Webb: el telescopio capaz de descifrar grandes misterios

Webb: el telescopio capaz de descifrar grandes misterios

Por: Por: Gonzalo Duque-Escobar* Razón Pública. Bogotá, Enero 24 de 2022.

Museo Interactivo Samoga.

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Una empresa excepcional

Fases de lanzamiento del Telescopio Espacial James Webb JWST. Fuente, ESA.

• El Telescopio Espacial James Webb (JWST), en camino a su destino final luego de un exitoso lanzamiento, abrirá sus ojos para observar en el infrarrojo los orígenes del Universo y la composición de la atmósfera en planetas extrasolares importantes por la eventual presencia de moléculas asociadas al desarrollo de la vida.

• Esta es su historia y este es su potencial para contarnos verdades asombrosas, sobre este proyecto que nació en 1996 con el nombre Next Generation Space Telescope (NGST), pero rebautizado en 2002 James Webb en honor a un funcionario de la NASA que fue clave en el programa Apolo.

• El James Webb, que será entonces el sucesor de los telescopios espaciales Hubble y Spitzer, es la mayor empresa aeroespacial que haya sido emprendida hasta el momento, pues la ejecutan la NASA, la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Canadiense. Más todavía —y gracias al concurso de diecisiete países— cientos de científicos e ingenieros del mundo han trabajado en este proyecto.

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Dificultades que ayudan

Muchas cosas pueden salir mal, pero los ingenieros confían en que tienen todo cubierto. In Bbc.com/.

A lo largo del desarrollo del Telescopio Espacial JW, el equipo encontró dificultades mayores y superó varios retos: • en 2005 hubo demoras y rediseños; • en 2011 sobrevivió a la cancelación del Congreso de los Estados Unidos —cuando costaba tres mil millones de dólares—; • en 2016 la NASA anunció que ya estaba concluido y que entraría a su fase de pruebas; • para 2018 fue programado el primer lanzamiento desde la Guyana Francesa, pero debió retrasarse porque el parasol se dañó durante un simulacro, y • en 2020 el lanzamiento se pospuso por otros dos años y motivos diversos, entre ellos, la pandemia.

Si bien los aplazamientos y el sobrecosto pusieron el proyecto en entredicho, estos percances resultaron sobre todo de motivos técnicos debidos a la complejidad del proyecto. Problemas estos que además permitieron incorporar mejoras y diseñar planes alternativos para el caso de fallas e imprevistos. De esa manera los percances acabaron por traducirse en beneficios, más aún cuando el número de pasos o de cosas que “pueden salir mal” sobrepasaba los trecientos. Además, el observatorio operará desde un lugar inaccesible, de manera que no podrá ser reparado ni realimentado de combustible. Aquí importa recordar que el Hubble —el telescopio espacial más importante hasta el momento— había sido reparado gracias a su ubicación accesible. Este hecho permitió superar sus expectativas de vida útil, pues todavía puede funcionar hasta el 2040.

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El mejor equipado de la historia

El processo de desdoblamento y montage del JWET durante su viaje al punto lagrangiano L2, exige el funcionamento preciso de 178 mecanismos de acionamento. Imagen de NASA

• El JWST tuvo un costo veinte veces superior al estimado, pues pasó de quinientos a nueve mil setecientos millones de dólares.

• Pero no sin razón, porque el Webb supera en todo al Hubble que, desde 1990, ha estudiado al universo con su telescopio reflector de 2,4 metros —diseñado para obtener imágenes en el espectro visible y ultravioleta—, y con una resolución óptica mayor de 0,04 segundos de arco.

• El nuevo observatorio funcionará en el espectro infrarrojo — indicativo del calor que emiten los cuerpos y que no capta el Hubble—, y está dotado de un telescopio de 6,5 metros de abertura, con el cual tendrá un alcance cien veces mayor.

• El JWST es un reflector de berilio recubierto de oro con una abertura en el centro, lo cual brinda un área de recolección efectiva cinco veces mayor que el Hubble. Además, tiene una masa de aproximadamente 6 500 kg, y su tamaño es 7,3 veces mayor que el del Hubble.

• Así mismo, el JWST sobrepasará de lejos al telescopio infrarrojo Spitzer —precedido por los telescopios IRAS e ISO—, el cual está equipado con un telescopio reflector de apenas 85 centímetros, diseñado para obtener espectros de gran resolución en este tipo de luz, y con un costo de 670 millones de dólares.

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El Ariane 5 en Kourou, el puerto espacial más importante de Europa, administrado conjuntamente por la ESA, el CNES de Francia y la empresa Arianespace.

