Die Spiegel von James Webb sind fast, aber nicht ganz gekühlt

Das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA steht kurz vor dem Abschluss des siebten und letzten Schritts in seinem Ausrichtungsprozess. Da sein MIRI-Instrument jetzt auf seine Betriebstemperatur abgekühlt ist, nähert sich das Teleskop seiner endgültigen, kühlen Gesamttemperatur, da auch seine Spiegel abgekühlt sind.

„Jetzt, da die Instrumente ihre Betriebstemperatur erreicht haben, werden auch die Teleskopspiegel weiter auf ihre Endtemperatur abkühlen, aber sie sind noch nicht ganz so weit“, schreibt Jonathan Gardner, stellvertretender leitender Projektwissenschaftler von Webb am Goddard Space Flight Center der NASA. „Die Hauptspiegelsegmente und der Fangspiegel bestehen aus Beryllium (mit Gold beschichtet). Bei kryogenen Temperaturen hat Beryllium eine lange thermische Zeitkonstante, was bedeutet, dass es lange zum Abkühlen oder Aufheizen braucht. Die Hauptspiegelsegmente kühlen immer noch sehr langsam ab.“

Eines der Probleme, mit denen sich Designer von Weltraummissionen befassen müssen, ist, dass die meisten Materialien beim Abkühlen ihre Form ändern. Wären die Spiegelsegmente beispielsweise aus Glas, würden sie sich bei wechselnden Temperaturen verziehen, wodurch die sorgfältige Ausrichtung des Spiegels verloren ginge. Aus diesem Grund besteht der Spiegel aus Beryllium, das eine Eigenschaft hat, die als geringe Wärmeausdehnung bezeichnet wird, was bedeutet, dass es bei Erwärmung nur sehr wenig seine Form ändert. Das bedeutet, dass selbst beim Abkühlen der Hauptspiegelsegmente die Ausrichtung des Teleskops nicht beeinträchtigt wird.

Neben den 18 Segmenten des Hauptspiegels, deren Temperatur derzeit zwischen 34,4 Kelvin und 54,5 Kelvin variiert, ist auch der Fangspiegel zu berücksichtigen. Dieser kleine, runde Spiegel sitzt am Ende eines langen Auslegerarms und hat derzeit kühlere 29,4 Kelvin, da er weiter von den Wärmequellen entfernt ist.

Die Spiegelsegmente sind jetzt mit unter 55 Kelvin kühl genug, dass sie MIRI nicht daran hindern, wissenschaftliche Messungen durchzuführen. Das Team hofft jedoch, dass sie weiter abkühlen, um 0,5 bis 2 Kelvin, was es MIRI ermöglichen würde, noch genauere Messungen vorzunehmen. Die genaue Temperatur, die sie erreichen, hängt davon ab, wie das Teleskop und seine riesige Sonnenblende auf die Sonne zeigen. Der Winkel, in dem das Teleskop relativ zur Sonne steht, hängt vom Ziel ab, auf das es blickt, und dieser Winkel ändert die Temperatur des Teleskops im Laufe der Zeit.

Wenn Webb in diesem Sommer den wissenschaftlichen Betrieb aufnimmt, wird erwartet, dass seine Durchschnittstemperatur etwas weiter sinkt, wenn die Richtung, in die er zeigt, geändert wird.