Das „James Webb“-Weltraumteleskop blickt immer wieder tief hinein ins Universum. Das kommt einem Blick in die Vergangenheit gleich. Warum JWST eine „Zeitmaschine“ ist.

Baltimore – Seit dem Jahr 2022 versorgt das „James Webb“-Weltraumteleskop (JWST) Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit Daten für ihre Forschungen, außerdem werden regelmäßig atemberaubende Aufnahmen aus dem Universum veröffentlicht. Immer wieder ist auch davon die Rede, das „James Webb“-Weltraumteleskop könne „in die Vergangenheit schauen“ oder sei gar eine „Zeitmaschine“, die fast bis zum Urknall zurückschauen könne.

Auch die US-Raumfahrtorganisation Nasa schreibt auf ihrer Website zum „James Webb“-Teleskop: „Teleskope können Zeitmaschinen sein. Ins Weltall zu schauen, ist wie in die Vergangenheit zu schauen.“ Doch wie ist das möglich? Tatsächlich benötigt man kein 10 Milliarden US-Dollar teures Teleskop, das sich 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt im Weltall befindet, um in die Vergangenheit zu sehen. Das kann jedes menschliche Auge. Die Nasa erklärt: „Es klingt magisch, doch es ist eigentlich ganz einfach: Licht benötigt Zeit, um große Distanzen im Weltraum zurückzulegen und uns zu erreichen.“

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Nichts ist schneller als Licht – Jedes Auge blickt in die Vergangenheit des Universums

Glücklicherweise ist Licht sehr schnell unterwegs – genau genommen gibt es nichts, das sich schneller bewegt als Licht. Im Vakuum ist Licht mit einer Geschwindigkeit von 299.792.458 Metern pro Sekunde (etwa 1,08 Mrd. km/h) unterwegs – Lichtgeschwindigkeit. Weil sie so schnell ist, bemerkt man im Alltag nicht, dass Licht sich bewegt. Schaltet man eine Lampe an, ist das Licht sofort da – es bewegt sich so schnell von der Lampe zum menschlichen Auge, dass man das gar nicht wahrnimmt. Trotzdem schaut man eigentlich in die Vergangenheit: Man sieht das Licht, wie es vor dem Bruchteil einer Sekunde ausgesehen hat.

Etwas deutlicher wird es, wenn man den Mond oder die Sonne als Beispiel nimmt. Zwischen dem Erdtrabanten und unserem Planeten liegen etwa 390.000 Kilometer – das Licht des Mondes benötigt etwa 1,3 Sekunden, um diese Entfernung zurückzulegen. Schaut man sich den Vollmond am Himmel an, sieht man ihn also so, wie er 1,3 Sekunden zuvor ausgesehen hat. Die Sonne ist etwa 150 Millionen Kilometer von der Erde entfernt – das Licht benötigt für diese Distanz ganze acht Minuten und 20 Sekunden. Blickt man zur Sonne (das sollte man aus Sicherheitsgründen nur mit einem geeigneten Schutz für die Augen tun), schaut man also etwas mehr als acht Minuten in die Vergangenheit.

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Licht benötigt Zeit, bis es aus großen Entfernungen auf der Erde ankommt

Was für den Mond und die Sonne gilt, gilt auch für alle anderen Himmelskörper in unserem Universum: Ihr Licht benötigt Zeit, bis es auf der Erde ankommt. Der erdnächste Stern Proxima Centauri ist 4,246 Lichtjahre entfernt – wir sehen ihn also, wie er vor etwas mehr als vier Jahren aussah. Ob es ihn heute noch gibt? Das kann man erst in vier Jahren sagen, wenn das Licht, das er heute ausstrahlt, auf der Erde angekommen ist – oder eben nicht.

Diese Überraschungen verbergen sich in den Bildern des „James Webb“-Teleskops

Das erste Bild des „James Webb“-Teleskops, das vorgestellt wurde: Ein sogenanntes Deep Field, auf dem hunderte oder gar tausende Galaxien zu sehen sind. Dank eines Mikrolensing-Effekts (die Schwerkraft eines Galaxienhaufens im Vordergrund vergrößert Galaxien im Hintergrund) kann „Webb“ so sehr alte Galaxien ablichten. Die älteste bisher auf dem Bild entdeckte Galaxie ist 13,1 Milliarden Lichtjahre entfernt.

