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BEDIN V.I.P.

LUIGI BEDIN

Luigi BEDIN

Boa sorte, Telescópio Espacial James Webb

por Elisa SperonelloCOMPARTILHADO

NASA / MSFC / David Higginbotham - Goddard Space Flight Center da NASA

A espera acabou, o Telescópio Espacial James Webb foi lançado com sucesso em 25 de dezembro de 2021 da base europeia de Kourou na Guiana Francesa. Um presente de Natal muito bem-vindo para a comunidade científica internacional, mas acima de tudo um presente tão esperado . Esperado em todos os sentidos. Em primeiro lugar, a espera diz respeito ao grande potencial do telescópio espacial, tão grande que os estudiosos já elogiam uma revolução astronômica como a realizada por Galileu Galilei no século XVII. E então a espera também se refere às décadas passadas projetando-o, construindo-o, mas também adiando pontualmente seu lançamento. Fala-se do JWST desde o lançamento do Telescópio Espacial Hubble, há mais de 30 anos, quando ainda era mais genericamente denominado Next Generation Space Telescope (NGST) , nome que manteve até 2002.

Também não faltaram adiamentos perto do lançamento: planejados primeiro para 18, depois para 22 e depois para 24 de dezembro, finalmente decolou no dia de Natal de 2021.

“Não podemos falar do JWST sem falar do HST”, explica Luigi BEDIN , pesquisador do Observatório Astronômico de Pádua - Inaf , na verdade os dois telescópios são constantemente comparados e citados juntos. James Webb é considerado o sucessor do Hubble, o telescópio dos registros , inclusive o de ainda estar em operação seis anos após a data estimada de término "garantia". BEDIN continua: “cada vez que observo uma porção do céu observada com o HST e comparo com qualquer instrumento do solo, estou convencido de que não há comparação: podemos ter certeza de que o HST vale todo o dinheiro gasto”. O Hubble custou US $ 4,7 bilhões no lançamento há 31 anos, que então subiu para cerca de US $ 10 com as várias missões de serviço.

Será o mesmo para JWST? Certamente a "conta" paga pela NASA, ESA e a Agência Espacial Canadense , os três princípios da operação, é certamente "astronômica": mais de 11 bilhões de dólares , divididos entre as três agências em percentuais diferentes. A ESA, por exemplo, já investiu cerca de 15% do valor total. A NASA, por outro lado, é o maior investidor , com seus 10 bilhões de dólares. Esses números fazem de Webb o projeto científico mais caro já realizado , à frente do Hubble e do CERN em Genebra. E também na frente das gloriosas missões Apollo. Lembre-se de que estamos falando do maior e mais poderoso telescópio espacial já construído pelo homem .

 

crédito: ESA - S. Corvaja

Para saber, porém, se o investimento será lucrativo, será necessário aguardar pelo menos duas semanas, quando o JWST alcançará o ponto Sol-Terra L2 , ou o ponto Lagrangeano de equilíbrio instável., onde as forças de gravidade da Terra e do Sol, e a força centrífuga são iguais. A vantagem de posicionar o telescópio neste ponto, a cerca de 1,5 bilhão de quilômetros da Terra, é sempre garantir que metade do céu, não perturbado pela presença da Terra, seja termicamente estável. O Hubble, que viaja a 7 quilômetros por segundo a 550 quilômetros da Terra, tem um céu que está sempre parcialmente ocupado pelo nosso globo. A partir deste ponto não são possíveis observações no infravermelho, o que Webb fará, pois a Terra aqueceria muito o telescópio, cegando-o, mesmo que estivesse isolado termicamente do Sol. Ao atingir L2, o JWST começará a se abrir., porque "o JWST é diferente de qualquer outro telescópio lançado ao espaço anteriormente, não tem a forma de um tubo, ele se dobra e se desdobra como um origami" comenta Luigi BEDIN em tom de brincadeira, mas usa uma metáfora que dá uma boa ideia de Complexidade da operação e a precisão com que cada movimento deve ser executado com perfeição. Por outro lado, seu grande espelho de 6 metros de diâmetro nunca poderia ter sido introduzido no nariz de um lançador Ariane (que tem apenas 4,6 metros de diâmetro e 21,2 metros de comprimento) sem ser dobrado de alguma forma. Além disso, o escudo solar, ou escudo solar, ou escudo térmico, é feito de cinco camadas de plástico fino, coberto com alumínio em ambos os lados, com a adição de silício nos lados mais quentes em direção ao sol, com o objetivo de refletir a maior parte do calor solar para o espaço, portanto, apenas um pequena parte é irradiada novamente para o telescópio. Essas cinco camadas, que também têm a função de manter o telescópio no escuro, são dobradas 12 vezes e, graças à largura do escudo solar, uma vez totalmente aberto o JWST passa a ter o tamanho de uma quadra de tênis . Neste ponto, o período de calibração de todos os instrumentos começará. "Espero", continua BEDIN "que demore pelo menos seis meses antes que o JWST se torne totalmente operacional e comece a coletar dados rotineiramente."

 

Crédito: Northrop Grumman

O espelho principal do JWST merece algumas menções separadas , consistindo de 18 espelhos hexagonais, finos, leves, mas também rígidos e precisos . Os espelhos são montados em um total de 126 motores com movimentos micrométricos, especialmente projetados para o perfeito alinhamento da ótica. Estes, uma vez alinhados, não precisarão de ajustes de foco, exceto ocasionalmente. Os detectores são muito sensíveis de modo a permitir a grande faixa de comprimentos de onda observáveis ​​pelo JWST.

Alguns outros dados técnicos: Webb pode contar com rodas de reação , massas que serão movidas para manter o direcionamento do telescópio desejado e foguetes que lhe permitirão manter a órbita e baixar o momento angular acumulado pelas rodas de reação. Ativar rodas de reação e jatos de foguete consome o propelente e, em última análise, determina a vida útil do JWST. Quando o propelente acabar, será impossível manter o telescópio em posição e atitude, não será mais possível orientar os painéis solares. Por isso, estima-se que o JWST chegará a 10 anos de honrosa carreira , poucos, se quisermos compará-lo, mais uma vez, ao seu antecessor.

 

Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA

Mas Hubble é diferente de James Webb, pois diferente é a ciência que este último será capaz de fazer. Tendo um espelho maior, todas as outras coisas sendo iguais, JWST pode ver fontes de duas magnitudes mais fracas e, conseqüentemente, como as fontes mais distantes parecem mais fracas, para os mesmos fótons coletados de uma determinada fonte, Webb verá mais fontes. Ver fontes de luz distantes no espaço, tendo em mente que leva tempo para a luz passar, significa que elas também serão muito mais antigas . Dessa forma, o JWST será capaz de olhar para trás no tempo , talvez para ver os objetos mais antigos do universo que podemos estimar.

Além disso, a expansão do universo envolve um desvio para o vermelho de todas as fontes distantes. O desvio para o vermelho , ou desvio para o vermelho , nada mais é do que o aumento no comprimento de onda e é indicado por z. Atualmente, o registro do objeto mais distante visto até agora é az 11. Acredita-se que, graças à capacidade de observação de 28,3 micrômetros no infravermelho intermediário, o JWST será capaz de ver objetos a 20 onças 30. Portanto, além de coletar mais luz do que o Hubble, Webb irá coletar luz que está bem na faixa espectral onde o brilho máximo das fontes de interesse deve ser. Mas isso não é tudo: a observação infravermelha também permite que você olhe através das nuvens de poeira na galáxia, que bloqueiam a luz visível.


Análise em profundidade pelo professor Giampaolo Piotto, diretor do CISAS no JWST. Filmagem e edição de Elisa Speronello

"Pelo menos 20-25% do tempo do JWST será dedicado ao estudo de exoplanetas ", explica o professor Giampaolo Piotto , diretor do Centro Universitário de Estudos e Atividades Espaciais "Giuseppe Colombo" , que especifica: "em particular suas atmosferas próximas infravermelho. Podemos aprender muitas coisas, sobretudo podemos procurar moléculas que também podem ser interessantes para a procura de vida ”. Como? James Webb examinará as pequenas variações na luz da estrela hospedeira que, passando pela atmosfera do planeta, permitirá aos cientistas inferir quais propriedades e composições estão presentes nesta última.

