¿Por qué hay tanto entusiasmo por el telescopio espacial James Webb?

¡Guau! ¡El telescopio James Webb se ha desplegado por completo! Si estás interesado en la astronomía o el espacio, debes estar entusiasmado con el telescopio espacial James Webb. He aquí por qué: para empezar, es enorme. ¿Qué tan enorme? El espejo principal del JWST tiene más de 6,4 m de ancho. El telescopio espacial Hubble, el ojo más grande anterior en el espacio, tiene un espejo de aproximadamente 2 m y 27 cm. En comparación, si colocaras los dos telescopios uno al lado del otro, sería como poner un caballo junto a un elefante. ¡Y los elefantes son enormes!

Hay una razón perfecta por la que Webb, como se le llama cariñosamente, es enorme. Tiene que ser así de grande porque no es un telescopio óptico en el sentido tradicional en que lo son la mayoría de los telescopios. El JWST es un telescopio infrarrojo. “Ve” el calor. La luz infrarroja tiene una longitud de onda más larga que la luz visible, por lo que necesita un espejo más grande para enfocar esa luz. Entonces, ¿qué tenemos aquí con el telescopio espacial James Webb? Tenemos dos cosas que no habían pasado nunca: una tecnología increíble y misiones científicas asombrosas. Tanto las misiones como la tecnología son de vanguardia “fuera de este mundo”. El Webb es un ejemplo clásico de ingeniería al servicio de la ciencia.

Debido a su mayor poder de captación de luz, el Telescopio Espacial James Webb podrá tomar imágenes de cosas que nunca podíamos ver antes, pero que siempre hemos querido ver: cosas como exoplanetas y las primeras galaxias del Universo, y estrellas y planetas formándose dentro de nebulosas, y puedes apostar que también habrá muchas sorpresas. El telescopio espacial James Webb tiene varios “trucos” tecnológicos bajo la manga que prometen proporcionar sus mayores descubrimientos científicos. El Webb tiene un coronógrafo, y es muy especial. El coronógrafo es la herramienta que permitirá obtener las primeras imágenes reales de exoplanetas.

El coronógrafo bloquea la luz brillante de las estrellas, que ya sabemos que tienen planetas orbitando a su alrededor. Sin el coronógrafo, la luz de las estrellas haría que las cosas fueran demasiado brillantes para ver estos planetas, porque los planetas son cientos de miles de veces más tenues que una estrella. Pero con el coronógrafo bloqueando la luz de las estrellas, los exoplanetas aparecen a la vista. Y el coronógrafo JWST puede bloquear la luz de hasta cien estrellas a la vez. Podemos esperar un enjambre de exoplanetas. Esto nos lleva al siguiente dispositivo de alta tecnología que el JWST tiene bajo la manga: un espectrógrafo sin rendija.

Por lo general, un espectrógrafo ordinario tendrá una rendija para permitir que entre una franja de luz y se difracte. La difracción es la dispersión de la luz para revelar el espectro de las longitudes de onda que la componen. Pero el trabajo del telescopio espacial James Webb es tan sensible que un rayo de luz abrumaría la óptica. Así que se instaló un espectrógrafo sin rendija. La luz de las estrellas reunida en el gran espejo se envía a un cable de fibra óptica para enviar solo un punto de luz al espectroscopio. Y ahí es donde el grisma toma el control. Sir Isaac Newton usó un “prisma” para descubrir el espectro de la luz solar, Roy G. Biv, como recordarás.

Pero Webb usa un “grisma”. Es una palabra compuesta, como “smog” = smoke + fog, que es humo + niebla en español. Un grisma es un prisma rallado, o grated en inglés. Eso significa que tiene diminutos surcos minúsculos que difractan el punto de luz que el gran espejo envía por el cable de fibra óptica hacia el espectrógrafo. La ciencia de leer un espectro de luz se llama “espectroscopia”. Al analizar los espectros de luz de los exoplanetas, el JWST determinará qué gases hay en las atmósferas de los planetas, así como su densidad e incluso su temperatura. Es un avance increíble en nuestro conocimiento. Podremos saber si un planeta tiene oxígeno o nitrógeno, o metano, y otros gases que pueden, o no, indicar que el planeta es habitable, quizás otra Tierra. Actualmente, el JWST está “estacionado” en su ubicación permanente.

A diferencia del Telescopio Espacial Hubble que orbita la Tierra, el Telescopio Espacial James Webb orbita alrededor del Sol. Gira alrededor del Sol en uno de los puntos de equilibrio gravitatorio entre el sistema Tierra-Sol. Simplemente permanece allí sin tener que usar mucho o nada de combustible para mantener su posición. Entonces, mientras la Tierra gira alrededor del Sol, el James Webb permanece “estacionado” en un lugar que también gira alrededor del Sol. Hay cinco puntos de equilibrio gravitacional entre la Tierra y el Sol. Se llaman puntos de Lagrange, en honor a Joseph-Louis Langrange, quien los descubrió en el siglo XVIII. El Webb está estacionado en L2, el segundo de los 5 puntos de Lagrange que se encuentra a 1,5 millones de km en el espacio, mucho más allá de la Luna. ¡Todo esto para observar un punto de luz infrarroja! Pero primero, los ingenieros deben conseguir, o adquirir, ese punto de luz.

