El telescopio espacial James Webb JWST tiene mucho que cumplir como sucesor del telescopio espacial Hubble. En las tres décadas transcurridas desde su lanzamiento en 1990, Hubble ha revelado las maravillas del universo con un detalle sin precedentes.se ha utilizado para estudiar temas de vanguardia como energía oscura y exoplanetas con los que apenas se soñaba cuando comenzó a funcionar. Además, ha capturado la imaginación del público hasta el punto de que ahora es un nombre familiar.
El telescopio espacial James Webb, conocido como Webb como "Hubble", será operado principalmente por la NASA, que proporciona la mayor parte de la financiación, con la Agencia Espacial Europea ESA como socio menor. El telescopio esnombrado en honor a uno de los primeros administradores de la NASA, James E. Webb, quien supervisó la creación del programa Apollo en la década de 1960, según NASA .
Fue allá por 2002, hace casi 20 años, que el nombre de Webb se aplicó por primera vez a lo que antes se llamaba el "Telescopio espacial de próxima generación". Originalmente se planeó que costara 500 millones de dólares y estuviera listo paralanzamiento en 2007, el Atlántico informado
Sin embargo, estas estimaciones resultaron ser demasiado optimistas, dado el diseño enormemente complejo e innovador de la nave espacial. Para cuando finalmente se lance, con suerte antes de fines de 2021, habrá costado casi diez mil millones de dólares, segúnpara Space.com .
Sin embargo, los científicos involucrados en el proyecto creen que los resultados compensarán con creces el tiempo y el dinero invertidos en él. La NASA desea enfatizar que Webb no es simplemente un reemplazo más grande y más poderoso del Hubble.esas cosas, con más de dos veces y media el diámetro y cien veces la sensibilidad, en el fondo, el JWST es un tipo de instrumento completamente diferente.
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Los telescopios ópticos ordinarios ven en la misma parte del espectro que nuestros propios ojos, cubriendo un rango de longitudes de onda entre aproximadamente 380 y 740 nanómetros nm, como lo ha hecho Rhythm89 informado anteriormente . Hubble abarcó todo esto, más un pequeño camino hacia el ultravioleta en longitudes de onda más cortas e infrarrojo en las más largas.
Pero el JWST será principalmente un infrarrojos telescopio, optimizado para 600 a 28.000 nm, según sitio web JWST de la NASA . Por lo tanto, no podrá ver la luz verde o azul, solo naranja y roja, además de una amplia gama de longitudes de onda más largas.
Para muchos objetos astronómicos, incluidas las regiones de formación de estrellas, exoplanetas y los más distantes galaxias - estas longitudes de onda muy largas son más útiles para los astrónomos que las espectro visible . Pero infrarrojos plantea problemas para los observadores terrestres, porque gran parte está bloqueada por la atmósfera de nuestro planeta, según Universidad de St Andrews .
Además de eso, la Tierra produce sus propias emisiones infrarrojas a través de la radiación de calor, que tienden a inundar las fuentes astronómicas más débiles. Por lo tanto, el mejor lugar para un telescopio infrarrojo es en el espacio, lo más lejos posible de la Tierra y de todos sus elementos.fuentes de calor no deseadas.
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Siguiendo los pasos del observatorio infrarrojo Herschel de la ESA, el telescopio Webb se ubicará a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra en el llamado punto L2, según el sitio web JWST de la NASA.
Esto le dará una vista mucho más clara del universo que la que tiene el Hubble en la órbita terrestre baja, pero tiene una desventaja. A diferencia de su predecesor, no será un asunto relativamente simple enviar astronautas a repararsi se rompe. Todo tiene que funcionar perfectamente en el primer intento, que es una de las razones por las que la NASA ha tardado la mayor parte de dos décadas en prepararlo para su lanzamiento.
¿Cómo funciona el telescopio espacial James Webb?
Externamente, el JWST se ve muy diferente al Hubble. Este último, al igual que un telescopio tradicional, está encerrado en un tubo cilíndrico que protege la óptica de la luz parásita. Dependiendo de su posición en su órbita, el Hubble puede estar expuesto a una gran cantidad dede esto: la luz del sol ardiente en una dirección, los reflejos de la superficie de la Tierra en otra, y tal vez incluso el luna .
Pero Webb es más afortunado. Vistas desde el punto L2, todas estas fuentes brillantes están más o menos en la misma dirección, por lo que todo lo que necesita el telescopio es un solo parasol grande. Las ópticas desnudas, en forma de espejos primarios y secundarios,luego siéntese encima. El resultado, a primera vista, se parece más a un radiotelescopio que a uno óptico.
Funcionalmente, sin embargo, tanto Webb como Hubble están construidos con los mismos principios. Ambos están construidos alrededor de un gran espejo primario, que tiene el trabajo crucial de capturar la mayor cantidad de luz posible de los objetos que pueden estar en el borde mismo deel universo observable. En esencia, cuanto más grande sea este espejo, mejor.
En el caso de Hubble tiene 8 pies 2,4 metros de diámetro y está hecho de una sola pieza circular de vidrio. Si se amplió al tamaño necesario para el JWST, alrededor de 21,3 pies 6,5 metros de ancho, entonces no solosería extremadamente difícil de fabricar, pero el resultado sería demasiado grande y pesado para lanzarlo al espacio, según la NASA.
En cambio, el espejo de Webb está construido a partir de 18 segmentos hexagonales, que pueden plegarse para su lanzamiento y luego desplegarse en una configuración operativa una vez en el espacio. Aunque la NASA consideró hacer los segmentos de vidrio, como el espejo de Hubble, al final utilizaron berilio:un metal liviano y muy fuerte que se emplea comúnmente en aeronaves de alta velocidad y vehículos espaciales.
Esto debe moldearse y pulirse con una precisión extremadamente alta para producir imágenes con la claridad necesaria; la NASA estima que el error de pulido es inferior a una millonésima de pulgada. Después de lograr la forma deseada, los segmentos del espejo se recubrieroncon una fina capa de oro puro, para maximizar la reflectividad en longitudes de onda infrarrojas.
Cuando se juntan todos los segmentos, alcanzan el diámetro deseado de 6,5 metros para el espejo principal. Eso es alrededor de 2,7 veces más grande que el Hubble, pero la mejora del rendimiento real es mucho mayor que esto.
Esto se debe a que el poder de captación de luz de un espejo es proporcional a su área en lugar de a su diámetro. Teniendo en cuenta la forma hexagonal de los segmentos y el agujero en el centro, el área efectiva del espejo de Webb es de 269 pies cuadrados 25 pies cuadrados.metros, en comparación con los 43 pies cuadrados cuatro metros cuadrados del Hubble. Eso equivale a una mejora del rendimiento de mejor que un factor de seis.
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parasol de JWST
Ubicado en el punto L2, el JWST permanecerá bajo un sol brillante constante. Esto es saludable para el equipo en el bus de la nave espacial, pero es una mala noticia para los instrumentos ópticos y el módulo científico. Debido a que observan a través de infrarrojos, estos deben mantenersetan frío como sea posible para que funcione correctamente.
Por lo tanto, las dos mitades de la nave espacial estarán separadas por un enorme parasol de cinco capas en forma de cometa, aproximadamente del tamaño de una cancha de tenis. Mientras que el lado iluminado por el sol puede alcanzar temperaturas de 212 grados Fahrenheit 100 grados Celsius,El lado frío será tan bajo como menos 394 F menos 237 C según el sitio web JWST de la NASA.
¿Por qué los instrumentos ópticos de JWT observan en infrarrojos?
Normalmente pensamos en la astronomía en términos de luz visible, porque eso es lo que ven nuestros ojos y los telescopios tradicionales. Pero los objetos astronómicos producen emisiones en todo el espectro electromagnético, desde ondas de radio de muy larga longitud hasta muy corta longitud de onda rayos X y rayos gamma. Nuestros ojos evolucionaron para ver las longitudes de onda que hacen porque ahí es donde el Sol emite la mayor parte de su energía, pero los objetos más fríos, como los planetas y las estrellas recién formadas, tienden a irradiar a longitudes de onda más largas que esta, según una investigación publicada en la revista. ojo .
Esta es una de las razones por las que los telescopios infrarrojos como Webb y su predecesor, el telescopio espacial Spitzer de la NASA, que operó entre 2003 y 2020 son tan importantes. Una segunda razón es que, si bien el polvo de las galaxias absorbe la luz visible, es prácticamente transparentea las ondas infrarrojas. Esto significa que incluso las estrellas similares al sol pueden ser más fáciles de ver en el infrarrojo si hay mucho polvo interpuesto, según la NASA.
¿Cuáles son los objetivos de la misión de JWST?
Objetivo 1: El universo temprano
Webb se describe a veces como una "máquina del tiempo", que en cierto sentido lo es. Debido a que la luz de los objetos distantes viaja a una velocidad finita, los vemos como solían ser en el pasado. Hubble nos ha mostrado las galaxias como eranhace muchos miles de millones de años, pero el JWST será aún más sensible. La NASA espera ver desde cuando se formaron las primeras galaxias, hace unos 13.600 millones de años. Y Webb tiene otra ventaja sobre los telescopios de banda visible como el Hubble.
Debido a que el universo se está expandiendo, la luz de los objetos distantes se estira, aumentando su longitud de onda. Esto significa que la luz emitida en la banda de onda visible realmente nos llega en el infrarrojo, la banda para la que está optimizado el JWST. Una de sus primeras tareas seráser un estudio, llamado COSMOS-Webb, de las galaxias más distantes en un parche específico del cielo, para explorar las condiciones en los albores del universo.
Objetivo 2: Galaxias a lo largo del tiempo
Gracias a las espectaculares imágenes del Hubble, la mayoría de la gente sabe cómo se ven las galaxias: enormes colecciones de estrellas, a menudo dispuestas en patrones espirales elegantemente simétricos. Pero estas tienden a ser galaxias relativamente cercanas y, por lo tanto, maduras. Los destellos tentadores que ha proporcionado el Hubblegalaxias muy tempranas sugiere que son considerablemente más pequeñas y de aspecto más desordenado.
Hasta ahora, nadie sabe cómo se formaron estas protogalaxias, o cómo se agruparon posteriormente para producir las galaxias más grandes y de aspecto regular que vemos hoy, según Instituto de Tecnología de California . Se espera que Webb pueda responder preguntas como estas con su visión ultraprofunda del universo temprano.
Otra característica bien establecida de las galaxias es la presencia de supermasivas agujeros negros en los centros de la mayoría de ellos. En el universo temprano, estos agujeros negros a menudo alimentaban núcleos galácticos enormemente brillantes llamados quásares, y Webb está programado para estudiar seis de los ejemplos más distantes y luminosos de estos.
Objetivo 3: Ciclo de vida de las estrellas
Las galaxias que llenan el universo se originaron muy temprano y han evolucionado constantemente desde entonces. Pero eso no es cierto en el caso de las estrellas en su interior, que atraviesan ciclos de vida más parecidos a los de las criaturas vivientes. Nacen, se desarrollan, envejecen y mueren, y los remanentes de estrellas viejas contribuyen a la materia prima necesaria para hacer nuevas estrellas. Gran parte de este proceso se comprende bien, pero todavía existe un misterio en torno al nacimiento real de las estrellas y los discos planetarios que pueden formarse alrededorellos.
Esto se debe a que inicialmente están envueltos dentro de un capullo de polvo, que los telescopios ordinarios que usan luz visible no pueden penetrar. Pero todo este polvo será virtualmente transparente en las longitudes de onda infrarrojas utilizadas por Webb, entonces la NASA espera finalmente revelará los secretos definitivos de la formación estelar. A su vez, esto puede enseñarnos algo sobre los orígenes de nuestro propio Sol y sistema solar .
Objetivo 4: Otros mundos
Una de las áreas más emocionantes de la astronomía contemporánea es la búsqueda de exoplanetas que orbitan otras estrellas, particularmente planetas similares a la Tierra que pueden tener los ingredientes químicos y las condiciones necesarias para que la vida evolucione. El JWST contribuirá a esta búsqueda de varias maneras,utilizando imágenes infrarrojas y espectroscopía para estudiar las propiedades químicas y físicas de los sistemas planetarios.
Su capacidad para mirar a través del polvo y tomar imágenes de muy alta resolución debería proporcionarnos una vista directa de los sistemas planetarios, como el de la estrella Beta Pictoris recién formada, en sus etapas más tempranas, según el sitio web JWST de la NASA. WebbTambién analizará la composición química de las atmósferas de exoplanetas, buscando en particular las firmas reveladoras de los componentes básicos de la vida. Esto nuevamente es algo para lo que un telescopio infrarrojo es ideal, porque las moléculas que componen las atmósferas planetarias tienden a ser más activas enestas longitudes de onda.
¿Cuándo se lanzará JWST?
Una característica clave del diseño de Webb es que tiene un "lado frío" y un "lado caliente". El lado frío es el que realiza la observación, mientras que el lado caliente lleva los paneles solares de la nave espacial y una antena para dos.comunicación con la Tierra. Pero esta disposición solo funciona si el Sol y la Tierra están siempre en la misma dirección desde el punto de vista de la nave.
Este no sería el caso si simplemente se colocara en la órbita de la Tierra como Hubble, ni sería cierto si la nave espacial orbitara el Sol a una distancia ligeramente diferente de la órbita de la Tierra. Pero resulta que hay una distancia especialen el que un objeto puede orbitar alrededor del Sol y ver siempre el Sol y la Tierra en la misma dirección. Este es el llamado punto L2, y es donde operará el telescopio Webb.
L2 es uno de varios lugares llamados puntos de Lagrange, en honor a Joseph-Louis Lagrange, quien los estudió en el siglo 18. En estos lugares, la gravedad de dos cuerpos masivos en este caso el Sol y la Tierra conspiran para mantener un tercero, más pequeñocuerpo como un asteroide o una nave espacial en una posición fija en relación con los dos primeros. Los puntos de Lagrange no están estacionarios, pero giran alrededor del Sol exactamente a la misma velocidad que la Tierra, por lo que la distancia de nosotros siempre se mantiene igualEn el caso de L2, está a unos 1,5 millones de kilómetros de distancia: unas cuatro veces más lejos que la Luna.
Para llevar el telescopio hasta L2 se requiere un potente vehículo de lanzamiento, que será el cohete Ariane 5 de la Agencia Espacial Europea. En solo 26 minutos después del despegue de la Guayana Francesa, esto llevará a Webb libre de la atmósfera de la Tierra y pondráestá en curso para L2. La nave espacial se separará del cohete y navegará durante aproximadamente un mes antes de llegar finalmente a su destino, según el sitio web JWST de la NASA.
Preguntas y respuestas con un astrofísico
Le preguntamos al Dr. Mike McElwain de la NASA sobre sus esperanzas para el nuevo telescopio.
¿Qué tipo de ciencia hará el telescopio en su primer año?
En el primer año, el programa de observación de Webb recorrerá la gama cósmica desde la primera luz en el universo temprano hasta atmósferas de exoplanetas. Webb observará los objetos más interesantes del universo con una combinación de resolución mejorada, sensibilidad y cobertura de longitud de onda. Estopermitirá una caracterización nueva y mejorada de los objetos famosos en el cielo. Si puede nombrarlo, es probable que Webb lo observe, aunque tal vez no todos durante el primer año.
¿Cuáles son los descubrimientos más emocionantes que podría hacer el JWST?
¡Cuando tienes un observatorio tan transformador como Webb, es probable que los descubrimientos más emocionantes sean los que ni siquiera anticipamos! Los ojos infrarrojos de Webb en el universo nos permitirán ver el espacio donde antes estábamos ciegos. Es sin precedentesLa sensibilidad infrarroja ayudará a los astrónomos a comparar las primeras galaxias con las grandes espirales y elípticas actuales, ayudándonos a comprender cómo se ensamblan las galaxias a lo largo de miles de millones de años. Podrá ver a través y dentro de enormes nubes de polvo que son opacas a los observatorios de luz visible.como Hubble, donde están naciendo las estrellas y los sistemas planetarios. Webb nos dirá más sobre las atmósferas de los planetas extrasolares, y tal vez incluso encuentre los componentes básicos de la vida en otras partes del universo.
¿Crees que Webb se convertirá en un nombre familiar como Hubble?
Espero que así sea, y que personas de todo el mundo discutan las imágenes de Webb mientras se sientan alrededor de la mesa. Al igual que Hubble, Webb producirá imágenes espectaculares del cosmos que cautivarán la imaginación. Esperamos que las imágenes de Webb desaparezcan.viral en Internet, aparecer en calendarios y ocupar espacio en las mesas de café de la casa.
Recursos adicionales
- Museos Reales de Greenwich : El telescopio espacial James Webb frente al telescopio espacial Hubble
- La Agencia Espacial Europea ESA: Webb
- Telescopio espacial James Webb: una guía súper rápida