Hubble-Spannung: Stimmt was mit dem Kosmos nicht?

Hubble Spannung Universum

Neue James-Webb-Daten über die Expansion des Kosmos haben enthüllt: Irgendetwas stimmt nicht mit dem Universum. Oder mit unseren Theorien. Was hat James Webb entdeckt? Und was hat das mit der Hubble-Spannung zu tun?

Die Welt der Kosmologie wurde vor mehr als einem Jahr gehörig auf den Kopf gestellt. Seitdem beobachtet das James-Webb-Teleskop den Kosmos. Wir können damit noch tiefer und noch detailreicher in die Anfangszeit des Alls gucken als mit dem Hubble-Teleskop.

Um die Unterschiede zwischen der optischen Beobachtung von Hubble und der Infrarotbeobachtung von James Webb deutlich zu machen, findet ihr unten ein Vergleichsbild der sogenannten kosmischen Klippen. Oben Hubble, unten James Webb. Deutlicher Unterschied, oder? Schreibt mal einen Kommentar, welche Aufnahme ihr rein ästhetisch schöner findet und warum. Hubble oder James Webb?

Vergleich Hubble vs James Webb
Kosmische Klippen: Vergleich Hubble vs James Webb

Was ist die Hubble-Konstante?

Nun haben aktuelle Daten von James Webb eine Krise der Kosmologie hervorgerufen. Um zu verstehen, weshalb, müssen wir erstmal einen Begriff klären: die Hubble-Konstante. Stellt euch mal vor, ihr wärt ein physikbesessener Bäcker und wollt exakt berechnen, mit welcher Geschwindigkeit euer Rosinenkuchen im Ofen aufbackt. So ungefähr können wir uns die Hubble-Konstante vorstellen. Die Hubble-Konstanten beschreibt die Geschwindigkeit, mit der das Universum expandiert, und ist daher von grundlegender Bedeutung für unsere Vorstellung von Raum und Zeit.

Edwin Hubble, der berühmte amerikanische Astronom, nach dem das Hubble-Teleskop benannt wurde, trug entscheidend dazu bei, die Idee des expandierenden Kosmos überhaupt erst zu entwickeln, als er in den 1920er Jahren beobachtete, dass die meisten Galaxien sich von uns entfernen. Diese Beobachtung führte zur Formulierung des Hubble-Gesetzes, das besagt, dass die Geschwindigkeit, mit der eine Galaxie sich von uns entfernt, proportional zu ihrer Entfernung ist. Oder wie man in der Bäcker-Ausbildung lernt: Die Geschwindigkeit, mit der eine Rosine sich vom Zentrum des Kuchens entfernt, ist proportional zu ihrer Entfernung zum Kuchenzentrum.

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Hubble-Konstante: Wie alt ist das Universum?

Astronomen verwenden die Hubble-Konstante, um zu berechnen, wie schnell sich das Universum ausdehnt, indem sie die Entfernungen zu weit entfernten Objekten im Weltraum messen. Und das ermöglicht es uns, das Alter des Universums abzuschätzen. Wenn wir die Geschwindigkeit kennen, mit der sich das Universum ausdehnt, und umgekehrt die Zeit zurückverfolgen, bis alles im Universum an einem Punkt konzentriert war, dann erhalten wir eine Schätzung für das Alter des Universums. Und die Berechnung hat ergeben, dass das Universum ungefähr 13,8 Milliarden Jahre alt ist.

Gut, das klingt noch alles unproblematisch. Weit gefehlt, denn ein dunkler Schatten liegt über der Kosmologie, die sogenannte Hubble-Spannung. Denn verschiedene Techniken zur Berechnung der Konstanten liefern unterschiedliche Ergebnisse, und diese Diskrepanz ist seit Jahren ein Rätsel in der Kosmologie. Es ist, als ob verschiedene Maßbänder unterschiedliche Ergebnisse für die Größe des Universums liefern würden.

Die Messungen der Hubble-Konstante führen also nicht zu einem eindeutigen Wert. Astrophysiker und Nobelpreisträger Adam Riess von der Johns-Hopkins-Universität sagt: „Hatten Sie schon einmal Mühe, ein Zeichen zu erkennen, das am Rande Ihrer Sichtweite lag? Was steht darauf? Was bedeutet es?“ Er wollte damit sagen, dass unsere Brillen, mit denen wir in den Kosmos geschaut haben, einfach nicht gut genug waren, um die Hubble-Konstante eindeutig aufzulösen. Doch nun haben wir letztes Jahr unsere kosmische Brille geupdatet und schauen nicht mehr nur mit Hubble ins All, sondern vor allem mit James Webb. Da müsste sich die Hubble-Spannung aufgelöst haben. Oder?

Was sind Cepheiden?

Nein, sie ist schlimmer geworden. Ein Forscherteam, angeführt vom eben erwähnten Adam Riess, nutzten das James-Webb-Teleskop, um dem Kosmos mal richtig auf den Zahn zu fühlen, indem sie Cepheiden in weit entfernten Galaxien beobachtet haben. Cepheiden sind eine Art Entfernungsmessstation im Weltraum. Es handelt sich um veränderliche Sterne, das bedeutet, dass sie regelmäßige Perioden der Helligkeitsänderung durchlaufen.

Darstellung der Cepheiden-Messung
Darstellung der Cepheiden-Messung

Und jetzt kommt‘s: Je heller ein Cepheidenstern in seiner hellsten Phase leuchtet, desto länger ist die Dauer seiner Helligkeitsperiode. Das ist ein eisernes Gesetz, das für alle Cepheiden immer gilt. So als könnte man sagen: Je heller ein Handy leuchtet, desto länger hält sein Akku. Oder so. Und diese wirklich bemerkenswerte Beziehung zwischen der Helligkeit und der Periodendauer von Cepheiden ermöglicht es Astronomen, die Entfernung zu diesen Sternen sehr präzise zu berechnen. Und deswegen sind Cepheiden für die Astronomen zuverlässige Leuchttürme im Universum, mit denen Astronomen die Entfernungen zu weit entfernten Galaxien messen können.

Und die Hoffnung war jetzt, dass, wenn James Webb sich diese Leuchttürme anschaut, die Unklarheiten über die Hubble-Konstante aufgelöst werden könnten. Weil James Webb im Infrarotbereich klarer durch galaktische Staubwolken und Nebel hindurchsehen kann als Hubble im Optischen Bereich und somit die Cepheidenmessungen so exakt wie nie zuvor geschehen könnten. Adam Riess sagt: „Weil die Cepheiden so weit weg sind, erscheinen sie von unserem entfernten Standpunkt aus auf engstem Raum zusammengedrängt, sodass uns oft die Auflösung fehlte, um sie von ihren Nachbarn auf der Sichtlinie zu unterscheiden.”

Hubble-Konstante ist korrekt

Und das Ergebnis, das James Webb nun geliefert hat, hat es in sich. Es lautet: Die bisherigen Messungen von Hubble waren… korrekt. Unser Verständnis der Hubble-Konstante geht grundsätzlich in die richtige Richtung, heißt, der Kosmos dehnt sich aus, und zwar immer schneller. Aber die Hubble-Spannung, die Widersprüche in der Messung bleiben ebenfalls bestehen.

Diese Erkenntnisse zeigen uns aber, dass die Hubble-Spannung keineswegs dadurch zu erklären war, dass unsere kosmische Brille zu schlecht gewesen wäre, also dass wir nur nicht gut genug nachgucken konnten. Sie zeigen auch, dass die Hubble-Spannung real ist und irgendetwas mit unserem Verständnis der kosmischen Expansion definitiv nicht stimmen kann. Adam Riess sagt: „Damit bleiben die interessanteren Möglichkeiten auf dem Tisch und das Geheimnis der Spannung vertieft sich. Die aufregendste Möglichkeit ist, dass die Spannung ein Hinweis auf etwas ist, das wir in unserem Verständnis des Kosmos vermissen.”

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Aber was? Was übersehen wir? Was ist das Puzzleteil, das wir bräuchten, um einen einheitlichen Wert für die Expansion des Kosmos herausfinden zu können? Nachdem Hubble und James Webb zu denselben Ergebnissen kamen, können wir Messfehler wohl eher ausschließen. Bleiben, wie Adam Riess gesagt hat, die wirklich interessanten Möglichkeiten.

Was verursacht die Hubble-Spannung wirklich?

Und das sind vor allem zwei Stück: Erstens Dunkle Energie. Dunkle Energie ist eine mysteriöse, bisher unidentifizierte Energieform, die eine Art negativen Druck im Raum ausüben könnte und dazu führen würde, dass das Universum beschleunigt expandiert. Einige Wissenschaftler glauben, dass es möglicherweise eine Veränderung in der Dunklen Energie im Laufe der Zeit gibt, die die Expansionsrate des Universums beeinflusst. Dies könnte die Diskrepanz zwischen den Messungen erklären.

Zweitens: Unsere Vorstellung der Gravitation ist falsch. Immer mehr Astrophysiker denken, dass unsere derzeitige Vorstellung von Gravitation möglicherweise nicht ausreicht, um die Bewegungen der Galaxien auf großen Skalen genau zu beschreiben. Eine Modifikation der allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein oder das Vorhandensein von bislang unbekannten subtilen Gravitationswechselwirkungen könnten die unterschiedlichen Messungen der Hubble-Konstanten erklären – aber das wäre natürlich schon eine massive wissenschaftliche Revolution.

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K2-18b: James Webb findet Biomarker auf Exoplaneten

James Webb und der Exoplanet K2-18b

Ist das die Entdeckung, auf die wir so lange gewartet haben? Könnte das endlich der Nachweis von außerirdischem Leben auf einem Exoplaneten sein? James Webb hat Biomarker in der Atmosphäre von K2-18b entdeckt und wenn sich das bewahrheitet, wäre es wohl die größte wissenschaftliche Entdeckung des Jahrzehnts.

Der Beweis für außerirdisches Leben steht weiterhin aus. Das ist mysteriös, denn bei der schieren Größe unserer Galaxis muss es eigentlich irgendwo Leben geben. Zur Erinnerung: Wir sprechen von mindestens 100 Milliarden Sternsystemen mit mindestens 200 Milliarden Planeten, wahrscheinlich eher mehr. Also müsste es eigentlich Aliens geben, aber gefunden haben wir sie noch nicht.

Das Fermi-Paradoxon

Diesen Umstand bezeichnet man als das Fermi-Paradoxon. Doch das könnte sich jetzt geändert haben. Die neueste Entdeckung könnte die größte News in der Astronomie überhaupt sein. Seit letztem Jahr beobachten wir mit den Infrarot-Augen des James-Webb-Teleskops den Kosmos. Es ist das leistungsstärkste Weltraumteleskop, das die Menschheit jemals konstruiert hat. Und bereits das erste Bild von James Webb, das im Juli 2022 veröffentlicht wurde, hatte es in sich.

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Es gibt zum Beispiel das Bild „James Webb Deep Field“, das den 4,6 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxienhaufen SMACS0732 zeigt. Durch den sogenannten Gravitationslinseneffekt dieser Galaxien wird ein Blick auf noch weiter dahinterliegende Objekte ermöglicht. Das sind Objekte in unfassbarer Entfernung tief versteckt in Raum und Zeit, doch James Webb kann natürlich auch nähere Objekte begutachten und genau das hat es nun getan.

James Webb und der Exoplanet K2-18b

James Webb hat den Exoplaneten K2-18b unter die Lupe genommen. Dieser Planet hat es wirklich in sich. Er liegt in nur 110 Lichtjahren Entfernung zur Erde. Das ist in kosmischen Maßstäben ein Katzensprung, quasi direkt vor der Haustüre. Er ist 8,6-mal so massereich wie die Erde und umkreist den kühlen Zwergstern K2-18 in der habitablen Zone. Die habitable Zone ist der Bereich eines Sternsystems, in dem erdähnliche Bedingungen möglich sind, also vor allem flüssiges Wasser aufgrund der richtigen Temperaturen.

Künstlerische Darstellung von K2-18 b (ESA_Hubble)
Künstlerische Darstellung von K2-18 b (ESA_Hubble)

Bei einem Zwergstern wie K2-18 ist diese habitable Zone wesentlich näher am Stern als bei unserer Sonne, da er weniger Energie und Wärme ausstrahlt und man für angenehme Temperaturen näher dran sein muss.

Methan und Kohlendioxid in Atmosphäre von K2-18b

Mithilfe seiner hochauflösenden Instrumente hat James Webb Methan und Kohlendioxid in der wasserstoffreichen Atmosphäre auf K2-18b eindeutig identifiziert. Und es kommt noch dicker: Die Forscher haben auch ein anderes, schwächeres Signal im Spektrum von K2-18b identifiziert. Das deutet wahrscheinlich auf das Molekül Dimethylsulfid hin. Auf der Erde wird Dimethylsulfid nur von Lebewesen produziert, hauptsächlich von Mikroorganismen wie Phytoplankton. Der Hauptautor der neuen Studie Professor Nikku Madhusudhan von der Universität Cambridge sagt: „Traditionell konzentrierte sich die Suche nach Leben auf Exoplaneten hauptsächlich auf Gesteinsplaneten, aber Hycean-Welten sind deutlich besser für atmosphärische Beobachtungen geeignet.”

Was sind Hycean-Welten?

Hierbei handelt es sich um eine eigene Klasse von Planeten mit wasserstoffreicher Atmosphäre und einer komplett von heißem Wasser bedeckten Oberfläche. Habt Ihr mal Star Wars „Knights of the old republic“ gespielt? Da gibt es den Planeten Manaan mit seinen amphibischen Bewohnern, den Selkath, ein perfektes Beispiel für eine Hycean Welt.

Für uns Menschen nicht optimal, aber für die grundsätzliche Bildung von Leben perfekt. Wir müssen uns klar machen, was dieser Fund bedeutet: Methan und Kohlendioxid müssen zwar nicht zwingend auf Leben hindeuten, aber von der Erde wissen wir, dass sie auch durch biologische Prozesse entstehen. Methan etwa wird auf der Erde hauptsächlich durch biologische Prozesse wie die Aktivität von Methan bildenden Mikroorganismen erzeugt. Kohlendioxid, CO2, kennt jeder, das atmen wir alle aus.

Spektrum vom Exoplaneten K2-18b
Spektrum vom Exoplaneten K2-18b

Da es nun so aussieht, als wäre K2-18b bedeckt von einem globalen Ozean, kann man schon optimistisch sein, dass diese Gase biologischen Ursprungs sein könnten. Der Schlüssel zum Beweis für außerirdisches Leben ist aber wohl das Dimethylsulfid, denn das wäre, nach allem, was wir wissen, ein eindeutiger Biomarker. Während das Kohlendioxid und Methan zweifelsfrei nachgewiesen wurden in der Atmosphäre, ist das beim Dimethylsulfid noch nicht ganz sicher. Professor Madhusudhan sagt: „Weitere Beobachtungen sind erforderlich, um festzustellen, ob es sich tatsächlich um DMS handelt. Die Möglichkeit von DMS in der Atmosphäre ist äußerst vielversprechend, aber wir planen, noch einmal genau hinzusehen, um seine Existenz endgültig festzustellen.”

Transitmethode hilft bei Atmosphärenbeobachtung

Bald wissen wir mehr, denn Webb wird nun einen weiteren Transit von K2-18b beobachten. Man analysiert dann das Licht des Muttersterns von K2-18b, wenn es durch die Atmosphäre des Exoplaneten fällt und von James Webb aufgefangen werden kann. Mit dieser Transitmethode können wir dann Angaben über Exoplanetenatmosphären machen. Und wie unfassbar leistungsstark James Webb ist, sieht man daran, dass eine Transitbeobachtung mit Webb eine vergleichbare Präzision liefert wie acht Beobachtungen mit dem Hubble Weltraumteleskop, die über mehrere Jahre in einem kürzeren Wellenlängenbereich durchgeführt wurden. Vielleicht haben wir also beim nächsten Transit schon den definitiven Beweis für Dimethylsulfid – und wenn wir die Bestätigung haben, würde das unsere Rolle im Universum für immer verändern.

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Stellt euch das mal vor: Wenn auf diesem einen Exoplaneten organische Prozesse existieren, dann müssen wir davon ausgehen, dass es das überall in der Milchstraße gibt. Wir können optimistisch sein, denn K2-18 bietet – nach allem, was wir jetzt wissen – die perfekten Voraussetzungen für Leben. Eine Supererde in der habitablen Zone, ein heißer Ozean, also die perfekte Ursuppe und Biomarker in der Atmosphäre. Viel mehr geht nicht. Professor Madhusudhan sagt: „Unser ultimatives Ziel ist die Identifikation von Leben auf einem bewohnbaren Exoplaneten, was unser Verständnis unseres Platzes im Universum verändern würde. Unsere Ergebnisse sind ein vielversprechender erster Schritt in diese Richtung.”

 

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James Webb hat Exoplaneten entdeckt

Darstellung Exoplanet und James Webb

Das James-Webb-Teleskop hat seinen ersten Exoplaneten entdeckt. Viele sprechen schon von einer zweiten Erde. Alles zu dieser sensationellen Entdeckung und ob es dort vielleicht sogar Leben geben könnte.

Das neue Jahr beginnt mit einem wissenschaftlichen Knüller: James Webb hat seinen ersten Exoplaneten bestätigt, einen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, der sich in vielen Lichtjahren Entfernung um einen anderen Stern dreht. 

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Vor einigen Monaten ging es bereits darum, dass James Webb einen bereits bekannten Exoplaneten ins Visier genommen hatte. Jetzt hat James Webb aber erstmals einen ganz neuen Exoplaneten entdeckt. Und das ist eine tolle Nachricht, weil einer der Hauptzwecke von James Webb ist, fremde Planeten genauer zu analysieren und in ihren Atmosphären nach Zeichen für außerirdisches Leben zu suchen. Und ist es eine fantastische Nachricht, weil dieser neu entdeckte Exoplanet es wirklich in sich hat. 

Exoplanet 41 Lichtjahre entfernt

Auf dieser künstlerischen Darstellung sehen wir, wie der Planet aussehen könnte. Er liegt im Sternbild Octan und trägt wie immer einen leicht zu merkenden Namen, nämlich LHS475b. Im Folgenden nennen wir ihn den James-Webb-Planeten. Dieser liegt nur 41 Lichtjahre von der Erde entfernt und umkreist einen Roten Zwergstern. Unsere Galaxis ist insgesamt 100.000 bis 200.000 Lichtjahre groß. 41Lichtjahre Entfernung ist demnach direkt vor der Haustür. Die beteiligten Forscher Kevin Stevenson und Jacob Lustig-Yaeger sagen: “Es steht außer Frage, dass der Planet da ist. Die makellosen Daten von Webb bestätigen dies. Die Tatsache, dass es sich um einen kleinen, felsigen Planeten handelt, ist beeindruckend.” 

Exoplanet LHS 475 b und sein Stern (Illustration)
Der Exoplanet LHS 475 b und sein Stern (Illustration)

Warum ist der neue Planet denn jetzt so besonders? Er weist 99 Prozent der Größe der Erde auf. Also wir haben einen Planeten gefunden, der fast die Größe der Erde hat und der nur einen kosmischen Katzensprung von uns entfernt ist. Potentiell eine zweite Erde in unserer galaktischen Nachbarschaft, entdeckt vom besten Weltraumteleskop aller Zeiten. 

James Webb: Wirklich zweite Erde gefunden?

Aber handelt es sich wirklich um eine zweite Erde, oder ist nur die Größe des Planeten ähnlich? James Webb kann durch seine hochauflösenden Infrarotaugen Informationen über die Atmosphäre gewinnen. Unten seht Ihr verschiedene Modellierungen der Exoplanetenatmosphäre, basierend auf dem sogenannten Transmissionsspektrum. Die beteiligte Forscherin Erin May sagt: “Das Teleskop ist so empfindlich, dass es problemlos eine Reihe von Molekülen erkennen kann, aber wir können noch keine endgültigen Schlüsse über die Atmosphäre des Planeten ziehen.” 

