Fantasmes de l’espai profund
Algú va dir una vegada: els creadors del Hubble necessiten erigir un monument a totes les principals ciutats de la Terra. Té molts mèrits. Per exemple, amb l'ajut d'aquest telescopi, els astrònoms han pres una foto de la galàxia molt distant UDFj-39546284. El gener de 2011, els científics van descobrir que es troba més enllà de l'anterior titular del rècord - UDFy-38135539 - per uns 150 milions d'anys llum. Galaxy UDFj-39546284 es troba a 13.400 milions d’anys llum de nosaltres. És a dir, el Hubble va veure estrelles que existien fa més de 13.000 milions d’anys, 380 milions d’anys després del Big Bang. Aquests objectes probablement no estiguin “vius” durant molt de temps: només veiem la llum d’estrelles i galàxies mortes des de fa molt de temps.
Però, per tots els seus mèrits, el telescopi espacial Hubble és la tecnologia del passat mil·lenni: es va llançar el 1990. Per descomptat, la tecnologia ha fet grans avenços al llarg dels anys. Si el telescopi Hubble aparegués al nostre temps, les seves capacitats haurien superat la versió original d’una manera colossal. Així va sorgir James Webb.
Per què és útil "James Webb"
El nou telescopi, com el seu avantpassat, també és un observatori d'infrarojos en òrbita. Això significa que la seva tasca principal serà estudiar la radiació tèrmica. Recordem que els objectes escalfats a una temperatura determinada emeten energia a l’espectre d’infrarojos. La longitud d’ona depèn de la temperatura d’escalfament: com més alta sigui, més curta és la longitud d’ona i més intensa és la radiació.
No obstant això, hi ha una diferència conceptual entre els telescopis. El Hubble es troba en una òrbita terrestre baixa, és a dir, orbita al voltant de la Terra a una altitud d’uns 570 km. James Webb es llançarà a una òrbita d’halo al punt L2 Lagrange del sistema Sol-Terra. Girarà al voltant del Sol i, a diferència de la situació del Hubble, la Terra no hi interferirà. El problema apareix immediatament: com més lluny es troba un objecte de la Terra, més difícil és contactar-hi, per tant, major és el risc de perdre’l. Per tant, "James Webb" es mourà al voltant de l'estrella sincronitzada amb el nostre planeta. En aquest cas, la distància del telescopi a la Terra serà d’1,5 milions de km en direcció contrària al Sol. En comparació, la distància de la Terra a la Lluna és de 384.403 km. És a dir, si l’equip de James Webb falla, és probable que no es repari (excepte remotament, cosa que imposa greus limitacions tècniques). Per tant, un telescopi prometedor es fa no només fiable, sinó també súper fiable. Això es deu en part al posposició constant de la data de llançament.
James Webb té una altra diferència important. L’equip li permetrà concentrar-se en objectes molt antics i freds que el Hubble no va poder veure. Així descobrirem quan i on van aparèixer les primeres estrelles, quàsars, galàxies, cúmuls i supercúmuls de galàxies.
Els descobriments més interessants que pot fer el nou telescopi són exoplanetes. Per ser més precisos, estem parlant de determinar la seva densitat, cosa que ens permetrà entendre quin tipus d’objecte tenim al davant i si aquest planeta pot ser potencialment habitable. Amb l'ajut de James Webb, els científics també esperen recollir dades sobre les masses i els diàmetres dels planetes llunyans, i això obrirà noves dades sobre la galàxia d'origen.
L’equipament del telescopi permetrà detectar exoplanetes freds amb temperatures superficials de fins a 27 ° C (la temperatura mitjana a la superfície del nostre planeta és de 15 ° C)."James Webb" podrà trobar aquests objectes situats a una distància de més de 12 unitats astronòmiques (és a dir, la distància de la Terra al Sol) de les seves estrelles i distants de la Terra a una distància de fins a 15 llum anys. Els plans seriosos concerneixen l’atmosfera dels planetes. Els telescopis Spitzer i Hubble van ser capaços de recollir informació sobre prop de cent embolcalls de gas. Segons els experts, el nou telescopi podrà explorar almenys tres-centes atmosferes de diferents exoplanetes.
Un altre punt a destacar és la recerca d’hipotètiques poblacions estel·lars de tipus III, que haurien de formar la primera generació d’estrelles que va aparèixer després del Big Bang. Segons els científics, es tracta de lluminàries molt pesades amb una vida curta, que, per descomptat, ja no existeixen. Aquests objectes tenien una gran massa a causa de la manca de carboni necessària per a la clàssica reacció termonuclear, en què l’hidrogen pesat es converteix en heli lleuger i l’excés de massa es converteix en energia. A més de tot això, el nou telescopi serà capaç d’estudiar detalladament llocs on neixen les estrelles fins ara inexplorats, cosa que també és molt important per a l’astronomia.
- Cerca i estudi de les galàxies més antigues;
- Cercar exoplanetes semblants a la terra;
- Detecció de poblacions estel·lars del tercer tipus;
- Exploració dels "bressols estel·lars"
Funcions de disseny
El dispositiu va ser desenvolupat per dues empreses nord-americanes: Northrop Grumman i Bell Aerospace. El telescopi espacial James Webb és una obra mestra de l’enginyeria. El nou telescopi pesa 6,2 tones, per comparar-se, el Hubble té una massa d’11 tones, però si el telescopi antic es pot comparar en mida amb un camió, el nou és comparable a una pista de tennis. La seva longitud arriba als 20 m i la seva alçada és la mateixa que la d’un edifici de tres plantes. La major part del telescopi espacial James Webb és un enorme escut solar. Aquesta és la base de tota l'estructura, creada a partir d'una pel·lícula de polímer. D’una banda, es cobreix amb una fina capa d’alumini i, de l’altra, de silici metàl·lic.
