Das Geheimnis, das dem James-Webb-Teleskop hilft, das frühe Universum zu erforschen

(Dan Tri) – Ein Gerät, das Licht von Galaxien sichtbar machen kann, die vor 13 Milliarden Jahren entstanden sind. Das James-Webb-Teleskop wurde gebaut, um diese Mission zu verwirklichen.

„Zeitmaschine“ erforscht das frühe Universum

Bild des Nebels NGC 604, etwa 2,7 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt, aufgenommen vom James-Webb-Weltraumteleskop (Foto: NASA/ESA/CSSA/STScl).

Seit seinem Start im Dezember 2021 hat das James-Webb-Weltraumteleskop die Erde in einer Entfernung von über einer Million Meilen umkreist und atemberaubende Bilder aus dem Weltraum zur Erde gesendet.

Was also ermöglichte es Webb, so weit zu „sehen“, sogar in die Vergangenheit zurückzublicken und das frühe Universum zu erforschen?

Das Geheimnis liegt in Webbs leistungsstarkem Kamerasystem, insbesondere in seiner Fähigkeit, Infrarotlicht einzufangen – eine Art von Licht, die das menschliche Auge nicht sehen kann.

Wenn das Webb-Teleskop ein Bild einer fernen Galaxie aufnimmt, sehen Astronomen diese Galaxie tatsächlich vor Milliarden von Jahren.

Das Licht aus der Galaxie hat Milliarden von Jahren durch den Weltraum gereist, um den Spiegel des Teleskops zu erreichen. Es ist, als wäre das Webb-Teleskop eine „Zeitmaschine“, die Bilder des Universums in seinen frühesten Stadien aufnimmt.

Indem er einen riesigen Spiegel benutzt, um dieses uralte Licht aufzufangen, enthüllt Webb neue Geheimnisse über das Universum.

Webb: Das Teleskop, das Wärme „sieht“

Im Gegensatz zum Hubble-Teleskop oder herkömmlichen Kameras, die nur Bilder von sichtbarem Licht aufnehmen, ist das Webb-Teleskop für die Aufzeichnung von Infrarotlicht ausgelegt.

Infrarotlicht hat längere Wellenlängen als sichtbares Licht und ist daher für das menschliche Auge unsichtbar. Das Webb-Teleskop kann diese Art von Licht jedoch einfangen, um die frühesten und entferntesten Objekte im Universum zu untersuchen.

Infrarotkameras ermöglichen es, ähnlich wie Nachtsichtgeräte, Infrarotwellen sichtbar zu machen, die von warmen Objekten wie Menschen und Tieren ausgesendet werden. Die Temperatur im Bild wird in Grad Fahrenheit gemessen (Bild: NASA/JPL-Caltech).

Obwohl Infrarotlicht für das menschliche Auge unsichtbar ist, können spezielle Geräte wie Infrarotkameras oder Wärmesensoren es als Wärme erfassen.

Nachtsichtgeräte, die Infrarotlicht nutzen, um warme Objekte in der Dunkelheit zu erkennen, sind ein Paradebeispiel. Auch Webb wendet ähnliche Technologien zur Erforschung von Sternen, Galaxien und Planeten an.

Der Grund, warum Webb Infrarotlicht verwendet, liegt darin, dass sichtbares Licht von fernen Galaxien auf seinem Weg durch den Weltraum aufgrund der Expansion des Universums gestreckt wird.

Durch diese Expansion wird sichtbares Licht in Infrarotlicht umgewandelt. Daher leuchten die entferntesten Galaxien im Weltraum nicht mehr im sichtbaren Licht, sondern im schwachen Infrarotlicht. Das Webb-Teleskop ist speziell dafür ausgelegt, diese Art von Licht zu erfassen.

Riesiger goldener Spiegel: Das schwächste Licht einfangen

Bevor das Licht die Kamera erreicht, muss es von Webbs riesigem Goldspiegel eingefangen werden, der mehr als 6,5 Meter breit ist und aus 18 kleineren Spiegeln besteht, die wie eine Honigwabe angeordnet sind.

Die Spiegeloberfläche ist mit einer dünnen Goldschicht überzogen, nicht nur um die Ästhetik zu verbessern, sondern auch weil Gold Infrarotlicht extrem gut reflektiert.

Dieser Spiegel sammelt Licht aus dem Weltraum und reflektiert es auf die Instrumente des Teleskops. Je größer der Spiegel, desto mehr Licht sammelt er und desto weiter kann er sehen. Der Spiegel des Webb-Teleskops ist der größte, der jemals von Menschen ins All geschickt wurde.