Definitive Gewissheit über die Atmosphäre des James-Webb-Planeten gibt es also noch nicht, aber ein sehr spannendes Indiz. Die Forscher vermuten, dass die Atmosphäre nicht der der Erde ähnelt, sondern eines anderen Himmelskörpers im Sonnensystem: des Saturnmondes Titan. Mit seiner dichten Atmosphäre und seinen Seen auf der Oberfläche kommt er der Erde am nächsten – was nicht bedeutet, dass es nicht riesige Unterschiede gäbe: So bestehen die Seen auf der Titanoberfläche aus flüssigem Methan und auch seine Atmosphäre würde euch dank hohen Stickstoff- und Methananteil im wahrsten Sinne des Wortes den Atem verschlagen. 

Exoplanet LHS 475 b (NIRSpec-Transmissionsspektren)
Linien in einem Transmissionsspektrum: Was verrät uns der Exoplanet?

Exoplanet könnte Aufbau wie Titan haben

Und die Tendenz der Wissenschaftler geht gerade dahin, dass der James-Webb-Planet einen ähnlichen Aufbau wie der Titan haben könnte. Das macht zwar irdisches Leben unwahrscheinlich, aber Leben an sich könnte auf so einem Planeten vermutlich gut gedeihen. Immerhin gilt auch der Titan als einer der wahrscheinlichsten Orte für außerirdisches Leben im Sonnensystem. Dieses Leben müsste dann perfekt angepasst sein an Stickstoff- und Methanvorkommen. Wie solche Aliens aussehen könnten? Da kann man seiner Fantasie nur freien Lauf lassen. 

Da wird Pluto ja glatt neidisch: Hol dir jetzt den Zwergplaneten nach Hause!

Auf dem James-Webb-Planeten kommt noch ein kleines Problem hinzu: Es ist sehr heiß. Er bewegt sich zwar um einen Roten Zwergstern, der nur halb so heiß wie die Sonne ist, aber der Planet ist sehr nah dran. Er braucht für eine komplette Umdrehung um seinen Stern nur zwei Erdentage. Ganz schön rasant. Stellt mal vor, ein Jahr auf der Erde würde nur zwei Tage dauern. 

James Webb: Der Anfang von was ganz Großem

Insgesamt könnte man sagen, dass dieser Planet eine Mischung aus dem Titan und der Venus ist. Und das ist erst der Anfang: Denn James Webb hat nun unter Beweis gestellt, dass es kleine erdähnliche Exoplaneten entdecken kann – das ist sozusagen der Heilige Gral der Exoplanetenforschung. Riesige Exo-Gasplaneten zu finden, ist wesentlich einfacher und auch mit vielen anderen Teleskopen möglich, weil diese Planeten einfach unfassbar groß sind. Aber kleine Gesteinsplaneten zu entdecken, das war schon immer schwierig. James Webb hat nun gezeigt, dass es das kann und wir können uns auf jede Menge weitere Entdeckungen von Planeten freuen, auf denen es potentiell Leben geben könnte. Denn so spannend Exo-Gasplaneten auch sind, außerirdisches Leben wird es dort wohl eher nicht geben, dafür müssen wir auf den kleineren Planeten mit fester Oberfläche suchen.

Wollt ihr noch mehr über dieses Thema erfahren, dann schaut euch unbedingt mal dieses Video an:

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Neptun im Visier: James Webb fotografiert Ringe des Planeten

Neptun-Foto vom James-Webb-Teleskop

Da erblasst selbst Sauron vor Neid: Das James-Webb-Teleskop hat spektakuläre Fotos von allen Ringen des Planeten Neptun geschossen. Das erste Mal seit 30 Jahren bekommen wir wieder einen Einblick in die Eiswelt des achten Planeten: Und der lässt euch vor Aufregung das Blut in den Adern gefrieren. 

Der Neptun ist eine eisige Welt in den äußeren Bereichen unseres Sonnensystems. In einer unfassbaren Entfernung von 4,5 Milliarden Kilometern zur Sonne – also rund 30 mal weiter weg als die Erde – zieht er seit Milliarden von Jahren seine Bahnen. Der achte Planet wurde erst im Jahr 1848 von dem französischen Mathematiker Urbain Le Verrier und dem deutschen Astronomen Johann Gottfried Galle entdeckt. Von Ringen war damals noch nicht so viel zu sehen, man kann den Planeten ja noch nicht mal mit bloßem Auge am Himmel erkennen. 

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Erst in den 80er Jahren entdeckte das Team um den Astrophysiker Edward Guinan das Ringsystem mittels Sternverdunkelungen und Sternverdeckungen. Das könnt ihr euch so vorstellen: Der Neptun wandert auf seiner Bahn immer weiter. Im Hintergrund verdeckt er dabei immer mal wieder Sterne. Ein plötzliches Aufblinken eines Sterns, kurz bevor oder nachdem der Neptun vor ihm vorbeigewandert ist, stellte einen Hinweis auf einen Ring dar, da die Staubteilchen im Ring das Licht des Sterns dann kurz verdunkelten. Rund 50 solcher Verdunkelungen wurden beobachtet, aber nur fünf ließen wirklich auf die Existenz von Ringen schließen. 

Neptun-Foto von Voyager-2

Die Sonde Voyager-2 stattete dem Eisriesen dann in den 80er Jahren einen Besuch ab und versorgte uns 1989 mit erstaunlichen Fotos von den Ringen, die ihr unten seht. Ohne Frage, allein dieses Foto von Voyager ist ein riesengroßer Erfolg und absolut erstaunlich. 

Die Ringe des Neptuns, aufgenommen von Voyager-2
Foto von Voyager-2: Die Ringe des Neptun

Aber: Spätestens jetzt sind die Aufnahmen veraltet. James Webb liefert uns jetzt den detailliertesten Einblick in die Welt der Ringe des Neptuns, wie wir ihn noch nie zuvor gesehen haben. Dank der fantastischen Infrarot-Augen von James Webb erhalten wir die klarsten Bilder von Neptun seit 30 Jahren. 

Neptun-Foto von James Webb

Schauen wir uns einmal unten dieses spektakuläre Foto an, das James Webb geschossen hat. Wir blicken schräg auf den Südpol des Planeten. Der Nordpol ist nicht zu sehen. Auf dem Bild sehen wir den Planeten Neptun mit seinem Ringsystem, wir sehen Wolkenbänder, Methaneiswolken und ganze sieben von seinen insgesamt 14 Monden. Wir sehen den Planeten hier in wirklich außergewöhnlicher Klarheit. 

Foto von Ringen des Neptun von James-Webb-Teleskop
James-Webb-Teleskop fotografiert die Ringe des Planeten Neptun

James Webb nimmt die Bilder im nahen Infrarotspektrum mit der sogenannten Nahinfrarotkamera (NIRCam) auf. Dadurch, dass James Webb im Infrarotbereich in den Weltraum blickt, kann das Teleskop viel weiter gucken. Es frisst sich im Grunde durch Staub und Gas einfach hindurch. So ein bisschen wie ein gewaltiger Pac Man, der sich durch die Nebelwolken des Alls frisst.

Neptun: Im blauen Gewand

Zwar erhalten wir mit der NIRCam klarere Aufnahmen der Objekte, aber ein bisschen Schwund ist immer. Denn dafür erscheint der Neptun in den Augen von James Webb nicht so schön blau, wie wenn etwa Hubble den Planeten fotografieren würde. Durch den Infrarotbereich wirkt der Neptun tatsächlich etwas fade. Das Methangas – Neptun besteht zu relevanten Teil aus dem Gas Methan – absorbiert den roten und infraroten Wellenbereich. Der Planet wird nur in Grauschattierungen sichtbar wird. Könnte James Webb den Neptun im sichtbaren Licht fotografieren, würde er in einem fantastischen blau strahlen.

Die ESA sagt dazu: “Tatsächlich ist das Methangas so stark absorbierend, dass der Planet bei Webb-Wellenlängen ziemlich dunkel ist, außer dort, wo hoch gelegene Wolken vorhanden sind. Solche Methaneiswolken sind als helle Streifen und Flecken zu erkennen, die das Sonnenlicht reflektieren, bevor es vom Methangas absorbiert wird.” Aber um die Farben soll es ja auch gar nicht gehen, sondern um das, was James Webb detailliert fotografiert hat. 

Foto des Planeten Neptun von Hubble aufgenommen
Hubble fotografiert den blauen Neptun

Neptunringe: Das erste Mal im Infrarotbereich

Die Ringe des Neptuns bestehen aus Staub, Steinen und Eis. Die Ringe sind auf der Aufnahme sehr gut zu erkennen, nicht nur die großen, auch die feineren Ringe sind zu erahnen. Heidi Hammel, Mitglied des James-Webb-Teleskop-Teams und Neptun-Expertin sagt dazu: “Es ist drei Jahrzehnte her, dass wir diese schwachen, staubigen Ringe das letzte Mal gesehen haben. Und das ist das erste Mal, dass wir sie im Infrarotbereich gesehen haben. Die extrem präzise Bildqualität von Webb ermöglicht es, diese sehr schwachen Ringe zu erkennen, obwohl sie sich so nah am Neptun befinden.”

Nochmal kurz 30 Jahre zurück. Der Vorbeiflug von Voyager bescherte den Forschern damals schon ohne Frage wertvolle Einblicke in das Ringsystem. Man fing an, mehr über die Ringe und ihren Aufbau zu verstehen. Unten sehen wir auf dem Foto von Voyager zum Beispiel, dass das Ringsystem aus mehreren, dünnen Ringen besteht. Sie sind zwar sehr lichtschwach, aber die Voyager-Sonde war ja nah genug dran und konnte entsprechend Bilder liefern. Die Kamera entdeckte noch viele weitere Ringe. Erwähnenswert sind vor allem der Adams-Ring, der sich über 60.000 Kilometer vom Zentrum des Neptuns entfernt befindet, der LeVerrier-Ring und der Arago-Ring – alle benannt nach berühmten Astronomen. 

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Ringbögen in den Ringen des Neptuns

Der Adams-Ring bringt die Forscher aber manchmal noch an den Rande des Wahnsinns. In dieser Aufnahme könnt ihr sehen warum: Es gibt helle sogenannte Bogensegmente in dem Ring. Die lassen sich nicht mit den Bewegungsgesetzen der Himmelsmechanik erklären. Diese Ringbögen bestehen aus Staubklumpen und wurden ganz pathetisch nach den Schlagworten der Französischen Revolution benannt: Liberté, Egalité, Fraternité und Courage. Eigentlich hätten sich diese Klumpen mehr verteilen müssen auf dem Ring. Voyager-2 hatte schon erkannt, dass es in diesen Bereichen mehr Staub gibt, weshalb sie mehr Sonnenlicht reflektieren, als die anderen Bereiche des Adams-Rings. 

