„Zeitmaschine“erforscht das frühe Universum
Seit seinem Start ins All im Dezember 2021 umkreist das James Webb-Weltraumteleskop die Erde mehr als 1,6 Millionen Kilometer und sendet atemberaubende Bilder aus den Tiefen des Weltraums zurück.
Was also ermöglichte es Webb, so weit zu „sehen“, sogar in die Vergangenheit zurückzublicken, um das frühe Universum zu erforschen?
Das Geheimnis liegt in Webbs leistungsstarkem Kamerasystem, insbesondere in seiner Fähigkeit, Infrarotlicht einzufangen – eine Lichtart, die das menschliche Auge nicht sehen kann.
Wenn Webb ein Bild einer weit entfernten Galaxie macht, sehen die Astronomen diese Galaxie tatsächlich vor Milliarden von Jahren.
Das Licht der Galaxie reiste Milliarden von Jahren durch den Weltraum, um den Spiegel des Teleskops zu erreichen. Webb ist sozusagen eine „Zeitmaschine“, die Bilder des Universums in seinen frühesten Stadien einfängt.
Indem er dieses uralte Licht mithilfe eines riesigen Spiegels einfängt, deckt Webb neue Geheimnisse des Universums auf.
Webb: Das Teleskop, das Wärme „sieht“
Anders als das Hubble-Teleskop oder herkömmliche Kameras, die nur sichtbares Licht erfassen, ist Webb für die Erfassung von Infrarotlicht konzipiert.
Infrarotlicht hat längere Wellenlängen als sichtbares Licht und ist daher für das menschliche Auge unsichtbar. Webb kann diese Art von Licht jedoch einfangen, um die frühesten und am weitesten entfernten Objekte im Universum zu untersuchen.
Obwohl Infrarotlicht für das menschliche Auge nicht sichtbar ist, können spezielle Geräte wie Infrarotkameras oder Wärmesensoren es als Wärme erkennen.
Ein Paradebeispiel hierfür sind Nachtsichtgeräte, die Infrarotlicht nutzen, um warme Objekte im Dunkeln zu erkennen. Webb nutzt ähnliche Technologien auch zur Erforschung von Sternen, Galaxien und Planeten.
Der Grund, warum Webb Infrarotlicht verwendet, liegt darin, dass sichtbares Licht von weit entfernten Galaxien auf seinem Weg durch den Weltraum aufgrund der Ausdehnung des Universums gestreckt wird.
Diese Expansion wandelt sichtbares Licht in Infrarotlicht um. Infolgedessen leuchten die entferntesten Galaxien im Weltraum nicht mehr im sichtbaren Licht, sondern im schwachen Infrarotlicht. Webb wurde speziell für die Erkennung dieser Lichtart entwickelt.
Riesiger goldener Spiegel: Sammelt das schwächste Licht
Bevor das Licht die Kamera erreicht, muss es von Webbs riesigem Goldspiegel eingefangen werden, der über 6,5 Meter breit ist und aus 18 kleineren Spiegeln besteht, die wie eine Bienenwabe 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. Webbs Spiegel ist der größte Spiegel, den Menschen jemals ins All geschickt haben.
NIRCam und MIRI: Webbs hochempfindliche „Augen“
Die beiden wichtigsten wissenschaftlichen Instrumente von Webb, die als Kameras fungieren, sind NIRCam und MIRI.
NIRCam (Nahinfrarotkamera) ist Webbs Hauptkamera und macht beeindruckende Bilder von Galaxien und Sternen. Sie verfügt außerdem über einen Koronographen – ein Gerät, das Sternenlicht blockiert und so Bilder von sehr lichtschwachen Objekten in der Nähe heller Lichtquellen, wie zum Beispiel Planeten um helle Sterne, aufnehmen kann.
NIRCam erfasst Nahinfrarotlicht (die Lichtart, die dem menschlichen Auge am nächsten kommt) und zerlegt es in verschiedene Wellenlängen. Dadurch können Wissenschaftler nicht nur die Form eines Objekts bestimmen, sondern auch herausfinden, woraus es besteht.
Verschiedene Materialien im Weltraum absorbieren und emittieren Infrarotlicht bestimmter Wellenlängen und erzeugen so einen einzigartigen „chemischen Fingerabdruck“. Durch die Untersuchung dieser Fingerabdrücke können Wissenschaftler mehr über die Eigenschaften ferner Sterne und Galaxien erfahren.
MIRI (Mittelinfrarot-Instrument) erfasst längere Infrarotwellenlängen, die besonders nützlich sind, um kältere, staubigere Objekte zu erkennen, wie beispielsweise Sterne, die sich in Gaswolken noch bilden. MIRI kann sogar dazu beitragen, Hinweise auf die Molekülarten in der Atmosphäre von Planeten zu finden, die Leben beherbergen könnten.
Beide Kameras sind deutlich empfindlicher als die auf der Erde verwendeten Standardkameras. NIRCam und MIRI können selbst kleinste Wärmemengen aus Milliarden von Lichtjahren Entfernung wahrnehmen. Mit Webbs NIRCam als Augen könnten Sie die Wärme einer Biene auf dem Mond sehen.
Um die schwache Wärme von weit entfernten Objekten wahrzunehmen, muss Webb extrem kalt bleiben. Deshalb trägt er einen riesigen Sonnenschutz von der Größe eines Tennisplatzes. Der fünfschichtige Sonnenschutz blockiert die Wärme von Sonne, Erde und sogar dem Mond und hilft Webb, eine Temperatur von etwa minus 223 Grad Celsius zu halten.
MIRI muss noch kälter sein und verfügt daher über einen speziellen Kühlschrank, einen sogenannten Kryokühler, der die Temperatur auf knapp minus 266 Grad Celsius hält. Wäre Webb auch nur ein wenig wärmer, würde seine eigene Wärme die schwachen Signale, die es zu erfassen versucht, überdecken.
Verwandeln Sie Umgebungslicht in lebendige Bilder
Wenn das Licht Webbs Kamera erreicht, trifft 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 Vollfarbbilder umwandeln.
Die Farben, die wir in Webbs Bildern sehen, entsprechen nicht dem, was die Kamera direkt „sieht“. Da Infrarotlicht unsichtbar ist, ordnen Wissenschaftler Farben verschiedenen Wellenlängen zu, um uns zu helfen, zu verstehen, was im Bild zu sehen ist.
Diese verarbeiteten Bilder helfen dabei, die Struktur, das Alter und die Zusammensetzung von Galaxien, Sternen und mehr aufzudecken.
Mithilfe eines riesigen Spiegels, der unsichtbares Infrarotlicht sammelt und an Ultrakaltkameras sendet, konnte das James Webb-Weltraumteleskop die Entstehung von Galaxien bereits zu Beginn des Universums 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
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