Webbs großer Spiegel, bestehend aus 18 kleinen sechseckigen Spiegeln und mit Gold beschichtet (Foto: NASA).

NIRCam und MIRI: Webbs hochempfindliche „Augen“

Webbs zwei wichtigste wissenschaftliche Instrumente, die als Kameras fungieren, sind NIRCam und MIRI.

Die NIRCam (Near Infrared Camera) ist die Hauptkamera des Webb-Teleskops und liefert atemberaubende Bilder von Galaxien und Sternen. Sie verfügt außerdem über ein Koronograf – ein Gerät, das Sternenlicht ausblendet, um Aufnahmen von sehr lichtschwachen Objekten in der Nähe heller Lichtquellen zu ermöglichen, beispielsweise von Planeten, die helle Sterne umkreisen.

NIRCam funktioniert, indem es Nahinfrarotlicht (die dem für das menschliche Auge sichtbaren Lichtspektrum am nächsten kommt) auffängt und in verschiedene Wellenlängen zerlegt. Dadurch können Wissenschaftler nicht nur die Form eines Objekts, sondern auch seine Zusammensetzung bestimmen.

Unterschiedliche Materialien im Weltraum absorbieren und emittieren Infrarotlicht bei spezifischen Wellenlängen und erzeugen so einen einzigartigen „chemischen Fingerabdruck“. Durch die Untersuchung dieser Fingerabdrücke können Wissenschaftler etwas über die Eigenschaften ferner Sterne und Galaxien erfahren.

MIRI (Mid-Infrared Instrument) erfasst längere Infrarotwellenlängen, die besonders nützlich sind, um kältere und staubigere Objekte wie Sterne, die sich noch in Gaswolken bilden, zu entdecken. MIRI kann sogar Hinweise auf die Molekülarten in den Atmosphären von Planeten liefern, die Leben ermöglichen könnten.

Beide Kameras sind wesentlich empfindlicher als herkömmliche Kameras auf der Erde. NIRCam und MIRI können selbst kleinste Wärmemengen aus Milliarden von Lichtjahren Entfernung messen. Hätte man Webbs NIRCam als Augen, könnte man die Wärme einer Biene auf dem Mond sehen.

Webbs erste Tiefenfeldaufnahmen: MIRI-Bild links und NIRCam-Bild rechts (Bild: NASA).

Um die schwache Wärme ferner Objekte zu erfassen, muss das Webb-Teleskop extrem kalt bleiben. Deshalb verfügt es über einen riesigen Sonnenschutz von der Größe eines Tennisplatzes. Dieser fünflagige Sonnenschutz blockiert die Wärme von Sonne, Erde und sogar Mond und hält das Webb-Teleskop auf einer Temperatur von etwa minus 223 Grad Celsius.

MIRI muss noch kälter sein und verfügt daher über einen eigenen Spezialkühler, einen sogenannten Kryokühler, der die Temperatur bei etwa minus 266 Grad Celsius hält. Wäre Webb auch nur etwas wärmer, würde seine Eigenwärme die schwachen Signale, die es zu empfangen versucht, überlagern.

Verwandle Weltraumlicht in lebendige Bilder

Wenn das Licht auf Webbs Kamera trifft, fällt es auf Sensoren, sogenannte Detektoren. Diese Detektoren machen keine normalen Bilder wie eine Handykamera.

Stattdessen wandeln sie Infrarotlicht in digitale Daten um, die dann zur Erde zurückgesendet werden, wo Wissenschaftler sie verarbeiten und in Farbbilder umwandeln.

Die Farben, die wir in Webbs Bildern sehen, entsprechen nicht dem, was die Kamera direkt „sieht“. Da Infrarotlicht unsichtbar ist, ordnen Wissenschaftler verschiedenen Wellenlängen Farben zu, um uns zu helfen, den Bildinhalt zu verstehen.

Diese bearbeiteten Bilder helfen dabei, die Struktur, das Alter und die Zusammensetzung von Galaxien, Sternen und vielem mehr zu entschlüsseln.

Durch die Verwendung eines riesigen Spiegels, der unsichtbares Infrarotlicht auffängt und an ultrakalte Kameras sendet, hat uns das James-Webb-Teleskop ermöglicht, die Entstehung von Galaxien direkt vom Beginn des Universums an zu beobachten; das heißt, wir sehen, was vor etwa 14 Milliarden Jahren geschah.

Quelle: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/bi-mat-giup-kinh-vien-vong-james-webb-co-the-kham-pha-vu-tru-so-khai-20250710034510062.htm