Die NASA sagt, dass die „optische Leistung des jungen James Webb Space Telescope (JWST) … weiterhin besser ist als … die optimistischsten Vorhersagen“, nachdem die Ausrichtung seines rekordverdächtigen Spiegels abgeschlossen wurde.
Zwischen 7 und 14 Jahre hinter dem Zeitplan und um den Faktor 2 bis 10 über dem Budget, schickte eine Arianespace Ariane 5-Rakete das Webb-Teleskop am 25. Dezember 2021 auf seinen Weg in den Weltraum. Mit einem Gewicht von 6,2 Tonnen (~13.600 lb), JWST war fast halb so schwer wie das Hubble-Weltraumteleskop der NASA, obwohl es einen beispiellosen Origami-ähnlichen Spiegel mit mehr als dem Sechsfachen der gesamten Sammelfläche von Hubble verpackte. Die Kombination aus extremer Massenreduzierung und außergewöhnlicher Komplexität, die erforderlich ist, um einen so großen Spiegel mit einer Rakete wie der Ariane 5 so weit von der Erde zu starten, erklärt teilweise, warum das Webb-Teleskop so lange dauerte (~18 Jahre) und so viel kostete (~9,7 Milliarden US-Dollar). ). ) zu entwerfen, zu entwickeln und zu bauen.
Trotzdem tat es der Start schließlich. Ariane 5 erledigte die meiste Arbeit und schickte das Teleskop auf eine Flugbahn, die es mit Hilfe seiner Bordtriebwerke zum Sonne-Erde-Lagrange-Punkt L2 führen würde, der etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt liegt. In der vielleicht größten Erleichterung in der Geschichte der Weltraumobservatorien wurde der äußerst komplexe Bereitstellungsprozess des Webb-Teleskops dann ohne ein einziges größeres Problem abgeschlossen. 30 Tage nach dem Start erreichte das Teleskop – vollständig entfaltet – seine Betriebsumlaufbahn.
Im Vergleich dazu hat sich in den letzten vier Monaten fast die gesamte Arbeit von JWST auf die weniger sichtbaren und viel kleineren Ausrichtungs- und Kalibrierungsprozesse konzentriert. Jedes der 18 Hauptspiegelsegmente des JWST schob sich langsam aber sicher Mikrometer für Mikrometer in Position, während breite Teile des Teleskops langsam auf Umgebungstemperatur abkühlten – unerlässlich für maximale Leistung. Gleichzeitig erreichten alle primären Instrumente von Webb das erste Licht und traten in die frühen Stadien der Kalibrierung und Inbetriebnahme ein. Erst nachdem die Instrumente sorgfältig kalibriert, der Spiegel perfekt ausgerichtet und wichtige Hardware auf Temperaturen von bis zu -449 °F (-267 °C) gekühlt wurde, kann Webb damit beginnen, das Universum zu beobachten und große Teile der Weltraumwissenschaft zu revolutionieren .
Der erste und wichtigste Schritt – das Ausrichten der Spiegel – ist nun abgeschlossen. Der Ausrichtungsprozess begann im Februar 2022, sechs Wochen nach dem Start. Zuerst wurden Bilder mit nicht ausgerichtetem Spiegel aufgenommen, um zu helfen, genau zu bestimmen, in welchem Zustand er sich befand. Jedes der 18 Spiegelsegmente von Webb wurde nacheinander einzeln bewegt, um zu bestimmen, für welches Bild jeder Spiegel verantwortlich war, wodurch die Bodenkontrolleure dann korrekt fokussieren konnten. die Sicht von jedem Spiegel auf einen Zielstern. Nachdem diese 18 Lichtpunkte gut aufgelöst und mit einem bestimmten Spiegelsegment verbunden waren, wurden die Segmente in einem als „Grobphasierung“ bekannten Prozess allmählich aufeinander gerichtet, um ein einziges Bild zu erzeugen.
„Coarse“ unterschätzt die fast unergründliche Genauigkeit, die erforderlich ist, um die Etappe zu absolvieren, stark. Um sein volles Potenzial auszuschöpfen, muss jedes der Spiegelsegmente des Webb-Teleskops innerhalb von 50 ausgerichtet werden Nanometer einander. Laut NASA: „Wenn der Webb-Hauptspiegel die Größe der Vereinigten Staaten hätte, hätte jedes Segment die Größe von Texas, und das Team müsste die Höhe dieser Segmente in Texas-Größe aneinander ausrichten. mit einer Genauigkeit von ungefähr 1,5 Zoll.
Es folgte eine Feinabstimmung, die eine noch esoterischere Reihe von Prozessen beinhaltete, die darauf abzielten, den Spiegel so perfekt wie möglich zu fokussieren. Das resultierende Bild wurde dann bearbeitet, um es richtig auf das Sichtfeld jedes der vier wissenschaftlichen Hauptinstrumente des Webb-Teleskops auszurichten. Schließlich wurden bestimmte Schritte des siebenstufigen Ausrichtungsprozesses überarbeitet oder verfeinert, um den Spiegel vollständig nach dem Geschmack seiner erdgebundenen Schöpfer und potenziellen Benutzer zu optimieren.
Am Ende war die Ausrichtung des Webb-Teleskops außerordentlich erfolgreich und erzeugte ein schärferes und schärferes Bild als selbst die „optimistischsten Vorhersagen“ seiner Ingenieure. Die NASA sagt, dass das Bild so detailliert ist, dass es effektiv die physikalische Auflösungsgrenze für einen Spiegel in Webb-Teleskopgröße erreicht hat, was bedeutet, dass es gegen bekannte Gesetze der Physik verstoßen müsste, um mehr Details aufzulösen.
Nachdem die Ausrichtung der Spiegel abgeschlossen ist, muss das JWST nur noch eine Hürde nehmen, bevor der wissenschaftliche Betrieb beginnen kann: die Inbetriebnahme der Instrumente. Inbetriebnahme ist ein Sammelbegriff, der eine breite Palette von Kalibrierungen, Analysen, Experimenten und Optimierungen abdeckt, die erforderlich sind, um zu überprüfen, ob die vier Hauptinstrumente von JWST wie beabsichtigt funktionieren und die Aufgabe erfüllen, für die sie bestimmt sind. Sie wurden so genau und zuverlässig entwickelt wie möglich.
Irgendwann wird die Verwendung außerordentlich komplexer wissenschaftlicher Instrumente eher zu einer Kunstform, und es muss ein gewisses Maß an Vertrauen zwischen Wissenschaftlern und ihren hoffnungsvollen Handwerkszeugen aufgebaut werden, bevor sie den Meißel selbstbewusst auf den Marmor setzen und beginnen können, sich damit zu beschäftigen das Universum mit beispielloser Breite und Detailtreue. Wenn die Inbetriebnahme ebenso reibungslos verläuft wie die Aufstellung und Ausrichtung, könnte das JWST-Team bereits im Juli 2022 bereit sein, die ersten umsetzbaren Beobachtungen des Teleskops des Kosmos aufzunehmen und zu teilen.
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