Die Ringbögen von Neptun, aufgenommen von der Voyager-Sonde
Voyager-Sonde: Die Ringbögen des Neptun

Die Forscher gehen davon aus, dass der Mond Galatea eine wichtige Rolle spielt bei der Entstehung der Ringbögen. Der Mond ist nur 1.000 Kilometer entfernt und dementsprechend übt er eine gewaltige Anziehungskraft auf die Ringe aus. Neben den Ringen können wir auf dem neuen Foto auch die faszinierenden Monde des Neptuns erkennen. Insgesamt sieben der 14 Monde hat James Webb fotografiert: Triton ist der größte Mond des Neptun und strahlt in der Aufnahme im oberen Bildbereich. Was außerdem gut zu erkennen ist, ist ein dünnes Band, das sich um den Äquator schlängelt. Die Forscher bezeichnen das als globales atmosphärisches Zirkulationssystem, das die Bewegungen in der Atmosphäre beeinflusst. 

Dieses Bild von James Webb ist mal wieder absolut atemberaubend. Solche Fotos sind von absoluter Relevanz, da sie uns daran erinnern, dass wir gar nicht so weit nach draußen vorrücken müssen im Universum. Es gibt in unserem Sonnensystem einfach noch so viele Geheimnisse, die es zu entdecken gilt. Wir müssen gar nicht Milliarden Lichtjahre entfernt blicken, um bahnbrechende Erkenntnisse zu gewinnen. In unserem direkten galaktischen Vorgarten tummeln sich noch so viele Geheimnisse und James Webb wird mit Sicherheit noch weitere in den nächsten Monaten lüften.

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James Webbs kuriose Galaxien: Doch kein Urknall?

Darstellung von James-Webb-Teleskop vor dem Urknall

Hat das James-Webb-Teleskop den Urknall widerlegt? Das wird nun immer öfter behauptet und einige Entdeckungen könnten tatsächlich darauf hindeuten. 

Es ist vielleicht DIE größte kosmische Frage überhaupt: Wie hat eigentlich der Weltraum begonnen? Es ist doch so: Man schaut nachts in den Sternenhimmel und ist überwältigt davon, man fühlt sich ratlos und ist erstaunt darüber, dass diese wunderbare Welt existiert. Nur, wie kam das alles überhaupt? 

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Durch die Beobachtung fremder Galaxien und vor allem die Messung der Entfernung zwischen unserer Milchstraße und anderen, weit entfernten Galaxien konnte man sich in den letzten Jahrzehnten ein schlüssiges Bild von der Entwicklung des Kosmos machen, von der sogenannten Kosmologie. Hier ist der aktuelle Stand der Kenntnisse: Unser Universum ist ein mehrdimensionaler, mindestens vierdimensionaler Raum, der gefüllt ist mit hunderten Milliarden, vielleicht über einer Billionen Galaxien, die wiederum jeweils Milliarden Sterne und Planeten enthalten. Dieser Raum, gefüllt mit den Galaxien, expandiert. Der Kosmos  wird immer größer und die meisten Galaxien entfernen sich voneinander. Der Kosmos ist wie ein Rosinenkuchen. Man steckt den Teig mit den Rosinen in den Ofen. Aufgrund der Hefe backt der Kuchen auf, wird größer und währenddessen bewegen die Rosinen sich voneinander weg. Der Weltraum ist also der Teig, die Galaxien die Rosinen und die Hefe ist die ominöse Dunkle Energie und die Kraft des Urknalls. Und damit wären wir beim Thema, denn der Beginn dieser ganzen kosmologischen Entwicklung war nach der Ansicht der allermeisten Wissenschaftler der Urknall. 

James Webb Deepfield
Jede Menge Galaxien: Das Deep Field von James Webb

Als die Singularität zu wachsen begann

Grob gesagt, war die gesamte Materie und Energie des Kosmos, alles was es gibt, in einer winzigen Singularität, also einem Punkt ohne Ausdehnung zusammengequetscht. Ihr wart irgendwie also schon dabei. Neben und vor dieser Ursingularität war nach dieser allgemein anerkannten Theorie nichts. Plötzlich begann die Singularität zu wachsen und zu wachsen. Anfangs war der Kosmos winzig klein wie ein Staubkorn, dann wie ein Fußball und dann immer größer bis heute. 

Die Energie des Urknalls wirkt immer noch nach und wird ergänzt durch die Dunkle Energie, die dafür sorgt, dass der Kosmos nicht langsamer wächst oder gar schrumpft, sondern dass er immer schneller immer größer wird. Sozusagen eine Art Super-Hefe. Dieses Anfangsereignis kann man ziemlich genau auf einen Zeitpunkt von vor 13,8 Milliarden Jahren zurück rechnen. So weit, so gut, ist ja eigentlich alles geklärt. 

Die älteste Galaxie des Kosmos

Leider ist es doch nicht so unkompliziert. Denn jetzt kommt das James-Webb-Teleskop ins Spiel. Dieses revolutionäre Weltraumteleskop versorgt uns seit einigen Wochen mit fantastischen Bildern des Kosmos und hat wohl schon die Rekorde früherer Weltraumteleskope wie Hubble gebrochen und direkt mehrere Kandidaten für die älteste Galaxie des Kosmos aufgespürt. Und diese Galaxien sind gelinde gesagt… seltsam. Einige von ihnen sehen wir so, wie sie nur 200 bis 300 Millionen Jahre nach dem Urknall aussahen. Zur Erinnerung: Der Urknall geschah vor fast 14 Milliarden Jahren, diese Galaxien waren schon wenige 100 Millionen Jahre danach da. Jetzt könnte man ja sagen: Ok, kein Problem, auch Galaxien müssen ja mal klein anfangen… Grundsätzlich ja, aber diese Galaxien sind voll ausgebildet. Sie sind so leuchtstark wie unsere Milchstraße, besitzen hunderte Milliarden Sterne und eine Masse, die mit ausgewachsenen Galaxien mithalten kann. Das bedeutet wahrscheinlich, dass sie in ihrem Zentrum auch schon schwere supermassive Schwarze Löcher haben. Einfacher gesagt: Es handelt sich nicht um kosmische Babies, sondern um ausgewachsene, fertige Galaxien. Und das so kurz nach dem Urknall. 

Symbolbild für James-Webb-Teleskop
Das James-Webb-Teleskop liefert bahnbrechende Erkenntnisse

Der durchschnittliche Stern existiert zehn Milliarden Jahre lang. Wenige 100 Millionen Jahre sind für Sterne also wirklich noch Kindesalter. Die Tatsache, dass James Webb Galaxien entdeckt hat, die schon so erwachsen sind, ist zumindest sehr kurios. Und hat in der astronomischen Szene zu einiger Unruhe geführt. 

Das Problem mit den Zitaten des Eric Lerner

Seit einigen Tagen geistern sogar vermeintliche Zitate von Kosmologen durch die Medien, in denen behauptet wird, James Webb hätte den Urknall widerlegt. Die Hintergrundstory ist ein wenig kurios, denn diese Zitate wurden vom amerikanischen Populärwissenschaftler Eric Lerner in die Welt gesetzt, der schon seit langer Zeit gegen den Urknall argumentiert. Das Problem ist nur, dass die von Lerner zitierten Kosmologen bestreiten, diese Dinge jemals in diesem Zusammenhang behauptet zu haben. Zum Beispiel hat Eric Lerner in einem viel geteilten Artikel die Astronomin Allison Kirkpatrick mit den Worten zitiert: “Im Moment liege ich nachts um drei Uhr wach und frage mich, ob alles, was ich getan habe, falsch war.” Und behauptet, dass sie damit den Urknall anzweifeln würde. Allerdings ist die Aussage komplett aus dem Zusammenhang gerissen und Allison Kirkpatrick hat nun sogar ihren Twitternamen in Allison the Big Bang happened Kirkpatrick geändert, um zu zeigen, dass sie fehlerhaft zitiert wurde. 

Allison Kirkpatrick hat sich noch etwas ausführlicher zu der Sache geäußert und zwar wie folgt: “Wir als Wissenschaftler haben die Verantwortung, die Öffentlichkeit aufzuklären, und ich nehme diese Verantwortung sehr ernst. Wenn man die Öffentlichkeit absichtlich in die Irre führt, wird es für sie schwierig, echten Wissenschaftlern zu vertrauen und Fakten von Fiktion zu unterscheiden.”

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Starke Beweise für Urknall bleiben bestehen

Die Situation ist ein wenig undurchschaubar. So oder so existiert aber gerade jede Menge Unruhe über die Funde von James Webb. Und eine wirkliche Erklärung gibt es für die rätselhaften Entdeckungen noch nicht. Aber – und das ist ein großes aber – das bedeutet nicht, dass die Urknalltheorie widerlegt sei. All die Hinweise, die auf ein Ereignis wie den Urknall hindeuten, sind noch da. Die Expansion des Universums, die kosmische Hintergrundstrahlung, die uns beweist, dass der Weltraum einst viel kleiner war und der Umstand, dass es eine gewisse Raum- und Zeitgrenze des Universums zu geben scheint, hinter die wir schlicht nicht schauen können. 

All diese Fragmente sind starke Anhaltspunkte dafür, dass das Universum in einem singulären Ereignis begonnen hat. Und die Mehrheit der Kosmologen hält trotz der James-Webb-Funde weiterhin am Urknall fest. Die kuriosen Galaxien, die James Webb gefunden hat, deuten womöglich “nur” darauf hin, dass wir vielleicht beim Alter des Universums falsch liegen.

Vielleicht hatten diese Galaxien doch mehr Zeit, um sich zu entwickeln und unsere Altersschätzung von 13,8 Milliarden Jahren ist falsch. Aber das bedeutet doch nicht, dass es keinen Anfangspunkt gab. Gegner der Urknalltheorie müssen sich letztlich auch die Frage gefallen lassen, wie der Weltraum denn dann begonnen hat. Die Expansion des Kosmos zeigt uns eindeutig, dass der Weltraum eine Entwicklung durchläuft. Was war der Anfang dieser Entwicklung, wenn man den Urknall ablehnt? 

