James Webb: el telescopio espacial sucesor del Hubble

Telescopio James Webb. Crédito: Nasa

El telescopio espacial James Webb (JWST) es un proyecto conjunto de las agencias espaciales de Europa, Canada, y Estados Unidos que se empezó a gestar hace 20 años y, finalmente, en Octubre de 2018 será lanzado desde la Guyana Francesa en un cohete Ariane V-ECA (una versión del mismo cohete con el cual se lanzó el Arsat II).

Antes de hablar del telescopio en sí, me parece importante mencionar cuáles son las motivaciones para realizar un proyecto de tal envergadura. El JWST costó 8.800 millones de dólares, si calculamos el gasto por cada hora de observación este es mayor que en cualquier observatorio terrestre. A eso hay que sumarle que un error en la misión podría dejarlo inutilizable, porque a diferencia del Hubble este no estará en orbita alrededor de  la Tierra y, por lo tanto, no se lo podrá reparar o modificar por misiones tripuladas como sucedió con su antecesor en varias oportunidades.

Entonces, ¿por qué poner un telescopio en el espacio? La respuesta es corta: librarnos de la atmósfera nos permite hacer observaciones que serían imposibles desde la Tierra. ¿Por qué es esto así? y en ¿qué afecta la atmósfera a la luz?

Cuando hablamos de “luz” generalmente nos referimos a la luz visible, la única luz que nuestros ojos pueden detectar (los colores del arcoíris), pero esta no es más que una pequeña porción del amplio espectro de energías (o longitudes de onda) que puede tener la “luz”. Veamos cuánto de este espectro deja pasar nuestra atmósfera.

Opacidad de la atmósfera en función de la longitud de onda de la luz. /WIKIPEDIA

Como se observa, la atmósfera es completamente transparente a las ondas de Radio, tiene algunas ventanas en el infrarrojo y deja pasar lo que llamamos la luz visible, convirtiendo así a nuestros ojos en un buen instrumento para observar el cielo nocturno. Una gran parte de la luz proveniente del espacio es bloqueada y no llega a la superficie de la Tierra (por suerte!!!) como es el caso de la mayor parte de la radiación Infrarroja, la Ultravioleta, de Rayos-X y rayos Gamma. Esta luz que se pierde contiene información valiosa para los astrónomos,  para observarla no queda otra que salir afuera de la atmósfera, esta es la razón principal pero no la única. También la luz que llega a nosotros se ve distorsionada por la turbulencia atmosférica que degrada la calidad de las imágenes de los telescopios terrestres, un efecto que los observatorios mas modernos empezaron a contrarrestar (aunque solo parcialmente) mediante el uso de la Óptica Activa y Adaptativa. Otro inconveniente es que el cielo nocturno, por más oscuro que parezca, tiene un pequeño brillo y, particularmente, es un problema cuando se quieren observar objetos muy lejanos en el tiempo y espacio, como las primeras galaxias. En este caso este tipo de observaciones sólo pueden hacerse desde el espacio. Otra gran ventaja es que en el espacio es permanentemente de noche  y no hay nubes, con lo cual el telescopio puede funcionar todo el tiempo.

Como dice el título, el James Webb no se plantea como un reemplazo del Hubble sino como un sucesor, ya que sus capacidades son muy distintas. Su misión científica es extender y complementar lo logrado con su antecesor. Para esto es necesario que pueda observarse más lejos y más profundo, a lugares que el Hubble no llega. Por esta razón, fue diseñado para funcionar en el Infrarrojo, en la banda de 0.6 a 26 micrones (el Hubble observa principalmente luz visible) y con una capacidad colectora de luz casi 7 veces mayor.

Comparación de los espejos primarios del Hubble y el James Webb.

El JWST cuenta con un espejo primario de 6.5m de diámetro, un récord para telescopios espaciales. Debido a su tamaño irá replegado dentro del cohete y uno de los desafíos más importantes es lograr que se abra con perfecta precisión en el espacio, un error milimétrico causaría problemas de imagen. El espejo está compuesto por 18 segmentos hexagonales de Berilio, material elegido por su bajo peso, y la superficie reflejante está hecha de Oro (solo 3 gramos por cada segmento), que le da una reflectividad de 98%.

 

Lagrangianpointsanimated

Sol, Tierra, y puntos de Lagrange. El telescopio estará ubicado en el 2.

El telescopio va a estar ubicado a 1.5 millones de km de la Tierra (4 veces más lejos que la Luna), orbitando alrededor del punto de Lagrange L2. Los puntos de Lagrange son puntos del sistema Tierra-Sol donde un cuerpo pequeño teóricamente puede mantenerse orbitando en la misma posición relativa a estos dos solamente bajo la influencia de la atracción gravitatoria. Particularmente, al estar en el punto L2 el telescopio tendrá siempre al Sol, la Tierra y la Luna en la misma dirección, de esta forma podrá bloquear no solo la radiación del Sol sino también la radiación Infrarroja de la Luna y la Tierra. Para este fin cuenta con un escudo gigante, del tamaño de una cancha de tenis. La razón para tener un escudo tan grande es que la radiación Infrarroja que Webb va a detectar está relacionada con la Temperatura de un cuerpo. Como los detectores son tan sensibles es necesario bloquear las fuentes cercanas para que el telescopio opere a una temperatura muy baja. Mientras el lado iluminado por el Sol soportará una temperatura de 85°C, las 5 capas del escudo se encargarán de disipar este calor para que el telescopio trabaje a una temperatura cercana a los -220° C.  Además, se usará un sistema refrigerante para enfriar aún más los detectores a temperaturas de hasta -266° C (7 K).

El tamaño del JWST es comparable al de una cancha de Tenis.

La misión está diseñada para durar aproximadamente 5 años, pero se espera que dure más de 10. Cuenta con 4 instrumentos con diferentes funciones para capturar imágenes. Tres de ellos

Espectro con lineas de absorción. Diversas propiedades sobre la fuente (estrella, galaxias, etc) pueden ser deducidas analizando su espectro.

funcionan en el infrarrojo cercano -de 0.6 a 5 micrones-: NIRSpec es un espectrógrafo (instrumento que dispersa la luz en función de su longitud de onda) que permitirá obtener espectros de hasta 100 objetos en una misma imagen, NIRCam es una cámara equipada con un coronógrafo y FGS/NIRISS será utilizado para el guiado, como cámara y espectrógrafo. MIRI, el cuarto instrumento, cubrirá la banda de Infrarrojo medio (5 a 28 micrones).

La luz se corre hacia el Rojo o el Azul, según la fuente se aleje o se acerque del observador.

Una de las cosas más impresionantes que va a ofrecer este telescopio, gracias a su capacidad de captar señales extremadamente débiles en el Infrarrojo, es observar las primeras galaxias formadas después del Big Bang. Como el Universo se expande, las galaxias más lejanas se alejan más y más de nosotros y su luz se va corriendo hacia el rojo (lo que se conoce como Redshift), justo donde el Webb detectará. Observar estas primeras galaxias permitirá estudiar la formación de estrellas y galaxias en el Universo temprano, apenas 250 millones de años después del Big Bang.

Con el JWST se podrá observar galaxias con Redshifts inalcanzables hoy en día.

Observar en el Infrarrojo también le permitirá penetrar nubes de gas y polvo, necesario para estudiar las densas regiones de formación estelar y los discos protoplanetarios alrededor de estrellas jóvenes. A su vez, la gran resolución espectral del Webb representa una gran oportunidad para estudiar las atmósferas de los numerosos exoplanetas conocidos y buscar por señales de habitabilidad. Estos son algunos de los objetivos científicos que se plantean de antemano, pero generalmente cuando hay un salto de calidad tan significativo en un instrumento astronómico es común que haya descubrimientos o usos totalmente inesperados. Esto ya pasó con el Hubble, una de sus imágenes más famosas -el Campo Profundo del Hubble– sirvió como fuente de más de 400 artículos científicos.

About the Author

Juan Serrano
Estudiante de astronomía. Probablemente me verán escribiendo sobre exoplanetas, sistema solar y misiones espaciales. contacto: juann.serrano@gmail.com

1 Comment on "James Webb: el telescopio espacial sucesor del Hubble"

  1. Los objetos cercanos a este punto pueden orbitar el Sol en sincronia con la Tierra, lo que permite que al JWST utilizar un escudo contra la radiacion, posicionado entre el telescopio y el Sol, para protegerlo del calor y la luz del Sol y una pequena cantidad de infrarrojo adicional de la Tierra.

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