Spiegel des James Webb Weltraumteleskops wird ausgerichtet

Das erste Bild vom James Webb Space Telescope zeigt in einem Selfie die Form und Ausrichtung des Hauptspiegels und hier und da einen Stern.

Vor dem ersten Einsatz muss jedes Spiegelteleskop justiert werden. Das James Webb Space Telescope (JWST) besteht aus insgesamt 19 Spiegeln, die für eine optimale Funktion des Ganzen perfekt zusammenarbeiten müssen. Nachdem jetzt das Teleskop im vorgesehenen Orbit angekommen ist und die Hitzeschilde entfaltet sind, beginnt diese Justage, und die Nasa lieferte die ersten Bilder von dem Prozess.

Die Ausrichtung ist sehr komplex

Zu dem Zweck wurde das Teleskop auf den Stern HD 84406 im Sternbild Ursa Majoris (Großer Bär) ausgerichtet und es wurden erste Bilder mit der Kamera für nahes Infrarot gemacht. Weil die Spiegelelemente noch nicht justiert sind, erzeugt jedes Element des Hauptspiegels sein eigenes Bild des Sterns auf dem Kamerasensor. Durch Bewegung der einzelnen Elemente mit den Justagemotoren wurde festgestellt, welches dieser Bilder des Sterns von welchem Spiegelelement kommt.

Jedes der Spiegelelemente kann in 6 Achsen bewegt werden – es kann also seitlich und in der Höhe verschoben und auch um alle drei Rotationsachsen gedreht werden. Zur Feinjustage können dabei Einzelschritte von minimal 8 Nanometern Länge durchgeführt werden.

Wie auch bei jedem kleinen Amateurteleskop muss die Wellenfront des Lichts vom Spiegel auf 50 Nanometer genau am Sensor ankommen. Damit das optimal klappt, muss die Spiegeloberfläche auf 25 Nanometer genau der Form eines idealen Parabolspiegels entsprechen, wobei der Spiegel ja aus 18 beweglichen und verformbaren Einzelteilen besteht.

Noch sind die sichtbaren Sterne recht unscharf

Es ist deutlich zu sehen, dass mehrere der Spiegelelemente noch keine punktförmigen, scharfen Abbildungen liefern, sondern nur länglich verzerrte und teilweise unscharfe Bilder. Anders als beim Vorgänger Hubble Space Telescope haben die dünnen Spiegelelemente keine starre Form, sondern können durch Motoren gebogen werden.

Um diese Form zu analysieren und die Art der nächsten Justageschritte zu entscheiden, werden in mehreren Schritten leicht unscharfe Bilder der Sterne gemacht. Die Interferenzmuster auf diesen Bildern können mit dem vorher berechneten Idealbild abgeglichen und auf dieser Basis die noch nötigen Justagen durchgeführt werden.

Zur Erzeugung der unscharfen Bilder wird der kleine Fangspiegel bewegt, der über dem großen Hauptspiegel angebracht wird und das Licht durch das Loch in der Mitte der 18 Spiegelelemente zur Kamera zurückwirft.

Das Teleskop muss noch auf seine Betriebstemperatur herunterkühlen

Wenn Form und Ausrichtung aller Spiegelelemente justiert sind, werden sie einer nach dem anderen zu einem einzigen Spiegel mit nur einem Brennpunkt vereinigt. Das wird nach Plan noch etwa sechs Monate dauern, bis alle Justageschritte abgeschlossen und vor allem auch bis alle Messinstrumente für die wissenschaftliche Arbeit ausreichend heruntergekühlt sind, denn jetzt wäre das Teleskop noch deutlich zu warm, selbst wenn es perfekt justiert wäre.

Die Wärme führt dazu, dass die Bilder noch ein starkes Sensorrauschen und auch “heiße” Pixel zeigen, also quasi permanent weiße Pixel. Das wird sich dann aber mit abnehmender Temperatur verbessern und schließlich unterhalb von 40 Kelvin (-233 Grad Celsius) auch den regulären Betrieb möglich machen.

Screenshot: Nasa PD

Über Klaus

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