Astronomie: Spiegel von James Webb Space Telescope wird ausgerichtet

Die ersten Bilder vom JWST zeigen die Form und Ausrichtung des Hauptspiegels und wild verstreute Sterne.

Artikel veröffentlicht am 12. Februar 2022, 10:41 Uhr, Frank Wunderlich-Pfeiffer

Mit einem Trick kann das JWST ein Bild des eigenen Hauptspiegels aufnehmen. (Bild: Nasa)

Jedes Spiegelteleskop muss vor dem ersten Einsatz justiert werden. Das James Webb Space Telescope besteht aus 19 Spiegeln, die perfekt zusammenarbeiten müssen. Nachdem das Teleskop im vorgesehenen Orbit angekommen ist und die Hitzeschilde entfaltet wurden, beginnt diese Arbeit und die Nasa hat die ersten Bilder von dem Prozess geliefert.

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

Jedes Spiegelelement kann in 6 Achsen justiert werden. Es kann also seitlich und in der Höhe verschoben und in 3 Rotationsachsen gedreht werden. In der Feinjustage können dabei Einzelschritte von 8 Nanometern Länge durchgeführt werden. Das ist auch notwendig. Wie in jedem Amateurteleskop muss die Wellenfront des Lichts vom Spiegel auf 50 Nanometer genau am Sensor ankommen. Dazu muss die Spiegeloberfläche auf 25 Nanometer genau der Form eines idealen Parabolspiegels entsprechen, nur dass der Spiegel aus 18 beweglichen und deformierbaren Einzelteilen besteht.

Noch sind die Sterne unscharf

Deutlich zu sehen ist, dass einige der Spiegelelemente noch keine punktförmigen, scharfen Abbildungen liefern, sondern länglich verzerrte und teils unscharfe Bilder. Anders als beim Hubble Space Telescope haben die dünnen Spiegelelemente keine starre Form, sondern können durch weitere Motoren verbogen werden.

Um die Form zu analysieren und die nächsten Justageschritte zu entscheiden, werden leicht unscharfe Bilder der Sterne in mehreren Schritten gemacht. Die Interferenzmuster auf den dabei entstehenden Bildern können mit dem vorher berechneten Idealbild abgeglichen und so die nötigen Justagen vorgenommen werden. Um die unscharfen Bilder zur erzeugen, 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 reflektiert.

Um eine Übersicht über den allgemeinen Justagezustand des gesamten Spiegels zu erhalten, kann mit einer dafür vorgesehenen Linse im Strahlengang der Kamera auch ein stark unscharfes Bild aufgenommen werden. Dann wird jeder helle Punkt des Bildes zu einem Abbild der Form des Hauptspiegels. Auf diese Weise kann das JWST ein Bild des Hauptspiegels aufnehmen, ohne eine externe Kamera auf den Hauptspiegel richten zu können.

JWST ist noch nicht auf Betriebstemperatur

Wenn die Form aller Spiegelelemente justiert ist und die Elemente relativ zueinander gerade ausgerichtet sind, werden sie nacheinander zu einem einzigen Spiegel mit nur einem Brennpunkt vereinigt. Es wird plangemäß noch etwa sechs Monate dauern, bis alle Justageschritte abgeschlossen und alle Messinstrumente für die wissenschaftliche Arbeit ausreichend abgekühlt sind.

Zurzeit wäre das Teleskop noch viel zu warm, selbst wenn es perfekt justiert wäre. Die Wärme führt dazu, dass die Bilder noch ein starkes Sensorrauschen und heiße Pixel zeigen, also permanent weiße Pixel. Das wird sich mit abnehmender Temperatur ändern und schließlich den regulären Betrieb erlauben.