Es ist keine Übertreibung zu sagen, dass das James Webb Space Telescope (JWST) eine neue Ära für die moderne Astronomie darstellt.
Das am 25. Dezember letzten Jahres gestartete und seit Juli voll funktionsfähige Teleskop bietet Einblicke in das Universum, die uns vorher nicht zugänglich waren. Wie das Hubble-Weltraumteleskop befindet sich das JWST im Weltraum, sodass es Bilder mit atemberaubenden Details aufnehmen kann, die frei von Verzerrungen der Erdatmosphäre sind.
Während sich Hubble jedoch in einer Höhe von 540 km in einer Umlaufbahn um die Erde befindet, befindet sich das JWST in einer Umlaufbahn 1,5 Millionen Kilometer entfernt, weit jenseits des Mondes. Von dieser Position aus, weit entfernt von der Interferenz der reflektierten Wärme unseres Planeten, kann es Licht aus dem gesamten Universum bis weit in den infraroten Teil des elektromagnetischen Spektrums hinein sammeln.
Diese Fähigkeit, kombiniert mit dem größeren Spiegel des JWST, hochmodernen Detektoren und vielen anderen technologischen Fortschritten, ermöglicht es Astronomen, auf die frühesten Epochen des Universums zurückzublicken.
Wenn sich das Universum ausdehnt, dehnt es die Wellenlänge des Lichts aus, das auf uns zukommt, wodurch weiter entfernte Objekte röter erscheinen. Bei ausreichend großen Entfernungen wird das Licht einer Galaxie vollständig aus dem sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums in den Infrarotbereich verschoben. Das JWST ist in der Lage, solche Lichtquellen bis in die früheste Zeit vor fast 14 Milliarden Jahren zu untersuchen.
Das Hubble-Teleskop ist nach wie vor ein großartiges wissenschaftliches Instrument und kann bei optischen Wellenlängen sehen, bei denen das JWST nicht kann. Aber das Webb-Teleskop kann mit größerer Empfindlichkeit und Schärfe viel weiter ins Infrarot sehen.
Werfen wir einen Blick auf zehn Bilder, die die atemberaubende Kraft dieses neuen Fensters zum Universum demonstrieren.
1. Spiegelausrichtung abgeschlossen
Trotz jahrelanger Tests am Boden erforderte ein so komplexes Observatorium wie das JWST umfangreiche Konfigurationen und Tests, sobald es in der Kälte und Dunkelheit des Weltraums eingesetzt wurde.
Eine der größten Aufgaben bestand darin, die 18 sechseckigen Spiegelsegmente zu entfalten und auf einen Bruchteil einer Lichtwellenlänge auszurichten. März, Die NASA veröffentlichte das erste Bild (zentriert auf einem Stern) vom vollständig ausgerichteten Spiegel. Obwohl es sich nur um ein Kalibrierungsbild handelte, verglichen die Astronomen es sofort mit bestehenden Bildern dieses Himmelsausschnitts – mit großer Aufregung.
2. Spitzer gegen MIRI
Dieses frühe Bild, das aufgenommen wurde, während alle Kameras fokussiert waren, zeigt deutlich die sprunghafte Veränderung der Datenqualität, die JWST gegenüber seinen Vorgängern bringt.
Links ist ein Bild vom Spitzer-Teleskop, einem weltraumgestützten Infrarot-Observatorium mit einem 85-cm-Spiegel; rechts das gleiche Feld aus dem mittleren Infrarot des JWST MIRI-Kamera und 6,5 m Spiegel. Die Auflösung und Fähigkeit, viel schwächere Quellen zu erkennen, wird hier gezeigt, mit Hunderten von sichtbaren Galaxien, die im Rauschen des Spitzer-Bildes verloren gingen. Das kann ein größerer Spiegel im tiefsten, kältesten Dunkel leisten.
