Technologiemetalle für den Blick in den kosmischen Kreißsaal

6. Januar 2022 | Technologien

Das James Webb Teleskop soll tiefere Einblicke in die Entstehungsgeschichte des Weltraums liefern. Nach zahlreichen Verzögerungen ist das Hightechgerät an Weihnachten zu seiner Mission aufgebrochen. Technologiemetalle wie Indium und Tellur spielten bei der Konstruktion eine bedeutende Rolle.

An Bord einer Ariane 5 Rakete hat am ersten Weihnachtsfeiertag das James Webb Teleskop (JWST) seine lange Reise in die Tiefen des Weltraums angetreten. Erst Ende Januar wird das als Nachfolger des Hubble Teleskops geltende Gemeinschaftsprojekt von NASA, ESA und der kanadischen CSA seine Position erreichen und den Betrieb aufnehmen; 1,5 Millionen Kilometer entfernt von der Erde. Die Wissenschaft erhofft sich neue Einblicke in die Entstehungszeit des Weltalls, vom Urknall über die ersten Galaxien bis zur Entwicklung unseres Sonnensystems. Das erste Konzept für das neue Weltraumteleskop wurde bereits 1996 entwickelt, Bau und Start verzögerten sich allerdings immer wieder. Im Sommer 2011 wurde das Projekt beinahe Opfer von Budgetkürzungen, die der US-Kongress der NASA verordnen wollte.  Nun überwiegt aber die Euphorie über die neuen Entdeckungen, die erwartet werden.

Infrarotdetektoren blicken 13,5 Milliarden Jahre zurück

Bei dem JWST handelt es sich um ein Infrarotteleskop, mit dem auch ein Blick durch kosmische Staubwolken möglich ist, wie die NASA auf ihrer Website schreibt. Zum Einsatz kommen zwei verschiedenen Detektoren, für die unterschiedlichen Bereiche des Infrarotspektrums.

Arsendotierte Siliziumdetektoren (Si:As) decken das mittlere Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von 5-28 μm ab und wandeln es in messbare elektronische Spannungen um. Per Computer können die Infrarotdaten in sichtbare Bilder umgewandelt werden, die denen des legendären Vorgängers in nichts nachstehen sollen. Der nahe Spektralbereich (0.6-5 μm) wird von Detektoren aus Quecksilber-Cadmiumtellurid (HgCdTe) beobachtet. Cadmiumtellurid, eine Legierung unter anderem aus dem Technologiemetall Tellur, kommt auch auf der Erde zum Einsatz, so etwa in Dünnschichtsolarzellen.

Die Detektoren sind in Sandwichbauweise zusammengesetzt. Die oberste Lage bildet die Absorberschicht aus Si:As bzw. HgCdTe. Sie nimmt einfallende Lichtteilchen (Photonen) auf und wandelt sie in Spannung um. Jeder Bildpunkt (Pixel) der Absorberschicht ist durch eine Schicht des Technologiemetalls Indium, das sich unter Einwirkung von Druck verformt und somit als kalte Schweißnaht fungiert, mit dem Readout integrated circuit (ROIC) verbunden. Dieser enthält elektronischen Schaltkreise und leitet die empfangenen Daten zur weiteren Verarbeitung weiter.

6,5 Tonnen Hightech

Für den Bau des neuen Teleskops unerlässlich waren zahlreiche andere Hightechmaterialien. So besteht der sechseinhalb Meter messende Hauptspiegel, der das Licht auf die Detektoren lenkt, aus dem Leichtmetall Beryllium, das mit einer Goldschicht überzogen wurde. Insgesamt wurden etwa 48 Gramm Gold verwendet, wie Wirtschaftsmagazin Forbes errechnet hat.

Zusammen wiegen die 18 Spiegelsegmente etwa 360 Kilogramm. Das Gesamtgewicht des Teleskops beträgt 6.500 Kilogramm. Mit einer Länge von fast 22 Metern und einer Breite von 12 Metern ist es in etwa so groß wie ein Tennisplatz. An dieser Größe hat vor allem der Sonnenschild Anteil, der die Detektoren unter anderem vor der Licht- und Wärmeinwirkung des Zentralgestirns abschirmen soll. Der Schild besteht aus fünf Lagen des Kunststoffs Kapton, der mit Aluminium und Silizium beschichtet ist.

Bis die ersten kosmischen Bilder die Erde erreichen, wird es noch einige Monate dauern. Erst ein halbes Jahr nach dem Start sind die optischen Geräte und wissenschaftlichen Instrumente für ihren Einsatz kalibriert. Über die aktuelle Position informiert eine eigene Website, weitere Informationen bietet außerdem ein NASA-eigener YouTube-Kanal.

Photo: iStock/dima_zel

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