Also: Die James-Webb-Entdeckungen sind revolutionär und sicherlich rütteln sie an unseren bisherigen kosmologischen Thesen über das Alter des Universums. Aber am Urknall selbst? Wohl eher nicht. 

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James Webb: Unglaubliche Fotos von Sternentstehungen im Orion-Nebel

James-Webb-Teleskop vor dem Orion-Nebel

Es gibt mal wieder Neuigkeiten vom James-Webb-Teleskop – es hat so tief und so detailreich in den Orion-Nebel hineingeschaut wie noch kein Teleskop jemals zuvor. Was sich dort zwischen den geheimnisvollen Nebelschwaden bloß befindet? 

Wir leben in einer aufregenden Zeit, in der wir dank des James-Webb-Teleskops den Kosmos in so einer atemberaubenden Weise beobachten können, wie noch niemals zuvor. Nehmt beispielsweise mal diese Aufnahme des südlichen Ringnebels, die vom Hubble-Teleskop gemacht wurde. Schon ziemlich schön und beeindruckend. Aber daneben seht ihr die James-Webb-Aufnahme – ein echter Qualitätssprung, oder? Vor allem die Details, die verschiedenen Gasschichten dieses planetarischen Nebels, sehen wir viel deutlicher. 

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Dazu muss man sagen, dass Hubble den Kosmos im optischen Bereich beobachtet, also in dem Bereich des Lichts, den auch unsere Augen wahrnehmen können. James Webb ist hingegen ein Infrarot-Teleskop, aber eine gewisse Vergleichbarkeit gibt es zwischen den Bildern natürlich trotzdem. 

Vergleich von zwei Fotos des Südlichen Ringnebels
Hubble und James Webb: Vergleich von zwei Fotos des Südlichen Ringnebels

James Webb fotografiert den Orion-Nebel

Und nun hat das James-Webb-Teleskop eine der schönsten Regionen der Milchstraße ins Visier genommen, den Orion-Nebel. Eine riesige Ansammlung von interstellarem Gas, das Licht in verschiedenen Farben ausstrahlt. Man nennt solche Gebilde Emmisionsnebel und der Orion-Nebel ist der einzige Emmissionsnebel, der mit bloßem Auge sichtbar ist. Man muss allerdings schon gute Augen haben, um den Nebel am Himmel etwas unter den drei Gürtelsternen des Sternbilds Orions zu finden. Der Gedanke, dass wir mit bloßem Auge diese wunderschöne Struktur sehen können, ist einfach faszinierend. 

Der Orion-Nebel ist 1350 Lichtjahre von uns entfernt, was in kosmischen Maßstäben nicht viel ist. Er besteht aus dichten interstellaren Gaswolken, vor allem Wasserstoff und Helium und er ist eins der am besten untersuchten Sternentstehungsgebiete. Er ist quasi eine Art Sternenkindergarten. Denn Sterne sind nichts anderes als jede Menge Wasserstoff zusammengequetscht. Diese jungen, neu entstandenen Sterne strahlen heiß und hell und versorgen das umliegende Gas mit Energie. Man spricht auch von Ionisation, derselbe Effekt, der uns auf der Erde übrigens Polarlichter beschert, da der energiereiche Sonnenwind die Erdatmosphäre ionisiert. 

Foto des Orion-Nebels von James Webb
James Webb fotografiert den Orion-Nebel

Theta2 Orionis im Visier der Teleskopen

Im Falle des Orion-Nebels führt das dazu, dass der gesamte Gasnebel in den schönsten Farben leuchtet. Im Herzen des Orion-Nebels befinden sich einige unglaublich helle Sterne, wie beispielsweise das System Theta2 Orionis. Es handelt sich um ein Dreifachsternsystem, also drei Sterne, die umeinander orbitieren und das Zentrum eines Systems bilden. Das ist gar nicht mal so selten, wie man meinen könnte. Nach neuesten Schätzungen sind rund die Hälfte aller Systeme in der Milchstraße solche Mehrfachsternsysteme. Und der hellste Stern dieses Systems ist – und jetzt haltet euch fest – 100.000 mal leuchtstärker als unsere Sonne. Wow. 

Und genau diese Region um Theta2 Orionis haben sich sowohl Hubble als auch jetzt James Webb angeschaut. Starten wir mal mit der Aufnahme von Hubble. Der helle Punkt im unteren Teil des Bilds ist Theta Orionis A, der gerade erwähnte Stern. Wieder eine ganz schöne Aufnahme, aber nicht so richtig das, was man erwartet, wenn man einen bunten energetisierten Nebel mit einem super heißen Stern sehen will, oder? 

Vergleich von zwei Bildern des Orion-Nebels
Orion-Nebel: Vergleich zwischen den Fotos von Hubble und James Webb

Da schafft James Webb Abhilfe. Das Bild daneben sieht schon besser aus, oder? Hier können wir im Detail die dichten Schichten aus interstellarem Gas bewundern und sehen ganz genau, wie unfassbar leuchtstark Theta Orionis A ist und vor allem auch, wie sehr dieser Stern die umliegenden Wasserstoff-Schwaden ionisiert. Hier kann niemand mehr bestreiten, dass das James Webb Teleskop ein riesiger technologischer Sprung nach vorne ist. 

Mehr Verständnis über Sternengeburten durch James Webb

Das Ganze ist natürlich nicht nur schön, sondern auch wissenschaftlich sehr wertvoll.  Die Astrophysikerin Els Peeters von der Western University in Kanadasagt: “Diese Beobachtungen ermöglichen es, besser zu verstehen, wie Sterne die Gas- und Staubwolke, in der sie geboren werden, umwandeln. Junge Sterne emittieren ultraviolette Strahlung direkt in die sie noch umgebende Wolke, und dies verändert die physikalische Form der Wolke ebenso wie ihre chemische Zusammensetzung.”

Nichts verstanden? Was genau nicht?

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Das erinnert ein wenig an ein Insekt in einem Kokon, das während seiner Entwicklung von diesem Kokon zehrt, aber genau durch diese Entwicklung letztlich den Kokon auch zerreißt und verändert. Genau so zehren die jungen Sterne anfangs von dem Gasnebel, nur um ihn dann durch ihre Energieausbrüche in Mitleidenschaft zu ziehen. Und ein Aspekt ist auf der Aufnahme besonders zu erwähnen und zwar dieser neblige Querbalken direkt über Theta Orionis A. Es handelt sich um eine Struktur namens Orion-Balken, die aus noch dichterem Gas besteht. Das Licht eines Haufens junger, heißer Sterne, des so genannten Trapezium-Haufens, beleuchtet die Szene von der oberen rechten Ecke aus; dieses grelle, ionisierende ultraviolette Licht sorgt dafür, dass der Balken langsam abgetragen wird. 

Die Region Theta2 Orionis
James Webb: Die Region Theta2 Orionis

James Webb zeigt Foto des Orion-Balkens

Diesen Orion-Balken kann man auf der Hubble-Aufnahme auch erahnen, aber auf dem James-Webb-Bild sehen wir ihn wesentlich besser und das liegt am Infrarot-Licht. Die längeren Wellenlängen des infraroten Lichts – der Bereich, in dem James Webb das Universum betrachtet – sind in der Lage, den Staub zu durchdringen, was uns einen Blick in Regionen ermöglicht, die mit kürzeren Wellenlängen, wie dem sichtbaren Spektrum, unmöglich zu sehen sind. Und das erlaubt uns, ganz neue Vorgänge in kosmischen Regionen wahrzunehmen. Die Astronomin  Emilie Habart sagt: “Wir waren noch nie in der Lage, die feinen Details zu sehen, wie interstellare Materie in dieser Umgebung strukturiert ist, und herauszufinden, wie sich Planetensysteme in Gegenwart dieser harten Strahlung bilden können.” Alleine der Gedanke an potentielle Planeten dort ist super faszinierend. 

Stellt euch mal vor, eine außerirdische Zivilisation entsteht auf einem Planeten inmitten dieser bunten, dichten Gaswolken. Was für einen unglaublichen Nachthimmel müsste man dort haben? Die Daten von James Webb werden derzeit noch ausgewertet und die Chancen stehen sehr gut, dass wir dort Exoplaneten entdecken werden. Schaut euch mal diesen Teil der Aufnahme hier an, für mich eine der spektakulärsten Entdeckungen von James Webb bisher überhaupt. 

Foto von James Webb von einer Akkretionsscheibe
James Webb fotografiert Akkretionsscheibe

Hier sehen wir einen ganz jungen Stern, der sich tatsächlich wie eine Raupe in so einer Art Kokon befindet. Und mitten in dem Kokon sehen wir eine Akkretionsscheibe, also eine Ansammlung von Staub und Gas, die um den jungen Stern herum wirbelt. Und genau so haben auch die Planeten in unserem Sonnensystem vor vier bis fünf Milliarden Jahren begonnen, zumindest die inneren vier Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars. Um die junge Sonne wirbelten in einer Akkretionsscheibe Staub, Steinchen, Eisklumpen und Gas und aus diesem ganzen Zeug entstanden letztlich die Planeten. Wir stehen gerade auf einem Produkt der Akkretionsscheibe. Und genau diesen Prozess hat James Webb hier eingefangen. Ein junger Stern, der in einen Kokon aus interstellarem Gas gebettet ist und um den herum gerade Planeten, Monde und Zwergplaneten entstehen. Bis dann dort wirklich Planeten und vielleicht sogar Leben entsteht, werden noch einige hundert Millionen oder Milliarden Jahre vergehen.

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Schwerkraft: Hatte Einstein Unrecht?

Darstellung der Schwerkraft

Sind Einsteins Theorien über die Schwerkraft falsch? Und kommen wir dem Rätsel der Dunklen Energie näher? Forscher haben in einem spektakulären Experiment einen Durchbruch erzielt.

Wie schaffen wir es eigentlich, auf der Erde zu stehen? Ganz einfach: durch Schwerkraft. Diese fundamentale Kraft des Universums ist gar nicht so einfach zu verstehen und gibt Forschern immer wieder erhebliche Rätsel auf. Wir spüren sie permanent, sie hält unsere Erde im Orbit um die Sonne, sie hält die gesamte Galaxis, die Milchstraße, zusammen. Aber was ist Schwerkraft? Wodurch entsteht sie? 