Para obtener una mancha de luz infrarroja, los 18 espejos hexagonales tuvieron que desplegarse desde su posición dentro del cohete Ariane que envió al Webb al espacio. Una vez que los espejos se han desplegado, sus posiciones deben ajustarse con una precisión de nivel microscópico para que los 18 espejos produzcan una sola imagen. Varios motores diminutos están conectados a cada segmento del espejo para realizar estos ajustes. Estos motores, que deben activarse individualmente, alinearán gradualmente los segmentos del espejo en forma de panal. Es una parte crítica de la misión y lleva meses completarla.

Para alinear los espejos para producir un solo punto de luz, el Telescopio Espacial James Webb no puede moverse, el telescopio debe mantenerse absolutamente inmóvil. ¡Y eso requiere otras dos tecnologías de vanguardia! ¡El parasol y el refrigerador criogénico! En el espacio, la luz solar directa es muy caliente... y la sombra es muy fría. Por lo tanto, el Telescopio Espacial James Webb llevó su propio parasol de alta tecnología. ¡También es enorme! Tan grande como una cancha de tenis. Compuesto por 5 capas individuales de película Kapton de solo un milímetro de espesor, cada capa del parasol tuvo que desplegarse individualmente de forma remota utilizando un sistema de 8 motores y 139 actuadores con miles de piezas. El propósito del parasol es ayudar a que el JWST se mantenga frío... cuanto más frío, mejor. Y “más frío” es para lo que está el refrigerador criogénico.

La temperatura se puede medir de tres maneras diferentes: en grados Fahrenheit, donde el agua se congela a 32 grados y hierve a 212; en grados Celsius, donde el agua se congela a 0 grados y hierve a 100 grados, pero ninguno de estos termómetros tiene un punto de partida. Así que, en el siglo XIX, lord Kelvin ideó una tercera escala de temperatura: la escala Kelvin, que comienza en el cero absoluto, la temperatura más fría posible. El enfriador criogénico incorporado enfriará el JWST a solo 7 grados Kelvin, siete grados por encima del cero absoluto. A esta temperatura, se elimina prácticamente todo el calor de los motores y el telescopio podrá enfocar la luz en un punto sin ningún “ruido”, básicamente ningún movimiento, que interfiera con la calidad de la imagen.

Finalmente, después de todas las funciones de esta increíble tecnología, de forma remota, como estaba previsto, estamos casi listos para observar las imágenes infrarrojas del espejo gigante multisegmentado del Telescopio Espacial James Webb. Casi listos. Un telescopio puede recoger toda la luz que quiera, pero al final, también debe poder DETECTAR lo que ha recogido. Si la luz no se detecta, no se observa verdaderamente. Introduzcamos la pieza de resistencia: los detectores de infrarrojos. El Webb tiene 15 de ellos. El material semiconductor especialmente fabricado produce una ligera carga eléctrica cuando es golpeado por un fotón de luz infrarroja. Los detectores infrarrojos de Webb pueden producir una imagen de alta definición de un millón de píxeles. Algunos de los detectores pueden producir una imagen de 4 millones de píxeles. Deben ser lo suficientemente resistentes como para durar de 10 a 20 años sin deformarse ni corromperse, todo mientras funcionan a 7 grados por encima del cero absoluto. En sí mismos, los detectores de infrarrojos del JWST son una maravilla de la ingeniería.

¿Pero qué van a fotografiar? Ah, la misiones del JWST también son de vanguardia. 70 de las primeras 280 observaciones de objetivos son exoplanetas. ¿Existe otra Tierra? ¿Qué exoplanetas parecen habitables? El Telescopio Webb proporcionará un análisis espectroscópico detallado de las atmósferas de miles de exoplanetas conocidos. Por primera vez, veremos imágenes de exoplanetas tal como aparecen en luz infrarroja.

La cosmología, el estudio del Universo, es quizás la misión principal de Webb. Las galaxias que se alejan tan rápido que su luz se estira hacia el infrarrojo serán un objetivo principal para la observación. Se necesitan cientos de horas de observaciones para recolectar la tenue luz infrarroja de estas primeras galaxias formadas después del Big Bang. El JWST nos dará una imagen de cómo era el universo infante.

Los astrónomos aprenderán nueva información sobre la energía oscura que está impulsando la expansión del Universo y qué papel, si es que tienen alguno, juegan los agujeros negros en la formación de galaxias. La formación de estrellas en la Vía Láctea y las galaxias cercanas también es parte de la misión de James Webb. Al obtener imágenes de cientos de sistemas solares que se forman alrededor de estrellas recién nacidas, los astrónomos establecerán una historia definitiva del desarrollo del sistema solar. Ahora los hechos reemplazarán a la teoría y se dará un gran paso adelante en nuestra comprensión del espacio. El telescopio espacial James Webb es un esfuerzo audaz que marcará una época en la historia científica.