viel zu optimistisch, aber selbst wenn man ein oder zwei Größenordnungen berücksichtigt, sollte man die hellsten Galaxien und Quasare bei der 30. Größe problemlos sehen können.
Ist das James-Webb-Weltraumteleskop "zu groß, um zu scheitern?"
Wie auch immer, das James Webb Space Telescope (JWST) der NASA ist eines der kühnsten Glücksspiele mit den höchsten Einsätzen in der Geschichte der Raumfahrtbehörde. Allein der Bau und das Testen des Observatoriums hat sich als ein erschreckend komplexes technologisches Unternehmen erwiesen, das den astronomischen Preis des Observatoriums auf fast 9 Milliarden US-Dollar erhöht und die Beteiligung der europäischen und kanadischen Weltraumbehörden erfordert. JWST ist sowohl ein bahnbrechendes als auch budgetsprengendes Unterfangen.
In den späten 1980er Jahren konzipiert, um über 13,5 Milliarden Jahre kosmischer Geschichte zurückzublicken, um das schwache Infrarotlicht der allerersten Sterne und Galaxien des Universums zu sehen, wird das JWST heute mit einem ständig wachsenden Menü anderer wissenschaftlicher Aufgaben beauftragt. Wissenschaftler sehen seine Sternenbeobachtungskraft, die nach einigen Metriken 100-mal größer ist als die des berühmten Hubble-Weltraumteleskops, jetzt als Versprechen: Die Zukunft praktisch jedes Zweiges der Astronomie wird zweifellos durch den erfolgreichen Start und Betrieb des JWST erhellt. Aber aufgrund der ständig steigenden Kosten und der ständig verzögerten Auslieferung (die kürzlich von 2018 auf 2019 gerutscht ist) wird diese teleskopische Zeitmaschine jetzt vom Kongress immer intensiver geprüft.
Um Zweifel am Status von JWST auszuräumen, wird das Projekt bereits im Januar 2018 einer unabhängigen Überprüfung unterzogen, teilte der Wissenschaftschef der NASA, Thomas Zurbuchen, während einer Kongressanhörung Anfang Dezember mit. Von den Gesetzgebern gedrängt, ob JWST tatsächlich wie derzeit geplant im Frühjahr 2019 starten wird, sagte er: „zu diesem Zeitpunkt, mit den mir vorliegenden Informationen, glaube ich, dass es erreichbar ist.&rdquo
Wie das James Webb-Weltraumteleskop der NASA funktioniert (Infografik)
Das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) soll 2018 starten und etwa 930.000 Meilen (1,5 Millionen Kilometer) von der Erde entfernt umkreisen. Das JWST wird auf insgesamt 8,8 Milliarden US-Dollar geschätzt. JWST hält seinen Spiegel bei einer Temperatur von minus 388 Grad Fahrenheit (minus 233 Grad Celsius).
Die Kälte und die Entfernung des Teleskops von der Erde geben dem JWST die Präzision, rotverschobenes Licht aus dem frühen Universum zu beobachten. Das James-Webb-Weltraumteleskop erkennt Infrarotlicht, das 400-mal schwächer ist als aktuelle Weltraumteleskope sehen können.
Der segmentierte Hauptspiegel des Teleskops hat einen Durchmesser von 6,4 m und besteht aus 18 sechseckigen Segmenten aus vergoldetem Beryllium. Ein Sekundärspiegel reflektiert Licht vom Primärspiegel in die wissenschaftlichen Instrumente.
Der Spiegel des JWST stellt den des Hubble-Weltraumteleskops in den Schatten, hat aber ein Zehntel der Masse des Hubble-Spiegels. Jedes der 18 Beryllium-Spiegelsegmente wiegt 20 Kilogramm.
JWST wird etwa 30 Tage durch den Weltraum reisen, um den Punkt L2 zu erreichen, einen gravitationsstabilen Punkt, der etwa viermal weiter von der Erde entfernt ist als der Mond.
Die NASA hat derzeit keine Pläne, das JWST zu warten, da das Hubble-Teleskop von Space-Shuttle-Missionen gewartet wurde, da die Sojus-Raumsonde nicht über die Reichweite oder Frachtkapazität verfügt, um das JWST zu erreichen. An JWST war jedoch ohnehin ein Andockring angebracht, für den Fall, dass ein zukünftiges bemanntes Raumschiff die Reise antreten könnte.
James Webb „Powerhouse“ Solar Array der NASA verbindet sich wieder mit dem Weltraumteleskop
Technologen halten die Solaranlage des James Webb-Weltraumteleskops nach einem Test der Anordnung Anfang 2020. Das fünfte Panel der Solaranlage ist in diesem Bild hinter dem vierten gefaltet. Bildnachweis: NASA/Chris Gunn
Ein Kilowatt ist ungefähr das, was man braucht, um Reste in einer Mikrowelle zu erhitzen – oder um das größte und technisch fortschrittlichste Teleskop zu betreiben, das je gebaut wurde. Dank seiner Solaranlage wird das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA mehr als 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt energieeffizient bleiben.
Webbs 6 Meter lange Solaranlage wurde kürzlich zum letzten Mal vor dem Start am Hauptobservatorium angebracht. Als „Kraftwerk“ des Teleskops wird das Array alle wissenschaftlichen Instrumente sowie Kommunikations- und Antriebssysteme des Teleskops mit Energie versorgen. Während Webb nur 1 Kilowatt Strom verbraucht, kann die Solaranlage fast das Doppelte dieser Menge erzeugen, um die allmähliche Abnutzung einer rauen Weltraumumgebung zu berücksichtigen.
