Para mirar atrás, muy atrás en el tiempo.
Poco después del Big Bang, en la infancia de nuestro universo.
Las ondas electromagnéticas que contienen esta valiosa información, de hace 14 mil millones de años, son muy tenues. Tanto, que son indetectables por nuestros sensores actuales, se pierden en el vacío, en una radiación de fondo que llena la inmensidad del espacio. Para acceder a dichas señales necesitamos un sensor muy grande y muy preciso. El instrumento que hará que reescribamos nuestra historia cósmica debe funcionar a la perfección, hay mucho en juego. 25 años de desarrollo y 10 mil millones de dólares después, el James Webb Space Telescope está listo. El 25 de Diciembre está previsto el que es, probablemente, el lanzamiento más importante de la década. Nada puede fallar. Es un momento crucial para la exploración espacial.
El 24 de Abril de 1990 se lanzaba el telescopio Hubble a bordo del transbordador espacial Discovery. Tras una puesta en servicio un tanto catastrófica, ya que el espejo principal no tenía la concavidad necesaria para poder reflejar la luz hacia el espejo secundario, y como consecuencia de los retrasos en el proyecto, no se probaron los dos elementos a la vez. El resultado fue que las estrellas, en lugar de puntos, aparecían como anillos. Este desastroso incidente fue reparado por la tripulación de la misión STS-61 al instalar una lente correctiva.
A pesar de todo ello, quizás la imagen más importante en la historia de la exploración espacial vino de la mano del telescopio Hubble, cuando un grupo de astrónomos sugirió a Bob WIlliams, director del proyecto, que utilizara sus 100 horas de uso discrecional del telescopio para apuntarlo a un punto vacío, no más grande que la medida de un pulgar visto desde la Tierra. La sorpresa fue mayúscula cuando, tras procesar la imagen, una infinidad de galaxias fueron reveladas en una porción tan insignificante del cielo nocturno que nos hizo replantearnos la verdadera escala del universo, y lo poco que somos capaces de abarcar con la tecnología existente.
Se calcula que la imagen Hubble Ultra Deep Field contiene unas 10.000 galaxias.
El Telescopio Espacial James Webb (JWST, en inglés), en honor a James E. Webb, administrador de la NASA entre 1961 y 1968, es un ambicioso proyecto en el que la Agencia Espacial Europea (ESA), la Agencia Espacial Canadiense (CSA) y la NASA llevan trabajando desde 1996. Se pretende sustituir a los vetustos telescopios Hubble y Spitzer, en servicio desde 1990 y 2003, respectivamente, y ampliar las capacidades de detección de los actuales sistemas. La misión tiene una duración prevista de 10 años. Tras 14 años de retrasos, un presupuesto 20 veces mayor al previsto (10 mil millones de dólares), trabas de todo tipo e incluso replanteamientos sobre el diseño y la viabilidad misma del proyecto, el James Webb se ha convertido en una apuesta de riesgo. Y es que hay mucho en juego. La comunidad científica ha depositado todas sus esperanzas en este proyecto. Es un todo o nada.
¿QUÉ HACE ESPECIAL AL JAMES WEBB?
UN MAYOR SENSOR:
La principal característica del James Webb es la superficie de su lente. Mientras el diámetro del espejo principal del telescopio Hubble era de 2,4 metros, el JWST cuenta con un diámetro de 6,5 metros y un área total de 25m2, frente a los 4,5m2 del Hubble. Una mayor superficie de detección (6 veces mayor) implica recibir una mayor cantidad de ondas electromagnéticas y, a la postre, mucha más información. También permite ampliar el campo de visión unas 15 veces. Así, los equipos de trabajo podrán sondar múltiples puntos de interés simultáneamente, en lugar de cambiar la disposición del telescopio cada vez que se quiere apuntar a una galaxia en concreto. Sería comparable a tomar una foto con una lente gran angular, en lugar de muchas fotos con un zoom cerrado. Un multi-tasking en toda regla.
El problema viene cuando el diámetro del espejo principal es mayor que el diámetro del cohete que debe ponerlo en órbita. Por ello, el espejo primario del James Webb ha sido diseñado de manera que pueda plegarse sobre sí mismo y así caber en la cofia del Ariane 5. Los 18 espejos hexagonales se desplegarán una vez en el espacio. Para obtener una imágen nítida y sin aberraciones, el alineamiento de los espejos debe ser perfecto. De hecho, los actuadores encargados de alinear los segmentos de espejo son capaces de moverse en incrementos tan pequeños como el tamaño de un virus, 20 nanómetros. Otro aspecto que contribuye a la precisión del espejo principal es el material con el que se han construído las 18 losetas hexagonales. Fabricadas en berilio con un baño de oro, esta composición garantiza que el espejo principal no sufrirá expansión o contracción térmica alguna, manteniendo su superficie intacta.
