Das Geheimnis, das dem James-Webb-Teleskop hilft, das frühe Universum zu erforschen

(Dan Tri) – Eine Maschine, die Licht von Galaxien sehen kann, die vor 13 Milliarden Jahren entstanden sind. Das James-Webb-Teleskop wurde gebaut, um diese Mission zu verwirklichen.

„Zeitmaschine“ erforscht das frühe Universum

Bild des Nebels NGC 604, etwa 2,7 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt, aufgenommen vom James Webb Space Telescope (Foto: NASA/ESA/CSSA/STScl).

Seit seinem Start im Dezember 2021 umkreist das James Webb-Weltraumteleskop die Erde mehr als eine Million Meilen und sendet atemberaubende Bilder aus den Tiefen des Weltraums zurück.

Was also ermöglichte es Webb, so weit zu „sehen“, sogar in die Vergangenheit, um das frühe Universum zu erforschen?

Das Geheimnis liegt in Webbs leistungsstarkem Kamerasystem, insbesondere in seiner Fähigkeit, Infrarotlicht einzufangen – eine Art von Licht, das das menschliche Auge nicht sehen kann.

Wenn Webb ein Bild einer weit entfernten Galaxie macht, sehen Astronomen diese Galaxie tatsächlich vor Milliarden von Jahren.

Das Licht der Galaxie ist Milliarden von Jahren durch den Weltraum gereist, 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 über das Universum auf.

Webb: Das Teleskop, das Wärme „sieht“

Anders als das Hubble-Teleskop oder herkömmliche Kameras, die nur Bilder von sichtbarem Licht aufnehmen, ist Webb für die Aufzeichnung von Infrarotlicht ausgelegt.

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.

Infrarotkameras ermöglichen es Ihnen, ähnlich wie Nachtsichtgeräte, Infrarotwellen zu „sehen“, die von warmen Objekten wie Menschen und Tieren ausgestrahlt werden. Die Temperatur des Bildes wird in Grad Fahrenheit gemessen (Bild: NASA/JPL-Caltech).

Obwohl Infrarotlicht für das menschliche Auge unsichtbar 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 seiner Reise 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 ist speziell für die Erkennung dieser Lichtart konzipiert.

Riesiger goldener Spiegel: Das schwächste Licht einfangen

Bevor das Licht die Kamera erreicht, muss es von Webbs riesigem Goldspiegel eingefangen werden, der mehr als 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 den Tiefen des Weltraums 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, den Menschen jemals ins All geschickt haben.

Webbs großer Spiegel, bestehend aus 18 kleinen sechseckigen Spiegeln und mit Gold beschichtet (Foto: NASA).

NIRCam und MIRI: Webbs hochempfindliche „Augen“

Die beiden wichtigsten wissenschaftlichen Instrumente von Webb, die als Kameras fungieren, sind NIRCam und MIRI.

NIRCam (Near Infrared Camera) ist Webbs Hauptkamera, die beeindruckende Bilder von Galaxien und Sternen aufnimmt. Sie verfügt außerdem über einen Koronographen – ein Gerät, das Sternenlicht blockiert und so Bilder von sehr schwachen Objekten in der Nähe heller Lichtquellen, wie etwa Planeten, die helle Sterne umkreisen, 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 seine Zusammensetzung.

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 und staubigere Objekte zu erkennen, wie etwa Sterne, die sich in Gaswolken noch bilden. MIRI kann sogar dabei helfen, Hinweise auf die Arten von Molekülen 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 in Milliarden von Lichtjahren Entfernung wahrnehmen. Mit Webbs NIRCam als Augen könnten Sie die Wärme einer Biene auf dem Mond sehen.

Webbs erste Deep-Field-Bilder: MIRI-Bild links und NIRCam-Bild rechts (Bild: NASA).

Um die schwache Wärme von weit entfernten Objekten wahrnehmen zu können, muss Webb extrem kalt bleiben. Deshalb trägt er einen riesigen Sonnenschutz von der Größe eines Tennisplatzes. Dieser fünfschichtige Sonnenschutz blockiert die Wärme von Sonne, Erde und sogar dem Mond und hält Webb so auf einer Temperatur von etwa minus 223 Grad Celsius.

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 bisschen wärmer, würde seine eigene Wärme die schwachen Signale, die es zu erfassen versucht, überdecken.

Verwandeln Sie Weltraumlicht in lebendige Bilder

Wenn das Licht Webbs Kamera erreicht, trifft es auf Sensoren, sogenannte Detektoren. Diese Detektoren machen keine normalen Bilder wie eine Telefonkamera.

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 auf dem Bild zu sehen ist.

Diese verarbeiteten Bilder helfen dabei, die Struktur, das Alter und die Zusammensetzung von Galaxien, Sternen und mehr aufzudecken.

Durch die Verwendung eines riesigen Spiegels zum Sammeln von unsichtbarem Infrarotlicht und dessen Übertragung an Ultrakaltkameras hat uns das James-Webb-Teleskop die Entstehung von Galaxien seit der Entstehung des Universums ermöglicht. 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