Das Spektrum des Exoplaneten Wasp-69b, das mithilfe von Daten des „James Webb“-Weltraumteleskops erstellt wurde, zeigt eindeutig: In der Atmosphäre des Gasplaneten gibt es Wassermoleküle, außerdem können Forschende die Anwesenheit von Wolken aus der Kurve herauslesen.

Astronominnen und Astronomen staunen über röhrenförmige Strukturen im Carinanebel (rot markiert). Was hat das „James Webb“-Teleskop hier fotografiert?

Tatsächlich liefert das „James Webb“-Weltraumteleskop nicht nur wunderschöne Bilder aus den Tiefen des Weltraums, sondern für die Forschung auch zahlreiche Daten. Im Fall des „Deep Field“-Bildes wurden etwa bereits die ersten Galaxien ausgewertet. Das Spektrum zeigt, welche Elemente „Webb“ in einer 13,1 Milliarden Jahre alten Galaxie gefunden hat.

Auch das supermassereiche schwarze Loch, das sich in einer der Galaxien von Stephan‘s Quintett versteckt, hat „Webb“ genauer untersucht. Die Grafik zeigt die Zusammensetzung des Gases rund um das schwarze Loch.

Mithilfe von „Webb“ können die Forschenden einige der ältesten jemals beobachteten Galaxien analysieren.

Je weiter ein Himmelskörper von der Erde entfernt ist, desto weiter in die Vergangenheit schaut man. Die nächste Nachbargalaxie der Erde, die Andromeda-Galaxie, ist etwa zweieinhalb Millionen Lichtjahre entfernt. Der Virgo-Galaxienhaufen, eine Sammlung von Galaxien in unserer kosmischen Nachbarschaft, ist etwa 60 Millionen Lichtjahre von der Milchstraße entfernt.

Das Licht, das wir heute von diesen Galaxien sehen können, wurde ausgestrahlt, als das Zeitalter der Dinosaurier auf der Erde zu Ende ging. Kehrt man die Perspektive um, ergibt sich folgender interessanter Ansatz: Gibt es im Virgo-Galaxienhaufen Leben, das mit einem Teleskop zur Erde schaut, dann blickt es auf einen Planeten, der von Dinosauriern und anderen prähistorischen Reptilien bevölkert ist – Menschen gibt es noch keine.

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„James Webb“-Teleskop als „Zeitmaschine“ im Universum

Doch zurück zum „James Webb“-Weltraumteleskop. Das große Teleskop ist dafür ausgerüstet, besonders weit in die Vergangenheit zu schauen. Das gelingt vor allem, weil das Teleskop im Infrarotbereich arbeitet. Viele Sterne und Galaxien sind für das bloße Auge oder kleinere Teleskope nicht zu sehen, weil sie einfach zu weit entfernt sind und ihr sichtbares Licht nicht mehr wahrnehmbar ist. Das „James Webb“-Teleskop arbeitet deshalb im infraroten Bereich des Spektrums. Infrarote Strahlung hat eine längere Wellenlänge als sichtbares Licht und kann deshalb auch durch dichte Regionen voller Staub hindurchdringen.

JWST gelingt es so immer wieder, weit in die Vergangenheit zu blicken und Licht zu sehen, das seit mehr als 13 Milliarden Jahren im Weltall unterwegs ist. Forscherinnen und Forscher wollen so bis zurück zu den ersten hunderten Millionen Jahren nach dem Urknall schauen. Sie sind bereits auf einem guten Weg: Das „James Webb“-Weltraumteleskop hat bereits einige der ältesten Galaxien des Universums aufgespürt – sie existierten bereits 325 bis 460 Millionen Jahre nach dem Urknall. (tab)

Rubriklistenbild: © Adriana Manrique Gutierrez/dpa