Dieser 22. Dezember könnte als der Tag bekannt werden, an dem sich das Universum verändert hat. An diesem Mittwoch erwartet die NASA den Start des James Webb-Weltraumteleskops, des größten und teuersten jemals geflogenen Instruments. Webb ist hundertmal leistungsstärker als das 31 Jahre alte Hubble-Teleskop und kann in der Zeit zurückblicken bis zum Moment des „Es werde Licht“ – jenem Moment, in dem sich ein kaltes, dunkles Universum zu Sternen entzündete.
Scott Pelley: Wow. Nun, irgendwie ist das viel größer, als ich es mir vorgestellt habe.
Amy Lo: Sie ist eine große.
Vor einem Jahr gehörten wir zu den letzten Menschen, die das Teleskop so sahen, wie es im Weltraum erscheinen wird. Nach unserem Besuch war es für eine Reise von Millionen Meilen weit über den Mond hinaus verpackt, um für immer im Griff der Sonne zu liegen.
Scott Pelley: Wie lang ist die Lebensdauer?
Amy Lo: Es ist auf fünfeinhalb Jahre ausgelegt mit einem Ziel von zehn Jahren. Das heißt, wir haben dort genug Zeug für zehn Jahre.
Amy Lo ist eine Systemingenieurin, die uns im Reinraum von Northrop Grumman in Redondo Beach, Kalifornien, aufgenommen hat.
Amy Lo: Wir mussten es erfinden, entwerfen, bauen und von Hand zusammenbauen.
Am Boden der Raumsonde befindet sich ein Sonnenschirm, groß wie ein Tennisplatz, um Webb vor der Sonne zu schützen. Darüber befinden sich 21 Fuß vergoldeter Spiegel, sechsmal größer als der Spiegel von Hubble, um das früheste Sternenlicht der Schöpfung einzufangen.
Scott Pelley: Es gibt 18 dieser sechseckigen Spiegel. Aber wenn Sie sie ausklappen, funktionieren sie alle zusammen wie ein Spiegel?
Amy Lo: Das stimmt. Alle 18 Bilder ergeben ein sehr schönes, solides Bild.
Dieses Bild wäre für das menschliche Auge unsichtbar. Wie eine Nachtsichtkamera ist Webb darauf ausgelegt, Wärme – Infrarotlicht – zu sehen, denn das ist die einzige Signatur, die von den Sternen am Rande der Zeit übrig geblieben ist. Selbst dieses Leuchten ist so schwach, dass die Spiegel stundenlang zusammenkneifen müssen, um ein Bild zu belichten.
Scott Pelley: Wie viel Selbstvertrauen haben Sie?
Amy Lo: Du weißt, mein Job ist es, sich Sorgen zu machen. Ich persönlich bin überzeugt, dass wir an alles gedacht haben.
An alles zu denken hat mehr als 25 Jahre und 10 Milliarden Dollar gedauert. Ingenieurin Amy Lo erklärte die Herausforderung.
Amy Lo: Meiner Meinung nach bestand die größte technische Herausforderung darin, eine Sonnenblende zu bauen, die die Optik, die Spiegel und das Instrument von Webb abschirmen kann. Wie baut man etwas Großes, aber Leichtes?
Der Sonnenschutz hält Webb kalt und dunkel. Jede Infrarotwärme von Sonne oder Erde würde das Teleskop blenden. Die fünf Schichten bestehen aus hauchdünnen Blättern, ähnlich wie Mylar-Geburtstagsballons.
Amy Lo: Die der Sonne zugewandte Schicht ist Schicht eins, und Schicht eins erreicht etwa 230 Grad Fahrenheit. Also, ein ziemlich warmer Ofen, wenn du ein Baiser kochen willst oder so.
Scott Pelley: Und auf der Teleskopseite?
Amy Lo: Auf der Teleskopseite werden es minus 370 Grad Fahrenheit.
Scott Pelley: Es gibt ungefähr 600 Grad Unterschied zwischen einer Seite des Hitzeschildes und der anderen.
Amy Lo: Ja, es ist erstaunlich, dass dies nur mit diesen Schichten möglich ist.
Die Technik ist erstaunlich, aber die Wissenschaft kann das Universum enthüllen. Seit seinem Beginn, dem Urknall, ist der Zeitpfeil fast 14 Milliarden Jahre geflogen. Webb kann bis zu den ersten 100 Millionen zurückblicken – dem Babyuniversum. Amber Straughn ist Astrophysikerin an dem Projekt.
Amber Straughn: Teleskope sind wirklich Zeitmaschinen, sie erlauben uns buchstäblich in die Vergangenheit zu blicken. Und der Grund dafür liegt einfach in der Art der Lichtausbreitung. Das Licht der Sonne braucht etwa acht Minuten, um auf die Erde zu gelangen. Wir sehen die Sonne also so, wie sie vor acht Minuten aussah. Und Sie können darüber nachdenken, weiter in das Universum hinauszugehen.
Scott Pelley: Wenn wir also unter die Sterne gehen und über uns schauen, sehen wir die Sterne nicht so, wie sie es heute sind. Wir sehen sie, wie sie vielleicht vor Millionen von Jahren waren.
Amber Straughn: Auf jeden Fall.
Scott Pelley: Weil es so lange dauerte, bis das Licht die Erde erreichte.
Amber Straughn: Ja, sicher.
Scott Pelley: Wie viel wissen wir über das Universum?
Amber Straughn: Alles, was wir wissen, alles, was wir sehen können, ich und Sie, alles auf dem Planeten, all die Hunderte von Milliarden anderer Galaxien, all das macht nur etwa 5% des Universums aus. Der Rest, die anderen 95%, wissen wir nicht, was es ist.
Diese 95% – das Unbekannte – ist überall um uns herum wie ein Gespenst. Fast der gesamte Kosmos besteht aus dem, was Physiker in ihrer Verzweiflung als dunkle Materie und dunkle Energie bezeichnen. Noch nie gesehen, folgern Wissenschaftler, dass sie existieren müssen, weil sie die beste Erklärung dafür sind, wie Galaxien entstehen und sich bewegen.
Amber Straughn: Wir wissen also, dass Dunkle Materie eine Art Gerüst des Universums ist. Es ist die – die Struktur, auf der Galaxien sitzen. Und wenn es keine Dunkle Materie gäbe, gäbe es keine Galaxien und es gäbe uns nicht.
Scott Pelley: Was könnte das Webb-Teleskop über dunkle Materie verraten?
Amber Straughn: Es ist, als hätten wir diese 14 Milliarden Jahre alte Geschichte des Universums, aber wir verpassen dieses erste Kapitel. Und Webb wurde speziell entwickelt, um es uns zu ermöglichen, die allerersten Galaxien zu sehen, die sich nach dem Urknall bildeten. Nun werden Galaxien geboren und dann entwickeln sie sich, sie verändern sich im Laufe der Zeit, und auf diese Weise müssen sich Galaxien entscheidend auf die Dunkle Materie verlassen. Und Webb wird uns erlauben, diesen Prozess der Galaxienentwicklung viel detaillierter zu beobachten.
Das Versprechen der Entdeckung schützte Webb auf einer bereits tückischen Reise. Es sollte vor 7 Jahren auf den Markt kommen, aber bei einer so ehrgeizigen Maschine kommt es zu Verzögerungen. Aufgrund von Kostenüberschreitungen wurde Webb 2011 vom House Appropriations Committee abgesagt, aber im Senat gerettet. Sein Namensgeber ist James Webb, Chef der NASA in den 1960er Jahren, der der Wissenschaft höchste Priorität einräumte.
Scott Pelley: Was steht auf dem Spiel, was steht auf dieser Rakete mit Webb?
Bill Ochs: Wenn Sie darüber sprechen, was auf dem Spiel steht, ist es wirklich der Ruf der NASA, eine Mission zu übernehmen, die so herausfordernd wie Webb ist und erfolgreich zu sein.
