Das Bild blendet von einem Computerbildschirm in der Ecke des Raums: sechs rot-orangefarbene Lichtstrahlen, die von einem leuchtenden Stern der Milchstraße ausgehen.
Aber der faszinierendste Teil des Bildes – unter den ersten Meldungen des revolutionären James Webb-Weltraumteleskops für die Öffentlichkeit – liegt im Hintergrund, wo amorphe Kleckse wirklich wirbelnde Galaxien sind.
Von einem Schreibtisch auf der anderen Seite des Raums im Space Telescope Science Institute in Baltimore zoomt der astronomische Optikwissenschaftler Charles LaJoie hinein, und noch mehr wolkenähnliche Spiralen erscheinen, die einst in den Weiten des Weltraums verborgen waren.
Für die Wissenschaftler des Instituts – der Drehscheibe für alles rund um Webb – ist das Bild eine Erinnerung an das, was noch kommen wird. Wenn alle 18 Spiegelsegmente von Webb vollständig ausgerichtet sind, voraussichtlich vor Ende April, werden Astronomen tiefer als je zuvor in den Kosmos blicken können.
Für die Astronomen im Raum war es zu erwarten, hinter dem leistungsstärksten Teleskop der Welt einen Hintergrund von Galaxien zu sehen. Aber für die Ingenieure, die sich so lange auf den Bau des Teleskops konzentriert hatten, war es ein „Wow-Moment“, sagte Lee Feinberg, seit über 20 Jahren Leiter der optischen Teleskopelemente von Webb.
„Das Komische daran ist: Als wir dieses Ding simulierten, simulierten die Ingenieure einen Stern und dachten nie, dass wir Galaxien sehen würden“, sagte er.
Am Institut bereiten sich Wissenschaftler wie LaJoie darauf vor, die Leitung einer der erstaunlichsten astronomischen Errungenschaften der Menschheit zu übernehmen. Seit dem Start des Teleskops am Weihnachtstag war das Institut voller wechselnder Charaktere – vom Goddard Space Flight Center der NASA, von der Europäischen Weltraumorganisation und vom Auftragnehmer Northrop Grumman.
Die Teams aus der ganzen Welt sind in das Gebäude auf dem Campus der Johns Hopkins University eingestiegen, um das fast 1 Million Meilen entfernte Teleskop in die Orbitalharmonie zu führen und seine Instrumente für die Entdeckung vorzubereiten.
Sobald Webb für seine Infrarotinstrumente ausreichend abgekühlt und seine Spiegel für scharfe Beobachtungen vorbereitet sind, werden in Baltimore ansässige Wissenschaftler in den kommenden Jahren weitgehend die Überwachung des Raumfahrzeugs übernehmen und es durch eine Reihe wissenschaftlicher Studien führen.
Ähnliche Aufgaben übernimmt das Institut bereits für das Weltraumteleskop Hubble, das weiterhin Beobachtungen aus der Erdumlaufbahn durchführt.
Erst letzten Monat nutzten Wissenschaftler Hubble, um den angeblich am weitesten entfernten Stern, der jemals gesehen wurde, einzufangen, den sie Earendel nannten. Der Stern ist so weit entfernt, dass sein Licht 12,9 Milliarden Jahre gebraucht hat, um die Erde zu erreichen, sodass er für Astronomen so aussieht, als wäre er nur eine Milliarde Jahre nach dem Urknall gewesen.
Wissenschaftler konnten den Stern, von dem sie schätzen, dass er die 50-fache Masse unserer Sonne hat, nur wegen eines ungewöhnlichen kosmischen Vergrößerungsglases sehen – eines benachbarten Galaxienhaufens, der das Gewebe des Weltraums so verzerrte, dass Earendel in Sicht kam.
Astronomen müssen Webbs hohe Empfindlichkeit gegenüber Infrarotlicht nutzen, um Details über Earendel zu bestätigen, da der Stern so weit entfernt ist, dass sein Licht auf seiner Reise zur Erde „rotverschoben“ wurde. Webb wird wahrscheinlich noch weiter als Earendel sehen können – möglicherweise bis 100 Millionen Jahre nach dem Urknall, als sich die ersten Sterne und Galaxien zu bilden begannen.
Am Institut in Baltimore steigt die Aufregung. In dem Raum, in dem Wissenschaftler Spiegelausrichtungsberechnungen vorbereiten, hängt neben diesem Computerbildschirm und seiner unglaublichen Ansammlung von Galaxien ein Poster, das den Weg zu einem voll funktionsfähigen Teleskop vorzeichnet. Über einer der Stufen gekritzelt: eine Notiz, wie man den Meilenstein der Ausrichtung des Teleskops auf seinen ersten Stern markiert: „Champagner“.
„Wir haben die Daten heruntergefahren und als wir sahen, wie gut sie waren … Sie können sagen, dass Sie scharf sind, wenn Sie auf einen Stern schauen, und er hat einen Durchmesser von zwei Pixeln. Denn wenn Sie nicht scharf sind, das Das Ding ist wackelig“, sagte Feinberg. „Wir konnten schnell feststellen, dass es in einem großartigen Zustand war, und wir hatten eine kleine Feier.“
Es war ein starker Kontrast zu den ersten Bildern von Hubble, die einen kritischen Fehler im Spiegel enthüllten, der von den Astronauten Reparaturen im Orbit erforderte. Eine solche Reparaturmission für Webb, weit entfernter als sein Vorgänger, käme nicht in Frage.
Als nächstes werden die Erbauer des Teleskops, wie Feinberg, den Staffelstab an Baltimore übergeben.
„Wir müssen eine Schlüsselbund-Zeremonie abhalten“, scherzte Feinberg.