Die Solaranlage wird gefaltet und zum letzten Mal vor dem Start auf dem James Webb Space Telescope installiert. Bildnachweis: NASA/Chris Gunn
Die Solaranlage besteht aus fünf Paneelen, die zusammenklappbar sind, um sie leicht zusammenzuklappen und in Webbs Trägerrakete, der Ariane-5-Rakete, zu verstauen. Wenn Webb 2021 startet, wird diese Bereitstellung der erste und einer der wichtigsten Schritte im vollständigen Bereitstellungsprozess des Observatoriums sein. Die Bordbatterie des Teleskops soll nur wenige Stunden halten, bis sich die Solaranlage im Weltraum entfaltet und beginnt, Sonnenlicht in Strom umzuwandeln.
Im Frühjahr 2019 wurde das Array für Einsatztests aus dem Raumfahrzeug entfernt. Um die Reibung zu minimieren und die Schwerelosigkeitsbedingungen des Weltraums nachzuahmen, führte das Team Tests durch, indem es das Array auf die Seite hängte.
Das James Webb Space Telescope der NASA wird bei seinem Start das weltweit führende Observatorium für Weltraumwissenschaften sein. Webb wird Geheimnisse in unserem Sonnensystem lösen, in ferne Welten um andere Sterne blicken und die mysteriösen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin untersuchen. Webb ist ein internationales Programm, das von der NASA mit ihren Partnern ESA (European Space Agency) und der Canadian Space Agency geleitet wird.
James Webb Weltraumteleskop
Mikroverschlüsse: Das Weltraumteleskop James Webb (JWST) Der Nahinfrarot-Spektrograph verwendet Mikroverschlüsse, die wie winzige Türen wirken, um unerwünschtes Licht von nahen Objekten im Weltraum zu blockieren, während Licht von sehr weit entfernten Sternen und Galaxien durchscheinen kann. Die Mikroverschlüsse sind als ein Array von der Größe einer Briefmarke zusammengesetzt. Jedes Array enthält über 62.000 Shutter. Jeder Mikroverschluss misst einzeln 100 mal 200 Mikrometer oder etwa die Breite eines menschlichen Haares. Das Teleskop wird vier dieser Mikroshutter-Arrays enthalten.
Bildnachweis: NASA/Chris Gunn
Ich habe meine Karriere mit Experimenten im Infraroten begonnen, und heute bin ich wieder dabei, an der James Webb Weltraumteleskop (JWST) Auftrag. Das JWST Teleskop wird eine Nahinfrarot-Kamera, ein Mittelinfrarot-Instrument, das sowohl eine Kamera als auch einen Spektrographen enthält, und einen Nahinfrarot-Spektrographen für die Spektroskopie extrem weit entfernter, sehr alter und sehr dunkler Galaxien haben. Dies sind Galaxien aus einer Zeit, als das Universum nur wenige hundert Millionen Jahre alt war. (Das Gesamtalter des Universums wird jetzt mit 13,7 Milliarden Jahren angenommen.)
John Mather ist leitender Projektwissenschaftler für die JWST, also arbeiten wir wieder zusammen. Als das Projekt startete, sagte er zu mir: „Sehen Sie, ob Sie eine Möglichkeit finden, die Spektroskopie für diese fernen Galaxien durchzuführen.“ Und ich sagte: "Nun, okay, ich werde es versuchen." Wir fanden heraus, dass wir in der Lage sein mussten, in jeder Galaxie einen Spalt zu öffnen und das Licht der anderen zu blockieren, und entwickelten ein Mikro-Shutter-Array. Es ist wirklich eine erstaunliche neue Technologie. Microshutters „sehen“ ein dunkles Objekt, indem sie hellere Lichtquellen im Kosmos selektiv ausblenden. Jedes Array von Mikroverschlüssen hat etwa die Größe einer Briefmarke, die in einem waffelartigen Raster angeordnet ist. Aber jedes dieser winzigen quadratischen Arrays enthält 62.000 Blenden, die wie winzige Türen funktionieren und die Aufmerksamkeit der Infrarotkamera auf bestimmte Ziele lenken und andere ausschließen.
Um ein gutes Bild dieser sehr weit entfernten Galaxien zu erhalten, werden etwa 100.000 Sekunden Belichtungszeit benötigt, was für eine einzelne Galaxie etwas mehr als ein Tag ist. Der Vorteil des Mikroshutter-Arrays besteht darin, dass wir 100 dieser weit entfernten Galaxien gleichzeitig betrachten können. Der Unterschied zwischen der Einzelbetrachtung und 100 gleichzeitig bedeutet, dass wir die wissenschaftlichen Ziele des Programms um etwa den Faktor 100 beschleunigen.
James Webb-Teleskop Spiegel: Das JWST wird einen großen Spiegel mit einem Durchmesser von 6,5 Metern (21,3 Fuß) haben. Der Spiegel wird in Segmenten gebaut und auf einer Struktur montiert, die sich zusammenklappen lässt, um in eine Rakete zu passen. Der Spiegel entfaltet sich dann nach dem Start. Auf diesem Bild bereitet sich ein Team von Ingenieuren und Technikern der NASA und Ball Aerospace darauf vor, drei der JWST-Spiegelsegmente in eine Testkammer im Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama, zu laden. Dort werden sie die Segmente Temperaturen von bis zu minus 414 Grad Fahrenheit aussetzen – um sicherzustellen, dass die Spiegelsegmente den extremen Temperaturen des Weltraums standhalten.
Bildnachweis: NASA/MSFC/David Higginbotham/Emmett Given
JWST Nah-Infrarot-Spektrograph (NIRSpec): Viele der Objekte, die das JWST untersuchen wird, wie die ersten Galaxien, die nach dem Urknall entstanden sind, sind so lichtschwach, dass ihr riesiger Spiegel sie Hunderte von Stunden lang anstarren muss, um genug Licht zu sammeln, um ein Spektrum zu bilden. Um während seiner 5-Jahres-Mission Tausende von Galaxien zu studieren, ist das NIRSpec darauf ausgelegt, 100 Objekte gleichzeitig zu beobachten. Der NIRSpec wird der erste Spektrograph im Weltraum sein, der über diese Multi-Objekt-Fähigkeit verfügt.
