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James-Webb-Welt­raum­te­le­skop star­tet mit Jenaer Opti­kenan Bord ins All

Fraun­ho­fer IOF lie­ferte hoch­prä­zise Spie­gel für das bis­her größte Welt­raum­ob­ser­va­to­rium der Menschheit

Es ist das größte und leis­tungs­stärkste Welt­raum­te­le­skop, das jemals ins All gestar­tet ist: das James-Webb-Welt­raum­te­le­skop. Am 22. Dezem­ber tritt es seine Reise zu den Ster­nen an. Das Tele­skop soll bahn­bre­chende Erkennt­nisse für die wis­sen­schaft­li­che Fern­erkun­dung sowie über die frühe Geschichte des Uni­ver­sums lie­fern – und viel­leicht sogar Leben im All ent­de­cken. Mit an Bord: hoch­prä­zise Spie­gel, her­ge­stellt am Fraun­ho­fer-Insti­tut für Ange­wandte Optik und Fein­me­cha­nik IOF in Jena.

Seit mehr als zehn Jah­ren war­ten Astro­nom­in­nen und Astro­no­men sehn­süch­tig dar­auf: den Start des James-Webb-Welt­raum­te­le­skops. Es soll die Nach­folge des bereits seit 1990 im All sta­tio­nier­ten Hub­ble-Welt­raum­te­le­skops antre­ten und einen noch tie­fe­ren und bril­lan­te­ren Blick ins Uni­ver­sum ermög­li­chen als sein pro­mi­nen­ter Vor­gän­ger. Am 22. Dezem­ber soll es nun end­lich soweit sein. James-Webb tritt seine Reise zur Erkun­dung fer­ner Gala­xien an und soll Ant­wor­ten auf die gro­ßen Fra­gen des Uni­ver­sums geben. Wie sah z. B. das frühe Uni­ver­sum aus und wie sind die ers­ten Sterne und Gala­xien ent­stan­den? Aber auch: Gibt es Leben im Welt­all und für uns bewohn­bare Planeten?

Fraun­ho­fer IOF steu­erte hoch­prä­zise Spie­gel für Mess­in­stru­ment »MIRI« bei

Um sei­nem For­schungs­auf­trag nach­zu­kom­men, befin­den sich ins­ge­samt vier wis­sen­schaft­li­che Instru­mente an Bord des Tele­skops. Zwei davon hat (antei­lig) die Euro­päi­sche Welt­raum­or­ga­ni­sa­tion (ESA) bei­gesteu­ert. Von die­sen wie­derum ist das »Mid Infra­Red Instru­ment« (MIRI) mit Spie­geln aus­ge­stat­tet, die am Fraun­ho­fer IOF in Jena gefer­tigt und ver­gü­tet wurden.

Bei MIRI han­delt es sich um ein Mess­in­stru­ment bestehend aus einer Kamera und einem Spek­tro­me­ter. MIRI arbei­tet im Infra­rot-Bereich bei einer Wel­len­länge von 5 bis 28 Mikro­me­tern. Selbst kleine und licht­schwa­che Objekte las­sen sich damit bis ins Detail ana­ly­sie­ren. Das Instru­ment ist so emp­find­lich, dass es sogar eine Kerze auf einem Jupi­ter­mond in einem Abstand von ca. einer Mil­li­arde Kilo­me­ter von der Erde sehen kann.

Die dafür not­wen­di­gen Spie­gel im Her­zen von MIRI wur­den am Fraun­ho­fer IOF her­ge­stellt. Im Jenaer For­schungs­in­sti­tut wur­den diese ultra­prä­zi­sen Spie­gel dia­mant­ge­dreht und beschich­tet. »Dia­mant­dre­hen ist ein leis­tungs­fä­hi­ges Fer­ti­gungs­ver­fah­ren zur Her­stel­lung pla­na­rer und gekrümm­ter opti­scher Ober­flä­chen. Heute, mehr als 10 Jahre nach der MIRI-Ent­wick­lung, wer­den am Fraun­ho­fer IOF frei­ge­formte Ober­flä­chen – also Spie­gel ohne Sym­me­trie­merk­mal – erfolg­reich mit die­ser Tech­nik gefer­tigt«, erklärt Dr. Ste­fan Risse, Lei­ter der Abtei­lung für Prä­zi­si­ons­op­ti­sche Kom­po­nen­ten und Sys­teme am Fraun­ho­fer IOF. Seine Abtei­lung stellte die Spie­gel her. »Mit einer Kom­bi­na­tion aus Dia­mant­dre­hen und Polier­ver­fah­ren kön­nen Metall­op­ti­ken so prä­zise gefer­tigt wer­den, dass ein Ober­flä­chen­pro­fil mit Genau­ig­kei­ten im Nano­me­ter­be­reich und Rau­hei­ten im sub-Nano­me­ter­be­reich – also extrem glatte Ober­flä­chen mit Rau­heits­wer­ten von weni­gen Angst­röm – erzeugt wer­den«, erläu­tert Risse weiter.

Auch Kali­brie­rung des Instru­ments »NIR­Spec« mit­hilfe von Jenaer Know-how

Doch MIRI ist nicht das ein­zige Instru­ment, das mit­hilfe von Jenaer Know-how start­klar für die Mis­sion gemacht wurde. Mit der Her­stel­lung einer Radio­me­tri­schen Kali­brie­rungs­spek­tral­quelle (RCSS) waren Jenaer For­schende auch an der Rea­li­sie­rung des »Near Infra­red Spec­tro­graph« (NIR­Spec) betei­ligt. NIR­Spec fun­giert als eine Art »Super­auge« des Welt­raum­te­le­skops. Es soll die noch heute mess­bare Strah­lung der ers­ten Sterne und Gala­xien auf­spü­ren und ana­ly­siert zu die­sem Zweck Licht im Wel­len­län­gen­be­reich von 0,7 bis 5 Mikrometer.

Anders als die Spie­gel für MIRI, fliegt das RCSS selbst nicht mit ins All. Das Instru­ment kam statt­des­sen in Vor­be­rei­tung der Mis­sion bereits am Boden zur Kali­brie­rung des NIR­Spec zum Ein­satz. Die Kali­brie­rung erfolgte dabei mit­hilfe eines win­zi­gen Spie­gels, der sich im Inne­ren der Kali­brie­rein­heit befin­det. Er ist als Minia­tur im Maß­stab 1:4400 dem ins­ge­samt sechs Meter brei­ten Haupt­spie­gel des JWST nach­emp­fun­den und ermög­lichte es, den Spek­tro­gra­phen auf die vor ihm lie­gende Arbeit im Welt­all genau einzustellen.

Start des Welt­raum­te­le­skops kurz vor 30. Jubi­läum des Fraun­ho­fer IOF

Für die Abtei­lung von Dr. Risse war die Betei­li­gung am James-Webb-Welt­raum­te­le­skop sei­ner­zeit das erste Welt­raum­pro­jekt. »Über 15 Jahre ist es nun schon her, dass wir die Spie­gel für MIRI an unse­ren Auf­trag­ge­ber aus­ge­lie­fert haben«, erin­nert sich der Abtei­lungs­lei­ter. »Aber For­schungs- und Ent­wick­lungs­pro­jekte für die Raum­fahrt­for­schung neh­men auf­grund der enor­men Anfor­de­run­gen und der meist zahl­rei­chen Koope­ra­ti­ons­part­ner immer viel Zeit und Geduld in Anspruch.« Das James-Webb-Tele­skop wurde in enger Zusam­men­ar­beit der US-ame­ri­ka­ni­schen (NASA) sowie der euro­päi­schen (ESA) und der kana­di­schen (CSA) Welt­raum­be­hörde rea­li­siert. Das Instru­ment MIRI wurde dabei spe­zi­ell im Rah­men einer Part­ner­schaft zwi­schen Europa und den USA entwickelt.

Nach dem lan­gen War­ten blickt das Team am Fraun­ho­fer IOF – gemein­sam mit Astro­no­mie-Freun­den auf der gan­zen Welt – nun umso erwar­tungs­vol­ler auf den lang­ersehn­ten Start des Tele­skops am 22. Dezem­ber. »Es ist eine große Ehre für uns, bei einem solch wis­sen­schaft­li­chen Groß­pro­jekt betei­ligt zu sein«, kom­men­tiert Prof. Dr. Andreas Tün­ner­mann, Lei­ter des Fraun­ho­fer IOF. »Unser Bei­trag fußt dabei auf Kom­pe­ten­zen, die seit der Grün­dung des Insti­tuts im Jahr 1992 hier in Jena auf­ge­baut wer­den konn­ten. Wir war­ten nun mit Span­nung auf die ers­ten Bil­der, die Webb uns lie­fern wird. Es wer­den Bli­cke sein, die so tief ins Uni­ver­sum rei­chen wie noch nie zuvor.«

Infra­ro­tes Licht ermög­licht den Blick in die Vergangenheit

Um Ant­wor­ten auf seine lei­ten­den For­schungs­fra­gen zu fin­den, ana­ly­siert Webb das Licht im Uni­ver­sum. Genauer gesagt, das Licht im Spek­tral­be­reich des nahen bis mitt­le­ren Infra­rots. Für das mensch­li­che Auge ist Licht in die­sem lang­wel­li­gen Bereich nicht sicht­bar. Für die Wis­sen­schaft jedoch lie­fert die Ana­lyse von Licht die­ser Wel­len­länge wich­tige Erkennt­nisse, indem es nahezu unsicht­bare Pho­to­nen im Uni­ver­sum sam­melt. Licht aus dem Nahin­fra­rot­be­reich kann z. B. durch dicke Staub­wol­ken hin­durch­drin­gen und damit den Blick frei­ge­ben auf ent­ste­hende Sterne, die von die­sen umhüllt wer­den. Damit kön­nen Wis­sen­schaft­le­rin­nen und Wis­sen­schaft­ler neue Erkennt­nisse gewin­nen, wie Gala­xien entstehen.

Und sogar ein Blick in die Ver­gan­gen­heit ist mit Webb mög­lich. Da infra­ro­tes Licht aus fer­nen Gala­xien durch den sich aus­deh­nen­den Welt­raum zu uns reist, kann das bis­her größte Welt­raum­te­le­skop der Mensch­heit das Licht von frü­hen Ster­nen der ers­ten Gala­xien aus der Ent­ste­hungs­zeit unse­res Uni­ver­sums ein­fan­gen. Aus die­sem »weit­ge­reis­ten« Licht las­sen sich Erkennt­nisse über die Früh­ge­schichte des Uni­ver­sums nach dem Urknall vor mehr als 13,5 Mil­li­ar­den Jah­ren gewinnen.

Unter fol­gen­dem Link fin­den Sie die Pres­se­mit­tei­lung sowie Bild­ma­te­rial: https://s.fhg.de/jwst

Kon­takt

Dr. Ste­fan Risse
Fraun­ho­fer IOF
Albert-Ein­stein-Str. 7
07745 Jena
Tele­fon +49 3641 807–313

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