Aber zuerst müssen die Wissenschaftler warten, bis das Mittelinfrarot-Instrument des Teleskops namens MIRI auf 7 Kelvin oder etwa 450 Grad unter null Fahrenheit abgekühlt ist. Erst dann können die Spiegel des Teleskops ihre endgültige Ausrichtung erhalten, damit die offiziellen astronomischen Beobachtungen beginnen können.
Zuerst kommen die „Early-Release-Beobachtungen“, Bilder und Ergebnisse, die kuratiert werden, um die Fähigkeiten des Teleskops der breiten Öffentlichkeit zu präsentieren. Diese werden Anfang Juli erwartet.
Was das Teleskop für die frühe Veröffentlichung einfangen wird, ist vorerst ein streng gehütetes Geheimnis, aber die Idee ist, „die schönen Abbildungseigenschaften des Teleskops hervorzuheben, hervorzuheben, wie der Himmel im Infraroten anders aussieht als im sichtbaren, um anzugeben die Fähigkeit des Teleskops, schwache Galaxien zu sehen“, sagte Christine Chen, assoziierte Astronomin am Institut.
Die Bilder werden jedoch nicht direkt vom Teleskop zu gespannten Augen auf der ganzen Welt gelangen. Zunächst werden die Mitarbeiter des Instituts, einschließlich der Entwicklerin für wissenschaftliche Visualisierungen, Alyssa Pagan, daran arbeiten, die Schwarzweißbilder von Webb in reichhaltige, vollfarbige Darstellungen des Weltraums umzuwandeln.
Pagan und ihr Team verwenden Fotobearbeitungssoftware wie Photoshop, um ansonsten triste Bilder zum Leben zu erwecken. Licht mit der kürzesten Wellenlänge wird blau zugeordnet, längeren Wellenlängen wird grün zugeordnet und den längsten Wellenlängen wird rot zugeordnet. Dann beginnt der subjektivere Teil des Prozesses, wenn Künstler daran arbeiten, den Himmel zu neutralisieren, damit Himmelsobjekte besser sichtbar sind, wie der Weißabgleich eines Fotos.
„Es geht wirklich darum, Kunst und Wissenschaft gleichzeitig zu nutzen und ein Gleichgewicht zwischen den beiden zu finden – die Bilder sehr überzeugend zu machen, aber auch von der Wissenschaft informiert zu sein“, sagte sie.
Nach den vorzeitig veröffentlichten Bildern werden Astronomen aus der ganzen Welt damit beginnen, das Multimilliarden-Dollar-Teleskop für ihre Beobachtungen zu verwenden. Das erste Jahr der Beobachtungen ist festgelegt, obwohl ein genauer Zeitplan noch nicht festgelegt wurde, sagte Chen, der auch als Leiter der Science Policy Group für Webb fungiert. Die Gruppe veröffentlicht Aufforderungen zur Einreichung von Vorschlägen an die wissenschaftliche Gemeinschaft und organisiert ein Peer-Review-Netzwerk, das die Astronomieteams auswählt, die eine Chance haben werden, Webb zur Beantwortung ihrer brennenden Fragen zu verwenden.
Die nächste Gelegenheit zur Einreichung von Vorschlägen könnte Ende dieses Jahres kommen. Chen sagte, sie erwarte noch mehr Bewerber – nachdem Webb der Welt bewiesen habe, dass es wirklich funktioniert.
Auf diese Weise werde die Nachfrage nach dem Teleskop wahrscheinlich „bergab rollen und an Dynamik gewinnen“, sagte sie. Und viele dieser Astronomen werden das Institut in Baltimore besuchen, um die Möglichkeit zu haben, mit seinen Instrumentenexperten persönlich in Kontakt zu treten. Die einzigartigen Fähigkeiten von Webb werden wahrscheinlich noch mehr Gründe für die Untersuchung von Exoplaneten, frühen Galaxien und mehr liefern, sagte Chen.
„Wann immer Sie ein neues Fenster zum Universum haben, wie es JWST ist, werden Sie eine ganze Reihe neuer Dinge über das Universum lernen, die Sie sich vorher nicht vorgestellt haben, und das wird weitere Fragen aufwerfen“, sagte sie .
In der Zwischenzeit, mit Webbs endgültiger Ausrichtung am Horizont, beginnen sich Ingenieure wie Feinberg langsam zu entspannen. Für ihn jedenfalls steht ein Familienurlaub bevor. Aber dann wird sich sein Blick dem nächsten revolutionären Weltraumteleskop zuwenden, in der Hoffnung, dass der Bau diesmal weniger als zwei Jahrzehnte dauern könnte.
„Ein Teil davon ist ehrlich gesagt das Gefühl, nicht nur das Teleskop an das Team hier weitergeben zu wollen, sondern das Lernen, das wir vor 10, 15, 20 Jahren gemacht haben, an die nächste Crew weiterzugeben“, sagte Feinberg. „Und so gibt es ein wenig Verantwortungsgefühl und auch nicht zu wollen, dass dies ein Einzelfall bleibt.“
Die National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine haben bereits eine Empfehlung abgegeben. Das nächste große Teleskop sollte ein Infrarot-, optisches und Ultraviolett-Teleskop sein – in gewisser Weise eine Mischung aus Hubble und Webb – aber größer als Hubble. Ein Schwerpunkt wäre die Beobachtung schwacher Planeten, die sehr weit entfernte Sterne umkreisen: eine Chance, Signaturen von Leben anderswo im Universum zu erfassen.
„Ich benutze die Analogie zum Wandern auf dem Mount Everest“, sagte Feinberg. „Verschiedene Teams haben verschiedene Wege ausprobiert, um den Berg hinaufzukommen. Aber sobald sie den Everest bestiegen hatten und den Weg kannten, wurde es viel einfacher.“
2022 Die Baltimore-Sonne.
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