L’escut solar té diverses capes. Els buits entre ells s’omplen de buit. Això és necessari per protegir l'equip de la "insolació". Aquest enfocament permet refredar matrius ultrasensibles fins a –220 ° C, cosa que és molt important a l’hora d’observar objectes llunyans. El fet és que, tot i els sensors perfectes, no podien veure objectes a causa d’altres detalls “calents” de “James Webb”.
Al centre de l'estructura hi ha un enorme mirall. Es tracta d’una “superestructura” que es necessita per enfocar els feixos de llum: el mirall els redreça, creant una imatge clara. El diàmetre del mirall principal del telescopi James Webb és de 6,5 m. Inclou 18 blocs: durant el llançament del vehicle de llançament, aquests segments estaran en forma compacta i s’obriran només després que la nau espacial hagi entrat en òrbita. Cada segment té sis cantonades per aprofitar al màxim l'espai disponible. I la forma arrodonida del mirall permet la millor focalització de la llum sobre els detectors.
Per a la fabricació del mirall es va escollir el beril·li, un metall relativament dur de color gris clar que, entre altres coses, es caracteritza per un cost elevat. Entre els avantatges d’aquesta elecció hi ha el fet que el beril·li conserva la seva forma fins i tot a temperatures molt baixes, cosa que és molt important per a la correcta recollida d’informació.
Instruments científics
La revisió d’un telescopi prometedor seria incompleta si no ens centréssim en els seus principals instruments:
MIRI. Es tracta d’un dispositiu d’infrarojos mitjans. Inclou una càmera i un espectrògraf. MIRI inclou diverses matrius de detectors d’arsènic i silici. Gràcies als sensors d’aquest dispositiu, els astrònoms esperen considerar el desplaçament cap al vermell d’objectes llunyans: estrelles, galàxies i fins i tot petits cometes. El desplaçament cap al vermell cosmològic s’anomena disminució de les freqüències de radiació, cosa que s’explica per la distància dinàmica de les fonts entre si deguda a l’expansió de l’Univers. El més interessant és que no es tracta només de solucionar aquest o aquell objecte remot, sinó d’obtenir una gran quantitat de dades sobre les seves propietats.
La NIRCam, o càmera d'infrarojos propers, és la principal unitat d'imatge del telescopi. NIRCam és un complex de sensors de mercuri-cadmi-tel·luri. El rang de treball del dispositiu NIRCam és de 0,6-5 micres. Ni tan sols és difícil imaginar quins secrets NIRCam ajudarà a desvelar. Els científics, per exemple, el volen utilitzar per crear un mapa de matèria fosca mitjançant l’anomenat mètode de lent gravitacional, és a dir, trobant coàguls de matèria fosca pel seu camp gravitatori, notables per la curvatura de la trajectòria de la radiació electromagnètica propera.
NIRSpec. Sense un espectrògraf d'infraroig proper, seria impossible determinar les propietats físiques dels objectes astronòmics, com ara la massa o la composició química. NIRSpec pot proporcionar espectroscòpia de resolució mitjana en el rang de longituds d’ona d’1-5 μm i espectroscòpia de baixa resolució amb longituds d’ona de 0,6-5 μm. El dispositiu consta de moltes cel·les amb control individual, que us permet centrar-vos en objectes específics, "filtrant" la radiació innecessària.
FGS / NIRISS. Es tracta d’un parell format per un sensor d’objectiu de precisió i un dispositiu d’imatge per infrarojos propers amb un espectrògraf sense escletxes. Gràcies al sensor de guia de precisió (FGS), el telescopi podrà enfocar-se amb la màxima precisió possible i, gràcies a NIRISS, els científics pretenen realitzar les primeres proves orbitals del telescopi, que donaran una idea general del seu estat. També es creu que el dispositiu d’imatge tindrà un paper important en l’observació de planetes llunyans.
Formalment, tenen la intenció d’operar el telescopi entre cinc i deu anys. Tanmateix, com demostra la pràctica, aquest període es pot ampliar indefinidament. I "James Webb" ens pot proporcionar informació molt més útil i senzillament interessant de la que ningú es podria imaginar. A més, ara és impossible ni imaginar quin tipus de "monstre" substituirà "James Webb" i quant costarà la seva construcció.
A la primavera del 2018, el preu del projecte va augmentar fins a uns 9.666 milions de dòlars inimaginables. En comparació, el pressupost anual de la NASA és d'aproximadament 20.000 milions de dòlars i el Hubble en el moment de la construcció valia 2.500 milions de dòlars. En altres paraules, James Webb ja ha passat a la història com el telescopi més car i un dels projectes més cars de la història de l’exploració espacial. Només costen més el programa lunar, l’Estació Espacial Internacional, les llançadores i el sistema de posicionament global GPS. Tot i això, "James Webb" ho té tot per davant: el seu preu pot augmentar encara més. I tot i que experts de 17 països van participar en la seva construcció, la major part del finançament encara recau sobre les espatlles dels Estats Units. Presumiblement, això continuarà sent així.