3. Das erste Bild eines Galaxienhaufens
Der Galaxienhaufen mit dem prosaischen Namen SMACS J0723.3–7327 war eine gute Wahl für die ersten Farbbilder für die Öffentlichkeit freigegeben vom JWST.
Das Feld ist vollgestopft mit Galaxien in allen Formen und Farben. Die kombinierte Masse dieses riesigen Galaxienhaufens, der über 4 Milliarden Lichtjahre entfernt ist, krümmt den Raum so, dass Licht von entfernten Quellen im Hintergrund gestreckt und vergrößert wird, ein Effekt, der als bekannt ist Gravitationslinsen.
Diese verzerrten Hintergrundgalaxien sind auf diesem Bild deutlich als Linien und Bögen zu erkennen. Das Feld ist auf Hubble-Bildern (links) bereits spektakulär, aber das JWST-Nahinfrarotbild (rechts) zeigt eine Fülle zusätzlicher Details, darunter Hunderte entfernter Galaxien, die zu schwach oder zu rot sind, um von ihrem Vorgänger entdeckt zu werden.
4. Stephans Quintett
Diese Bilder zeigen eine spektakuläre Gruppe von Galaxien, die als Stephans Quintett bekannt ist, eine Gruppe, die existiert Astronomen schon lange interessiert Untersuchung der Art und Weise, wie kollidierende Galaxien gravitativ miteinander interagieren.
Links sehen wir die Hubble-Ansicht und rechts die JWST-Mittelinfrarotansicht. Der Einschub zeigt die Leistungsfähigkeit des neuen Teleskops mit einem Zoom auf eine kleine Hintergrundgalaxie. Auf dem Hubble-Bild sehen wir einige helle Sternentstehungsregionen, aber erst mit dem JWST zeigt sich die vollständige Struktur dieser und der umgebenden Galaxien.
5. Die Säulen der Schöpfung
Die sogenannten Säulen der Schöpfung sind eines der berühmtesten Bilder der Astronomie, 1995 von Hubble aufgenommen. Es demonstrierte die außergewöhnliche Reichweite eines weltraumgestützten Teleskops.
Es zeigt eine Sternentstehungsregion im Adlernebel, wo interstellares Gas und Staub den Hintergrund für eine Sternentstehungsstätte voller neuer Sterne bilden. Das Bild rechts, aufgenommen mit dem Die Nahinfrarotkamera von JWST (NIRCam) demonstriert einen weiteren Vorteil der Infrarotastronomie: die Fähigkeit, durch die Staubschleier zu blicken und zu sehen, was sich darin und dahinter verbirgt.
6. Der „Sanduhr“-Protostern
Dieses Bild zeigt einen weiteren Akt der galaktischen Schöpfung in der Milchstraße. Diese sanduhrförmige Struktur ist eine Wolke aus Staub und Gas, die einen sich gerade bildenden Stern umgibt – einen Protostern namens L1527.
Eine nur im Infraroten sichtbare „Akkretionsscheibe“ aus einfallendem Material (das schwarze Band in der Mitte) wird es dem Protostern schließlich ermöglichen, genug Masse zu sammeln, um mit der Fusion von Wasserstoff zu beginnen, und ein neuer Stern wird geboren.
In der Zwischenzeit beleuchtet das Licht des sich noch bildenden Sterns das Gas über und unter der Scheibe und lässt die Form einer Sanduhr entstehen. Unsere vorherige Ansicht dazu stammt von Spitzer; die Detailfülle ist noch einmal ein enormer Sprung nach vorn.
7. Jupiter im Infrarot
Die Mission des Webb-Teleskops umfasst die Abbildung der entferntesten Galaxien vom Anfang des Universums, aber es kann auch der Heimat etwas näher kommen.
Obwohl JWST nicht auf die Erde oder die Planeten im Inneren des Sonnensystems blicken kann – da es immer von der Sonne abgewandt sein muss – kann es nach außen auf die weiter entfernten Teile unseres Sonnensystems blicken. Dieses Nahinfrarotbild von Jupiter ist ein schönes Beispiel dafür, wie wir tief in die Struktur der Wolken und Stürme des Gasriesen blicken. Das Leuchten der Polarlichter sowohl am Nord- als auch am Südpol ist eindringlich.
Dieses Bild war aufgrund der schnellen Bewegung des Jupiter über den Himmel relativ zu den Sternen und seiner schnellen Rotation äußerst schwierig zu erreichen. Der Erfolg bewies die Fähigkeit des Webb-Teleskops, schwierige astronomische Ziele sehr gut zu verfolgen.
8. Die Phantomgalaxie
Diese Bilder der sog Phantomgalaxie oder M74 zeigen die Leistungsfähigkeit von JWST nicht nur als neuestes und bestes astronomisches Instrument, sondern auch als wertvolle Ergänzung zu anderen großartigen Werkzeugen. Das mittlere Feld hier kombiniert sichtbares Licht von Hubble mit Infrarot von Webb, wodurch wir sehen können, wie Sternenlicht (über Hubble) und Gas und Staub (über JWST) zusammen diese bemerkenswerte Galaxie formen.
Ein Großteil der JWST-Wissenschaft ist darauf ausgelegt, mit Hubbles optischen Ansichten und anderen Abbildungen kombiniert zu werden, um dieses Prinzip zu nutzen.
9. Eine superferne Galaxie
Obwohl diese Galaxie – der kleine, rote Klecks im rechten Bild – nicht zu den spektakulärsten Galaxien gehört, die unser Universum zu bieten hat, ist sie wissenschaftlich genauso interessant.
Diese Momentaufnahme stammt aus der Zeit, als das Universum nur 350 Millionen Jahre alt war, was sie zu einer der allerersten Galaxien macht, die sich jemals gebildet haben. Das Verständnis der Details, wie solche Galaxien wachsen und verschmelzen, um 13 Milliarden Jahre später Galaxien wie unsere eigene Milchstraße zu erschaffen, ist eine Schlüsselfrage und eine mit vielen verbleibenden Geheimnissen, die Entdeckungen wie diese sehr begehrt machen.
Es ist auch eine Ansicht, die nur der JWST erreichen kann. Astronomen wussten nicht genau, was sie erwarten sollten; Ein mit Hubble aufgenommenes Bild dieser Galaxie würde leer erscheinen, da das Licht der Galaxie durch die Expansion des Universums weit in den Infrarotbereich gedehnt wird.
10. Dieses riesige Mosaik von Abell 2744
Dieses Bild (Klicken Sie hier für die Vollansicht) ist ein Mosaik (viele zusammengefügte Einzelbilder), dessen Mittelpunkt der riesige Galaxienhaufen Abell 2744 ist, der umgangssprachlich als „Pandora-Haufen“ bekannt ist. Die schiere Anzahl und Vielfalt der Quellen, die der JWST erkennen kann, ist überwältigend; Mit Ausnahme einer Handvoll Vordergrundsterne repräsentiert jeder Lichtpunkt eine ganze Galaxie.
In einem Fleck dunklen Himmels, der nicht größer als ein Bruchteil des Vollmonds ist, gibt es zigtausende von Galaxien, die wirklich die schiere Größe des Universums, in dem wir leben, nach Hause bringen. Sowohl professionelle als auch Amateurastronomen können Stunden damit verbringen, dieses Bild nach Kuriositäten und Geheimnissen zu durchsuchen.
In den kommenden Jahren wird uns die Fähigkeit von JWST, so tief und weit zurück ins Universum zu blicken, ermöglichen, viele Fragen darüber zu beantworten, wie wir entstanden sind. Genauso spannend sind die Entdeckungen und Fragen, die wir noch nicht absehen können. Wenn Sie den Schleier der Zeit lüften, wie es nur dieses neue Teleskop kann, werden diese unbekannten Unbekannten mit Sicherheit faszinierend sein.
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