El JWET, que es tan grande como una cancha de tenis, debió plegar su escudo y espejo para ser transportados en un cohete Ariane 5. El 25 de diciembre fue su lanzamiento y cada fase hasta ahora ha sido exitosa: • media hora después del despegue, y a 1.380 kilómetros sobre la atmósfera, extendió su panel solar; • a las dos horas desplegó la plataforma de la antena; • a las doce horas activó sus propulsores para la primera corrección de rumbo; • a lo largo del camino desplegó gradualmente su escudo y espejo; • dos semanas después comenzó el proceso de ajuste de los 18 espejos según lo previsto, y • cumplido un mes de lanzado llegará a su destino final: a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, es decir, 3,9 veces más lejos que la Luna.

Como referente, el Ariane 5 es un cohete de un solo uso, que comenzó a diseñarse en 1984 por encargo de la Agencia Espacial Europea, para colocar satélites en órbita geoestacionaria y para enviar cargas a órbitas bajas.

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Etapas en la evolución del Universo a partir del Big Bang. Fuente: Wikipedia.org.

Además del gran telescopio infrarrojo James Webb de 6,5 m de abertura, el nuevo observatorio contará con un módulo de energía eléctrica, recursos informáticos, refrigeración y estabilidad estructural, además de una cámara guía y cuatro instrumentos científicos: • la cámara infrarroja con cobertura espectral desde el visible hasta el infrarrojo cercano; • el espectroscopio para funciones en el mismo rango de longitud de onda; • una cámara de infrarrojo medio y un espectrómetro de imágenes para el infrarrojo medio, y • el estabilizador de la línea de visión del observatorio responsable de conducir el espejo de dirección para estabilizar la imagen.

Lo anterior, más el enorme espejo reflector, hará posible que el gran James Webb rinda sus frutos e interprete los objetos capturados en el infrarrojo, sobre la base de dos leyes científicas: 1.

La luz de un cuerpo lejano, después de un largo viaje, demora tiempo en llegar al ojo de un observador. Por esta razón apenas vemos los cuerpos celestes del espacio profundo como ellos eran en un pasado remoto.

2.

La técnica de la espectrometría permite identificar la composición química de los cuerpos que observan estos telescopios.

El espectrógrafo es el segundo instrumento en importancia para la astronómica óptica.

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Una misión esperanzadora

Los cinco puntos de Lagrange para el sistema Tierra-Sol-Luna, en Wikipedia.org.

• El JWST ocupará su lugar casi un mes después de lanzado. Se establecerá en una “órbita de halo”, en torno al segundo de los cinco puntos de Lagrange, donde actualmente orbita el Observatorio Espacial Herschel. Esta órbita consiste en una trayectoria periódica tridimensional —cuyo centro es un “punto lagrangiano” de la órbita de nuestro planeta-.

•Esta clase de lugares, también conocidos como puntos de libración, son puntos donde un objeto de poca masa equilibra la atracción gravitatoria combinada del Sol, de la Tierra y de la Luna.

•Así, el JWET quedará en rotación sincrónica ubicado en oposición al Sol, o sobre el lado oscuro de la Tierra. Desde allí requerirá ajustes orbitales telemétricos durante unos veinte años, cuantía que duplica la vida útil esperada gracias a los ahorros de energía que se han logrado hasta ahora.

•A través de sus 18 espejos —que ahora se están alineando para llegar a 6.5 metros de abertura—, y de cuatro instrumentos que complementan el gran telescopio espacial, llegará sorprendente información cuyos resultados empezarán a ser consolidados después de medio año.

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Posición del telescopio espacial James Webb respecto al sistema Tierra-Luna, In Nasa.gov

•Entonces, este observatorio —que en un mes se ubicará a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra— tiene la misión de detectar en el infrarrojo las primeras galaxias del universo en el alba del Big Bang, y la atmósfera de cientos de exoplanetas entre los miles que se han detectado hasta hoy en día.

• También deberá alcanzar su temperatura de funcionamiento con el espejo frío primario de berilio a menos 230°C. Para eso sirve su escudo de cinco capas protectoras, el cual se abrirá como parasol y bajará la temperatura en el espejo.

•Al mismo tiempo, el parasol protegerá de la radiación infrarroja del Sol, la Tierra y la Luna. De esta forma evitará el “ruido luminotérmico” y eliminará interferencias para captar y amplificar las insignificantes señales del espacio profundo. Para cualquier otro observatorio terrestre o espacial, estas señales están asociadas con la materia cósmica de lugares oscuros.

•Así mismo, en el ambiente gélido, las deformaciones por contracciones térmicas del espejo están previstas para que la óptica funcione correctamente sin alterar las imágenes.

•Sin duda, este observatorio espacial será un hito en la investigación espacial, pues es el más sensible, mejor equipado y dotado de la historia.

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Gracias *Por: Gonzalo Duque-Escobar; Director del Observatorio Astronómico de Manizales OAM. Fuente: Semanario Razón Pública. Bogotá, Enero 24 de 2022.

Portada: El telescopio espacial James Webb. Figura artística de la NASA. En Esa.int Contraportada: Alcances ópticos de los telescopios de tierra, Hubble y James Webb.

Museo Interactivo Samoga.

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