Telescopul spațial James Webb a ajuns în sfârșit în noua sa casă

Telescopul spațial James Webb a ajuns în sfârșit la noua sa casă. După o lansare de Crăciun și o lună de desfășurare și asamblare în spațiu, noul observator spațial a ajuns la destinația finală, un loc cunoscut sub numele de L2.

Ghidarea telescopului spre L2 este „o realizare incredibilă a întregii echipe”, a declarat directorul de punere în funcțiune al Webb, Keith Parrish, într-o conferință de presă din 24 ianuarie, în care a anunțat sosirea. „Ultimele 30 de zile, le numim „30 de zile la margine”. Suntem atât de mândri că am trecut prin asta.” Dar munca echipei nu s-a încheiat încă. „Tocmai puneam masa. Tocmai ne-am desfășurat această navă spațială frumoasă și gata să facem știință. Deci, cel mai bun urmează să vină”, a spus el.

Telescopul nu poate începe încă să facă știință. „Avem o lună și copilul nici măcar nu și-a deschis ochii încă”, a spus Jane Rigby de la NASA Goddard Space Flight Center din Greenbelt, Md. „Tot ceea ce facem este să pregătim observatorul pentru a face știință transformatoare. . De aceea suntem aici.”

Mai sunt încă câteva luni de sarcini pe lista de sarcini a lui Webb înainte ca telescopul să fie gata să privească cea mai timpurie lumină din univers sau să spioneze atmosferele extraterestre ale exoplanetelor (SN: 10/6/21).

„Asta nu înseamnă că este ceva în neregulă”, spune astronomul Scott Friedman de la Institutul de Știință al Telescopului Spațial din Baltimore, care gestionează următoarea fază a călătoriei lui Webb. „Totul ar putea merge perfect și ar mai dura șase luni” de la lansare pentru ca instrumentele științifice ale telescopului să fie gata de acțiune, spune el.

Iată la ce să vă așteptați în continuare.

Viața la L2

L2, cunoscut din punct de vedere tehnic ca al doilea punct Lagrange Pământ-soare, este un loc la aproximativ 1,5 milioane de kilometri de Pământ în direcția lui Marte, unde gravitația Soarelui și a Pământului se combină pentru a furniza forța centripetă de tragere în interior necesară pentru a menține un obiect mai mic pe un drum curbat. Acest lucru permite obiectelor din punctele Lagrange să rămână pe loc fără prea mult efort. Perechile de obiecte masive din spațiu au cinci astfel de puncte Lagrange.

Cu toate acestea, telescopul, cunoscut și sub numele de JWST, nu este doar strâns. Orbitează în jurul L2, chiar dacă L2 orbitează în jurul Soarelui. Asta pentru că L2 nu este precis stabil, spune Friedman. Este ca și cum ai încerca să rămâi echilibrat direct deasupra unei mingi de baschet. Dacă ai ghintuit un obiect care se află exact în acel punct, ar fi ușor să-l faci să rătăcească. Încercarea lui L2 în 180 de zile, pe măsură ce L2 înconjoară soarele pe o „orbita halo”, este mult mai stabil – este mai greu să cadă de pe minge de baschet atunci când se află în mișcare constantă. Dar este nevoie de ceva efort pentru a rămâne acolo.

„JWST și alți sateliți astronomici, despre care se spune că sunt la L2, dar sunt într-adevăr pe orbite halo, au nevoie de propulsie pentru a-și menține pozițiile”, spune Friedman. „Pentru JWST, vom executa ceea ce numim manevre de menținere a stației la fiecare 21 de zile. Ne tragem propulsoarele pentru a ne corecta poziția, menținând astfel orbita noastră de halo.”

Cantitatea de combustibil necesară pentru a menține casa lui Webb în spațiu va stabili durata de viață a misiunii. Odată ce telescopul rămâne fără combustibil, misiunea s-a încheiat. Din fericire, nava spațială a avut o lansare aproape perfectă și nu a folosit mult combustibil în tranzit către L2. Ca rezultat, ar putea dura mai mult de 10 ani, spun membrii echipei, mai mult decât estimarea inițială de cinci până la 10 ani.

„Suntem foarte, foarte mulțumiți de durata de viață estimată. Va depăși cu mult cei 10 ani ai noștri”, a spus Parrish în conferința de presă din 24 ianuarie. Echipa va pune un număr exact pe această viață în următoarele câteva luni. „Toată lumea va fi cu adevărat încântată de asta. Este doar o parte din cât de încântat”, a spus el.

Destinația finală a lui Webb este un loc din spațiu numit L2, la aproximativ 1,5 milioane de kilometri distanță de Pământ. Telescopul va orbita de fapt pe L2 pe măsură ce L2 orbitează în jurul Soarelui (așa cum se arată în această animație). Această „orbita halo” specială ajută nava spațială să rămână pe loc fără a arde mult combustibil.