Bildnachweis: Astrium/NIRSpec
NASA wählt Projekte unter der Leitung von UToledo-Astronomen für den ersten Beobachtungszyklus des James Webb-Weltraumteleskops aus
Astronomen der University of Toledo wurden von der NASA ausgewählt, fünf der ersten Forschungsprojekte am James Webb Space Telescope zu leiten, einem neuen Infrarotteleskop, das im Oktober starten soll.
Eines der Projekte wird von einem UToledo-Absolventen geleitet.
„Obwohl es für unser Programm aufregend ist, fünf akzeptierte Vorschläge im ersten Beobachtungszyklus dieses hart umkämpften Weltraumteleskops der nächsten Generation zu haben, kam der wahre Nervenkitzel von Ph.D. Der Erfolg des Studenten Thomas Lai mit seinem Vorschlag, der auf eine einzigartige Starburst-Galaxie abzielt“, sagte Dr. J.D. Smith, Direktor des UToledo Ritter Astrophysical Research Center und Professor für Astronomie.
UToledo-Doktorand Thomas Lai, der im Mai seinen Doktortitel in Physik und Astronomie abschließen soll, leitet ein internationales Team von 10 weiteren Forschern an einem Projekt mit dem Titel ‘How Do the Small Survive’
Laut dem Space Telescope Science Institute führen Studenten 8,7% der ausgewählten Vorschläge.
Lai, die im Mai ihren Doktor in Physik und Astronomie abschließen soll, leitet ein internationales Team von zehn weiteren Forschern in einem Projekt mit dem Titel „How Do the Small Survive“. Sie werden eine Galaxie namens II Zw 40 beobachten, die etwa 33 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist und eine der intensivsten Sternentstehungsregionen im Lokaluniversum beherbergt.
„Ich bin sehr glücklich, die Gelegenheit zu haben, dieses Flaggschiff des NASA-Weltraumobservatoriums zu nutzen“, sagte Lai. „Mit der Leistung des James Webb-Weltraumteleskops werden wir in der Lage sein, das Verhalten von Staub in der Nähe von Orten intensiver Sternentstehung mit beispiellos hoher räumlicher Auflösung zu untersuchen. Letztlich möchten wir die Fragen beantworten, warum und wie kleine Staubkörner im Universum trotz starker Strahlungsfelder von neu entstandenen jungen Sternen überleben.“
UToledo belegt Platz 6 unter allen Institutionen weltweit in Bezug auf erfolgreiche Vorschläge für den ersten Zyklus des James Webb Space Telescope.
Aus mehr als 1.000 eingereichten Vorschlägen hat die NASA 286 Projekte ausgewählt, die sich mit einer Vielzahl von wissenschaftlichen Bereichen befassen. Die Vorschläge sind in acht verschiedene Kategorien unterteilt – zum Beispiel Planeten, Sterne und Galaxien.
„Aufgrund unserer großen Programme in dieser Kategorie gehen fast 20 % der Sternenzeit an UToledo“, sagte Dr. Michael Cushing, Professor für Physik und Astronomie und Direktor des UToledo Ritter Planetariums. „Von den 740 Stunden, die in der Kategorie Stellar Physics and Stellar Types vergeben wurden, gingen 140 Stunden an UToledo.“
Cushing leitet ein Projekt mit dem Titel „Bolometric Luminosities of Cool Brown Dwarfs: The Key to Their Effective Temperatures and the Mass Function“.
„Das erste Jahr der Beobachtungen von Webb wird die erste Gelegenheit für eine Vielzahl von Wissenschaftlern auf der ganzen Welt bieten, bestimmte Ziele mit dem nächsten großen Weltraumobservatorium der NASA zu beobachten“, sagte Dr. Thomas Zurbuchen, stellvertretender Administrator des Science Mission Directorate bei der NASA. „Die erstaunliche Wissenschaft, die mit der Weltgemeinschaft geteilt wird, wird kühn und tiefgreifend sein.“
UToledo-geführte Projekte umfassen auch:
• „Vanishing Act: PAHs and Heavy Element Abundance in M101“ von Smith
• „Come out, come out, where you are: Seeking All the Massive Young Clusters Hidden in the Antennae“ von Dr. Rupali Chandar, Professor für Astronomie und
• „Untersuchung der protostellaren Akkretion über das Massenspektrum“ von Dr. Tom Megeath, Professor für Physik und Astronomie.
„Das James-Webb-Weltraumteleskop wird unser Verständnis von Galaxien, Sternentstehung und ultrakühlen Sternen vollständig verändern, und die Astrophysiker von UToledo haben echte Stärken in diesen Forschungsbereichen“, sagte Smith. „Unsere Gruppe hat auch große Erfahrung in der Nutzung der langen Infrarotwellenlängen des JWST, um das kalte, staubverhüllte Universum zu untersuchen. Jetzt sind alle unsere Augen auf den Halloween-Start des Weltraumteleskops später in diesem Jahr gerichtet.“
Webb wird 2022 mit der Beobachtung des Universums beginnen, nachdem sich die Raumsonde entfaltet, eine Million Meilen zurückgelegt und die Funktion aller ihrer Instrumente überprüft hat.
„Wir öffnen die Infrarot-Schatzkiste und Überraschungen sind garantiert“, sagte Dr. John C. Mather, leitender Projektwissenschaftler für die Webb-Mission und leitender Astrophysiker am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland Universum Galaxien, Sterne, Schwarze Löcher und Planeten und unsere ganz besondere kleine Erde? Ich weiß es noch nicht, aber wir kommen uns jeden Tag näher.“
Die allgemeine Beobachterzeit bei Webb ist extrem wettbewerbsfähig. Infolgedessen ist der vom Telescope Allocation Committee durchgeführte Auswahlprozess für Vorschläge sowohl streng als auch akribisch. Das Komitee bestand aus fast 200 Mitgliedern der weltweiten astronomischen Gemeinschaft, die 19 verschiedenen Gremien zu breiten wissenschaftlichen Themen zugeteilt wurden.
Unter Verwendung einer doppelt-anonymen Überprüfung, bei der die Identität des vorschlagenden Forschers und des Teams verschleiert wurde, wurde der wissenschaftliche Wert jedes Vorschlags bewertet und eingestuft. Die endgültige Rangliste ausgewählter Vorschläge wurde dem Direktor des Space Telescope Science Institute, Dr. Kenneth Sembach, zur Prüfung und Genehmigung vorgelegt.
„Der erste Beobachtungszyklus mit einem neuen Observatorium ist immer etwas Besonderes, besonders ein so kraftvoller und mit Spannung erwarteter wie Webb. Wir hatten zwei unglaublich interessante Wochen mit intensiven Antragsbegutachtungen, in denen die Gutachter alle möglichen wissenschaftlichen Fälle, die vorgeschlagen wurden, gründlich sortiert und bewertet haben. Ich lobe sie für ihre harte Arbeit, gerade unter Pandemiebedingungen“, sagte Sembach. „Ich freue mich sehr, ein so starkes Wissenschaftsprogramm für die Sternwarte genehmigen zu können. Diese Beobachtungen werden atemberaubende Ansichten des Universums ermöglichen und uns in neue Untersuchungsrichtungen führen, die die Grundlage für jahrzehntelange Forschung bilden werden.“
© 2020 THE UNIVERSITY OF TOLEDO &bull 2801 W. Bancroft St. &bull Toledo, OH 43606 &bull 800.586.5336
Das James Webb Weltraumteleskop
Hubble Erkennt ein Schwarzes Loch: Ein Schwarzes Loch wird durch seine Wirkung auf die Materie, die es umgibt, erkannt. Das STIS-Spektrum rechts zeigt schnelle Sternbewegungen im Galaxienzentrum, was auf ein supermassereiches Schwarzes Loch hinweist. Die Bewegungen werden durch die extreme Blauverschiebung oberhalb der Bildmitte und die Rotverschiebung des Spektrums knapp unterhalb der Bildmitte sichtbar.
Bildnachweis: Gary Bower, Richard Green (NOAO), das STIS Instrument Definition Team und die NASA
Das James Webb-Weltraumteleskop ist nach dem zweiten NASA-Administrator benannt, der von 1961 bis 1968 diente, einer sehr wichtigen Ära im amerikanischen Weltraumprogramm. Als Nachfolger des Hubble-Weltraumteleskop, wird das JWST ein größeres und viel empfindlicheres Instrument für Infrarotstudien in der Kosmologie sein. Es wird ein kaltes Teleskop sein, das sehr weit von der Erde entfernt sein wird, etwa eine Million Meilen entfernt. (Wenn Sie ein Teleskop kalt halten wollen, dann möchten Sie es so weit wie möglich von Wärmequellen fernhalten, und die Erde ist eine riesige Wärmequelle.) Es wird so groß, dass es sich entfalten muss, um es zu sein fokussiert nach dem Start. Das JWST erkennt Wellenlängen von 0,6 bis 28 Mikrometer. Die lange Wellenlängengrenze von 28 Mikrometern erlaubt es dem Teleskop, normale Galaxien zu erkennen, deren Spektren durch die Expansion des Universums um Faktoren von bis zu zehn rotverschoben sind. Die kontinuierliche Wellenlängenabdeckung zwischen 0,6 und 28 Mikrometer ermöglicht es dem Teleskop, Galaxien bei allen Rotverschiebungen zwischen null und zehn zu erkennen. Solche Objekte sind extrem weit entfernt und ihr Licht wurde gestreckt, während sich das Universum ausdehnt, und sind daher sehr schwach. Die Empfindlichkeit ist so, dass Sie, wenn eine Hummel so weit wie der Mond wäre, die Wärme dieser Hummel erkennen könnten. Das ist nur ein Beispiel dafür, wie erstaunlich die Möglichkeiten des Teleskops sind und unsere Erwartungen, dass mit seinen Fähigkeiten unglaubliche neue Dinge gefunden werden.
Natürlich die wichtigsten Entdeckungen aus Hubble waren in vielen Fällen diejenigen, mit denen niemand gerechnet hat, weil sie nicht danach gesucht haben. Zum Beispiel mit dem Hubble-Weltraumteleskop Wir haben entdeckt, dass sich in der Mitte jeder Galaxie ein Schwarzes Loch befindet. Das war eine ziemlich große Überraschung. Wir wissen immer noch nicht, warum das so ist, aber wir wissen, dass sie da sind. Wir können sehen, wie Materie Strahlung aussendet, wenn sie in ein Schwarzes Loch fällt, obwohl wir das Schwarze Loch selbst nicht sehen können. Eine der Fragen, an denen die Leute mit JWST arbeiten werden, ist Wie haben wir ein Schwarzes Loch in die Mitte jeder Galaxie bekommen? Wie früh in der Geschichte der Galaxien geschah das? Das sind enorm herausfordernde Fragen. Natürlich würden wir auch gerne noch viel mehr über Planeten wissen. Im Jahr 2014 waren knapp 2000 Exoplaneten im Katalog, und einige von ihnen sind gute Ziele, um sie mit einem Teleskop zu verfolgen. Ich denke, es wird auch dort Entdeckungen geben, ich kann Ihnen nur nicht sagen, welche das sein werden.