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Dunkle Energie: Expansion des Kosmos wird immer schneller

Licht beispielsweise entsteht durch Photonen, winzige Lichtteilchen. Wodurch entsteht aber Schwerkraft? Es verdichten sich zwar die Hinweise, dass das mysteriöse Higgs-Boson das Elementarteilchen der Gravitation sein könnte, aber die komplette Auswirkung der Schwerkraft auf die Raumzeit lässt sich damit noch nicht gänzlich erklären. Das größte Mysterium ist die Beziehung zwischen der Schwerkraft und der Dunklen Energie. Schwerkraft hält die Dinge zusammen. In den kleineren Bereichen des Kosmos ist sie die dominierende Kraft. Unsere Milchstraße etwa ist gravitativ an die Andromeda-Galaxie gebunden, weshalb die beiden Sterneninseln sich aufeinander zubewegen und in ferner Zukunft zu einer Riesengalaxie verschmelzen werden. Aber in den ganz großen Bereichen des Kosmos verliert die Schwerkraft ihre Dominanz, hier übernimmt die Dunkle Energie. 

Nichts verstanden? Was genau nicht?

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Der Kosmos expandiert – und das schon seit dem Urknall, seit 13,8 Milliarden Jahren. Aber obwohl der Urknall so lange her ist, schwächt sich diese Expansion nicht ab, sondern beschleunigt sich. Der Weltraum wird immer schneller immer größer. Es muss eine mysteriöse Kraft geben, die ihn weiterhin zum wachsen bringt. Da niemand weiß, was das sein könnte, bezeichnet man diese Kraft als Dunkle Energie. 

Das Universum expandiert

Ist die Theorie der Schwerkraft falsch?

Es gibt viele Ideen, was diese Dunkle Energie sein könnte. Eine Art Energiefeld quer durch Zeit und Raum, das einen abstoßenden Druck wie eine Art Antigravitation ausübt. Beweise dafür gibt es nicht. Da drängt sich der Verdacht auf, dass Dunkle Energie vielleicht in der Form gar nicht existiert, sondern mit unserer Theorie der Schwerkraft etwas falsch sein muss. Einige Forscher denken, dass die Schwerkraft sich auf den großen kosmischen Skalen anders verhält als im Kleinen. Während sie hier alles zusammenhält, drückt sie im Großen vielleicht Dinge auseinander. Oder sie hat sich im Laufe der Entwicklung des Kosmos verändert. Vielleicht war sie in den Anfangstagen des Universums stärker und wurde dann schwächer. Eine kontinuierliche Abnahme der Stärke der Gravitation seit einigen Milliarden Jahren würde die stärker werdende Beschleunigung ziemlich gut erklären, oder? 

Solche alternativen Schwerkrafttheorien erfreuen sich großer Beliebtheit und mangels Indizien könnte das genau so gut wahr sein wie die Idee der mit der Gravitation konkurrierenden Dunklen Energie. Einziges Manko: Eine variierende Schwerkraft über die Zeit hinweg stünde im Widerspruch mit Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie. 

Gravitationslinsen: Forscher suchen nach Krümmung in Raumzeit

Ein Forscherteam von der Dark Energy Survey Collaboration hat nun in einem spektakulären Experiment diese alternative Gravitationstheorie auf die Probe gestellt, um das Verhältnis zwischen Schwerkraft und Dunkler Energie zu klären. Sie haben einen der bisher präzisesten Tests von Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie durchgeführt und dabei riesige kosmische Entfernungen betrachtet. Wir reden hier von Entfernungen von bis zu fünf Milliarden Lichtjahren. Mal zum Vergleich: Unsere Milchstraße besitzt einen Durchmesser von nur hund100.000 bis 200.000 Lichtjahren. Auf dieser gigantischen Skala haben die Forscher Galaxien untersucht und subtile Verzerrungen gemessen, die durch die Schwerkraft entstehen, wenn sie die Raumzeit verformt. Stellt euch die Raumzeit wie eine Art für uns unsichtbares Trampolin vor, das durch die Gravitation der Himmelskörper eingedellt wird. Genau nach diesen Raumzeittrampolindellen suchten die Forscher. 

Ein Schwarzes Loch als Gravitationslinse

Den Effekt, den die Forscher sich zunutze machten, nennt man Gravitationslinseneffekt. Bei schweren, uns näher gelegenen Objekten, wie Schwarzen Löchern, innerhalb der Galaxis, ist dieser Effekt relativ stark. Auf den großen kosmischen Skalen, bei weit entfernten Galaxien ist er eher schwach, weshalb man ihn in diesem Fall als schwache Gravitationslinse bezeichnet. Durch das Ausfindigmachen dieser schwachen Gravitationslinsen konnten die Dark Energy Survey Wissenschaftler die Effekte der Schwerkraft großflächig sogar in der Vergangenheit bestimmen, denn jeder Blick in den Weltraum ist ein Blick in der Zeit zurück. Wir sehen die Objekte so, wie sie aussahen, als das Licht sich auf den Weg gemacht hat. Milliarden Lichtjahre entfernte Galaxien sehen wir also weit, weit in der Vergangenheit. 

Gravitation im Universum gleich stark; Dunkle Energie existiert wahrscheinlich

Die Forscher untersuchten knapp 100 Millionen Galaxien in unterschiedlichen Entfernungen nach Hinweisen, dass die Schwerkraft an irgendeinem Zeitpunkt des Kosmos schwankte. Und was haben sie entdeckt? Nichts. Keine Abweichung. Die Gravitation war während der gesamten Geschichte des Universums gleich stark. Tatsächlich verhalten sich die untersuchten Galaxien, von denen die ältesten Milliarden Jahre alt sind, genau so, wie es Einsteins Theorie es vorhersagt. Albert Einstein hat also mal wieder komplett Recht behalten.

Viele Gravitationslinsen auf einem Bild

Dennoch haben die Forscher etwas entdeckt. Und zwar, dass die alternativen Theorien der Gravitation wahrscheinlich nicht korrekt sind und dass Dunkle Energie wahrscheinlich existiert. Denn, wenn nicht die Gravitation selbst für die beschleunigte Expansion des Kosmos verantwortlich ist, dann wohl eben doch die ominöse Dunkle Energie. Was uns wieder mit der Frage zurücklässt: Was ist Dunkle Energie? Und ein paar letzte Zweifel an Einsteins Gravitationstheorie sind dennoch erlaubt. Die beteiligte Forscherin Agnès Ferté sagt: “Es gibt immer noch Raum, um Einsteins Gravitationstheorie in Frage zu stellen, da die Messungen immer präziser werden. Wir haben noch so viel zu tun, bevor wir für Euclid und Roman bereit sind. Deshalb ist es wichtig, dass wir weiterhin mit Wissenschaftlern auf der ganzen Welt an diesem Problem zusammenarbeiten.” Mit Euklid und Roman meint sie zwei geplante Weltraumteleskope, die uns den Antworten auf diese große Fragen erheblich näher bringen werden. Das Weltraumteleskop Euclid der ESA, das 2023 ins All starten soll, ist komplett auf die Suche nach Dunkler Energie ausgerichtet. Das Nancy Grace Roman Teleskop wird wie James Webb ein Infrarot-Weltraumteleskop sein, aber mehr auf den Blick auf die ganz großen kosmischen Skalen ausgelegt sein, während James Webb eher Einzelobjekte ins Visier nehmen kann. Nancy Grace Roman wird also dafür prädestiniert sein, die Zusammenhänge in Bereichen von Milliarden Lichtjahren genauer zu beleuchten. Es wird allerdings frühestens im Jahre 2026 starten. 

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Ferne Welten: James Webb fotografiert Exoplaneten

Künstlerischer Darstellung vom James-Webb-Teleskop und einem Exoplaneten

Das James-Webb-Teleskop hat erstmals ein Bild von einer außerirdischen Welt geschossen: einem Planeten in einem fremden Sternsystem. Astronomen sprechen von einem entscheidenden Moment. Und so sieht das Bild aus.  

Heute mal wieder etwas Bahnbrechendes: James Webb hat erstmals ein Bild eines Exoplaneten geliefert. Ein Foto eines Planeten, der sich nicht in unserem Sonnensystem befindet, sondern um einen fremden Stern innerhalb unserer Galaxis kreist. 

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Aber ist das jetzt so etwas Besonderes? Man hat bereits über 5.000 Exoplaneten entdeckt – ein Bruchteil von der Anzahl an Exoplaneten, die es insgesamt in der Milchstraße gibt. Für alle Mathe-Freunde: Es gibt mindestens 200 Milliarden Sterne in der Milchstraße und um fast jeden davon drehen sich mindestens zwei Planeten. Dann kämen wir also schon auf 400 Milliarden Planeten alleine in unserer Galaxis und das ist schon eher eine pessimistische Rechnung. Ob es auf irgendeinem dieser Planeten außerirdisches Leben gibt? Diese Frage können wir vielleicht mit dem James-Webb-Teleskop beantworten. 

Transitmethode: James Webb kann direkt Exoplaneten ablichten

Es handelt sich bei der Aufnahme des Exoplaneten um eine Direktaufnahme. James Webb hat in Richtung dieses 350 Lichtjahre entfernten Sternsystems geschaut, Infrarotwellen aufgenommen und daraus konnte dann das Bild des Planeten erstellt werden. Das ist unglaublich; normalerweise konnten Exoplaneten fast ausschließlich indirekt aufgespürt und untersucht werden und zwar meist durch die Transitmethode. Man beobachtete fremde Sterne und zeichnete deren Helligkeit auf. Wenn es plötzlich zu einer Senkung der Helligkeit kam, die sich aber einige Zeit später wieder ausgeglichen hat, konnte man sich sicher sein, einen Exoplaneten gefunden zu haben. Denn in dem Moment, in dem ein Planet von uns aus gesehen vor seinem Stern entlang wandert, wird ein Teil des Lichts abgeschirmt und die Helligkeit sinkt. James Webb hingegen braucht keine indirekten Methoden, James Webb ist so leistungsstark, dass es Exoplaneten direkt anvisieren und entdecken kann und nicht darauf angewiesen ist, dass ein Planet erst mal vor seinem Stern vorbeiwandert. 

Und das eröffnet uns eine neue Ära der Planetenforschung. Der britische Astrophysik-Professor Sasha Hinkley sagt: “Dies sind die ersten direkten Bilder eines Exoplaneten, die mit James Webb aufgenommen wurden. Das ist ein transformativer Moment. Nicht nur für Webb, sondern auch für die Astronomie im Allgemeinen.” James Webb blickte in die Richtung des Sternbilds Centaurus und untersuchte den Stern HIP65426, der ungefähr doppelt so viel Masse wie unsere Sonne hat. 

James Webb: Foto von Exoplanet HIP65426b

James Webb: Foto des Exoplaneten

Oben seht Ihr die Aufnahmen des Exoplaneten HIP65426b. Auf den ersten Blick sehen die Aufnahmen nur wie verschwommene Punkt aus, aber denkt dran, es sind Direktaufnahmen dieser fernen Welt. Der Planet ist siebenmal so massereich wie der Jupiter, aber etwa dreimal weiter von seinem Stern entfernt als der Neptun von unserer Sonne. Es handelt sich also um einen eisigen Super-Jupiter. Die verschiedenen Farben entstehen durch Aufnahmen in verschiedenen Wellenlängen des Infrarotlichts. James Webb hat für die verschiedenen Infrarotbereiche jeweils eigene Instrumente an Bord. Die bläulichen Bilder stammen vom Nircam-Instrument, die rötlichen vom Instrument Miri. Das weiße Sternchen auf den Aufnahmen zeigt die Position des Sterns, um den sich der Exoplanet dreht, den man wegen der Helligkeit auf den Aufnahmen ausgeblendet hat. Diese Helligkeit des Zentralgestirns auszublenden, ist gar nicht so einfach. Denn für die Infrarotaugen von James Webb ist der Stern bis zu 10.000 Mal heller als der Exoplanet HIP65426b und überstrahlt die geringe Lichtmenge, die wir vom Planeten empfangen, komplett.

Auf der unteren Aufnahme seht Ihr wie James Webb dieses System standardmäßig sieht. Einfach ein großer heller Licht-Blob des Sterns, der alles andere über strahlt. Glücklicherweise ist das James-Webb-Teleskop mit speziellen Instrumenten ausgerüstet, den sogenannten Koronografen, oder auf englisch Coronagraph.

Aufnahme ohne Koronograf

Die äußeren Bereiche eines Sterns bezeichnet man als Corona. Wenn Koronografen genau vor einem Stern positioniert werden, können sie den Großteil des einfallenden Lichts blockieren. Koronografen werden zum Beispiel auch zur Erforschung der äußersten Schichten der Sonne eingesetzt, wie Ihr unten in einer spektakulären Aufnahme der NASA von unserer Sonne seht. Durch die Verwendung von Koronografen können wir bei unserer Sonne beispielsweise die Helligkeit ausblenden und dadurch Phänomene in ihren Randbereichen untersuchen wie etwa heftige Plasma-Ausbrüche, so genannte Protuberanzen. 

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Und James Webb kann mit Hilfe der Koronografen fremde Sterne ausblenden und so ihre Exoplaneten aufnehmen. Die Astronomin Aarynn Carter von der University of California beschreibt es so: “Die Aufnahme dieses Bildes war wie eine Schatzsuche im Weltraum. Zuerst konnte ich nur das Licht des Sterns sehen, aber mit einer sorgfältigen Bildbearbeitung konnte ich dieses Licht entfernen und den Planeten freilegen.”

Foto von Exoplaneten: Koronografen sind notwendig

Das klingt alles einfacher als es ist – denn leider kann auch der Koronograf nicht das komplette Licht des Sterns ausblenden. Die Astronomen müssen so ein System dann über einen längeren Zeitraum beobachten und können dann nach und nach in Detektivarbeit herausfinden, wo sich der Exoplanet versteckt. Das alles zeigt, um was für eine unglaubliche Maschine es sich beim James-Webb-Teleskop handelt. Die direkte Aufnahme von Exoplaneten gelang vorher nur in absoluten Einzelfällen, jetzt wird sie auf der Tagesordnung stehen. Und diese Daten zeigen auch, dass James Webb in der Lage sein wird, Planeten mit geringerer Masse als je zuvor zu entdecken. Vor James Webb waren wir meist auf die Entdeckung von Super-Jupitern beschränkt, weil die sehr groß, schwerfällig und kaum zu übersehen sind. Aber James Webb wird auch Exo-Uranuse und Exo-Neptuns direkt abbilden können, die nächsten Wochen und Monate werden also wirklich aufregend. 

Vergleich mit der Erde: Das Trappist-1-System

James Webb: Bald Foto von TRAPPIST-1

Vor allem Folgendes sorgt für Spannung: In den kommenden Monaten wird James Webb seine Spiegel auf TRAPPIST-1e richten, einen möglicherweise bewohnbaren Planeten von der Größe der Erde, der nur 39 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Das TRAPPIST-1-System ist vielleicht der vielversprechendste Ort für außerirdisches Leben, den wir kennen. Es enthält sieben erdähnliche Exoplaneten und wenn James Webb hier genauer hinschaut, ist das vermutlich die größte Chance für die Entdeckung von außerirdischem Leben, die es in der Menschheitsgeschichte jemals gab. Aarynn Carter sagt: “Ich denke, das Spannendste ist, dass wir gerade erst angefangen haben. Es werden noch viele weitere Bilder von Exoplaneten folgen, die unser Gesamtverständnis ihrer Physik, Chemie und Entstehung prägen werden. Vielleicht entdecken wir sogar bisher unbekannte Arten von Planeten.”

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James Webb: Unglaubliche Fotos des Jupiters

James Webb Teleskop und der Jupiter

Der Jupiter ist der Gigant unter den Planeten des Sonnensystems. Und dank James Webb sehen wir ihn nun wie noch nie zuvor. Das neue Foto vom Jupiter wird euch aus den Socken hauen!

Sicherlich habt Ihr schon oft beeindruckende Aufnahmen des Gasriesen Jupiter gesehen. Eins der ersten wirklich hochaufgelösten und detailreichen Bilder des Jupiters lieferte uns die Raumsonde Voyager 1 im Jahre 1979. 

Voyager-Aufnahme vom Jupiter

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Jupiter: Von Voyager bis Juno

Aus den Bildern konnten die Wissenschaftler sogar ein Video des Anflugs von Voyager 1 auf den Jupiter erstellen. Es muss ein unglaubliches Gefühl gewesen sein, durch die Voyager Sonden erstmalig in diese fremde und ferne Welt der Gasplaneten einzutauchen und das erste Mal in der Menschheitsgeschichte überhaupt diese Planeten in diesem Detail sehen zu können.

Seitdem hat sich natürlich viel in der Jupiterforschung getan. Der Höhepunkt war die Mission der Raumsonde Juno, deren einziger Zweck es ist, den Jupiter und seine Monde genauer zu erforschen. Seit dem Jahre 2016 befindet sie sich in einem Orbit um den Jupiter und die Mission geht noch bis mindestens 2025. In all diesen Jahren hat sie beeindruckende Aufnahmen des Gasriesen und seiner Monde erstellt, wie beispielsweise diese unwirklich erscheinende Aufnahme von Jupiters Südpol. 

Tolle Jupiter-Aufnahme der Juno-Sonde

Einmalige Jupiterfotos von James Webb

Und nun haben wir wieder einen technischen Sprung nach vorne gemacht und sehen den Jupiter in einem ganz neuen Licht. Das James-Webb-Teleskop hat sich den Gasriesen mal genauer angeschaut und diese Aufnahme hier gemacht. 

Wunderschöne Aufnahme des Jupiters

Das Wichtigste an dem Bild ist natürlich: Es ist unfassbar schön. Wenn man es sich dann genauer ansieht, erkennt man viele Details, die es noch unglaublicher machen. Zunächst mal fällt auf, dass wir die Gasschichten und Stürme des Jupiters sehr deutlich und kontrastreich sehen. Wie wir schon im Anflug der Voyager Sonden festgestellt haben, besteht die Oberfläche des Jupiters aus rotierenden Gasbändern. Im Prinzip ist der gesamte Jupiter ein einziger gigantomanischer Sturm. 

Doch zwischen den Gasbändern bilden sich manchmal noch Einzelstürme aus, wie beispielsweise der große rote Fleck, der größte Sturm des Jupiters, der zwar in den letzten Jahren geschrumpft ist – aber wie wir auf der James-Webb-Aufnahme sehen, besitzt er immer noch eine ziemlich stattliche Größe. Er erscheint hier besonders hell, da James Webb im Infrarotbereich arbeitet und die dichten, hohen Wolken dieses gigantischen Wirbelsturms besonders viel Strahlung zurückwerfen. Heidi Hammel von der Association of Universities for Research in Astronomy sagt: “Die Helligkeit kennzeichnet zudem die große Höhe dieser Wolken: Ähnlich wie die äquatorialen Bereiche des Planeten hat auch der Große Rote Fleck in großer Höhe liegende Wolkenschleier.”

Stürme auf dem Jupiter; Galaxien im Hintergrund

Aber auch all diese anderen kleinen Flecken sind Stürme, die im Gegensatz zum großen roten Fleck klein erscheinen, aber dennoch jeden Sturm auf unserer Erde locker in den Schatten stellen würden. 

Polarlichter auf dem Jupiter

Wir sehen noch mehr auf dieser James-Webb-Aufnahme. Der vielleicht beeindruckendste Aspekt ist das hier: Wunderschöne Polarlichter am Nord- und Südpol des Jupiters. Polarlichter sind kein rein irdisches Phänomen. Sie entstehen, wenn der energiegeladene Sonnenwind auf das Magnetfeld eines Planeten trifft und von diesen Magnetlinien zu den planetaren Polen transportiert wird. Dort kollidiert der Sonnenwind mit Molekülen der Atmosphäre und ionisiert sie, sie beginnen dann zu leuchten. 

Da der Jupiter ein Gasplanet ist, gibt es viel mehr Material, das ionisiert werden kann – dementsprechend haben wir massive Polarlichter, die wir auf dieser James-Webb-Aufnahme eindrucksvoll sehen können. Natürlich ist die molekulare Zusammensetzung der Gasschichten des Jupiters ganz anders als die der oberen Atmosphärenschichten der Erde, so dass die Polarlichter im optischen Bereich meistens andere Farben haben, wie wir auf dieser Aufnahme des Hubble-Teleskops sehen. Denn je nachdem, welche Gase mit dem Sonnenwind interagieren, entstehen andere Farben. Auf dem James-Webb-Bild ist das aber nicht relevant, da wir ja ohnehin nur den Infrarot-Bereich und nicht den optischen Bereich sehen, den unsere Augen normalerweise wahrnehmen können. 