Webb are încă o caracteristică care îl ajută să rămână stabil. Parasolarul gigantic al telescopului, asemănător unui zmeu, care protejează instrumentele delicate de căldura și lumina soarelui, a Pământului și a lunii, ar putea prelua impuls din fluxul de particule încărcate care curge constant din soare, ca o velă solară. Dacă da, asta l-ar putea împinge pe Webb de la drum. Pentru a preveni acest lucru, telescopul are o clapă care acționează ca o cârmă, a declarat directorul de protecție solară Webb, Jim Flynn, de la Northrup Grumman, într-o conferință de presă din 4 ianuarie.

Răcire

Webb vede în lumina infraroșie, lungimi de undă mai mari decât ceea ce poate vedea ochiul uman. Dar oamenii experimentează radiația infraroșie ca căldură. „Ne uităm în esență la univers în viziune termică”, spune astrofizicianul Erin Smith de la Goddard Space Flight Center și un om de știință pe Webb.

Asta înseamnă că părțile telescopului care observă cerul trebuie să fie la aproximativ 40 kelvin (-233 ° Celsius), ceea ce se potrivește aproape cu frigul spațiului. În acest fel, Webb evită să emită mai multă căldură decât sursele îndepărtate din univers pe care telescopul le va observa, împiedicând-o să le ascundă.

Cea mai mare parte a Webb s-a răcit încă de când parasolarul telescopului s-a desfășurat pe 4 ianuarie. Parasolarul cu cinci straturi a observatorului blochează și deviază căldura și lumina, lăsând oglinzile telescopului și instrumentele științifice să se răcească de temperatura lor la lansare. Stratul de protecție solară cel mai apropiat de soare se va încălzi la aproximativ 85° Celsius, dar partea rece va fi de aproximativ –233° Celsius, a spus Parrish într-o transmisie web din 4 ianuarie.

„Ai putea fierbe apa pe partea din față a noastră, iar pe partea din spate a noastră, ești aproape la zero absolut”, a spus Parrish.

Unul dintre instrumente, MIRI, Instrumentul cu infraroșu mijlociu, are lichid de răcire suplimentar pentru a-l reduce la 6,7 ​​kelvin (-266 ° Celsius) pentru a-i permite să vadă chiar și obiecte mai slabe și mai reci decât restul telescopului. Pentru MIRI, „spațiul nu este suficient de rece”, spune Smith.

Alinierea oglinzilor

Webb a terminat de desfășurat oglinda sa aurie de 6,5 metri lățime pe 8 ianuarie, transformând nava spațială într-un adevărat telescop. Dar încă nu s-a făcut. Acea oglindă, care colectează și focalizează lumina din universul îndepărtat, este formată din 18 segmente hexagonale. Și fiecare dintre acele segmente trebuie să se alinieze cu o precizie de aproximativ 10 sau 20 de nanometri, astfel încât întregul aparat să imite o singură oglindă largă.

Webb va antrena fiecare dintre cele 18 segmente de oglindă pe o singură stea strălucitoare numită HD 84406, în constelația Ursa Major. Este „chiar lângă bolul carului mare. Nu poți să-l vezi cu ochiul liber, dar mi s-a spus că îl poți vedea cu un binoclu”, a declarat Lee Feinberg, manager de elemente ale telescopului optic Webb la Goddard, la conferința de presă din 24 ianuarie.

Începând cu 12 ianuarie, 126 de motoare minuscule din spatele celor 18 segmente au început să se miște și să le remodeleze pentru a se asigura că toate se potrivesc. Alte șase motoare au mers la lucru pe oglinda secundară, care este sprijinită pe un braț în fața oglinzii primare.

Înainte ca telescopul spațial James Webb să înceapă să observe universul, toate cele 18 segmente ale oglinzii sale primare trebuie să acționeze ca o oglindă de 6,5 metri. Această animație arată segmentele de oglindă în mișcare, înclinare și îndoire pentru a aduce 18 imagini separate ale unei stele (puncte de lumină) împreună într-o singură imagine focalizată.

Acest proces de aliniere va dura cel puțin până în aprilie. În parte, asta se datorează faptului că mișcările au loc în timp ce oglinda se răcește. Schimbarea temperaturii modifică forma oglinzilor, astfel încât acestea nu pot fi puse în alinierea lor finală decât după ce suita de instrumente științifice a telescopului este complet răcită.

Odată realizată alinierea inițială, lumina din spațiul îndepărtat va sări mai întâi de oglinda primară, apoi de oglinda secundară și, în final, va ajunge la instrumentele care vor analiza semnalele cosmice. Dar alinierea segmentelor de oglindă „nu este doar acum, este un proces continuu, doar pentru a ne asigura că sunt întotdeauna perfect aliniate”, a declarat Scarlin Hernandez, inginer de sisteme de zbor la Institutul de Știință al Telescopului Spațial din Baltimore. Evenimentul NASA Science Live pe 24 ianuarie. Procesul va continua pe toată durata de viață a telescopului.