Die JWST-Mission ist ein wunderbares internationales Partnerschaftsprogramm unter der Leitung der NASA mit Beiträgen der Canadian Space Agency und der European Space Agency. Wir haben ein brillantes Team von Ingenieuren zusammengestellt, um alle notwendigen Erfindungen zu entwickeln, damit wir trotz großer Herausforderungen vorankommen können. Wir haben eine riesige Gemeinschaft von etwa 10.000 Astronomen, die alle planen, dieses Observatorium zu nutzen. Das ganze Projekt ist eine bemerkenswerte Anstrengung, aber ich würde sagen, dass den visionären Leuten, die 1995 den Ausschussbericht verfasst haben, große Anerkennung gebührt, als sie sagten, dass wir dies tun sollten, weil es so wichtig ist. Wir wussten, dass es wirklich wissenschaftlich bedeutsam war, auch wenn es wirklich schwierig war, und wir im NASA-Team sind sehr stolz darauf, dieses Projekt zum Wohle der Öffentlichkeit voranzutreiben.
Das James Webb-Weltraumteleskop ist das größte und leistungsstärkste Weltraumteleskop, das je gebaut wurde [Video]
Rendering des James Webb-Weltraumteleskops der NASA. Das James Webb-Weltraumteleskop ist das größte, leistungsstärkste und technologisch anspruchsvollste Weltraumteleskop, das je gebaut wurde. Credits: Northrop Grumman
Das James Webb-Weltraumteleskop ist das größte, leistungsstärkste und technologisch anspruchsvollste Weltraumteleskop, das je gebaut wurde.
Das Webb-Teleskop ist so groß, dass es wie Origami gefaltet werden muss, um für die Fahrt ins All in seine Raketenverkleidung zu passen. Im Weltraum angekommen, ist die Entfaltung und Vorbereitung von Webb für die Wissenschaft ein komplexer Prozess, der etwa sechs Monate dauern wird.
Webb wurde entwickelt, um die am weitesten entfernten Galaxien im Universum zu sehen und zu untersuchen, wie sich Galaxien im Laufe der kosmischen Zeit entwickelt haben. Webb wird Planeten untersuchen, die andere Sterne umkreisen, um nach den chemischen Signaturen der Bausteine des Lebens zu suchen. Webb wird auch Planeten in unserem eigenen Sonnensystem untersuchen.
Die Webb Telescope Mission ist ein internationales Weltraumteleskopprogramm, das von der NASA mit ihren Partnern, der European Space Agency und der Canadian Space Agency, geleitet wird.
Überblick über die Mission des James Webb-Teleskops. Eine Einführung in das Webb-Teleskop und seine Mission.
Das James Webb-Weltraumteleskop (manchmal auch JWST oder Webb genannt) ist ein umlaufendes Infrarot-Observatorium, das die Entdeckungen des Hubble-Weltraumteleskops mit längerer Wellenlängenabdeckung und stark verbesserter Empfindlichkeit ergänzen und erweitern wird. Die längeren Wellenlängen ermöglichen es Webb, viel näher an den Beginn der Zeit zu blicken und nach der unbeobachteten Entstehung der ersten Galaxien zu suchen, sowie in Staubwolken zu schauen, in denen sich heute Sterne und Planetensysteme bilden.
Wichtige Fakten zum James Webb-Weltraumteleskop. Bildnachweis: NASA/ESA/CSA
Das führende Observatorium des nächsten Jahrzehnts
Das James-Webb-Weltraumteleskop wird ein großes Infrarot-Teleskop mit einem 6,5-Meter-Hauptspiegel sein. Das Teleskop wird 2021 mit einer Ariane-5-Rakete von Französisch-Guayana aus gestartet.
Webb wird das führende Observatorium des nächsten Jahrzehnts sein und Tausende von Astronomen weltweit bedienen. Es wird jede Phase in der Geschichte unseres Universums untersuchen, von den ersten leuchtenden Leuchten nach dem Urknall über die Bildung von Sonnensystemen, die das Leben auf Planeten wie der Erde unterstützen können, bis hin zur Entwicklung unseres eigenen Sonnensystems.
Webb war früher als “Next Generation Space Telescope (NGST) bekannt und wurde im September 2002 nach dem ehemaligen NASA-Administrator James Webb umbenannt.
Internationale Zusammenarbeit
Webb ist eine internationale Zusammenarbeit zwischen der NASA, der European Space Agency (ESA) und der Canadian Space Agency (CSA). Das NASA Goddard Space Flight Center leitet die Entwicklungsbemühungen. Der wichtigste Industriepartner ist Northrop Grumman, das Space Telescope Science Institute wird Webb nach dem Start betreiben.
Innovative Technologien
Für Webb wurden mehrere innovative Technologien entwickelt. Dazu gehört ein Hauptspiegel aus 18 separaten Segmenten, die sich nach dem Start entfalten und sich an ihre Form anpassen. Die Spiegel bestehen aus ultraleichtem Beryllium. Das größte Merkmal von Webb ist ein fünflagiger Sonnenschutz in Tennisplatzgröße, der die Wärme der Sonne mehr als eine Million Mal dämpft. Die vier Instrumente des Teleskops – Kameras und Spektrometer – verfügen über Detektoren, die extrem schwache Signale aufzeichnen können. Ein Instrument (NIRSpec) verfügt über programmierbare Mikroverschlüsse, die die gleichzeitige Beobachtung von bis zu 100 Objekten ermöglichen. Webb hat auch einen Kryokühler zum Kühlen der Mittel-Infrarot-Detektoren eines anderen Instruments (MIRI) auf sehr kalte 7 K, damit sie funktionieren können.