ES UN TELESCOPIO INFRARROJO:
Así como el Spitzer, el James Webb está diseñado para detectar longitudes de onda cercanas al infrarrojo. La razón es que todas las galaxias del universo están contínuamente alejandose entre ellas. Esto provoca que las ondas electromagnéticas provinientes de las primeras etapas del universo hayan sufrido lo que se conoce como "corrimiento al rojo", ha disminuido tanto su longitud de onda que se encuentran en la banda infrarroja.
Hace falta un telescopio con una gran capacidad de detección en la banda infrarroja para detectarlas y ser capaces de visualizar mucho más atrás en el tiempo, hasta el comienzo de nuestro universo. Además, las observaciones en el canal infrarrojo no se ven afectadas por las partículas y gases que se puedan encontrar en su camino, mejorando el alcance de las mediciones.
Como ejemplo, esta es una imagen de los llamados "Pilares de la creación", unos gigantestos cúmulos gaseosos y de polvo estelar pertenecientes a la nebulosa del Águila, a 7.000 años luz de distancia. A la izquierda, la imagen en espectro de luz visible y a la derecha la imagen interpretada tras procesar el espectro infrarrojo tomado por el propio Hubble (Tiene una limitada capacidad infrarroja, nada comparable al JWST). Vemos como detrás de la nube de gas hay mucha información que de otro modo estaría oculta. Este es uno de los puntos fuertes del JWST.
NECESITA UN PARASOL TAN GRANDE COMO UNA PISTA DE TENIS:
Los telescopios infrarrojos no son capaces de operar desde La Tierra, ya que su temperatura de operación ronda el cero absoluto (50ºK, -223ºC). La razón por la que necesita unos 300 m2 de malla aislante es porque los rayos del Sol lo calentarían demasiado. Este "parasol" ha traído de cabeza a los ingenieros del proyecto, ya que debe ser muy liviano y a la vez ultraresistente. En total, 5 capas de este material, tan fino como un pelo humano, deben soportar las fuerzas G y vibraciones del lanzamiento y, sin fallo alguno, extenderse perfectamente. Uno de los problemas que ha retrasado la misión en los últimos años fue que durante la operación de extensión la malla se desgarró. Si esto pasara una vez en el espacio, sería el final de la misión. El telescopio no podría mantener la temperatura requerida y las interferencias invalidarían cualquier observación.
OPERARÁ A 1,5 MILLONES DE KM DE LA TIERRA:
Sin las distorsiones propias que provocaría la atmósfera, de ser un telescopio terrestre, los telescopios espaciales son capaces de obtener mejores imágenes. Con el objetivo de minimizar más aún las interferencias provocadas por los rayos solares en la banda infrarroja, el James Webb se colocará en un punto estratégico, Lagrange L2. Una vez situado en este punto, debido a la interacción de los campos gravitatorios del Sol, la Luna y la Tierra, permanecerá en una misma posición relativa y orbitará el Sol a la misma velocidad angular que la Tierra, minimizando la radiación reflejada por la cara iluminada de la misma. Por ejemplo, el satélite DSCOVR se encuentra en el punto Lagrange L1, en este caso entre el Sol y la Tierra. De modo que, mirando a la Tierra, siempre está iluminada por el Sol. Así siempre puede tomar imágenes con luz diurna.
NO SERÁ POSIBLE REPARARLO:
Aunque ha sido diseñado con un puerto de atraque en su parte posterior, debido a su posición tan lejana, 1,5 millones de km de la Tierra, el James Webb no se puede reparar. Así como el Hubble se tuvo que reparar hasta cinco veces, el JWST se ha concebido de manera que todo debe salir bien a la primera, no hay margen de error. Si los instrumentos fallan, o la malla protectora se rompe, será el fin de la misión. No está previsto que ninguna tripulación viaje 1,5 millones de km para repararlo. Para ponerlo en contexto, el viaje a la Luna, con todas sus complicaciones técnicas tan solo nos alejó 384.000km de la Tierra.
¿QUÉ SERÁ CAPAZ DE DETECTAR?
El JWST será capaz de asomarse a 50 millones de años después del Big Bang, en la llamada edad oscura del Universo. Lo cual, en perspectiva cósmica es un mero suspiro desde su creación. Se cree que se podrán observar las primeras estrellas en formación entre el caldo primigéneo de polvo estelar.
A propósito del polvo estelar y las nubes de gas, conocidas como nebulosas, el James Webb será capaz de explorar más allá de estos cúmulos gaseosos. Una de las ventajas del espectro electromagnético infrarrojo es que no se ve impedido por partículas de materia que pueden interponerse entre una estrella a millones de años luz y nosotros. Así, podríamos ser capaces de mirar a través de nebulosas y resolver con alta definición los centros de las galaxias.
Además, su alta capacidad de detección promete un mejor estudio de los exoplanetas y la composición de sus atmósferas, a la vez que incrementa la capacidad de detección de nuevos planetas fuera de nuestro sistema solar. En la siguiente imagen vemos dos de los métodos de detección de un exoplaneta; la luz emitida por una estrella se ve atenuada por el tránsito del planeta frente a ella y el propio planeta refleja la luz de la estrella hasta que transita detrás de ella. Las capacidades de los instrumentos de a bordo van más allá, gracias a la espectroscopía se puede analizar la composición química de estos planetas y sus atmósferas en su tránsito. Permitiendo multiplicar las posibilidades de detectar algún planeta con una composición atmosférica compatible con la vida.
¿QUIÉN LO LANZARÁ?
La agencia espacial europa ESA, con su cohete Ariane 5 ECA, serán los encargados de lanzar la preciada carga al espacio. Desde el complejo European Spaceport ELA-3 en la Guayana Francesa, el día 25 de Diciembre y si no hay más retrasos.
El cohete Ariane 5 ECA es un lanzador pesado desarrollado por Arianespace. En concreto, la versión ECA, capaz de albergar hasta dos satélites simultáneos, se lanzó por primera vez en 2002. De 60 metros de altura y 5,4 de diámetro, cuenta con dos propulsores de combustible sólido (SRB) que se desechan tras 129 segundos de combustión. La primera etapa, alimentada con hidrógeno líquido y óxigeno líquido (hidrolox) propulsará simultáneamente durante 650 segundos a través del propulsor Vulcain-2. La segunda etapa será la encargada de colocar la carga en la órbita necesaria para alcanzar el destino final del telescopio. Con un total de 109 lanzamientos desde 1996, el vehículo Ariane 5 tiene una tasa de éxito del 95,4%.
¿CÓMO VER EL LANZAMIENTO?
Si todo marcha sergún lo previsto, el 25 de Diciembre a las 12:20 UTC (13:20 en la península), se lanzará el Ariane 5. La retransmisión correrá a cargo de la NASA a través del siguiente enlace. Además, la ESA lo retransmitirá en español aquí.
¿CUANDO EMPEZARÁ A FUNCIONAR?
Durante 14 días de viaje, ya en curso hacia el punto L2, el James Webb comenzará poco a poco a desplegarse. Está previsto que en torno a verano de 2022, después de realizar el diagnóstico de sistemas, comience a realizar ciencia. Así como sucedió con el Hubble, el tiempo de observación se reparte entre los diferentes científicos que lo solicitan y la competencia para poder realizar observaciones con este tipo de telescopios es feroz. Desde Enero de 2020 los diferentes equipos de trabajo han realizado solicitudes para echarle el guante a este prodigio de la ingeniería. Solo en el primer año de operación, se han procesado más de 1.000 solicitudes para un total de 6.000 horas de observación.
¿CUÁNTO TIEMPO DURARÁ LA MISIÓN?
Aunque este tipo de misiones suelen alargarse hasta que el sistema no da más de sí, con frecuencia mayor tiempo de lo esperado, el James Webb sí tiene una fecha de caducidad. La razón es que para mantenerse años orbitando en el punto L2, necesita realizar pequeñas correciones. Está previsto que el combustible se agote entre 5 y 10 años y finalmente el telescopio comenzará a desviarse y acabará vagando por el sistema solar.
A diferencia del JWST, el Hubble, que se encontraba a tan solo 500km de la Tierra podía ser reparado y reconducido (elevado) a su órbita idónea con la ayuda del transbordador espacial. Quizás no es descabellado pensar en una misión para reabastecer o recolocar el instrumento. Es cierto que no entra en los planes, pero se ha dotado al JWST de un puerto de atraque para poder acoplar una nave. El tiempo dirá si el "rescate" es viable o efectivamente la misión tiene una fecha de caducidad.
Por momento despedimos al James Webb con buena música, le deseamos un feliz viaje hacia las estrellas y cruzamos los dedos para que la misión sea satisfactoria y pueda enviar a la Tierra material científco que expanda nuestro conocimiento sobre el cosmos.
댓글