Die Bilder versetzten die Welt in Erstaunen. Sie erweitern auch den Horizont der Wissenschaft. Das James Webb Space Telescope (JWST) der NASA ist etwas Besonderes, weil es größer und leistungsstärker ist als seine Vorgänger. Er beherrscht die Spektroskopie, die Messung von Lichtwellenlängen, die physikalische Details wie die Temperatur, das Alter und die Geschwindigkeit eines Himmelsobjekts und sogar die Zusammensetzung des Objekts aufdecken kann.
„Der Witz in der Community … ist, dass ein Bild mehr sagt als tausend Worte, aber ein Spektrum mehr als tausend Bilder“, erklärt Massimo Stiavelli, der Missionsleiter des Teleskops.
Warum wir das geschrieben haben
Eine Geschichte, in deren Mittelpunkt
Von seinen ersten Bildern an hat das James Webb-Weltraumteleskop atemberaubende Ausblicke auf unser Universum geliefert. Die Breite und Präzision seiner Beobachtungen veränderte auch die Wissenschaft.
Die bisher vielleicht größte Überraschung ist, dass die ersten Galaxien größer, heller und heißer waren, als Wissenschaftler vorhergesagt hatten.
Neben der Beobachtung entfernter Galaxien ist JWST auch in der Beobachtung von Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, sogenannten Exoplaneten, versiert, die als Schlüssel zur Suche nach anderen Lebensformen im Universum gelten. Die Fähigkeit des Teleskops, Infrarotlicht zu beobachten, kann die Eigenschaften der Atmosphären von Exoplaneten aufdecken.
„Wird JWST uns ein klares ‚Nein, wir sind nicht allein‘ sagen? Ich weiß es nicht“, sagt Nikole Lewis, Astronomin an der Cornell University. „Aber es wird uns sicherlich viel darüber lehren, wie wir nach Leben außerhalb unseres Sonnensystems suchen können.“
Am Abend des 11. Juli 2022 twitterte US-Präsident Joe Biden ein Foto. Punkte aus orangefarbenem, blauem und goldenem Licht schimmerten und wirbelten in der schwarzen Leere des Weltraums. Es war unser Universum aus einem neuen Blickwinkel.
Dies ist das erste Bild des James Webb Space Telescope (JWST) der NASA, das als wichtiger Meilenstein in der Erforschung des Kosmos gilt.
„Das erste Bild des Webb-Weltraumteleskops stellt einen historischen Moment für Wissenschaft und Technologie dar. Für Astronomie und Weltraumforschung“, lautete der Tweet von Herrn Biden. „Und für Amerika und die ganze Menschheit.“
Warum wir das geschrieben haben
Eine Geschichte, in deren Mittelpunkt
Von seinen ersten Bildern an hat das James Webb-Weltraumteleskop atemberaubende Ausblicke auf unser Universum geliefert. Die Breite und Präzision seiner Beobachtungen veränderte auch die Wissenschaft.
Diesem Foto folgten bald unzählige weitere, jedes so aufregend wie das andere. Aber die Fotos allein sind zwar umwerfend, fangen aber nicht die wissenschaftlichen Fortschritte ein, die dieser Nachfolger des Hubble-Weltraumteleskops bereits im ersten Jahr ermöglicht hat – oder die sich am Horizont abzeichnen.
„Es ist eine Transformation“, sagt John Mather, ein leitender Astrophysiker bei der NASA. „Wir hoffen, dass jede Seite der neuen Astronomie-Lehrbücher aufgrund unserer Entdeckungen anders sein wird.“
NASA/ESA/CSA/STScI/AP
Wie ermöglicht JWST neue Visionen des Weltraums?
Es ist ein größeres und leistungsstärkeres Teleskop als seine Vorgänger.
Während Hubble in erster Linie ein abbildendes Teleskop war, ist JWST so groß, dass es sich auf Spektroskopie – die Messung von Licht in Bezug auf die Wellenlänge – spezialisieren kann. In der Astronomie kann die Spektroskopie viele physikalische Details über ein Himmelsobjekt aufdecken: zum Beispiel seine Temperatur, sein Alter, woraus es besteht und die Geschwindigkeit, mit der es sich bewegt.
„Der Witz in der Community … ist, dass ein Bild mehr sagt als tausend Worte, aber ein Spektrum mehr als tausend Bilder“, sagt Massimo Stiavelli, Missionsleiter für das von der NASA mit Beiträgen europäischer und kanadischer Raumfahrtagenturen entwickelte Teleskop. .
Eine weitere Besonderheit des Teleskops ist seine Fähigkeit, Licht im Infrarotbereich zu beobachten. So kann es weiter entfernte Objekte erkennen, solche, die von Staubwolken verdeckt sind oder solche, die nur Infrarotstrahlung aussenden.
Sein Vorgänger, Spitzer, war ebenfalls in erster Linie ein Infrarotteleskop, aber die viel größere Größe des JWST bedeutet, dass es weiter sehen und eine schärfere Auflösung erzeugen kann. Dies, gepaart mit seinen spektroskopischen Fähigkeiten, „macht es zu einer völlig anderen Maschine“, sagt Dr. Stiavelli.
Die beeindruckende Größe des JWST-Spiegels – mit einer lichtsammelnden Oberfläche, die sechsmal so groß ist wie die von Hubble – wird durch ein einzigartiges Design ermöglicht: Er besteht tatsächlich aus 18 kleineren Spiegeln, die sich nach dem Start des JWST-Spiegels zu einem monolithischen Spiegel entfalten Fernrohr.