Além de investigar a formação de estrelas e galáxias, as atmosferas de exoplanetas do tipo terrestre, Webb apontará seus espelhos para buracos negros . Como pode ser visto, Webb foi concebido para objetivos científicos bastante específicos, mas, dado o grande sucesso de seu antecessor, JWST também será capaz de realizar observações genéricas : do sistema solar, aos seus arredores, às galáxias próximas e distantes. “Mais importante ainda, na minha opinião” BEDIN resume “será ver o que iremos descobrir de completamente novo, e que hoje nem sabemos que existe!”.

 

Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA

Voltando à instrumentação, há muito a bordo e cada instrumento tem um objetivo científico específico. Câmeras, espectrômetros, mas também coronógrafos e interferômetros de cerca de 0,6 micrômetros, visíveis a olho nu, a cerca de 28 micrômetros, invisíveis a olho nu.

Todos os instrumentos científicos são integrados em um módulo denominado Módulo de Instrumento Científico Integrado ( ISIM ), que é anexado à estrutura na base do telescópio. ISIM fornece eletricidade, recursos computacionais, refrigeração para manter os instrumentos na temperatura ideal, estabilidade estrutural do telescópio . O módulo possui quatro instrumentos mais câmaras-guia. A ferramenta mais esperada é o NIRCam(Near IR Camera), que produzirá imagens de campo amplo de alta resolução na faixa de comprimento de onda entre 0,6 e 5 micrômetros. Por um lado, dois detectores, com resolução de 4Kx4K pixels, irão registrar imagens do céu nos menores comprimentos de onda, por outro lado, dois outros detectores, com a mesma resolução, para os maiores comprimentos de onda, acima de 2, 4 micrômetros . A câmara, desenvolvida pela University of Arizona, inclui coronografos, interferometros e será usada para astrometria e fotometria de alta precisão.

Outro instrumento a bordo é o NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph), que fará espectroscopia na mesma faixa de comprimento de onda do NIRCam. Pode ser usado no modo de baixa resolução, em vários objetos e no campo integral; esta última modalidade é particularmente interessante porque se baseia num complexo sistema de microfibras que permitirá observar individualmente centenas de fontes no campo de visão do módulo.

O instrumento MIRI (Mid IR Instrument), semelhante ao NIRSpec, foi desenvolvido em colaboração entre a NASA e um consórcio de países europeus para medir comprimentos de onda entre 5 e 27 micrômetros.

As ferramentas NIRISS ( Near Infrared Imager e Slitless Spectrograph) e o FGS (Fine Guidance Sensor) foram desenvolvidos pela agência espacial canadense. O NIRISS é um módulo adicional, fisicamente montado na unidade FGS, portanto são considerados como uma unidade única. O NIRISS é capaz de retornar imagens e espectros entre 0,8 e 5 micrômetros de comprimento de onda, enquanto as medições feitas pelo FGS, que observa estrelas distantes, também são utilizadas para controlar a atitude de todo o observatório e orientar os ajustes do estabilizador de espelho, necessários para obter imagens fixas e nítidas

 

Crédito: NASA

“É um grande empreendimento”, diz Piotto, “certamente o mais complexo tecnologicamente da NASA e da ESA, mas é um empreendimento fundamental para o desenvolvimento da astronomia. James Webb será aquela missão que nos fará dar um passo adiante ”.

O risco de que algo não saia na direção certa é minado em todos os momentos, desde o lançamento até a obtenção do L2, desde a abertura dos espelhos e do escudo, até a calibração dos instrumentos de bordo. Apesar das décadas investidas no desenvolvimento, apesar de todos os testes e simulações efetuados pela NASA, ESA e CSA, é impossível recriar, ou simular, as situações exatas em que o telescópio se encontrará. Mais uma vez, era o Hubble e sua aberração no espelho primário, descoberto quando já estava em órbita, para ensiná-lo. E aqui está uma diferença final importante entre os dois telescópios: Webb não pode ser reparado como seu antecessor, estando posicionado muito longe da Terra.
Tradutor:Google
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