Die Ringe des Jupiters

Wenn wir unseren Blick mal etwas neben den Jupiter richten, sehen wir auf dieser Wahnsinnsaufnahme aber noch mehr. Das hier ist das unscheinbare Ringsystem des Jupiters. 

Die Ringe des Jupiters

Viele Leute wissen gar nicht, dass auch der Jupiter Ringe besitzt, weil natürlich der Saturn mit seinem mächtigen Ringsystem den anderen meistens die Show stiehlt. Jupiters Ringe sind eine Million Mal lichtschwächer als der Planet selbst und daher auf normalen Teleskopaufnahmen meist nicht zu sehen. Doch die revolutionäre Sensitivität von James Webb ermöglicht es, sie so deutlich sichtbar zu machen. Neben und zwischen diesen Ringen verbergen sich wie auch beim Saturn jede Menge Monde. Man kennt schon 80 Monde des Jupiters, es gibt aber mit Sicherheit noch viel mehr, die wir noch nicht entdeckt haben. Und auf dem James-Webb-Bild sehen wir einige dieser jovianischen Trabanten, etwa Amalthea und Adrastea. Es handelt sich um zwei sehr kleine Monde des Jupiters. Böse Zungen würden sie als kleine Steinchen bezeichnen, aber auf dieser Aufnahme haben sie einen strahlenden Auftritt. 

Die Monde des Jupiters und die Polarlichter

Und es gibt noch einen unglaublichen Aspekt auf dem Bild: Wir sehen im Hintergrund sogar ferne Galaxien. Sterneninseln gefüllt mit Milliarden Sternen außerhalb unserer Milchstraße. Dass das James-Webb-Teleskop solche Deep-Space-Objekte gemeinsam mit einem nahen Planeten im Vordergrund auf einem Bild abbilden kann, ist unfassbar. Überhaupt übersteigt diese Aufnahme die Erwartung der meisten Planetenforscher um ein Vielfaches. Denn James Webb ist nicht primär auf die Erforschung der Planeten unseres Sonnensystems ausgelegt, sondern eben auf den Deep-Space-Bereich, ferne Exoplaneten, Galaxien, die Zeit nach dem Urknall und so weiter. Diese Aufnahme des Jupiters beweist, dass wir uns von James Webb einige revolutionäre Erkenntnisse über unser Sonnensystem erhoffen können. Die Astronomin Imke de Pater, die die Beobachtungen des Jupiters mit dem Webb-Teleskop geleitet hat, sagt: “Um ehrlich zu sein, hätten wir nicht erwartet, dass die Aufnahmen so gut sein würden. Es ist wirklich bemerkenswert, dass wir Details auf dem Jupiter erkennen können, aber auch seine Ringe, winzigen Trabanten und sogar Galaxien – alles in einer Aufnahme.”

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Wie James Webb Fotos macht

Interessanter Fakt noch am Rande: Man stellt sich das meistens so vor, dass James Webb ein Objekt anvisieren würde und dann ein tolles Bild einfach zurückschickt, die Astronomen drucken es, pinnen es an den Kühlschrank und alle freuen sich. So einfach funktioniert das aber gar nicht. In Wahrheit sendet James Webb seine Aufnahmen als riesige Datenpakete von Zahlen und Helligkeitswerten. Diese Datensuppe muss dann von fleißigen Wissenschaftlern mithilfe spezieller Software in Bilder umgerechnet werden und ins sichtbare Farbspektrum übertragen werden. Hinter einem solchen Bild, wie wir es nun sehen, steckt immens viel Arbeit. Aber das ist es definitiv wert, denn um das noch mal zu rekapitulieren: Auf dieser einen Aufnahme des Jupiters konnten wir in ganz neuem Licht die heftigen Stürme, Polarlichter, das Ringsystem, Monde und sogar ferne Galaxien sehen.

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Meteoroid beschädigt Spiegelsegment von James Webb

Illustration von James-Webb-Teleskop und Meteoriten

Das James-Webb-Teleskop wurde durch einen Mikrometeoroiden irreparabel beschädigt. Wie groß ist der Schaden wirklich? 

Vor zwei Wochen wurden uns die ersten spektakulären Bilder des James-Webb-Teleskops präsentiert. Es sah danach aus, als würden wir eine ganz neue Ära der Weltraumforschung aufbrechen, in der wir viele beeindruckende Bilder von uralten Galaxien, bunten galaktischen Nebeln und der Atmosphäre von Exoplaneten erhalten würden. Und dann die erschreckende Nachricht: Das James-Webb-Teleskop wurde irreparabel beschädigt. 

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James Webb Spiegelsegment ist beschädigt

Die Nachricht klingt schlimm, ist aber definitiv real. Eine irreparable Beschädigung durch einen Mikrometeor, ein winziges Steinchen, das durch unser Sonnensystem raste. James Webb befindet sich anders als das Hubble-Teleskop nicht in einem Orbit um die Erde sondern am sogenannten Lagrange-Punkt 2. Ein Lagrange-Punkt ist ein Punkt in einem System aus einem leichteren Himmelskörper wie einem Planeten und einem schwereren Himmelskörper wie einem Stern, den der Planet umkreist. Wenn man ein kleines Objekt wie zum Beispiel ein Weltraumteleskop an den Lagrange-Punkt befördert, umkreist es den schwereren Himmelskörper genau mit derselben Umlaufzeit wie der leichtere Himmelskörper, und zwar antriebslos. Die Erde besitzt mehrere solcher Lagrange-Punkte. Der L2-Punkt ist für Weltraumteleskope am besten geeignet, da ein Objekt die Orientierung in Bezug auf die Erde und die Sonne beibehält und dadurch störende Sonnenstrahlen viel besser abgeschirmt werden können, als wenn sich das Objekt direkt in einem Orbit um die Erde befinden würde. 

Darstellung des Lagrange-Punktes L2 zwischen der Erde und dem James-Webb-Teleskop

Einer der Nachteile an dieser Position ist aber das höhere Aufkommen von Mikrometeoroiden. Die NASA hatte bereits im Juni berichtet, dass es sechs Einschläge von solchen Steinchen auf dem James-Webb-Teleskop gegeben habe. Aber wie groß der Schaden war, konnte zu diesem Zeitpunkt noch nicht abgeschätzt werden. Klar war, dass die Mikrometeoroiden, die das Teleskop getroffen hatten, größer waren, als in den Modellen vor dem Start angenommen wurde. Dass es grundsätzlich zu solchen Einschlägen kommen würde, hatte man natürlich einkalkuliert, aber bei der Größe der Steinchen hat die NASA sich wohl verschätzt. 

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Schaden am James Webb kann nicht repariert werden

Fünf der Mikrometeoroideneinschläge hatten laut der NASA nur „vernachlässigbare Effekte“ auf die Spiegel des Weltraumteleskops, die man durch die Ausrichtung der Spiegel korrigieren kann. Aber der sechste Meteoroiden-Einschlag hatte es in sich. Durch diesen ist ein Schaden entstanden, der nicht korrigiert werden kann. Bei Kosten von zehn Milliarden Dollar für das Teleskop tut so eine News schon weh. Definitiv eine unschöne Sache, die dem Webb-Teleskop da widerfahren ist – aber wirklich relevant ist ja nun die Frage, wie sehr das die Bildqualität beeinflussen wird. 

James Webb: Zerstörtes Spiegelsegment kann ausgeglichen werden

Betroffen ist nur das Spiegelsegment C3. Der Rest des Spiegels mit einem Durchmesser von über 30 Metern ist in guter Verfassung. Die NASA äußerte sich wie folgt zu dem Schaden: “Auf der Ebene des gesamten Teleskops war der Effekt gering, da nur ein kleiner Teil der Teleskopfläche betroffen war. Die Fähigkeit von Webb, Spiegelpositionen zu erkennen und zu korrigieren, ermöglicht eine teilweise Korrektur der Folgen von Einschlägen, indem die Ingenieure die Position des betroffenen Segments anpassen und so einen Teil der Verzerrung ausgleichen können.” 

Betroffenes Spiegelsegment am James Webb: C3

Man kann sagen, dass wir zwar einen irreparablen Schaden haben, der aber relativ klein ist und der durch eine Spiegelpositionierung zum Teil abgeschwächt werden konnte. Nicht schön, aber kein Drama, denn immerhin sind die faszinierenden Bilder, die wir vor kurzem bestaunen dürften, schon nach Eintritt des Schadens entstanden. Was aber, wenn das nochmal passiert? Denn wenn die NASA-Wissenschaftler sich bezüglich des Einfluss der Mikrometeoroiden verschätzt haben, dann könnte es natürlich jederzeit wieder geschehen, dass James Webb getroffen wird – und nächstes Mal geht die Sache dann vielleicht nicht so glimpflich aus. Man stelle sich mal vor, ein oder mehrere Spiegelsegmente würden dadurch komplett zerstört werden. Die NASA versucht nun auf Hochtouren herauszufinden, wie groß die Gefahr wirklich ist. In einem veröffentlichten Bericht heißt es: “Es ist noch nicht klar, ob der Einschlag in Segment C3 im Mai 2022 ein seltenes Ereignis war, also ein unglücklicher früher Einschlag eines Mikrometeoroiden mit hoher kinetischer Energie, der statistisch gesehen nur einmal in mehreren Jahren auftreten könnte, oder ob das Teleskop möglicherweise anfälliger für Schäden durch Mikrometeoroiden ist, als die Modellierung vor dem Start voraussagte.”

Größenvergleich: Mikrometeoroid in Scheibe der ISS

Sollte sich herausstellen, dass James Webb einem höheren Schadensrisiko ausgesetzt ist, wäre das aber immer noch kein Weltuntergang. Die NASA könnte dann zum Beispiel in Erwägung ziehen, die Zeit, in der das Teleskop in die Richtungen schaut, in denen mehr Mikrometeoroiden durch den Weltraum fliegen, zu minimieren oder das Teleskop während bestimmter Meteoritenschauer wegzurichten. Wir können vorerst beruhigt sein und uns auf weitere tolle Bilder freuen. 

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