Laura Betz/NASA/AP/File
Was waren seine größten Entdeckungen im ersten Jahr?
Die bisher vielleicht größte Überraschung ist, dass die ersten Galaxien größer, heller und heißer waren, als Wissenschaftler vorhergesagt hatten.
„Wir wissen nicht, was der Grund ist“, sagt Dr. Mather. „Es könnte etwas Seltsames an der Art und Weise sein, wie Sterne wachsen. Es könnte sein, dass das frühe Universum so anders war, dass wir keine Ahnung hatten, dass uns etwas entging. Es ist sogar denkbar, dass es in der Erweiterung seltsame Dinge gibt [of the universe] sich selbst. »
Beobachtungen mit dem Teleskop lieferten auch Hinweise auf das, was Dr. Stiavelli „eine Art Heiligen Gral des JWST“ nennt: Sterne der Population III.
Dabei handelt es sich um Sterne, die nur aus Wasserstoff und Helium bestehen – den Elementen, von denen Physiker glauben, dass sie nach dem Urknall das Universum bildeten. Sterne der Population III wurden zwar noch nicht abschließend beobachtet, gelten aber als fruchtbarer Boden für die Bildung anderer schwererer Elemente, die in Sternen wie unserer Sonne, auf Planeten und sogar im Menschen vorkommen.
Einige Beobachter haben behauptet, mit dem JWST Hinweise auf Sterne der Population III gesehen zu haben. „Es ist sehr interessant, dass wir diese hochenergetische Strahlung sehen“, sagt Dr. Stiavelli. Er bleibt jedoch skeptisch und führt andere mögliche Erklärungen an, etwa Schwarze Löcher.
Kann JWST dabei helfen, dort Leben zu finden?
Neben fernen Galaxien ist das JWST auch auf die Beobachtung von Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, sogenannten Exoplaneten, spezialisiert, die als wesentlich für die Suche nach anderen Lebensformen im Universum gelten. Das Teleskop ermöglichte es Wissenschaftlern insbesondere, viel mehr Exoplaneten mithilfe von Infrarotlicht zu analysieren.
„Infrarot eignet sich sehr, sehr gut für die Untersuchung der kleinen Fingerabdrücke von Dingen“, sagt Nikole Lewis, eine Astronomin der Cornell University, die sich auf Exoplaneten spezialisiert hat, „wie Wasser und Kohlendioxid, Methan und Kohlenmonoxid sowie verschiedene Arten von Kohlenstoff.“ wir nennen Aerosole. – Wolken und Nebel.
NASA/ESA/CSA/STScl/Webb ERO Production Team/AP
„Wir, die Exoplaneten-Community, sind im Moment wie Kinder in einem Süßwarenladen“, fügt sie hinzu.
Eine besonders wichtige Entdeckung war die Existenz von Kohlendioxid in „heißen Jupitern“, Gasriesen, die heißer sind als diejenigen in unserem Sonnensystem. Dies stimmte nicht mit den Vorhersagen der Modelle überein.
„Im Moment entdecken wir diese Planeten und ihre Atmosphären und müssen dann schnell alle unsere Theorien anpassen, die grundsätzlich falsch sind“, sagt Dr. Lewis. „Das war meiner Meinung nach eines der großen Veränderungen auf ganzer Linie – nicht nur bei Exoplaneten – JWST verschiebt wirklich die Grenzen unserer Theorien und bringt sie voran.“
Was könnte als nächstes passieren?
In naher Zukunft könnten sich aus den ersten Ergebnissen des Teleskops weitere Entdeckungen ergeben.
„Wir stehen kurz vor einem wichtigen Meilenstein im Verständnis vieler Bereiche“, sagt Dr. Stiavelli und hebt insbesondere die bereits erzielten Fortschritte bei der Entstehung von Galaxien und Sternen hervor.
Es gibt noch andere Bereiche, in denen Wissenschaftler trotz bisher ausbleibender großer Fortschritte Grund zur Hoffnung auf ein neues Feuerwerk haben.
Eine davon ist die „kosmologische Spannung“, mit der Wissenschaftler Versuche charakterisieren, die Expansionsrate des Universums zu messen. Verschiedene Messmethoden liefern unterschiedliche Ergebnisse für die sogenannte Hubble-Konstante, die Maßeinheit, die darauf abzielt, genau zu bestimmen, wie schnell sich das Universum ausdehnt.
Viele Forscher verwenden JWST, um ihre Messungen dieser Konstante zu verfeinern. Abhängig davon, ob es mit früheren Messungen übereinstimmt oder nicht, könnte ein Ergebnis hier einen weiteren Beweis dafür liefern, dass Spannung ein echtes Problem ist, oder zur Lösung dieses Problems beitragen.
Im Bereich der Exoplanetenforschung liegt der Schwerpunkt vor allem auf Wissenschaftlern, die versuchen, die Atmosphären felsiger, erdähnlicher Exoplaneten zu messen. Bislang wurde noch nicht bestätigt, dass felsige Exoplaneten eine Atmosphäre besitzen.
Ein Ergebnis in diesem Bereich wäre ein entscheidender Schritt bei der Suche nach anderen Lebensformen.
„Wird JWST uns ein klares ‚Nein, wir sind nicht allein‘ sagen? Ich weiß es nicht“, sagt Dr. Lewis. „Aber es wird uns sicherlich viel darüber lehren, wie wir nach Leben außerhalb unseres Sonnensystems suchen können.“