El Telescopio Espacial James Webb.
El futuro de la observación espacial, el Telescopio Espacial James Webb.
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| Características del Webb. |
Un centenar de científicos, de cuatro continentes, se han reunido en ESAC para celebrar el primero de tres trabajos de campo dedicados al Telescopio Espacial James Webb (JWST), la misión que debe suceder al Hubble en su estudio del Universo. Aunque JWST operará en un rango de longitudes de onda diferente, y se situará en un entorno muy distinto, desde que el observatorio se puso en marcha ha sido definido como el heredero del Hubble.
Sin embargo, va a llevar un paso más allá las investigaciones desarrolladas por el veterano observatorio espacial. Luis Colina, investigador científico del CSIC y del instrumento MIRI, y Santiago Arribas, profesor de investigación del CSIC y científico del equipo del espectrógrafo NIRSpec, explican que el nivel de ruido, en forma de radiación térmica de JWST es sensiblemente inferior al que recibe el Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA habitualmente en su órbita alrededor de la Tierra. “En términos de sensibilidad, James Webb tiene órdenes de magnitud por encima de HST”, en palabras de Santiago Arribas, que destaca que la ubicación del instrumento, en el punto de Lagrange L2, garantiza un entorno muy estable, que permite obtener medidas muy precisas.
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| Órbita del Webb. Crédito: ESA. |
Así es el telescopio James Webb.
El telescopio espacial James Webb es un proyecto conjunto de la NASA (la agencia espacial estado unidenese), CSA (la agencia espacial canadiense) y la ESA (la agencia espacial europea) que aporta el segmento de lanzamiento (un Ariane 5), los instrumentos MIRI (al 50% con la NASA) y NIRSpec y quince personas que trabajarán en el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI), en Baltimore. Una de esas personas, Macarena García, es científica del instrumento MIRI y señala que, actualmente, “en NASA Goddard se han integrado ya el espejo y la estructura de los instrumentos”, y que en la primavera del año que viene, todo ese conjunto se someterá a pruebas en cámaras de vacío. El lanzamiento del JSWT, desde Kourou (Guayana Francesa), está programado para 2018.
Una vez en órbita, será el telescopio astronómico más grande lanzado al espacio, con un espejo primario de 6,5 metros de diámetro y unas dimensiones de su escudo térmico, una vez desplegado, similares a las de una cancha de tenis. El espejo está formado por 18 segmentos, imagen de la derecha, y el escudo térmico que debe proteger el telescopio de la radiación solar, está compuesto por cinco membranas de Kapton, un polímero del que se ha desarrollado una versión avanzada especial para JWST y que es especialista en diseminar la temperatura hacia el exterior. Entre la capa más externa, y más próxima al Sol, y la más interna, y cercana al espejo primario, habrá un salto de 84º a -230º C, que es la temperatura necesaria para que los instrumentos de infrarrojo puedan operar.
Imagen de la izquierda:
En esta rara visión, los 18 espejos del telescopio espacial James Webb se ven completamente instalados en la estructura del telescopio espacial James Webb en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland.
Créditos: NASA/Chris Gunn
¿Por qué James Webb observará en infrarrojo cercano y medio? Se trata de un rango de longitudes de onda en las que el Hubble no podía observar por el entorno de radiación de su órbita, es decir, donde acaba el Hubble empieza el Webb. De esa manera, podrá estudiar la formación de las galaxias, atravesar el polvo de las nubes de formación estelar para observar los procesos que tienen lugar en su interior y hasta estudiar nuevos planetas extrapolares. Santiago Arribas explica que “James Webb está optimizado en el rango de longitudes de onda de las moléculas de agua”, lo que le permitirá detectar las líneas espectrales emitidas por ese elemento tanto en exoplanetas como en objetos de nuestro Sistema Solar.
¿Qué aporta la ESA?
El telescopio espacial James Webb es una misión de cooperación internacional y, en ese aspecto, la contribución de la ESA a su aspecto científico es destacable. Aporta un instrumento de financiación europea, NIRSpec, un espectrógrafo muy flexible, formado por muchos microshuttles ¿? que pueden abrirse y cerrarse individualmente. De ese modo, permitirá tanto la observación de más de un centenar de objetos a la vez, como estudios muy detallados de un único objeto, obteniendo muchos espectros suyos al mismo tiempo.
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| El telescopio espacial james Webb. Crédito: ESA (C. Carreau). |
El otro instrumento científico en el que ha contribuido la ESA es MIRI, un detector de infrarrojo medio que dispone de cuatro modos de observación. Entre ellos, tiene un coronógrafo que facilita la detección de planetas extrasolares muy cercanos a su estrella, y la caracterización de exoplanetas ya conocidos anteriormente. Además, MIRI permitirá observar los discos protoplanetarios, los discos de material alrededor de las estrellas jóvenes, antes de que empiecen a formarse en ellos los planetas.
Los telescopios espaciales James Webb y Hubble coincidirán en operación durante unos años, antes del previsible fin de misión del segundo en 2021, aproximadamente. Después, JWST asumirá el estudio de los primeros momentos de vida del Universo, cuando tenía una edad del 10% de la actual, y se espera que ofrezca respuestas a preguntas que los científicos ni siquiera se han planteado todavía.
Resumiendo sobre el JWST.
El Telescopio Espacial James Webb (a veces llamado JWST o Webb) será un gran telescopio infrarrojo con un espejo primario de 6,5 metros. El telescopio será lanzado en un cohete Ariane 5 de la Guayana Francesa en octubre de 2018. El JWST será el primer observatorio de la próxima década, sirviendo a miles de astrónomos en todo el mundo. Estudiará todas las fases de la historia de nuestro Universo, desde los primeros resplandores luminosos después del Big Bang hasta la formación de sistemas solares capaces de soportar la vida en planetas como la Tierra, hasta la evolución de nuestro propio Sistema Solar.
- Fecha propuesta de lanzamiento: JWST se lanzará en octubre de 2018.
- Vehículo de lanzamiento: Ariane 5 ECA
- Duración de la Misión 5 - 10 años
- Masa de carga total: Aproximadamente 6200 kg, incluyendo observatorio, consumibles en órbita y adaptador de vehículo de lanzamiento.
- Diámetro del espejo primario: ~ 6.5 m (21.3 pies)
- Apertura transparente del espejo primario: 25 m2
- Material del espejo primario: berilio recubierto de oro
- Masa del espejo primario: 705 kg
- Masa de un solo segmento de espejo primario: 20,1 kg para un solo espejo de berilio, 39,48 kg para un conjunto de segmento de espejo primario completo (PMSA).
- Longitud focal: 131,4 metros
- Número de segmentos del espejo primario: 18
- Resolución óptica: ~ 0.1 arco-segundos
- Cobertura de la longitud de onda: 0.6 - 28.5 micrones
- Tamaño del protector solar: 21.197 m x 14.162 m (69.5 pies x 46.5 pies)
- Órbita: 1,5 millones de km de la Tierra orbitando el punto L2
- Temperatura de funcionamiento: menos de 50 º K (-370 ° F)
- Recubrimiento de oro: Espesor del revestimiento de oro = 100 x 10-9 metros (1000 angstroms). Superficie = 25 m2. Utilizando estos números más la densidad de oro a temperatura ambiente (19,3 g / cm3), el recubrimiento se calcula para utilizar 48,25 g de oro, aproximadamente igual a una pelota de golf. (Una pelota de golf tiene una masa de 45.9 gramos.)
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| Ariane 5. Crédito de imagen: ESA |
JWST era antes conocido como el "Telescopio Espacial de Próxima Generación" (NGST); Fue renombrada en Sept. 2002 en honor a un administrador anterior de la NASA, James Webb. JWST es una colaboración internacional entre la NASA, la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Canadiense (CSA). El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA está administrando el esfuerzo de desarrollo.
El socio industrial principal es Northrop Grumman; El Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial operará JWST después del lanzamiento. Varias tecnologías innovadoras han sido desarrolladas para JWST. Éstos incluyen un espejo primario hecho de 18 segmentos separados que se despliegan y ajustan a la forma después del lanzamiento. Los espejos están hechos de berilio ultra ligero. La característica más grande de JWST es un parasol de cinco capas de tamaño de pista de tenis que atenúa el calor del Sol más de un millón de veces. Los cuatro instrumentos del telescopio - cámaras y espectrómetros - tienen detectores que son capaces de grabar señales extremadamente débiles. Un instrumento (NIRSpec) tiene micro-cámaras programables, que permiten observar hasta 100 objetos simultáneamente. JWST también tiene un cryocooler para enfriar los detectores de infrarrojo medio de otro instrumento (MIRI) a un 7 K muy frío para que puedan trabajar.
Créditos y copyright:
ESA.
ESA.
Inspeccionando el espejo primario del JWST.
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| Espejo primario del Webb. |
Antes de salir al espacio, las naves espaciales se someten a rigurosos ensayos para confirmar que podrán soportar las vibraciones y sonidos de gran violencia que se producen durante el lanzamiento.
En el caso del potente telescopio espacial James Webb (JWST), de 6,5 metros de diámetro, se efectúan mediciones antes y después del lanzamiento simulado, algo crucial para confirmar que sus sistemas ópticos no se verán afectados negativamente durante el lanzamiento real.
En un reciente ensayo ‘prelanzamiento’, los ingenieros llevaron a cabo una comprobación del centro de curvatura del espejo principal, tomando medidas muy precisas de su forma.
Así, para determinar con todo detalle la forma y la posición de los distintos segmentos del espejo, observaron cómo la luz se reflejaba en ellos. A continuación, compararon los datos obtenidos con una referencia que representaría las características ideales del espejo. Esta técnica permite identificar cualquier diferencia con una precisión asombrosa, lo que garantizara la perfecta alineación de los espejos. Una vez que el telescopio ha experimentado las condiciones de lanzamiento simuladas, el ensayo se repetirá para confirmar que los sistemas ópticos serán capaces de soportar los rigores del lanzamiento.
El telescopio espacial James Webb es un proyecto conjunto de la NASA, la ESA y la agencia espacial canadiense CSA, y está previsto que sea lanzado a bordo de un cohete Ariane 5 desde el Puerto Espacial Europeo de Kourou, Guayana Francesa, en octubre de 2018.
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| Espejo principal del telescopio James Webb en pruebas. |
Los distintos objetivos de este observatorio incluyen detectar las primeras galaxias del Universo y seguir su evolución a través del tiempo cósmico, presenciar el nacimiento de nuevas estrellas y sus sistemas planetarios, y estudiar los planetas de nuestro Sistema Solar y alrededor de otras estrellas.
El ensayo ha sido realizado por un equipo del Centro Goddard de la NASA, la empresa Ball Aerospace de Boulder, Colorado, y el Instituto de Ciencia sobre Telescopios Espaciales (STScI) en Baltimore, Maryland. Este pie de imagen se ha redactado a partir de la noticia de la NASA correspondiente, publicada el 2 de noviembre.
Créditos:
