El Telescopio Espacial James Webb (JWST) es el sucesor del Telescopio Espacial Hubble (HST) y 100 veces más potente, abriendo la posibilidad de observar objetos del cosmos nunca antes vistos. Si se cumple el cronograma de la NASA —y si el presupuesto lo permite— será lanzado al espacio en octubre de 2018.
El proyecto del JWST ha pasado por múltiples problemas desde su inicio en el decenio pasado. El mayor de ellos ha sido el presupuesto, calculado inicialmente en USD 1.000 millones, ha sobrepasado los USD 6.500 millones en la actualidad y se espera que llegue a los USD 8.800 millones al momento de su lanzamiento (la NASA no puede exceder dicho monto).
En 2011 el Congreso de EE. UU. hubiera terminado el proyecto JWST si no fuera por la presión de la comunidad científica.
A cambio, la NASA tuvo que recortar algunos presupuestos de misiones pendientes y atrasar el lanzamiento del JWST hasta 2018.
¿Por qué necesitamos telescopios espaciales?
Desde el inicio de la era espacial, los astrónomos soñaron con poner un observatorio astronómico «allá afuera» que puede lograr imágenes mucho mejores que los telescopios montados en la superficie de la Tierra.
El problema con los telescopios terrestres es la atmósfera. Esa capa de gases que cubre nuestro planeta hace que la luz que llega hasta nosotros se refracte. La refracción es el cambio de dirección y de velocidad de la luz al pasar de un medio a otro (por ejemplo, del aire al agua).
Pero ese no es el único problema. Los aerosoles hacen que la luz se vaya extinguiendo a medida que se dirige hacia la superficie terrestre. Estos factores inciden negativamente en las imágenes captadas por los telescopios en tierra, haciendo que las tomas sean poco claras o borrosas.
Para evitar los problemas generados por la atmósfera, la astronomía actual usa telescopios puestos en órbita alrededor de nuestro planeta.
El JWST toma la posta del HST
El más famoso de los telescopios espaciales es el Hubble, un instrumento que ha revolucionado la astronomía y ha impactado profundamente al público general con sus imágenes. Ya tiene 27 años de servicio y se espera su retiro para 2021.
El sucesor del Hubble, el telescopio Webb, nace de la colaboración de tres agencias espaciales: la NASA (Estados Unidos), la ESA (Europa) y CSA (Canadá), así como una veintena de países de todo el mundo.
Este telescopio tiene un espejo de 25 metros cuadrados de área, (el del HST tiene 4,5), está preparado para observar particularmente los objetos que están muy lejos, como las primeras galaxias y estrellas.
La luz de los objetos distantes experimenta lo que se llama corrimiento al rojo, que se debe inicialmente a la expansión del universo. Por lo tanto, esa luz nos llega en el rango del infrarrojo cercano, y el JWST, un telescopio infrarrojo, podrá captarla con su espejo.
¿Por qué un telescopio Infrarrojo?
Para la astronomía es importante observar en infrarrojo porque, además de objetos lejanos, se pueden captar objetos cuya luz en lo visible no llega a nosotros porque es absorbida por el polvo existente en el espacio.
Las estrellas y planetas se forman a partir de inmensas nubes, y por lo general, cuando son muy jóvenes, estos objetos están rodeados por una especie de capullo de gas y polvo.
La luz visible no puede atravesar dicho capullo. Lo mismo ocurre con el centro de nuestra galaxia, cuyo núcleo no podemos observar directamente debido al polvo.
Sin embargo, la luz infrarroja no es absorbida por estas partículas. Por lo tanto, un telescopio infrarrojo puede ver qué hay más allá del polvo y descubrir nuevos objetos.
Otra de las capacidades aumentadas del JWST es el análisis de las atmósferas de los exoplanetas (un planeta que orbita una estrella distinta al Sol).
El telescopio será capaz de detectar si la capa de gases que cubre al exoplaneta tiene agua, metano, carbono y otros compuestos químicos. Conocer qué elementos componen la atmósfera de un exoplaneta podría determinar si son candidatos o no a albergar vida.
Características del JWST
El JWST tiene un espejo primario de unos 6,5 metros de diámetro segmentado en 18 partes. Cada segmento es un hexágono de 1,3 metros de ancho y 20 kilos de peso. Su superficie espejada tiene una capa de espesor micrométrico de oro, lo que permitirá reflejar de manera óptima la luz infrarroja. El espejo en sí mismo está hecho de berilio, lo que asegura un bajo peso y gran resistencia.
Detrás de cada segmento hexagonal los ingenieros han colocado motores para poder enfocar perfectamente el telescopio.
«Para hallar las primeras estrellas y galaxias que se formaron en el inicio del universo, las cuales se encuentran a millones, y hasta a miles de millones de años luz de distancia, el espejo del telescopio Webb tiene que ser absolutamente liso», explicó Jeff Kegley, del Centro Marshall para Vuelos Espaciales de la NASA.
El escudo del telescopio está compuesto por cinco membranas de Kapton, un polímero del que se ha desarrollado una versión avanzada especial para JWST.
Esta protección se extiende como sábanas; existen varias de estas láminas y su objetivo es proteger al telescopio del calor del Sol. La primera lámina recibe de lleno la luz solar y su temperatura es de unos 84º C. La temperatura disminuye capa por capa hasta llegar a la última, donde la temperatura es de unos -230º C.
El escudo funciona como aislante térmico y como bloqueador de la luz que viene de la Tierra, la Luna o el Sol. Una vez que esté completamente desplegado tendrá el tamaño de una cancha de tenis.
Los instrumentos científicos
Integrated Science Instrument Module (ISIM)
El Módulo de Instrumentos Científicos Integrados es el corazón del Telescopio Espacial James Webb. Es lo que los ingenieros llaman la carga principal y que alojará los cuatro instrumentos que detectarán la luz de las estrellas distantes, las galaxias y los planetas que orbitan otras estrellas. La estructura de ISIM es como el chasis en un automóvil que proporciona soporte para el motor y otros componentes.
Near Infrared Camera (NIRCam)
La Cámara de Infrarrojo Cercano es el generador de imágenes primario de Webb que cubrirá el rango de longitud de onda infrarroja.
NIRCam detectará la luz de las primeras estrellas y galaxias en el proceso de su formación, así como la población de estrellas en las galaxias cercanas, las estrellas jóvenes de la Vía Láctea y los objetos del Cinturón de Kuiper.
NIRCam está equipada con coronógrafos, instrumentos que permiten a los astrónomos tomar fotografías de objetos muy débiles alrededor de un objeto brillante central.
Los coronógrafos de NIRCam funcionan bloqueando la luz de un objeto brillante, haciendo posible que se vea el objeto atenuado por la luz de la estrella. Con los coronógrafos los astrónomos esperan determinar las características de los exoplanetas que orbitan las estrellas cercanas.
Near Infrared Spectrograph (NIRSpec)
El Espectrógrafo de Infrarrojos Cercanos operará sobre el mismo rango de longitud de onda que la NIRCam.
Un espectrógrafo (también llamado a veces un espectrómetro), es un instrumento que sirve para medir las propiedades de la luz en una determinada porción del espectro electromagnético. Analizar el espectro de un objeto puede decirnos acerca de sus propiedades físicas, incluyendo temperatura, masa y composición química.
Los átomos y las moléculas tienen un espectro específico, el cual los identifica exclusivamente —es como su firma. Cada espectro puede mostrarnos qué elemento químico está presente y puede revelar una gran cantidad de información sobre las condiciones físicas del objeto. La espectroscopía y la espectrometría están entre las herramientas más usadas en la exploración astronómica.
El NIRSpec, un espectrógrafo muy flexible, permitirá tanto la observación de más de un centenar de objetos a la vez, así como estudios muy detallados de un único objeto, obteniendo muchos espectros al mismo tiempo.
Fine Guidance Sensor (FGS)
El Sensor de Guía Fina es un sensor de dos partes que guiará con gran precisión al telescopio y lo mantendrá muy estable. La otra parte es un instrumento de ciencia el Near Infrared Imager and Slitless Spectrogragh (NIRISS), con el que se pueden tomar imágenes espectrográficas del cielo con mucha sensibilidad.
Con él se analizarán exoplanetas y su composición, así como las primeras galaxias y estrellas que se formaron después del Big Bang.
Mid-Infrared Instrument (MIRI)
El Instrumento para el Infrarrojo Medio es un detector que dispone de cuatro modos de observación. Entre ellos, posee un coronógrafo que facilita la detección de planetas extrasolares muy cercanos a su estrella y la caracterización de exoplanetas ya conocidos anteriormente.
Además, MIRI permitirá observar los discos protoplanetarios, los discos de material alrededor de las estrellas jóvenes, antes de que empiecen a formarse en ellos los planetas.
MIRI será capaz de mirar a través de las densas capas de polvo que cubren las regiones de formación de nuevas estrellas, observará galaxias próximas a los comienzos del universo y estudiará la formación de nuevos planetas y la composición del medio interestelar.
¿Dónde quedará estacionario el James Webb?
A diferencia del Hubble que está en una órbita cercana a la Tierra (a 570 kilómetros), el JWST se ubicará a 1,5 millones de kilómetros de nuestro planeta en lo que se llama Punto Lagrange Número (L2).
Los Puntos de Lagrange son sitios donde se equilibran dos campos gravitatorios —en este caso la gravedad del Sol y la Tierra.
En estos puntos se pueden colocar objetos como satélites u otros dispositivos espaciales, quedando en esas posiciones relativas a los dos cuerpos de masa mayor sin que su ubicación varíe.
L2 queda a unos 1.492.000 kilómetros de la Tierra en dirección opuesta al Sol.
La NASA se juega al todo o nada
https://www.youtube.com/watch?v=LiHG-hzeOnM
La NASA ha hecho una enorme apuesta con el telescopio Webb. Lanzará el artefacto de USD 8.000 millones y un peso de 6,5 toneladas en un cohete Ariane.
El telescopio recorrerá 1,5 millones de kilómetros (4 veces más lejos que la Luna), deberá desplegar su espejo primario de 6,5 metros y su escudo térmico de más de 20 metros.
Luego, tendrá que poner en funcionamiento sus finísimos instrumentos de observación, algunos de los cuales deben operar a una temperatura refrigerada de -234º C en promedio.
Todo esto tiene que salir bien en el primer intento, pues no hay margen para el error. El JWST no está diseñado para ser reparado en el espacio y actualmente no hay naves o robots que puedan llegar hasta lo que será su ubicación para repararlo o ajustarlo.
La NASA ya ha realizado exitosamente misiones complejas como el amartizaje del explorador Curiosity. En aquella ocasión usó un ingenioso e innovador método para bajar el rover a la superficie marciana: una especie de grúa que posó suavemente al Curiosity sobre Marte. Todo salió muy bien, esperemos que con el telescopio Webb ocurra lo mismo y en 2018 podamos disfrutar de los descubrimientos e imágenes de este impresionante logro de la ciencia, así como nuestro querido Telescopio Espacial Hubble.
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Columnista de astronomía y cosmología de Ciencia del Sur. Es un reconocido analista de sistemas informáticos y divulgador astronómico paraguayo. Egresado de la Facultad Politécnica de la Universidad Nacional de Asunción, fue miembro del Club de Astrofísica del Paraguay y fundador y secretario del Centro de Difusión e Investigación Astronómica (CEDIA). Construyó en 2003 un telescopio newtoniano y dictó varias charlas y conferencias por el Año Internacional de la Astronomía. Fundó el Foro Paraguayo de Astronomía, AstroPy.
Tenia entendido que no podemos ver el centro de nuestra galaxia porque consta de un agujero negro, y los agujeros negros son tan masivos que ni la luz puede escapar.. es verdad que en el centro de cada galaxia se encuentra un agujero negro? Saludos!
En todas las galaxias del tipo Vía Láctea hay un Agujero Negro central (bueno se conjetura que en todas).
Es tal la masa de uno de esos AN que hace que todos los objetos de la galaxia roten alrededor de él.
Paso un video que muestra como las estrellas cercanas a nuestro AN central rotan.
http://www.eso.org/public/spain/videos/eso0846j/
https://www.youtube.com/watch?v=u_gggKHvfGw
El centro de la galaxia no se puede ver con luz visible para los ojos humanos, pero podemos observar en otras longitudes de onda, por ejemplo usando Radiotelescopios.
Lo que podemos ver de los AN es su Horizonte de Eventos, cualquier cosa que cruce dicha zona cae en el AN y desaparece.
Si te interesan los AN podes leer el placentero libro Agujeros Negros y Tiempo Curvo de Kip S. Thorne.
http://personal.biada.org/~dmart/tiempo%20curvo.pdf
Seguro a medida que lo leas te recordará a la película «Interestelar».