Über das Teleskop
Webb ist das Ergebnis von über 20 Jahren Planung und Entwicklung. Mehrere Elemente machen das Weltraumobservatorium einzigartig und tragen dazu bei, dass es seine Ziele erreicht:
- Goldener Spiegel: Der Hauptspiegel von Webb ist 6,5 Meter breit, was Webb zum größten jemals gebauten Weltraumteleskop macht. Der Spiegel besteht aus 18 sechseckigen vergoldeten Beryllium-Segmenten, die individuell eingestellt werden können.
- Sonnenschutz: Um sich vor der Hitze der Sonne zu schützen, wird Webb einen Tennisplatz-großen Sonnenschutz haben. Eines von Webbs Instrumenten wird auch ein Kühlsystem haben, um es kühl zu halten, da die Wärme der Sonne (und Webbs eigenen Instrumenten) ansonsten die Beobachtungen des Teleskops stören würde.
- Einsatz: Webb ist so groß, dass es wie ein Stück Origami zusammengefaltet werden muss, um in die Ariane 5-Rakete zu passen, die es in den Weltraum schleudert. Es wird etwa zwei Wochen dauern, bis Webb sich vollständig entfalten kann, und zwei weitere Wochen, um sein endgültiges Ziel zu erreichen.
- Instrumente: Neben dem in Kanada hergestellten wissenschaftlichen Instrument NIRISS wird das Webb-Teleskop auch drei weitere von Partnern beigesteuerte wissenschaftliche Instrumente beherbergen: NIRCam ( NASA ), NIRSpec (European Space Agency [ESA]) und MIRI ( NASA / ESA ).
- Hochfrequenz-Funksender: Rund um den Globus verteilte große Funkantennen werden die Sendersignale von Webb empfangen und an das Webb Science and Operation Center am Space Telescope Science Institute in Baltimore, USA, weiterleiten.
Wie das James Webb Space Telescope der NASA die größten Fragen der Astronomie beantworten wird
„Das [James Webb]-Teleskop ist im Grunde darauf ausgelegt, die großen Fragen der Astronomie zu beantworten, die Fragen, die Hubble nicht beantworten kann.“ -Bernstein Straughn
1990 nahm das Hubble-Weltraumteleskop seinen Betrieb auf und wurde damit zum ersten großen NASA-Observatorium, das in der Lage ist, bis in die Weiten des fernen Universums zu sehen. Es hat uns gezeigt, wie unser Universum heute aussieht und wie es sich über Milliarden von Jahren verändert und gewachsen ist. Es zeigte uns, wie unterschiedlich Galaxien vor Milliarden von Jahren waren, und entdeckte die schwachen, weit entfernten Galaxien, die unser heutiges Universum geformt haben. Aber es gibt eine Reihe von Fragen, die es nicht beantworten kann:
- Wie waren die ersten Sterne und Galaxien?
- Wie entstehen Sterne tief in einem staubigen Nebel?
- Wie sind die Atmosphären erdgroßer Welten und enthalten sie Signaturen von Leben?
- Wie weit müssen wir suchen, um das unberührte, prästellare Universum zu sehen?
- Und wie haben sich die frühen Sterne und Galaxien zu dem zusammengefügt, was wir heute haben?
Für diese Fragen braucht es ein revolutionäres neues Observatorium. Es wird das James-Webb-Weltraumteleskop brauchen.
Hubble ist unglaublich, aber auch begrenzt. Mit einem Hauptspiegel von 2,4 Metern hat es nur 1% der Lichtstärke der derzeit leistungsstärksten erdgebundenen Teleskope im Bau. Da es sich in der Nähe der Erde befindet, erhält es Wärme von unserem Planeten und kann daher nur ein wenig ins Infrarote sehen. Es ist meist auf die gleichen Lichtarten beschränkt, die das menschliche Auge sehen kann. Und da sich das Universum ausdehnt und die Strahlung in ihm zu den röteren, längeren Wellenlängen verschoben wird, gibt es eine grundlegende Grenze dafür, wie weit wir zurück sehen können.
Es sei denn, wir bauen ein Infrarot-Observatorium mit einem viel größeren Spiegel und schicken es weit von der Erde in den Weltraum, wo es von der Sonne abgeschirmt ist und sehr kalte, kryogene Temperaturen erreichen kann.
Das ist der genaue Plan des James Webb-Weltraumteleskops der NASA, das nächstes Jahr starten wird. Die 18 goldbeschichteten Spiegelsegmente bieten die siebenfache Lichtsammelkraft von Hubble, jedoch bei nur halbem Gewicht. Seine Orbitalposition am L2 Lagrange-Punkt, der so weit entfernt ist, dass sowohl der Erd- als auch der Mondschatten beendet sind, bedeutet, dass er nicht mit der Kontamination zu kämpfen hat, die Sie durch eine erdnahe Umlaufbahn erhalten. Das neuartige Sonnenschutzdesign bietet eine passive Kühlung und platziert die „kühle“ Seite auf flüssigem Stickstoff (
77 K) Temperaturen, ohne dass dieses Kühlmittel benötigt wird. Und die damit verbundene Infrarot-Fähigkeit bedeutet, dass zum ersten Mal ultra-kühle, ultra-ferne und ultra-schwache Signale aus dem Universum herausgekitzelt werden können.
Wir sollten in der Lage sein, die ersten Sterne und Galaxien mit einer noch nie dagewesenen Präzision zu vermessen. Wir sollten den kosmischen Rekord für die am weitesten entfernten Sterne und Galaxien brechen, und sie sollten uns überall im Weltraum erscheinen, wo wir hinschauen. Wir sollten in der Lage sein, den atmosphärischen Inhalt erdähnlicher Planeten um die kleinsten Sterne mit der niedrigsten Masse zu messen, einschließlich aller Welten um TRAPPIST-1. Wir sollten lernen, wie das Universum dank der Strahlung der frühesten Galaxien für sichtbares Licht transparent wurde. Und wir sollten so viel über die ersten Sterne sagen können, vielleicht sogar, als sie zum ersten Mal auftauchten.
