Erstes Instrument für neues Weltraumteleskop JWST fertiggestellt und an die NASA übergeben

9. Mai 2012

Nach mehr als zehn Jahren Arbeit durch mehr als 200 Wissenschaftler und Ingenieure ist das MIRI-Instrument, das Teil des James Webb-Weltraumteleskops werden wird (des Nachfolgers des Hubble-Weltraumteleskops), offiziell an die NASA übergeben worden. MIRI, eine innovative Kombination aus Kamera und Spektrograf, ist so empfindlich, dass es eine Kerze auf einem der Jupitermonde nachweisen könnte. Wichtige Komponenten des Instruments wurden am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg entworfen und gebaut.

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Abbildung 1: Das James Webb-Weltraumteleskop, der Nachfolger des Hubble-Weltraumteleskops, besitzt einen Hauptspiegel mit 6,5 Metern Durchmesser. Sein Start ist für das Jahr 2018 vorgesehen.

Das James Webb-Weltraumteleskop (James Webb Space Telescope, JWST), der Nachfolger des deutlich kleineren Hubble-Weltraumteleskops, soll ab 2018 das Zeitalter der ersten Sterne und die Entwicklungsgeschichte von Galaxien erkunden, Detailaufnahmen der Geburten von Sternen und Planetensystemen anfertigen und die charakteristischen Eigenschaften von Planeten bestimmen, die ferne Sterne umkreisen.

Entscheidend dafür, dass das JWST seine ehrgeizigen wissenschaftlichen Ziele erreichen kann, ist nicht nur sein für ein Weltraumteleskop gigantischer Spiegel mit 6,5 Metern Durchmesser (zum Vergleich: der Spiegel des Hubble-Teleskops hatte einen Durchmesser von lediglich 2,4 Metern). Ebenso wichtig ist seine Ausstattung mit vier höchst empfindlichen Instrumenten. Jetzt ist das erste dieser Instrumente, das »Mid-Infrared Instrument« MIRI (wörtlich das "Instrument für den mittleren Infrarotbereich) fertiggestellt worden. Heute wurde es im Rahmen einer feierlichen Zeremonie im Institute of Engineering and Technology in London an die NASA übergeben.

Thomas Henning, Direktor am Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) und einer der leitenden Wissenschaftler des europäischen Konsortiums, das MIRI konstruiert hat, erklärt: »MIRI ist in einem ganz bestimmten Wellenlängenbereich der Infrarotstrahlung [bei Wellenlängen zwischen 5 und 28 Mikrometern] empfindlich. Strahlung solcher Wellenlängen erlaubt es uns, in das Innere von Wolken zu blicken, in denen neue Sterne und Planeten entstehen. So können wir mit MIRI kosmische Geburten so genau und detailscharf untersuchen wie nie zuvor. Sogar Details der wirbelnden Scheiben aus Gas und Staub, in denen Planeten geboren werden, sollten wir ausmachen können!« Bei diesen Wellenlängen wird MIRI außerdem in der Lage sein, Sternentstehungsprozesse in sehr frühen Galaxien nachzuweisen, und es wird den anderen JWST-Instrumenten dabei helfen können, die ersten Sterne im Universum zu identifizieren.

Die Konstruktion von MIRI stellt die Forscher und Ingenieure vor eine Reihe technischer Herausforderungen. Oliver Krause, Leiter der Gruppe »Infrarotastronomie mit Weltraumteleskopen"«am MPIA, nennt ein Beispiel: »MIRI ist ein sehr vielseitiges Instrument – man kann seinen Detektoren verschiedene Filter und andere Elemente vorschalten, mit deren Hilfe MIRI diverse Arten von Bildern und Spektren gewinnen kann. Doch wenn es um Weltraumteleskope geht, dann ist sogar eine vergleichsweise einfache Aufgabe wie jene, einen Filter hochpräzise vor einem Detektor zu platzieren, eine beachtliche Herausforderung. Nachdem das Filterrad beim Start der Ariane 5 gehörig durchgeschüttelt wurde, muss es anschließend mehrere Jahre komplett wartungsfrei funktionieren und dabei höchste Präzision sicherstellen – und das alles bei minus 266 Grad Celsius.« Krauses Gruppe hat dieses Problem gelöst und die Mechanik des Filterrades von MIRI konstruiert. Das MPIA war außerdem bei der Planung des elektrischen Systems des Instruments und bei diversen Funktionstests beteiligt.

Nun macht sich MIRI auf den Weg zum Goddard Space Flight Center der NASA in Maryland – sorgsam eingepackt in einen maßgefertigten Container, der das Instrument vor Feuchtigkeit schützt und eine konstante Temperatur gewährleistet. In Maryland angekommen beginnt der langwierige Prozess der Integration, bei dem MIRI mit den anderen Instrumenten und dann mit der Teleskopoptik zusammengeführt wird. Alleine diese Integrationsphase wird Tests mit einer Gesamtdauer von zwei Jahren einschließen. Im Jahre 2018 soll das James Webb-Teleskop dann auf den Weg zu seinen Einsatzort im All gebracht werden.

Abbildung 2: Das Filterrad des MIRI-Instruments kann unter Weltraumbedingungen mit hoher Präzision Masken und Filter vor dem Detektor positionieren. So kann das Instrument Bilder und Spektren unterschiedlicher Art gewinnen.

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Hintergrundinformationen

Weitere Informationen über das James Webb-Weltraumteleskop (in englischer Sprache) finden Sie auf den Webseiten der ESA.

Das MIRI-Konsortium besteht aus den ESA-Mitgliedsstaaten Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Irland, den Niederlanden, Schweden, der Schweiz, Spanien und dem Vereinigten Königreich. JWST ist ein Gemeinschaftsprojekt der NASA, der ESA und der kanadischen Raumfahrtagentur. Der Start des JWST ist für 2018 vorgesehen. Das Teleskop wird vier wissenschaftliche Instrumente an Bord haben: MIRI (Kamera und Spektrograf für den mittleren Infrarotbereich), NIRSPEC (Spektrograf für Nahinfrarotstrahlung), NIRCam (Kamera für Nahinfrarotstrahlung) und TFI (tunable filter imager).

Die Arbeit des Konsortiums wird von den nationalen Wissenschaftsorganisationen finanziert; in Deutschland von der Max-Planck-Gesellschaft (MPG) und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Die beteiligten deutschen Institutionen sind das Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, die Universität Köln, und Carl Zeiss Optronics.

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