Calibrarea instrumentelor științifice

În timp ce oglinzile se aliniază, instrumentele științifice ale lui Webb se vor porni. Din punct de vedere tehnic, acesta este momentul în care Webb va face primele fotografii, spune astronomul Klaus Pontoppidan, de asemenea de la Institutul de Știință al Telescopului Spațial. „Dar nu vor fi drăguți”, spune Pontoppidan. Telescopul își va testa mai întâi focalizarea pe o singură stea strălucitoare, aducând 18 puncte strălucitoare separate într-unul singur, prin înclinarea oglinzilor.

După câteva ajustări finale, telescopul „va funcționa așa cum ne dorim și va prezenta imagini frumoase ale cerului tuturor instrumentelor”, spune Friedman. „Atunci pot începe să-și facă treaba.”

Aceste instrumente includ NIRCam, camera principală în infraroșu apropiat care va acoperi intervalul de lungimi de undă de la 0,6 la 5 micrometri. NIRCam va putea să imagineze cele mai vechi stele și galaxii așa cum erau atunci când s-au format acum cel puțin 12 miliarde de ani, precum și stele tinere din Calea Lactee. Camera va putea vedea, de asemenea, obiecte din Centura Kuiper de la marginea sistemului solar și este echipată cu un coronagraf, care poate bloca lumina de la o stea pentru a dezvălui detalii despre exoplanete mai slabe care o orbitează.

Urmează NIRSpec, spectrograful în infraroșu apropiat, care va acoperi aceeași gamă de lungimi de undă a luminii ca și NIRCam. Dar, în loc să colecteze lumina și să o transforme într-o imagine, NIRSpec va împărți lumina într-un spectru pentru a afla proprietățile unui obiect, cum ar fi temperatura, masa și compoziția. Spectrograful este conceput pentru a observa 100 de obiecte în același timp.

MIRI, instrumentul cu infraroșu mediu, este păstrat cel mai rece pentru a fi observat la cele mai lungi lungimi de undă, de la 5 la 28 de micrometri. MIRI are atât o cameră, cât și un spectrograf care, la fel ca NIRCam și NIRSpec, vor fi în continuare sensibile la galaxiile îndepărtate și la stelele nou-născute, dar va putea, de asemenea, să repereze planete, comete și asteroizi.

Iar al patrulea instrument, numit FGS/NIRISS, este în două părți. FGS este o cameră care va ajuta telescopul să puncteze cu precizie. Și NIRISS, care înseamnă imager în infraroșu apropiat și spectrograf fără fantă, va fi folosit în mod special pentru a detecta și caracteriza exoplanete.

Instrumentele științifice ale telescopului spațial James Webb sunt stocate în spatele oglinzii primare (așa cum se arată în această animație). Lumina de la obiecte îndepărtate lovește oglinda primară, apoi oglinda secundară din fața acesteia, care concentrează lumina asupra instrumentelor.

Primele ținte științifice

Va dura cel puțin încă cinci luni după sosirea la L2 pentru a termina calibrarea tuturor acestor instrumente științifice, spune Pontoppidan. Când totul este gata, echipa științifică Webb are un plan secret pentru primele imagini color care urmează să fie lansate.

„Aceste imagini sunt menite să demonstreze lumii că observatorul funcționează și este pregătit pentru știință”, spune Pontoppidan. „Exact ce va fi în acel pachet, acesta este un secret.”

Parțial secretul se datorează faptului că există încă o anumită incertitudine în ceea ce va putea privi telescopul când va veni momentul. Dacă instalarea instrumentelor durează mai mult decât se aștepta, Webb se va afla într-o altă parte a orbitei sale și anumite părți ale cerului vor fi invizibile pentru un timp. Echipa nu vrea să promită ceva anume și apoi să greșească, spune Pontoppidan.

Dar, de asemenea, „este menit să fie o surpriză”, spune el. „Nu vrem să stricăm această surpriză.”

Cu toate acestea, primele proiecte științifice ale lui Webb nu sunt secrete. În primele cinci luni de observații, Webb va începe o serie de proiecte Early Release Science. Acestea vor folosi fiecare caracteristică a fiecărui instrument pentru a privi o gamă largă de ținte spațiale, inclusiv totul, de la Jupiter la galaxii îndepărtate și de la formarea stelelor la găuri negre și exoplanete.

Totuși, chiar și oamenii de știință sunt dornici de pozele frumoase.

„Sunt foarte încântat să văd acele prime imagini, doar pentru că vor fi spectaculoase”, spune Smith. „Oricât de mult îmi place știința, este și distractiv să ooh și ahh.”