Illustration James Webb Weltraumteleskop im All (Foto: Pressestelle, ESA/Northrup Grumman)

Weltraumtechnik

Erste Bilder des James Webb Weltraumteleskops veröffentlicht

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Uwe Gradwohl
Thomas Hillebrandt
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Ralf Kölbel

Bis zur Geburt der ersten Sterne und Galaxien blicken, Exoplaneten finden und mittels Infrarotkameras in die Zeit kurz nach dem Urknall schauen. Das soll das neue „James Webb Space Telescope“ ermöglichen. Jetzt wurden erste Bilder des Weltraumteleskops veröffentlicht.

„Dieses Bild zeigt der Welt, dass Amerika große Dinge tun kann“, verkündete US-Präsident Joe Biden mit sichtbarem Stolz und präsentierte zur besten Sendezeit das allererste Bild des James-Webb-Teleskops: Eine sogenannte „Deep Field“-Aufnahme, die Tausende von Sternen und Galaxien zeigt. Laut NASA das schärfste Infrarotbild des frühen Universums, das jemals aufgenommen wurde.

„Es ist besser als alles, was wir uns vorgestellt haben, noch. Es hat einfach alles perfekt funktioniert mit James Webb bisher und wir haben jetzt die Möglichkeit, wirklich in die Frühphasen des Universums zurückzuschauen und da wirklich ganz neue Ansatzpunkte zu finden, zu sehen, was passiert ist.“

Erste Bilder des James Webb Weltraumteleskops: Sternentstehungsregion namens NGC 3324 im Carina-Nebel (Foto: IMAGO, imago/NASA,xESA,xCSA,xandxSTScIxviaxCNPx/MediaPunchx)
Diese Landschaft aus Bergen und Tälern, die mit glitzernden Sternen übersät ist, ist eigentlich der Rand einer nahe gelegenen, jungen Sternentstehungsregion namens NGC 3324 im Carina-Nebel. Dieses Bild, das vom neuen James-Webb-Weltraumteleskop der NASA im Infrarotlicht aufgenommen wurde, zeigt zum ersten Mal zuvor unsichtbare Bereiche der Sternentstehung. imago/NASA,xESA,xCSA,xandxSTScIxviaxCNPx/MediaPunchx Bild in Detailansicht öffnen
Der schwächere Stern im Zentrum dieser Szene sendet seit Tausenden von Jahren Gas- und Staubringe in alle Richtungen aus. Das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA hat zum ersten Mal enthüllt, dass dieser Stern in Staub gehüllt ist. Dieser planetarische Nebel ist als NGC 3132 katalogisiert und informell als Südlicher Ringnebel bekannt. Er ist etwa 2.500 Lichtjahre entfernt. imago/ZUmaWire/NASA,xESA,xCSA,xandxSTScIxviaxCNx Bild in Detailansicht öffnen
Mit seinem leistungsstarken Mittelinfrarotinstrument MIRI zeigt das James Webb-Weltraumteleskop nie zuvor gesehene Details von Stephans Quintett, einer Gruppierung von fünf Galaxien. Imago/Nasa Bild in Detailansicht öffnen
Die neuen Aufnahmen des James Webb-Weltraumteleskops liefern unschätzbare Erkenntnisse darüber, wie galaktische Wechselwirkungen die Galaxienentwicklung im frühen Universum vorangetrieben haben könnten. Imago/Nasa Bild in Detailansicht öffnen
Das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA kann Hunderte von Lichtjahre entfernte Atmosphären analysieren. Die Aufnahmen zeigen die deutliche Signatur von Wasser zusammen mit Beweisen für Wolken und Dunst in der Atmosphäre eines heißen, aufgeblähten Gasriesenplaneten, der einen fernen sonnenähnlichen Stern umkreist. imago/NASA,xESA,xCSA,xandxSTScIxviaxCNPx/MediaPunchx Bild in Detailansicht öffnen
Diese James Webb "Deep Field"-Aufnahme ermöglicht einen tiefen Blick in die Vergangenheit des Alls. IMAGO/UPI Photo/NASA Bild in Detailansicht öffnen

Blick in die Vergangenheit des Universums

Schon das erste Bild zeigt, was das James-Webb-Teleskop kann: Es ist ein Blick in die Vergangenheit vor mehr als 13 Milliarden Jahren, in die Zeit der allerersten Sterne und Galaxien.

Das Bild ist eine sogenannte Deep Field Aufnahme. "Field" bedeutet, dass man sich ein kleines Feld, einen kleinen Ausschnitt des Himmels ausgesucht hat. Ein Feld, von dem aus man ohne störende Sterne oder andere Objekte im Vordergrund tief also "deep", ins All schauen kann. Diese James Webb Deep Field Aufnahme zeigt, dass sich an einer Stelle des Himmels, die selbst mit normalen Teleskopen völlig leer aussieht, tausende von Galaxien befinden.