Bill Ochs und Greg Robinson leiten das Programm. Ochs war Ingenieur bei Hubble. Robinson hat die Qualität und Leistung der NASA überwacht.
Greg Robinson: Wenn Sie mutig sein und die Art von Wissenschaft erhalten wollen, die wir suchen, müssen Sie die Investition tätigen. Und es wird zwei große Fragen für die Astrophysik beantworten, woher kommen wir und sind wir allein? Und wir freuen uns auf diese Ergebnisse.
Scott Pelley: Wird Webb funktionieren?
Greg Robinson: Ja, es wird funktionieren. Ich habe ein sehr hohes Vertrauen.
Bill Ochs: Ich bin 100% zuversichtlich.
Scott Pelley: Warum 100% zuversichtlich?
Bill Ochs: Denn wenn ich mir die Tests anschaue, die wir im Laufe der Jahre durchgeführt haben, und die Art der Technik, die darin steckte, baut man ein Gefühl der Zuversicht auf, dass man weiß, dass dies funktionieren wird.
Scott Pelley: Worüber machen Sie sich am meisten Sorgen?
Bill Ochs: Das Aufklappen des gesamten Teleskops ist Ihre Sorge.
Das Observatorium musste zu einer gerade einmal 5 Meter breiten Ariane-5-Rakete gefaltet werden, heute ist es fest wie eine Rosenknospe gewickelt. Im Flug müssen über 40 Systeme in Perfektion erblühen. Einschließlich des noch nie dagewesenen Sonnenschutzes von Amy Los.
Scott Pelley: Alle fünf Lagen werden gefaltet und mit Stecknadeln festgehalten. Wie viele Pins gibt es?
Amy Lo: Es gibt 107 dieser Membranfreigabevorrichtungen und Stifte, die alle fünf Schichten halten, die an dieser Struktur befestigt sind, die hier UPS genannt wird. Alles zusammen 107.
Scott Pelley: Und wie viele davon können fehlschlagen, während Sie sich entwickeln?
Amy Lo: Keine.
Scott Pelley: Keine?
Amy Lo: Keine.
Scott Pelley: Nicht einer?
Amy Lo: Nicht eine.
Scott Pelley: Es gibt buchstäblich keinen Raum für Fehler.
Amy Lo: Wir testen und analysieren viel, um sicherzustellen, dass jedes einzelne davon im Orbit freigesetzt wird.
10 Milliarden Dollar reiten auf diesen Pins. Das Hubble-Teleskop in 340 Meilen Höhe konnte mit einem Schraubenschlüssel erreicht werden. Webb mit einer Million Meilen ist nicht mehr zu reparieren. Bill Ochs hat uns erzählt, dass es einen Notfallplan gibt, wenn etwas steckenbleibt.
Bill Ochs: Wir haben Algorithmen entwickelt, wir nennen es im Wesentlichen das Shimmy, wir schütteln das Teleskop ein wenig und können es hin und her schaukeln. Wenn das nicht funktioniert, haben wir einen anderen, den wir den Wirbel nennen, der das Teleskop entweder im oder gegen den Uhrzeigersinn drehen kann, um die Dinge zu lösen.
Scott Pelley: Sie werden also tun, was ich mit Geräten mache, wenn sie nicht funktionieren, Sie werden es schütteln.
Bill Ochs: Ja, ja, mach das gleiche, ja.
Wenn 107 Stifte freigegeben werden, die Spiegel synchronisiert werden und 10.000 Dinge richtig laufen, wird Webb nur durch etwa 10 Jahre Treibstoff für das Schwenken und Ausrichten begrenzt. Kanada steuerte das Zielsystem bei, das Webb zu weit und nah zu Wundern führen wird. Mehr als tausend Astronomen auf der ganzen Welt konkurrieren um die Teleskopzeit. Heidi Hammel wurden 100 Stunden gewährt.