Hubble hat uns beigebracht, wie unser Universum aussieht James Webb wird uns beibringen, wie unser Universum so entstanden ist. Es ist der nächste große bemerkenswerte Schritt, es ist eine unglaubliche Ingenieursleistung und stellt einen ebenso großen Fortschritt von Hubble dar wie Hubble von bodengestützten Teleskopen.
Um 7 Uhr. Eastern Time (16 Uhr Pacific Time) am 1. März 2017 wird die Wissenschaftlerin und Astronomin Amber Straughn mit James Webb am Perimeter Institute einen öffentlichen Vortrag über die Zukunft der Astronomie halten. Sie wird uns sagen, wo wir gerade bauen (vollständig), testen (Startsimulationen durchführen) und ob wir im Zeitplan liegen oder nicht (sollte wie geplant im Oktober 2018 starten). Sie wird uns sagen, was wir zu finden, zu messen hoffen und wie wir es tun werden. Und für Fragen aus aller Welt steht sie jederzeit während des Vortrags unter dem Hashtag #piLIVE einfach twittern. Sehen Sie es hier, entweder live oder jederzeit danach.
Und ich werde hier sein, um einen Experten-Live-Blog-Kommentar bereitzustellen, der in Echtzeit direkt neben der Übertragung läuft. Schalten Sie ein und aktualisieren Sie Ihre Seite, und ich werde alle paar Minuten Updates (und Faktenchecks) für Sie bereitstellen!
(Alle Zeiten Pacific Standard Time, PM.)
3:50 — Willkommen zum Live-Blog von Amber Straughns öffentlichem Vortrag am Perimeter Institute! Wissenswertes: James Webb wird im Morgengrauen starten und sicherstellen, dass es immer in der Sonne ist. Tatsächlich wird es nur ein 30-Minuten-Fenster geben, in dem es seine Batterien benötigt, der Rest des gesamten Betriebs des Teleskops wird von Sonnenkollektoren betrieben!
3:54 — Will Webb be able to detect exoplanets? In a way, it will be the best telescope for it ever! By having such a large-diameter mirror in space, we can measure the transits of Earth-sized (or even smaller) planets around the smallest, most common class of stars: M-dwarfs. When a transit occurs, we should be able to break the absorbed light up into spectra, telling us what the atmosphere is made of! Is there molecular oxygen? Methane? Carbon dioxide? Other organics? Webb will find out!
3:58 — Amber’s story of how she got interested in space, science and astrophysics is so similar to the story of so many other scientists. It’s all about curiosity, wanting to know, and the willingness to put in the work to find out!
4:01 — Perimeter is so amazing for putting this on, and for delivering such inspiring messages about science. “There has never been a better time to be… part of the equation.” So dorky, but so true!
4:04 — It’s important to realize that scientists are people, and they are introducing Amber, who’s been a public face for science and astrophysics as well as a legit scientist… including for Jimmy Fallon. Not bad!
4:06 — For someone who grew up in rural Arkansas, stunned by the night sky (pretty pristine), she was innately curious. And when she asked her mom a question she couldn’t answer, it was a big deal that her mom told her, “I don’t know, but Sie can figure it out.” And decades later, that’s exactly what she’s doing. That’s a wonderful message, and it’s a message that should resonate with each and every one of us. We can figure it out all we need to do is ask the right questions in the right ways!
4:08 — What makes James Webb so incredible? Well, none of the questions we’re asking would even be possible without the work and discoveries of Hubble — the telescope — that’s provided view about the Solar System, the Milky Way, and other galaxies outside the Milky Way (plus the evolution of the Universe as a whole), and it’s helped shape the picture of the Universe we have today. The questions we’re asking now wouldn’t be possible without this knowledge.
4:10 — And the best thing of all? To Amber, and (probably) also to me? The Hubble deep field images. The eXtreme Deep Field (XDF), with 23 days of observing time, is almost twice as deep as the Ultra Deep Field Amber references. We see 5,500 galaxies in a region just 1/32,000,000th of the entire sky! And yet, there are even more galaxies out there that Hubble can’t see. It’s incredible, and it’s so incredible that it’s even brought astronomy and the Hubble Space Telescope’s imagery into popular culture around the world.
4:13 — Really loving the plug for education and public outreach that Amber is pushing here. It’s about inspiration, it’s about knowledge, it’s about beauty, but even she isn’t sure of why people are captivated by these things that are outside of our experience. She doesn’t have the answer, but I think I do: they connect us to what we long for, but what we cannot and have not experienced for ourselves. They are the closest brush we have with the limits of existence, and with the unknown. In our own way, it allows us to experience the un-experience-able.
4:15 — Why is James Webb so much better than Hubble? Well, it gathers more light (about seven times as much), but its extra size also means better resolution! The “seeing” resolution of a telescope is governed by how many wavelengths of light can fit across the primary mirror, and if you’re looking at the same, fixed, infrared wavelength, JWST can see more than twice as well as Hubble can!
4:18 — So, you saw that famed Hubble image of the Pillars of Creation? (Above.) It took an infrared one, too. And that’s a preview of what James Webb will see. What does that look like? See below:
4:20 — What are the first galaxies like? When did they form? Do they have black holes? How do they cluster? And when do they turn “on” enough to reionize the Universe, and make it transparent to visible light? These are the science questions that James Webb was designed to answer, and why it has the technical specifications and wavelength sensitivities that it was built to have. It should be able to measure back to when the Universe was just 200–275 million years old: around 2% of its current age. (Hubble’s most distant galaxies ever are 400–600 million years old. That’s a big difference!)
