„Von einem tropischen Regenwald bis an den Rand der Zeit selbst beginnt James Webb eine Reise zurück zur Geburt des Universums“ – so lautete die Starterzählung, als der neueste Weltraumforscher der Astronomie, das James Webb Space Telescope (JWST), abhob Französisch-Guayana am Weihnachtstag. Wie die meisten Startankündigungen verwendete es ein wenig poetische Lizenz, um das Drama zu verstärken. Aber jetzt, da JWST in seine Umlaufbahn eingeschwenkt ist und seine ersten Kalibrierungsbilder zurücksendet, könnten wir uns fragen:Was wird uns dieses Instrument über die Vergangenheit erzählen, und wie funktioniert das überhaupt?
Die Charakterisierung eines Teleskops als Zeitmaschine ist sowohl eine Über- als auch eine Unterbewertung seiner Fähigkeiten. Das Teleskop selbst reist nicht durch die Zeit, aber was es tut, ist viel tiefgründiger, als uns nur Hinweise auf die Vergangenheit zu geben (wie es zum Beispiel eine archäologische Ausgrabung oder die Entdeckung eines antiken Relikts tun würde).
Teleskope, die in entfernte Bereiche des Universums blicken, können unsere kosmische Geschichte direkt sehen . JWST kann zurück an den „Rand der Zeit“ reisen, nicht indem er tatsächlich irgendwo hingeht, sondern indem er uns direkte Bilder von einigen der frühesten Momente des Universums schickt – und uns mehr als zeigt, wie es ausgesehen hätte, wenn wir tatsächlich dort gewesen wären Vor 13 Milliarden Jahren beobachtete er, wie sich die ersten Galaxien bildeten. Dies ist teilweise aufgrund der Technologie möglich, die außerordentlich empfindliche Sensoren und einen 6,5-Meter-Hauptspiegel umfasst, und teilweise aufgrund dieses einen seltsamen Tricks ermöglicht durch Einsteins Relativitätstheorie.
Eines der grundlegenden Prinzipien der Relativitätstheorie ist, dass alles, was Sie sehen, in der Vergangenheit liegt. Teleskope sind in dieser Hinsicht nichts Besonderes. Es ist tatsächlich unmöglich, den gegenwärtigen Moment überhaupt zu sehen. Da Licht Zeit braucht, um zu reisen (etwa eine Sekunde pro 300.000 Kilometer), ist das Bild, das Sie von einem fernen Ding sehen, bereits gealtert, wenn es Sie erreicht – Sie sehen das Ding so, wie es vor einiger Zeit war.
Im täglichen Leben fällt das nicht auf, weil die Lichtgeschwindigkeit so hoch ist, dass, wenn Sie etwas auf der anderen Seite des Raums betrachten, es aus Ihrer Perspektive nur eine Handvoll Nanosekunden in der Vergangenheit liegt. Aber ein Weltraumteleskop kann entfernte Sterne sehen, deren Licht seit Hunderten oder Tausenden von Jahren unterwegs ist, und Galaxien, die so weit entfernt sind, dass wir sie so sehen, wie sie vor Milliarden von Jahren waren.
Mit dem Hubble-Weltraumteleskop konnten wir bereits in den ersten Milliarden Jahren nach dem Urknall Galaxien leuchten und Sterne explodieren sehen. Hubble hat sogar in den ersten paar hundert Millionen Jahren einen Blick auf besonders helle Galaxien erhaschen können – zu einer Zeit, als der Kosmos gerade erst begann, von Sternenlicht überflutet zu werden.
Durch das Studium dieser Bilder erfahren wir etwas über die Bedingungen des Universums damals:wie viel heißer und dichter es war, wie viel des umgebenden Gases durch das Licht der neugeborenen Sterne ionisiert wurde, wie Materie sich zu einer Form zusammenfand die Galaxien, die diese Sterne beherbergen.
Und weil unsere eigene kosmische Nachbarschaft im großen kosmischen Schema der Dinge nicht ungewöhnlich erscheint, sagt uns das Lernen über die frühe Entwicklung eines entfernten Teils des Kosmos auch etwas über unsere eigene Vergangenheit. Und je „normaler“ dieser Teil des Kosmos ist, desto näher kommen wir jetzt der Beobachtung der Ursprünge von allem um uns herum.
Caitlin Casey, eine Astronomin an der University of Texas at Austin, die zu den Ersten gehören wird, die JWST zur Erforschung des fernen Kosmos einsetzen werden, weiß, wie wichtig der riesige Spiegel und die hohe Empfindlichkeit von JWST sind.
„Der Hauptunterschied besteht darin, dass JWST um den Faktor 100 tiefer gehen wird als alle bestehenden Bilder, die wir mit bodengestützten Teleskopen oder Hubble haben“, erklärt sie. „Es ist ein RIESIGER Gewinn an Empfindlichkeit, der es uns ermöglicht, die Zahl der bekannten Galaxien des frühen Universums [erste Milliarde Jahre] um den Faktor 100 zu erhöhen.“
Bald werden wir mehr als nur die hellsten und seltensten Vertreter der ersten Generation von Galaxien sehen können. Mit JWST werden wir beobachten, wie die allerersten Ansammlungen von Sternen im ganzen Kosmos zusammenkommen, ihre Umgebung erleuchten und die Bühne für das riesige und vielfältige Universum bereiten, das wir heute um uns herum sehen.
Als Astronomen hoffen wir, dass JWST endlich einige unserer dringendsten Fragen über die Ursprünge der Struktur im Universum beantworten wird. Aber noch mehr hoffen wir, dass dieser neue Blick auf die tiefsten Bereiche unserer kosmischen Geschichte uns vor neue Fragen stellen wird, für die wir nicht einmal genug wussten, um sie zu stellen.
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