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Darunter sind auch Galaxien, die 13 Milliarden Lichtjahre entfernt sind. Oder anders gesagt: Deren Licht lief vor 13 Milliarden Jahren los, das Webb Teleskop hat es letztens erst aufgefangen. Computer haben viele Einzelaufnahmen zu einem kombinierten Bild verrechnet und wir sehen nun auf diesem Bild auch Galaxien, wie sie vor 13 Milliarden Jahren ausgesehen haben. Das James Webb Teleskop ist also eine Art Zeitmaschine, die in die Vergangenheit des Universums fast bis an den Urknall zurückschauen kann.

Das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA hat dieses Testbild des Fine Guidance Sensor (FSG) Anfang Mai 2022 aufgenommen.  (Foto: IMAGO, IMAGO / UPI Photo/NASA)
Das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA hat dieses Testbild des Fine Guidance Sensor (FSG) Anfang Mai 2022 aufgenommen. Auf diesem Bild sind nur eine Handvoll Sterne zu sehen, die sich durch ihre Beugungsspitzen auszeichnen. Der Rest der Objekte sind Tausende schwacher Galaxien, einige im nahen Universum, aber viele mehr im fernen Universum. IMAGO / UPI Photo/NASA

Bislang teuerstes Projekt im All

Mehr als 20 Jahre dauerten Planung und Bau des James-Webb-Teleskops, das größte und mit mehr als 10 Milliarden Dollar Kosten teuerste Instrument, das die Menschheit je ins All gebracht hat.

Das geschah mit rund zehn Jahren Verspätung, am 25. Dezember 2021, mit einer europäischen Ariane-Rakete. Seitdem hat das Infrarot-Teleskop seine endgültige Position in 1,5 Millionen Kilometer Entfernung erreicht und nun seine Wissenschaftsmission gestartet.

Mit einem 25 Quadratmeter großen Spiegel und hochsensiblen Infrarotoptiken soll das "James Webb Space Telescope" tiefer ins Universum schauen als alle anderen vor ihm. Entwickelt wurde das Teleskop in den USA, Kanada und Europa. Das Infrarot-Teleskop soll Blicke bis weit zurück in die Vergangenheit des Universums ermöglichen: bis zur Geburt der ersten Sterne und Galaxien kurz nach dem Urknall.

Das James Webb Weltraumteleskop im Goddard Space Flight Center der NASA (Foto: Pressestelle, NASA/Desiree Stover)
Der 18-teilige Goldspiegel des Webb-Teleskops ist speziell dafür ausgelegt, Infrarotlicht von den ersten Galaxien einzufangen, die sich in der Frühzeit des Universums gebildet haben. Pressestelle NASA/Desiree Stover

Teuerstes Forschungsinstrument der Raumfahrtgeschichte

Das James Webb Weltraumteleskop gehört neben dem Space Shuttle und dem LHC Teilchenbeschleuniger zu den kompliziertesten Maschinen, die die Menschheit je gebaut hat. Das James Webb Weltraumteleskop ist so groß wie ein Tennisplatz und so hoch wie ein dreistöckiges Haus, und passte nur zusammengefaltet in die Spitze einer Ariane 5-Rakete. Mit 6,5 Meter Durchmesser ist sein Hauptspiegel fast dreimal größer als jener des legendären Hubble-Teleskops.

Seinen Namen bekam das „James Webb Space Telescope“ im Jahr 2002. James E. Webb (1906-1992) war ehemaliger NASA-Vizedirektor und leitete die Organisation von 1961 bis 1968. In diese Zeit fallen beeindruckende Erfolge der NASA, einschließlich des Apollo-Programms.

Deshalb macht das neue Weltraumteleskop Sinn

Das legendäre Hubble-Teleskop liefert seit über 30 Jahren beeindruckende Bilder aus dem All: Sei es von Galaxien, die zusammenstoßen, von spektakulären Staubwolken, in denen Sterne entstehen oder sogar erste Aufnahmen von Planeten, die um andere Sterne als unsere Sonne kreisen.  

Doch für die Untersuchung von Staub im All - sogar den Blick in Staubwolken hinein - ist das James Webb Teleskop wesentlich besser geeignet als Hubble.

Laut Prof. Dr. Thomas Henning, Direktor vom Max-Plank-Institut für Astronomie, wird das James Webb Space Teleskop mit Sicherheit große Fortschritte in der Wissenschaft bringen: „Viele Dinge, die wir dort sehen werden, wie Wassermoleküle, die kann man nur sehr gut mit dem James Webb Space Teleskop beobachten und die Empfindlichkeit ist nicht nur ein Faktor 10 besser als von der Erde aus, sondern sie ist ein Faktor 1.000 bis 10.000 besser.“

Illustration des Hubble-Weltraumteleskops (Foto: Pressestelle, NASA)
Das Hubble Teleskop, der Vorgänger von James Webb. Es ist nach Edwin P. Hubble benannt einem amerikanischen Astronomen. Pressestelle NASA

Ein Blick in die Sterne ist ein Blick in die Vergangenheit

Das Licht vieler Sterne am Nachthimmel braucht hunderte, sogar tausende Jahre, bis es auf der Erde ankommt. Wir sehen diese Sterne nicht wie sie jetzt sind, sondern wie sie vor tausenden Jahren waren. Deshalb ist der Blick an den Sternenhimmel immer ein Blick in die Vergangenheit. Kann man da, in der Vergangenheit am Himmel, auch noch irgendwo den Urknall erkennen?

Der Urknall ist 13.8 Milliarden Jahre her. Licht, das aus dieser Zeit stammt und erst jetzt bei uns ankommt gibt es tatsächlich, aber es ist sehr schwach. Doch mit dem neuen Teleskop wird man in diesem uralten Universum die ersten Sterne erkennen können, die sich nur 300 Millionen Jahre nach dem Urknall gebildet haben – also als das Universum nur 2 Prozent seines heutigen Alters erreicht hatte. Thomas Zurbuchen, Wissenschaftsdirektor der NASA, erläutert die Hintergründe:

"Das Universum dehnt sich aus mit einer unglaublichen Geschwindigkeit. Wir wissen das, weil je weiter Galaxien von uns entfernt sind, desto schneller gehen sie auch von uns weg. Das Licht wird immer „kühler“, wie wir sagen, es hat eine immer tiefere Frequenz. Wie ein Krankenwagen, der an uns vorbeifährt. Da wird der Ton tiefer, wenn der Krankenwagen wegfährt.  Das Licht, dass wir beobachten werden, ging vor 13 Milliarden Jahren von den Galaxien weg. Das sind die ersten Galaxien, ungefähr 200 oder 300 Millionen Jahre nach dem Urknall. Das ist unglaublich altes Licht und zeigt uns einen Teil des Universums, den wir bislang noch nie beobachtet haben."

Aufnahme von Hubble  (Foto: Pressestelle, NASA)
Eine Aufnahme des NASA/ESA-Weltraumteleskops Hubble zeigt einen Strudel aus glühendem Gas und dunklem Staub in einer der Satellitengalaxien der Milchstraße. Pressestelle NASA

Im Infrarotbereich sind tiefere Blicke ins Universum möglich

Lichtwellen aus der Frühzeit des Weltalls sind noch im All unterwegs. Aber diese Lichtwellen, die vor über 13 Millionen Jahren losgelaufen sind, wurden in der langen Zeit durch die ständige Ausdehnung des Universums enorm gedehnt. Bis auf das 20-fache ihrer ursprünglichen Wellenlänge.

Aus Wellenlängen im sichtbaren Bereich des Lichts wurden Wellen im Infraroten, also im Bereich der Wärmestrahlung. Das ist kein Licht mehr, das das menschliche Auge sehen kann – aber das James Webb Teleskop kann dieses Licht sammeln und so die allerersten Sterne und Galaxien abbilden, die nach dem Urknall entstanden sind.  Und im Infrarotlicht kann das James Webb Teleskop sogar ins Innere von dunklen Staubwolken im All hineinschauen und sehen, ob sich dort gerade Sterne und Planeten bilden.

Sechs Spiegelsegmente des JWST (Foto: Pressestelle, NASA)
Sechs der 18 Spiegelsegmente werden für den Umzug in die Röntgen- und Kryoanlage vorbereitet. Dort werden sie einigen Tests unterzogen. Pressestelle NASA

Die Suche nach der zweiten Erde

Sehr wahrscheinlich wird das neue Weltraumteleskop auch Exoplaneten finden, die um ferne Sterne kreisen. Und es wird darüber Auskunft geben, ob so ein Exoplanet eine Atmosphäre hat, in der Sauerstoff, Ozon, Wasserdampf oder andere Gase, die für die Entwicklung von Leben wichtig sein können. Die Suche nach der zweiten Erde kommt mit diesem Superteleskop sicher einen Schritt weiter. Dazu Thomas Zurbuchen:

"Ein Drittel bis fast 50 Prozent der Forschung, die auf Webb gemacht wird, hat auch damit zu tun, Planeten und andere Sterne in unserer Galaxie zu beobachten und die Atmosphäre zu messen. Wir werden uns diese Planeten mit einer Genauigkeit, die wir noch nie hatten, ansehen.  Die Atmosphäre der Erde änderte sich unglaublich, als plötzlich Leben hier war. Wir wissen das aus verschiedenen Modellen, aber auch aus Proben der frühen Zeit, von alten Steinen. Die Frage ist, können wir solche Änderungen auch bei anderen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems sehen? Webb wird uns unglaublich helfen dabei."

Informationen, mit der aktuellen Position von James Webb im All, finden Sie unter folgendem Link:
NASA - Where is Webb?

3sat nano: So funktioniert das James Webb Teleskop

STAND
AUTOR/IN
Uwe Gradwohl
Thomas Hillebrandt
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Ralf Kölbel