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ESPACIO. El telescopio espacial James Webb entra en la historia

 

El telescopio espacial James Webb despega el 25 de diciembre de 2021. NASA

El telescopio espacial James Webb (JWST) de la NASA, uno de los proyectos espaciales más ambiciosos desde la era Apolo, despegó el 25 de diciembre de 2021 a las 7:20 am EST (12:20 GMT) sobre un cohete Ariane 5 del Centro Espacial de la ESA en la Guayana francesa. 

Concepto artístico de JWST una vez desplegado. NASA

El JWST se ubicará a aproximadamente un millón de millas (1,5 millones de km) de la Tierra, donde orbitará el punto Lagrange 2 (L2), que es uno de los cinco sitios en el espacio donde las fuerzas gravitacionales de la Tierra y el Sol se equilibran, proporcionando al telescopio una posición estable para su misión planificada de 10 años que permitirá que sus delicados instrumentos nunca se enfrenten al resplandor del Sol o de la Tierra.

La órbita de JWST alrededor de L2. NASA

Construido y operado como una asociación internacional entre la NASA, la ESA y la Agencia Espacial Canadiense, el Webb es el telescopio más grande jamás lanzado al espacio. Donde el Hubble tiene un único espejo primario que mide 2,4 m (7,9 pies) de ancho, el JWST tiene uno de 6,5 m (24 pies) de diámetro, lo que le permite ver una luciérnaga a una distancia de un millón de millas de distancia en el espacio, si es que hay alguna allí.

El nuevo espejo es tan revolucionario como la nave espacial que lo lleva. En lugar de ser de una sola pieza, está hecho de 18 segmentos de espejo hexagonal de berilio bañados en oro que miden 1,32 m (4 pies). Estos están controlados por cientos de actuadores que permiten que el telescopio ajuste su propia óptica. Esto es extremadamente importante porque el JWST estará a más de un millón de millas de distancia. Los primeros días de la misión Hubble se vieron empañados por una falla de diseño que requirió que los astronautas visitaran el telescopio varias veces para hacer reparaciones y ajustes, pero esta no será una opción para el JWST, tiene que ser lo más autosuficiente posible.

A diferencia del Hubble, que ve en luz visible y ultravioleta, el JWST mira en el rango infrarrojo. Esto le permitirá ver más en el pasado que cualquier instrumento anterior al buscar objetos en los bordes del universo, que se remontan casi al comienzo del tiempo y se alejan de nosotros tan rápido que su luz se ha desplazado a la banda infrarroja.

Infografía de implementación de JWST. NASA

Con esta capacidad, el Webb de 6.500 kg (14.300 lb) observará cómo se formaron las primeras galaxias en el universo temprano, estudiará la formación de estrellas, aprenderá más sobre cómo evolucionan las galaxias y se enfocará en exoplanetas en otros sistemas solares para buscar evidencia potencial de vida.

Desafortunadamente, esta supervisión requiere que el JWST opere a temperaturas por debajo de -223.2 ° C (-369.7 ° F), lo cual es difícil de lograr con todo el resplandor del sol. Para hacer esto, el telescopio está equipado con un protector solar del tamaño de una cancha de tenis que está hecho de cinco capas de láminas delgadas de una película de poliimida llamada Kapton que están recubiertas con aluminio. Este material es estable en una amplia gama de temperaturas y aísla el telescopio, lo que permite que la nave espacial esté más caliente que el agua hirviendo por un lado, pero más fría que el oxígeno líquido por el otro.

El espejo primario de 6,5 metros de ancho del telescopio espacial James Webb está plegado para su lanzamiento. Fuente: NASA / Chris Gunn


Esta hazaña tecnológica tiene un alto precio, que es parte de la razón de las demoras de la misión y el presupuesto para el proyecto que se disparó de US $ 1.6 mil millones a más de US $ 10 mil millones. El JWST es simplemente demasiado grande para caber dentro de cualquier cohete actual, por lo que tuvo que diseñarse de modo que el espejo pudiera plegarse sobre sí mismo y el protector solar tuviera que empaquetarse como una intrincada pieza de origami. 

Plano del JWST. NASA

Además, el telescopio tuvo que construirse en la Tierra con imperfecciones deliberadas en sus medidas. Se espera que a medida que se enfríe, estas imperfecciones se corregirán por sí mismas a medida que las piezas se contraigan, pero incluso las mejores pruebas en la Tierra no garantizan que esto funcione según lo planeado.

Gráfico: Nik Spencer / Nature ; Imagen principal del 'telescopio frío': NASA GSFC / CIL / Adriana Manrique Gutierrez

Un gran estudio analizará una región del cielo del tamaño de tres lunas llenas, con el objetivo de capturar medio millón de galaxias en ella. Esta encuesta, conocida como COSMOS-Webb, se basa en un proyecto en curso que ha utilizado casi todos los principales telescopios terrestres y espaciales para estudiar el mismo parche de cielo, que se encuentra a lo largo del ecuador celeste y se puede ver tanto desde el norte como desde el Hemisferios sur. 

Webb examinará este campo durante más de 200 horas, lo que lo convertirá en el proyecto más grande para el primer año de ciencia del observatorio y creará un rico conjunto de datos para que los astrónomos extraigan descubrimientos. La vista infrarroja de Webb sondeará, por ejemplo, el período de alrededor de 400.000 años a 1.000 millones de años después del Big Bang, cuando las primeras estrellas y galaxias iluminaron el Universo. Esta época, conocida como la era de la reionización cósmica, prepara el escenario para que evolucionen las galaxias de hoy. 

Despliegue de pallets hacia adelante y hacia atrás de Webb. Fuente: Laboratorio de imágenes conceptuales del Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA


Al observar estos objetos astronómicos extremadamente distantes, los científicos pueden responder preguntas como cómo las primeras estrellas se ensamblaron en galaxias y cómo esas galaxias evolucionaron con el tiempo. Obtener una mejor imagen de la formación de galaxias en el Universo temprano ayudará a los astrónomos a comprender cómo surgió el cosmos moderno. Las observaciones revelarán la composición química de las estrellas en esas galaxias y las velocidades a las que se mueven. Esos datos, a su vez, ayudarán a desentrañar el misterio de cómo y por qué estas galaxias dejaron de formar estrellas en algún momento de su historia.

Gráfico: Nik Spencer / Nature


Mirando a planetas distantes

Cuando no está mirando estrellas y galaxias, Webb pasará gran parte de su tiempo escudriñando planetas, particularmente algunos de los miles que se han descubierto más allá del Sistema Solar. Puede observar cómo un planeta se desliza sobre la superficie de una estrella y la luz de la estrella brilla brevemente a través de la atmósfera del planeta. El análisis espectral de Webb puede revelar la composición de las atmósferas planetarias con más detalle que nunca, y los astrónomos están particularmente interesados ​​en encontrar moléculas como el metano y el agua, que señalan las condiciones que podrían sustentar la vida. 

En su primer año, Webb estudiará algunos de los exoplanetas más famosos, incluidos los siete mundos del tamaño de la Tierra que orbitan alrededor de la estrella TRAPPIST-1.

Webb apuntará a una amplia gama de exoplanetas, incluidos los gigantes gaseosos y la clase de planetas que son más grandes que la Tierra pero más pequeños que Neptuno, que son el tipo de exoplaneta más común descubierto hasta ahora.

Más cerca de casa, Webb tendrá muchos objetos para mirar. Los astrónomos esperan usar su amplia gama de longitudes de onda para revelar detalles nunca antes vistos de los residentes del Sistema Solar. El color y la química de la superficie de los mundos helados en órbitas cerca de Plutón y más allá, por ejemplo, podrían ayudar a revelar los secretos de los orígenes del Sistema Solar. 

También se espera usar el telescopio para estudiar las atmósferas superiores de los gigantes de hielo Neptuno y Urano, cuya composición química se ve mejor en el infrarrojo. Al vincular los estudios de la atmósfera superior con los de la atmósfera inferior, vistos en otras longitudes de onda por otros telescopios, los científicos pueden obtener una imagen en 3D de cómo se comporta la atmósfera de un planeta. Esto, a su vez, puede iluminar el funcionamiento de planetas gigantes similares más allá del Sistema Solar.

Gráfico: Nik Spencer / Nature ; Simulaciones infrarrojas: Madeline Marshall (Univ. Melbourne)

Tras el despegue, vienen dos meses de sincronizar y alinear los espejos y la óptica del telescopio, y un mes de calibrar los instrumentos. Para junio de 2022, si todo va bien, Webb finalmente estará listo para la ciencia.

Se espera que Webb funcione durante al menos cinco años y quizás hasta diez, una vida determinada por la cantidad de combustible que utiliza para orientarse en el espacio. Mientras tanto, el envejecido Hubble continúa cojeando. Fue actualizado por última vez por astronautas en 2009 y se ha ido degradando lentamente desde entonces. Una falla en la computadora lo dejó fuera de línea en junio, y los ingenieros tuvieron que cambiar a un sistema de respaldo antes de que vuelva a funcionar en julio. Los instrumentos científicos del Hubble también se desconectaron en octubre debido a problemas de comunicaciones internas. Los ingenieros pusieron en funcionamiento todos los instrumentos a principios de diciembre.

Después de muchos años de espera, los astrónomos están más que listos para que Webb recoja el testigo del descubrimiento de las observaciones del Hubble. 

El video a continuación es una repetición de la transmisión de lanzamiento en vivo de la NASA.





El cronograma planificado de estas implementaciones se  establece aquí,  pero podría cambiar a medida que el equipo de operaciones se adentre más en el cronograma.

Fuente: NASA.

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