Amb cada centímetre addicional d'obertura, cada segon addicional de temps d'observació i cada àtom addicional de desordre atmosfèric eliminat del camp de visió del telescopi, l'Univers es pot veure millor, més profund i més clar.
25 anys de Hubble
Quan el telescopi Hubble va començar a funcionar l'any 1990, va inaugurar una nova era en l'astronomia: l'espai. No hi va haver més baralla amb l'atmosfera, no es va preocupar més pels núvols o el parpelleig electromagnètic. Tot el que calia era desplegar el satèl·lit a l'objectiu, estabilitzar-lo i recollir fotons. En 25 anys, els telescopis espacials van començar a cobrir tot l'espectre electromagnètic, permetent per primera vegada veure l'univers a totes les longituds d'ona de la llum.
Però a mesura que el nostre coneixement ha augmentat, també ha augmentat la nostra comprensió del desconegut. Com més lluny mirem a l'univers, més profund veiem el passat: la quantitat finita de temps des del Big Bang, combinada amb la velocitat finita de la llum, proporciona un límit al que podem observar. A més, l'expansió de l'espai en si mateix funciona en contra nostre estirant la longitud d'onala llum de les estrelles mentre viatja per l'univers fins als nostres ulls. Fins i tot el telescopi espacial Hubble, que ens ofereix la imatge més profunda i impressionant de l'univers que hem descobert mai, és limitat en aquest sentit.
Inconvenients del Hubble
Hubble és un telescopi sorprenent, però té una sèrie de limitacions fonamentals:
- Només 2,4 m de diàmetre, limitant la seva resolució.
- Tot i estar cobert de materials reflectants, està constantment exposat a la llum solar directa, que l'escalfa. Això vol dir que, a causa dels efectes tèrmics, no pot observar longituds d'ona de llum superiors a 1,6 µm.
- La combinació d'obertura limitada i les longituds d'ona a les quals és sensible significa que el telescopi pot veure galàxies no superiors a 500 milions d'anys.
Aquestes galàxies són boniques, llunyanes i existien quan l'univers només tenia un 4% de la seva edat actual. Però se sap que les estrelles i les galàxies existien encara abans.
Per veure això, el telescopi ha de tenir una sensibilitat més alta. Això significa moure's a longituds d'ona més llargues i temperatures més baixes que el Hubble. Per això s'està construint el telescopi espacial James Webb.
Perspectives per a la ciència
James Webb Space Telescope (JWST) està dissenyat per superar precisament aquestes limitacions: amb un diàmetre de 6,5 m, el telescopi recull 7 vegades més llum que el Hubble. Ell obreultraespectroscòpia d' alta resolució de 600 nm a 6 µm (4 vegades la longitud d'ona que pot veure Hubble), per fer observacions a la regió de l'infraroig mitjà de l'espectre amb una sensibilitat més alta que mai. JWST utilitza un refredament passiu a la temperatura superficial de Plutó i és capaç de refredar activament els instruments d'infraroig mitjà fins a 7K.
Ell permetrà:
- observeu les galàxies més antigues que s'han format mai;
- veure a través del gas neutre i sondejar les primeres estrelles i la reionització de l'univers;
- realitzar una anàlisi espectroscòpica de les primeres estrelles (població III) formades després del Big Bang;
- obté sorpreses sorprenents com el descobriment dels primers forats negres i quàsars supermassius de l'univers.
El nivell d'investigació científica de JWST no s'assembla a res en el passat, per això es va triar el telescopi com a missió insígnia de la NASA de la dècada de 2010.
Obra mestra científica
Des del punt de vista tècnic, el nou telescopi James Webb és una autèntica obra d'art. El projecte ha recorregut un llarg camí: hi ha hagut sobrepassos pressupostaris, retards en els horaris i el perill que el projecte es cancel·li. Després de la intervenció de la nova direcció, tot va canviar. El projecte va funcionar de sobte com un rellotge, es van assignar fons, es van tenir en compte errors, fallades i problemes, i l'equip de JWST va començar a encaixar-se.tots els terminis, calendaris i marcs pressupostaris. El llançament del dispositiu està previst per a l'octubre de 2018 al coet Ariane-5. L'equip no només compleix el calendari, sinó que li queden nou mesos per atendre totes les contingències per assegurar-se que tot estigui ple i preparat per a aquesta data.
El telescopi James Webb consta de 4 parts principals.
Bloc òptic
Inclou tots els miralls, dels quals els divuit miralls segmentats primaris banyats en or són els més efectius. S'utilitzaran per recollir la llum estel·lar llunyana i centrar-la en instruments d'anàlisi. Tots aquests miralls ara estan preparats i impecables, fets a l'hora prevista. Un cop muntats, es plegaran en una estructura compacta que es llançarà a més d'1 milió de km de la Terra fins al punt de Lagrange L2, i després es desplegaran automàticament per formar una estructura de bresca que recollirà llum de gran abast durant els propers anys. Això és realment bonic i el resultat exitós dels esforços titànics de molts especialistes.
Càmera d'infrarojos propers
Webb està equipat amb quatre instruments científics complets al 100%. La càmera principal del telescopi és una càmera IR propera que va des de la llum taronja visible fins a l'infrarojo profund. Proporcionarà imatges sense precedents de les primeres estrelles, les galàxies més joves encara en procés de formació, les estrelles joves de la Via Làctia i les galàxies properes, centenars d'objectes nous al cinturó de Kuiper. Ella ésoptimitzat per a imatges directes de planetes al voltant d' altres estrelles. Aquesta serà la càmera principal utilitzada per la majoria d'observadors.
Espectrògraf infrarojo proper
Aquesta eina no només separa la llum en longituds d'ona separades, sinó que és capaç de fer-ho per a més de 100 objectes separats alhora! Aquest instrument serà un espectrògraf Webba universal capaç de funcionar en 3 modes d'espectroscòpia diferents. Va ser construït per l'Agència Espacial Europea, però molts components, inclosos detectors i una bateria de múltiples portes, van ser proporcionats pel Centre de Vol espacial. Goddard (NASA). Aquest aparell s'ha provat i està llest per instal·lar-se.
Instrument d'infrarojos mitjans
El dispositiu s'utilitzarà per a imatges de banda ampla, és a dir, produirà les imatges més impressionants de tots els instruments Webb. Des del punt de vista científic, serà molt útil per mesurar discos protoplanetaris al voltant d'estrelles joves, mesurar i visualitzar objectes del cinturó de Kuiper i pols escalfats per la llum de les estrelles amb una precisió sense precedents. Serà l'únic instrument que es refredarà criogènicament a 7 K. En comparació amb el telescopi espacial Spitzer, això millorarà els resultats per un factor de 100.
Slitless Near-IR Spectrograph (NIRISS)
El dispositiu us permetrà produir:
- espectroscòpia gran angular a les longituds d'ona de l'infraroig proper (1,0 - 2,5 µm);
- grism d'un objecterang visible i infrarojo (0,6 - 3,0 micres);
- interferometria d'emmascarament d'obertura a longituds d'ona de 3,8 - 4,8 µm (on s'esperen les primeres estrelles i galàxies);
- fotatge de gran abast de tot el camp de visió.
Espectroscòpia
Aquest instrument va ser creat per l'Agència Espacial Canadenca. Després de passar per les proves criogèniques, també estarà preparat per a la seva integració al compartiment d'instruments del telescopi.
Escut solar
Els telescopis espacials encara no han estat equipats amb ells. Un dels aspectes més intimidatoris de cada llançament és l'ús de material completament nou. En lloc de refredar activament tota la nau espacial amb un refrigerant consumible d'un sol cop, el telescopi James Webb utilitza una tecnologia completament nova, un protector solar de 5 capes que es desplegarà per reflectir la radiació solar del telescopi. Cinc làmines de 25 metres es connectaran amb varetes de titani i s'instal·laran després de desplegar el telescopi. La protecció es va provar el 2008 i el 2009. Els models a gran escala que van participar en les proves de laboratori van fer tot el que havien de fer aquí a la Terra. Aquesta és una innovació preciosa.
També és un concepte increïble: no només bloquejar la llum del Sol i posar el telescopi a l'ombra, sinó fer-ho de manera que tota la calor s'irradiï en sentit contrari a l'orientació del telescopi. Cadascuna de les cinc capes del buit de l'espai es refredarà a mesura que s'allunya de l'exterior, que serà una mica més càlid que la temperatura.la superfície de la Terra: uns 350-360 K. La temperatura de l'última capa hauria de baixar fins als 37-40 K, que és més fred que a la nit a la superfície de Plutó.
A més, s'han pres precaucions importants per protegir-se del dur entorn de l'espai profund. Una de les coses que cal preocupar aquí són petits còdols de la mida d'un còdol, grans de sorra, pols i fins i tot més petits que volen per l'espai interplanetari a velocitats de desenes o fins i tot centenars de milers de quilòmetres per hora. Aquests micrometeorits són capaços de fer forats petits i microscòpics en tot el que troben: naus espacials, vestits d'astronauta, miralls de telescopi i molt més. Si els miralls només tenen abollaments o forats, la qual cosa redueix lleugerament la quantitat de "bona llum" disponible, aleshores l'escut solar es pot trencar d'una vora a una altra, fent que tota la capa sigui inútil. Es va utilitzar una idea brillant per combatre aquest fenomen.
Tot l'escut solar s'ha dividit en seccions de tal manera que si hi ha un petit buit en un, dos o fins i tot tres d'ells, la capa no es trencarà més, com una esquerda al parabrisa d'un cotxe. La partició mantindrà intacta tota l'estructura, cosa que és important per evitar la degradació.
Nau espacial: sistemes de muntatge i control
Aquest és el component més comú, com tots els telescopis espacials i les missions científiques. A JWST, és únic, però també completament preparat. Tot el que li quedava al contractista general del projecte, Northrop Grumman, era completar l'escut, muntar el telescopi i provar-lo. La màquina estarà preparadallançament d'aquí a 2 anys.
10 anys de descobriment
Si tot va bé, la humanitat estarà al llindar de grans descobriments científics. El vel de gas neutre que fins ara ha enfosquit la visió de les primeres estrelles i galàxies serà eliminat per les capacitats infrarojes del Webb i la seva enorme lluminositat. Serà el telescopi més gran i sensible que s'hagi construït mai, amb un rang de longituds d'ona enorme de 0,6 a 28 micres (l'ull humà veu de 0,4 a 0,7 micres). S'espera que proporcioni una dècada d'observacions.
Segons la NASA, la vida de la missió Webb serà de 5,5 a 10 anys. Està limitat per la quantitat de propulsor necessària per mantenir l'òrbita i la vida útil de l'electrònica i l'equip en el dur entorn de l'espai. El telescopi orbital James Webb transportarà combustible durant tot el període de 10 anys i, 6 mesos després del llançament, es realitzaran proves de suport de vol, que garanteixen 5 anys de treball científic.
Què podria sortir malament?
El principal factor limitant és la quantitat de combustible a bord. Quan acabi, el satèl·lit s'allunyarà del punt de Lagrange L2, entrant en una òrbita caòtica a les proximitats immediates de la Terra.
Vine amb això, poden passar altres problemes:
- degradació dels miralls, que afectarà la quantitat de llum recollida i crearà artefactes d'imatge, però no danyarà el funcionament posterior del telescopi;
- falla d'una part o de la totalitat de la pantalla solar, que comportarà un augmenttemperatura de la nau espacial i redueix el rang de longitud d'ona utilitzable a l'infraroig molt proper (2-3 µm);
- Falla del sistema de refrigeració d'instruments d'IR mitjà, que el fa inutilitzable però no afecta altres instruments (de 0,6 a 6 µm).
La prova més difícil que espera al telescopi James Webb és el llançament i la inserció en una òrbita determinada. Aquestes situacions es van provar i es van completar amb èxit.
Revolució en la ciència
Si el telescopi James Webb està en funcionament, hi haurà prou combustible per alimentar-lo entre el 2018 i el 2028. A més, hi ha la possibilitat de repostar combustible, cosa que podria allargar la vida útil del telescopi una dècada més. De la mateixa manera que el Hubble ha estat en funcionament durant 25 anys, JWST podria proporcionar una generació de ciència revolucionària. L'octubre de 2018, el vehicle de llançament Ariane 5 posarà en òrbita el futur de l'astronomia que, després de més de 10 anys de treball dur, està a punt per començar a donar els seus fruits. El futur dels telescopis espacials és gairebé aquí.
