Il telescopio spaziale James Webb si prepara a guardare in profondità nell’universo

Lo svolgimento della missione rivoluzionaria del James Webb Space Telescope (JWST) richiede potenti innovazioni tecnologiche in ottica, rivelatori, specchi e una moltitudine di altre aree. La potenza scientifica senza precedenti di JWST è in parte funzione delle dimensioni e dell’estrema sensibilità del suo specchio primario, che raccoglie le immagini dallo spazio. Lo specchio placcato in oro ha un diametro di 21 piedi, offrendo un’area di raccolta di 273 piedi quadrati.

Alla sua dimensione completamente dispiegata, lo specchio sarebbe stato troppo grande per adattarsi al razzo Ariane 5 che lo ha lanciato, quindi è stato costruito in 18 segmenti esagonali progettati per aprirsi una volta che il telescopio era nello spazio. Questi segmenti devono essere minuziosamente controllati per fonderli in un’unica superficie ottica. JWST ha 132 minuscoli motori elettrici dedicati al controllo dello specchio e ogni segmento dello specchio richiede sette piccoli motori: sei per cambiare posizione e un motore centrale per regolare il raggio di curvatura. (La luce riflessa va quindi allo specchio secondario che ha altri sei motori per cambiare la sua posizione.) Poiché i materiali cambiano forma quando vengono raffreddati, ogni segmento dello specchio è stato rettificato in una forma otticamente sbagliata a temperatura ambiente, ma che si sarebbe deformata nella forma corretta alla bassa temperatura di esercizio del JWST.

Dopo il lancio, i segmenti dello specchio puntavano tutti in direzioni diverse, grazie sia ai tremori durante il decollo che alle contrazioni termiche causate dalla riduzione della temperatura. Per assicurarsi che i segmenti fossero allineati correttamente, la NASA ha scelto una stella particolarmente luminosa nell’Orsa Maggiore come obiettivo di allineamento, poiché era relativamente isolata dalle altre stelle e quindi facile da trovare. Gli specchi sono stati quindi regolati fino a quando non hanno raccolto tutti l’immagine di quella stella e le 18 immagini sono state fuse in una sola. Nell’immagine della stella prescelta, è possibile vedere minuscoli punti di luce sullo sfondo, ciascuno una galassia lontana, a milioni se non miliardi di anni luce di distanza e precedentemente fuori portata – un assaggio delle capacità future di JWST.

Una serie di funzionalità

JWST ha anche un array microshutter, una griglia di 248.000 porte (ciascuna 0,004 pollici per 0,008 pollici) che possono essere aperte o chiuse per far entrare la luce da un particolare oggetto nello spazio mentre bloccano la luce da altri oggetti. Oppure l’array può selezionare molti oggetti e misurare una proprietà complessiva. “Per costruire un telescopio in grado di scrutare più lontano di quanto possa fare Hubble, avevamo bisogno di una tecnologia nuova di zecca”, ha affermato Murzy Jhabvala, ingegnere capo della divisione Instrument Technology and Systems di Goddard, in un post della NASA sulla tecnologia del microshutter. “Lavoriamo su questo progetto da oltre sei anni, aprendo e chiudendo le minuscole persiane decine di migliaia di volte per perfezionare la tecnologia”.

JWST raccoglie la radiazione infrarossa (calore), che ha una lunghezza d’onda più lunga della luce visibile ma più corta delle onde radio. La radiazione infrarossa può passare più liberamente attraverso regioni di gas e polvere cosmici e forse consentire a JWST di osservare la formazione di nuovi sistemi planetari normalmente avvolti da particelle fini.

La radiazione infrarossa che viaggia dall’oggetto bersaglio nello spazio viene raccolta dallo specchio primario, riflessa sullo specchio secondario più piccolo e quindi diretta in uno dei quattro strumenti scientifici che possono focalizzare, filtrare o disperdere la luce. Sono necessari quattro strumenti perché alcuni sono più adatti di altri all’osservazione di specifici tipi di oggetti come pianeti, stelle, nebulose e galassie.

Per evitare che il bagliore infrarosso del telescopio stesso sommerga deboli segnali astronomici, JWST deve funzionare a temperature estremamente basse. Uno degli strumenti deve essere mantenuto a una temperatura di -447 gradi Fahrenheit, appena 58 gradi sopra lo zero assoluto. Utilizza un enorme parasole di 69,5 piedi per 46,5 piedi per bloccare il calore e la luce dal Sole, dalla Terra e dalla Luna. Ulteriore raffreddamento è fornito da un cryocooler, un frigorifero a base di elio.

Il controllo e il monitoraggio del telescopio sono effettuati da un team di tecnici seduti davanti a dozzine di schermi nell’hub high-tech dello Space Telescope Science Institute (STScI) di Baltimora. Il collegamento tra JWST e i controllori è fornito dal Deep Space Network della NASA. Per preparare il team a far fronte a eventuali problemi imprevisti, gli ingegneri hanno eseguito decine di simulazioni, affinando la loro capacità di diagnosticare e correggere rapidamente i malfunzionamenti.

“Stiamo per intraprendere questo fantastico viaggio di scoperta”, ha detto a Reuters l’astronomo Klaus Pontoppidan, uno scienziato del progetto Webb presso STScI. “Intendiamo davvero scoperta perché Webb ha il potere grezzo di rivelare l’inaspettato. Possiamo pianificare ciò che pensiamo di vedere. Ma alla fine, sappiamo che la natura ci sorprenderà il più delle volte”.

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