4:22 — How can James Webb see so far? Well, it will be helped by gravitational lenses: the massive clusters that can magnify the light from background galaxies behind them. This happens even in the infrared, even in the very early Universe. Einstein helps us out even in the most extreme cases!
4:24 — Keep in mind that we already have seen how galaxies grow and merge for about 12 billion years we have great data on that from Hubble and other telescopes/observatories. James Webb will be special for really shedding light on those first 1–2 billion years of galaxies. While that’s incredible and worth celebrating, don’t forget what we already know that’s incredible too!
4:27 — This is another beautiful illustration — from Hubble, again — of how looking in the infrared can shed light on star formation. Sure, it looks like there’s a star in the optical (top), but by looking in the infrared you can see the stars themselves! Incredible!
4:29 — Amber it talking now about the Kepler spacecraft, exoplanet finding and transits. But what JWST will do goes far beyond anything Kepler did! Warum? Wavelength, size of the telescope and the instruments on board it. Kepler gave us a huge variety of exoplanet systems, but the ability to measure their atmospheres down to small sizes — including for signs of water, clouds, aerosols and organics — will fall to James Webb. For those of you wondering, Hubble can see atmospheres of Saturn-sized worlds around Sun-like stars JWST will see worlds 1.5 times the size of Earth around Sun-like stars and Earth-sized worlds around M-dwarfs, the most common class of stars in the Universe. It goes from “knowing that they’re there, to knowing what they’re like.” (As Amber says.)
4:32 — Habitability? You’d have to get really, really luck to have a planetary system that we find that is inhabited… but sometimes, we tun get lucky. After all, we have TRAPPIST-1, with three potentially habitable Earth-like planets. And the speculation is intense, and there are lots of reason to think they might be barren… but we have to look. 40 light years away, 7 Earth-sized planets, 3 of which may be habitable. How can you nicht look?!
4:35 — Most people don’t get excited about spectra. Warum? Because doing spectroscopy doesn’t deliver the spectacular images that photometry does. It takes longer, it’s just a series of lines and bumps, but it delivers far more science than the pretty images ever can. I have a hunch — and this is me, not Amber talking — that we’ll be developing new methods of visualization to better “see” what JWST is delivering. And oh, will it ever deliver so much science!
4:37 — You have to realize that the mirrors will reach “high” temperatures of over 300 K, but will be “cooled” down to below-liquid-nitrogen temperatures on the cold side. You have to contend with thermal expansion (and contraction), and that’s part of why the mirrors are so incredibly precise: when they’re successfully deployed, across around 6 meters, the biggest “bump” on the mirror is about 20 nanometers, or about 3% the size of the wavelength of the light you typically see from the Sun. That’s pretty incredible!
4:40 — It’s important to recognize that this is truly an international collaboration! NASA, JAXA (Japan), ESA (Europe), the CSA (Canada) and more are all involved! And you need that if you want to build the greatest telescope/observatory of all time. Science, you must remember, and the knowledge we reap from it is for the benefit of all humanity!
4:43 — One of the coolest things you might not realize about the sunshield on James Webb? It has to be packed into a rocket, where the diameter of the rocket is no bigger than one of the mirror segments. But look at how big that sunshield is! Monumental challenges included how to vent the heat (out of the sides), how to evacuate all the air during launch without ripping the shield, how to make holes that align while it’s stowed but don’t overlap while it’s deployed, and how to fold the sunshield to eliminate the possibility of a snag during deployment. The ultimately successful design was a culmination and a combination of modern simulations/calculations, and old-fashioned pattern/sail/dress-making techniques it was a unique mix of cutting-edge technology and artistry.
Not bad for what is really, at the end of the day, just five sheets of coated plastic.
4:45 — It’s worth noting that the sunshield gets you incredibly far! In direct sunlight, the “hot” side of the sunshield gets up to about 350º C (662º F), or hot enough to melt lead, while the cool side, on the other end of the five layers, needs to be colder than liquid nitrogen (77 K). But what’s even more amazing is that we tun have cryogenic cooling on board — active cooling — for the mid-IR (as opposed to the passively cooled near-IR) wavelengths, that take the telescope down to just a few degrees above absolute zero. Warum? Because things get less noisy at cold temperatures!
4:48 — Fun stuff: we did vibration testing on the telescope to simulate the stresses it will experience during launch. And in order to do so, we had to build a custom vibration table, because we’d never needed to shake anything this big before!
4:50 — How long does deployment take? You might think that watching a five minute video is slow, but the whole deployment process — beginning with the Solar Panels and culminating with beginning the science alignments — takes 14 days. Incredible!
4:52 — It’s a very nerdy thing to get excited about, but the sign that NASA’s James Webb is real? There are calls — out now — for scientific proposals. You don’t do that unless you have a telescope going up. That’s right, folks this is real.
4:54 — This is also really nice: Amber reminds us that this isn’t all about James Webb. That’s just one of the NASA observatories (although perhaps the most exciting of the decade), but WFIRST will basically do what Hubble does, except with an incredibly wide field of view. It will basically cover the whole sky with Hubble’s depth!
4:55 — “In the end, these missions that we build are about the promise of discoveries.” There are untold surprises out there, and that will be the biggest achievement of all: discovering not just what we anticipate, but discovering what’s truly unknown. Nice way to end the talk!
4:57 — I have to be really, really happy about a talk like this, where I can’t point to a single thing that Amber said that was controversial, that misinterpreted what we know or that would lead the audience into thinking that speculation was fact. She nailed it!
4:59 — And if you want dark energy, that’ll be WFIRST’s specialty. If you want the first galaxies, that’s James Webb. These great observatories are complementary, rather than competitive. If we observe the same portions of the sky with these different observatories, the riches are knowing that much more about an object or phenomenon. Multi-wavelength astronomy is why we have multiple great observatories! After all, look at what composites have brought us so far:
