Como un regalo de Navidad, la NASA lanzó el 25 de diciembre de 2021 un nuevo telescopio espacial que ha recibido el nombre de uno de los pioneros promotores de las expediciones a la Luna, James Webb, que fue administrador de la NASA entre 1961 y 1968.
Un telescopio espacial es un satélite artificial con capacidad de hacer observaciones estelares fuera de la atmósfera de la Tierra y constatar efectos negativos en las observaciones en nuestra superficie, para evitar, entre otras, la contaminación lumínica, la aberración óptica de nuestra atmósfera y la absorción de parte del espectro electromagnético.
Muchos detalles han cambiado desde el lanzamiento del primer telescopio espacial, Cosmos 215, enviado por la Unión Soviética el 18 de abril de 1968, en plena carrera espacial. Ahora, los telescopios espaciales son también un fenómeno mediático de nuestro tiempo: transmiten vídeo en directo a través de YouTube (incluso en español: https://www.youtube.com/c/nasa_es/), tienen página en Facebook (https://www.facebook.com/NASAWebb/), cuenta de Twitter (https://mobile.twitter.com/NASAWebb), sitio web con información en tiempo real (https://webb.nasa.gov/), podcast (https://www.nasa.gov/johnson/HWHAP/the-james-webb-space-telescope), las especificaciones y proyectos científicos se pueden consultar a través de documentación pública (white papers) en https://www.stsci.edu/jwst/about-jwst/history/white-papers, y hasta los niños tienen modelos para poderlo reproducir a escala, en papel: https://webb.nasa.gov/content/features/educational/paperModel/paperModel.html. Mientras escribo esto, puedo consultar la precisa situación del cohete que lleva el telescopio a su órbita en https://www.jwst.nasa.gov/content/webbLaunch/whereIsWebb.html.
Otros telescopios espaciales
Hay más telescopios astronómicos y geofísicos que no son tan conocidos: el Observatorio de rayos gamma Compton (en órbita entre 1991 y 2000); el Observatorio de rayos X Chandra (1999); el Telescopio Espacial Spitzer (2003-2020), dedicado a la observación infrarroja; el Observatorio Solar y Heliosférico (SOHO), lanzado en 1995; el telescopio Hipparcos, lanzado por la Agencia Espacial Europea (ESA), operativo entre 1989 y 1993; el Observatorio Espacial Infrarrojo (1995-1998); el Laboratorio Internacional de Astrofísica de Rayos Gamma (2002), etc. Otros países con telescopios espaciales en órbita son Canadá, con el satélite MOST (microvariabilidad y oscilaciones de estrellas) lanzado en 2003, y Japón, con el telescopio infrarrojo Akari (2006).
Telescopio Hubble
Pero el telescopio más famoso es el Hubble, que observa principalmente la zona del espectro visible y la zona del ultravioleta cercano. Fue lanzado al espacio el 24 de abril de 1990 con la participación de la NASA estadounidense y la Agencia Espacial Europea. Orbita a 593 km de la Tierra, a una velocidad de 28 000 km/h, y completa un giro cada 96 minutos.
La característica que le proporciona más versatilidad es la posibilidad de ser visitado en misiones de servicio, bien para arreglar elementos estropeados, instalar nuevos instrumentos tecnológicamente superiores, e incluso elevar la órbita del telescopio, que con el tiempo caería poco a poco en la Tierra.
De hecho, ha habido dos momentos críticos en la vida del Hubble: un fallo en el pulido del espejo primario del telescopio produjo al principio imágenes ligeramente desenfocadas debido a que su borde exterior era más plano de lo esperado (solo cuatro centésimas de milímetro) causando aberraciones esféricas. Tres años después, un transbordador tripulado instaló un sistema de corrección óptica capaz de corregir este defecto.
En junio de 2021, la computadora de carga útil del Hubble, que controla y coordina los instrumentos científicos a bordo del telescopio, falló repentinamente y colocó todos los instrumentos científicos del Hubble en modo reposo. Todos los intentos del equipo por reiniciar la computadora averiada a través de la computadora principal fracasaron. Se tuvo que recurrir a empleados jubilados de la NASA, familiarizados con esta tecnología de treinta años de antigüedad. Un mes después, la computadora de reserva se puso en marcha exitosamente y los instrumentos volvieron a proporcionar fascinantes fotos de galaxias lejanas, comenzando por dos galaxias que se fusionan en Capricornio con tres brazos espirales.
Telescopio Webb
Este nuevo telescopio es el sucesor del Hubble, pero con características bien distintas. Proyectado desde 2002, han pasado casi veinte años hasta su lanzamiento. Está diseñado para observar más profundamente en el espacio y estudiar cómo se formaron las primeras estrellas y galaxias en el universo. Tiene un espejo primario, de berilio, más grande que el Hubble (2,5 veces más grande en diámetro, o unas seis veces más grande en área), lo que le dará más poder de captación de luz. Al ser tan grande, el espejo es desplegable para caber en la cubierta de lanzamiento de los cohetes.
Hubble está en una órbita muy cercana alrededor de la Tierra, mientras que Webb estará a 1,5 millones de kilómetros de distancia. El Hubble se encuentra en la órbita terrestre. Sin embargo, Webb fue lanzado en un cohete Ariane 5 y no está diseñado para ser atendido por el transbordador espacial, como el anterior.
Webb será el principal observatorio de la década, sirviendo a miles de astrónomos en todo el mundo. Estudiará las fases de la historia de nuestro universo, desde los primeros destellos luminosos después del big bang hasta la formación de sistemas solares capaces de albergar vida en planetas como la Tierra, o la evolución de nuestro propio sistema solar. La vida útil del telescopio está limitada por la cantidad de combustible utilizado para mantener la órbita y por el funcionamiento adecuado de la nave espacial y los instrumentos.
Es un observatorio que será utilizado por astrónomos de universidades e institutos de investigación. Varios equipos clasificarán las propuestas de observación según su mérito científico. Los resultados de estos estudios se publicarán en revistas científicas y los datos estarán disponibles en Internet para otros astrónomos y el público en general para estudios adicionales.
La comunicación con la Tierra será mediante un transmisor de radio de alta frecuencia. Grandes antenas de radio recibirán las señales y las enviarán al JWST Science & Operation Center en el Space Telescope Science Institute en Baltimore, Maryland (https://www.stsci.edu/).
¿Telescopio infrarrojo?
El objetivo principal del telescopio Webb es estudiar la formación de galaxias, estrellas y planetas en el universo. Para ello se precisa un telescopio con capacidad de observación en el espectro infrarrojo, mientras que el Hubble utiliza longitudes de onda ópticas y ultravioleta.
¿Por qué las observaciones infrarrojas son importantes para la astronomía? En primer lugar, los objetos estelares pueden estar ocultos detrás de nubes de polvo que absorben la luz visible. Sin embargo, la luz infrarroja puede penetrar la cubierta de polvo y revelar lo que hay dentro.
Pero principalmente, si queremos observar cómo se formaron las estrellas y galaxias, y puesto que el universo se está expandiendo, cuanto más lejos miramos, más rápido se alejan los objetos de nosotros. Esto significa que la luz que normalmente vemos se desplaza a la parte del infrarrojo del espectro de luz. Por lo tanto, para estudiar la formación del universo, tenemos que observar la luz infrarroja y usar un telescopio e instrumentos optimizados para esta luz.
Ya existe un observatorio, el Herschel, construido por la Agencia Espacial Europea, para investigaciones en el infrarrojo más lejano, y así buscar galaxias con formación estelar más activa. Pero el telescopio Webb, con un espejo de aproximadamente 6,5 metros frente a los 3,5 metros de Herschel, pretende encontrar las primeras galaxias que se formaron en el universo, para lo cual necesita una sensibilidad mayor en el infrarrojo cercano.
El telescopio tendrá un «escudo solar» para bloquear la luz del Sol. Esto ayudará a que se mantenga «fresco», lo cual es muy importante para un telescopio infrarrojo. Todos los objetos emiten luz infrarroja. Para evitar inundar las señales astronómicas muy débiles con la radiación del propio telescopio, este y sus instrumentos deben estar muy fríos. La temperatura de funcionamiento será inferior a -228 grados C. El Webb tiene un escudo que bloquea la luz del Sol, la Tierra y la Luna, que de lo contrario calentaría el telescopio e interferiría con las observaciones. Además, debe estar en una órbita en la que estos tres objetos estén aproximadamente en la misma dirección. El punto más conveniente es el segundo punto de Lagrange (L2) del sistema Sol-Tierra, un punto semiestable en el potencial gravitatorio alrededor del Sol y la Tierra.
¿Puntos de Lagrange?
Los puntos de Lagrange, o puntos de libración, son las cinco posiciones en un sistema orbital donde un objeto pequeño, solo afectado por la gravedad, puede estar teóricamente estacionario respecto a dos objetos más grandes, como es el caso de un satélite artificial con respecto a la Tierra y la Luna. Los puntos de Lagrange marcan las posiciones donde la atracción gravitatoria combinada de las dos masas grandes proporciona la fuerza centrípeta necesaria para rotar sincrónicamente con la menor de ellas.
El punto L2 está en la línea definida por las dos masas grandes, y más allá de la más pequeña de las dos. En él la atracción gravitatoria de los dos cuerpos mayores compensa la fuerza centrífuga causada por el menor. Es un buen punto para los observatorios espaciales, porque un objeto alrededor de L2 mantendrá la misma orientación con respecto al Sol y la Tierra, y la calibración y blindaje son más sencillos.
En este punto las fuerzas gravitatorias combinadas del Sol y la Tierra casi pueden sostener una nave espacial en este punto, y se necesita relativamente poco empuje del cohete para mantener la nave espacial cerca de L2.
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