Heidi Hammel: Ich habe so viele Fragen. Mein besonderer Fokus liegt auf Objekten in unserem Sonnensystem.
Hammel hat uns gesagt, dass Licht voller Informationen ist. Webb kann die Chemie eines Ortes definieren, indem er seine Lichtwellenlängen analysiert.
Heidi Hammel: Wie hoch ist der atmosphärische Wassergehalt des Mars und wie verändert er sich mit der Zeit?
Was treibt die Chemie in der oberen Atmosphäre von Neptun an? Können wir sehen, ob Wasser aus den Monden von Jupiter oder Saturn kommt? Es gibt einfach unendlich viele Fragen, die ich beantworten möchte.
Die Astrophysikerin Natalie Batalha hat auch Zeit für Webb. Sie wird Planeten jenseits unseres Sonnensystems betrachten.
Natalie Batalha: Im Durchschnitt hat jeder Stern in der Galaxie mindestens einen Planeten. Das bedeutet, dass es in der Galaxie mehr Planeten als Sterne gibt. Hunderte Milliarden Planeten.
Und bei so vielen Planeten ist sich Batalha sicher, dass Webb einige mit der Chemie und den Lebensbedingungen finden könnte.
Natalie Batalha: Es gibt zufällig ein Planetensystem, der Stern hat sieben Planeten, die ihn umkreisen. Und der Stern ist nur etwa 40 Lichtjahre entfernt, also ein großartiges Ziel zum Studieren. Und es hat drei erdgroße Planeten, die in einer Umlaufbahn sind, die ich die Goldlöckchen-Zone nennen würde, in der möglicherweise Leben existieren könnte.
Scott Pelley: Nicht zu heiß, nicht zu kalt.
Natalie Batalha: Das ist die Idee. Ja. Dies ist also auch eines der allerersten Ziele, die wir mit Webb beobachten werden. Und was wir sehen werden ist, ist Kohlendioxid in der Atmosphäre? Was sind die Treibhausgase? Gibt es Kohlendioxid in Kombination mit Methan, denn das hat die Erde. Wenn wir uns also diese chemischen Bestandteile ansehen, können wir möglicherweise herausfinden, ob es sich nicht nur um einen Planeten in der sogenannten “bewohnbaren Zone” handelt, sondern ob es sich um eine wirklich bewohnbare Umgebung handelt.
Scott Pelley: Und jemand könnte fragen: “Warum ist das wichtig?”
Natalie Batalha: Der Endpunkt ist, unserer kosmischen Einsamkeit ein Ende zu setzen. Wir wollen wissen, ob es da draußen Leben gibt.
Scott Pelley: Ist Webb aus Forschersicht evolutionär oder revolutionär?
Natalie Batalha: Jedes Mal, wenn Sie eine neue Technologie in den Weltraum bringen oder das Universum mit anderen Augen betrachten, lernen Sie etwas Revolutionäres. Etwas, das Sie nicht einmal vorhersehen konnten. Ich weiß nicht, was das für Überraschungen sein werden, aber die Technologie ist revolutionär. Und es wird gewaltige Überraschungen geben, die uns in Erstaunen versetzen werden.
Webb befindet sich an Bord einer Rakete der europäischen Weltraumorganisation vor der Tür. Einige, darunter Amy Lo, halten möglicherweise den Atem an, während sie sich auf der monatelangen Reise zu ihrer Station um die Sonne entfaltet. Die ersten Bilder, in etwa sechs Monaten, werden von unsichtbarem Infrarot in Bilder umgewandelt, die für Schlagzeilen geeignet sind. Die Chancen stehen gut, dass wir das, was wir sehen, nicht verstehen werden – die eigentliche Definition von Wunder.
Produziert von Aaron Weisz. Assoziierter Produzent Ian Flickinger. CBS News Space Analyst William Harwood. Broadcast-Mitarbeiterin Michelle Karim. Herausgegeben von Michael Mongulla.
Scott Pelley