No final do ano, a Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA) dos Estados Unidos fará um grande presente para os astrônomos ao lançar em órbita o telescópio espacial mais poderoso já criado pelo homem. Ele tem o nome de “Telescópio Espacial James Webb” e não deve apenas substituir o Telescópio Hubble, que está em órbita há mais de 30 anos, mas também mudar completamente a maneira como as pessoas estudam o espaço.
Fonte da imagem: The Verge
Uma das principais características do JWST é que ele possui o maior espelho de todos os telescópios lançados ao espaço – seu diâmetro é de 6,5 metros. Como um espelho desse diâmetro é problemático para caber em um foguete, ele foi feito de material composto. No início, ele estará em um estado dobrado e, depois de ser levado à gravidade zero, se decomporá. A principal tarefa do telescópio é coletar radiação eletromagnética infravermelha de estrelas e galáxias distantes do Universo, o que permitirá aos cientistas olhar para o passado e ter uma ideia de alguns dos objetos que se formaram imediatamente após o Big Bang. Além disso, será usado para pesquisar vida extraterrestre, observar buracos negros supermassivos e muito mais.
Processo de teste do espelho do telescópio JWST / Fonte da imagem: Northrop Grumman
A NASA tem trabalhado na criação do JWST por quase três décadas, e até mesmo levá-lo para a plataforma de lançamento demorou muito. Agora, o telescópio está pronto para ser lançado ao espaço usando o veículo de lançamento Arianespace Ariane 5, com lançamento programado para 25 de dezembro e que abrigará o local de lançamento de Kourou na Guiana Francesa. A janela de lançamento é destacada entre 15:20 e 15:52, horário de Moscou. Por fim, o telescópio será colocado em uma órbita de halo no ponto Lagrange L₂ do sistema Sol-Terra, onde se tornará uma ferramenta incrivelmente poderosa nas mãos dos astrônomos nos próximos 5-10 anos.
Desempenho impressionante
A primeira coisa a saber sobre o telescópio James Webb é que ele é enorme. Possui um espelho de 6,5 metros de diâmetro com uma superfície coletora de 25 m². Para efeito de comparação, o equipamento do “Hubble” possui um espelho com diâmetro de 2,4 metros e superfície coletora de 4,5 m². Devido a um espelho tão grande, o novo telescópio será dez vezes mais sensível e será capaz de detectar radiação eletromagnética muito mais fraca. O espelho telescópico é formado por 18 segmentos hexagonais de berílio, cada um do tamanho de uma mesa de centro.
Para funcionar, todos os segmentos devem estar perfeitamente alinhados, movendo-se com tanta precisão que o erro seja de apenas 0,0001 vezes o diâmetro de um fio de cabelo humano. Isso significa que, quando desdobrados, 18 segmentos formam um único espelho com uma superfície quase plana. Todos os segmentos são cobertos por uma camada de ouro, que é cerca de 200 vezes mais fina do que um fio de cabelo humano. É o ouro que ajuda o telescópio a detectar radiação na faixa do infravermelho.
Fonte da imagem: NASA
À medida que o universo se expande, os objetos mais distantes da Terra aceleram significativamente mais rápido do que aqueles mais próximos de nosso planeta. Quanto mais rápido essa aceleração ocorre, mais a luz de objetos distantes é deslocada da parte visível do espectro para o infravermelho. O espelho folheado a ouro permitirá que o JWST detecte radiação eletromagnética de galáxias a até 13,6 bilhões de anos-luz da Terra. É esse recurso que ajudará o telescópio a se tornar uma janela para o passado. Acredita-se que o universo tenha cerca de 13,8 bilhões de anos, o que significa que o telescópio será capaz de registrar a radiação de objetos que se formaram apenas 100-250 milhões de anos após o Big Bang.
As observações na faixa do infravermelho são muito difíceis porque estão associadas ao calor que irradia de todos os objetos cuja temperatura está acima do zero absoluto. Por causa disso, o JWST não pode orbitar a Terra ou sua superfície. O calor irradiado do planeta não permitirá observações precisas. Mesmo o próprio telescópio não precisa gerar energia térmica desnecessária para que os resultados da observação sejam precisos o suficiente. Portanto, ele fará uma longa jornada e trabalhará, estando no ponto Lagrange L₂ a uma distância de mais de 1,5 milhão de km da Terra na direção oposta ao sol. Devido a isso, a espaçonave será capaz de manter constantemente o equilíbrio em relação às forças da gravidade e estar aproximadamente na mesma distância de nosso planeta.
Protetor solar desdobrado / Fonte da imagem: Northrop Grumman
Curiosamente, mesmo a uma distância tão grande, o calor do Sol ainda é um problema, então um protetor solar foi incluído no design. É formado por cinco camadas ultrafinas de um material especial que refletirá a maior parte do calor, aquecendo até 110 ° C. Ao mesmo tempo, o lado em que está localizado o equipamento científico manterá a temperatura em torno de -190 ° C.
História difícil
A jornada do telescópio JWST até o local de lançamento foi longa e árdua. Depois de muito debate sobre a aparência do receptor Hubble, em 1996 a NASA decidiu construir um telescópio espacial infravermelho com um espelho de 4 metros de diâmetro. Porém, Dan Goldin, então chefe da NASA, considerou que um espelho com 4 metros de diâmetro não seria suficiente e pediu que seu tamanho fosse duplicado. Esta decisão tornou o desenvolvimento muito mais difícil, já que um espelho tão grande significava que o telescópio tinha que ser lançado da Terra em um estado dobrado. A principal dificuldade era que a tecnologia necessária para implantar um telescópio no espaço e alinhar espelhos com precisão simplesmente não existia naquela época.
Outro obstáculo ao desenvolvimento do telescópio James Webb foi seu custo. Inicialmente, a NASA esperava lançar o telescópio ao espaço entre 2007 e 2011, gastando de US $ 1 a US $ 3,5 bilhões em todo o projeto. Ao longo das décadas, a data de lançamento do telescópio foi repetidamente adiada, e o custo de seu desenvolvimento foi crescido constantemente. Legisladores americanos até propuseram reduzir completamente o projeto, mas em 2011 a NASA remarcou a missão e o Congresso dos EUA concordou em continuar a financiá-la, estabelecendo um limite orçamentário para toda a vida do JWST no valor de US $ 8,8 bilhões. Ao mesmo tempo , foi anunciado que o telescópio iria ao espaço em 2018 ano.
Localização do telescópio JWST em relação ao Sol e à Terra / Fonte da imagem: The Verge
Quando os engenheiros começaram a montar e testar os sistemas de telescópio antes da preparação para o lançamento, surgiram muitos problemas. Durante os testes criogênicos e de vibração, alguns parafusos da estrutura do telescópio se afrouxaram, algumas válvulas falharam e apareceram rachaduras no protetor solar. Isso fez com que o telescópio fosse enviado de volta para outra revisão. Por fim, em 2018, a NASA definiu o custo final da missão em US $ 9,7 bilhões e anunciou o adiamento do lançamento.
Somente neste ano, o JWST passou pela fase final dos treinamentos necessários e foi entregue no Cosmódromo Kuru em outubro. No entanto, nem tudo correu bem aqui também. Inicialmente, o lançamento do telescópio deveria ocorrer em 18 de dezembro, mas desde então foi adiado duas vezes devido a problemas de comunicação e mau tempo na área da missão. Não surpreendentemente, a NASA reluta em arriscar o lançamento, já que este telescópio demorou muito para ser construído e custou muito.
Começar é só o começo
De acordo com as informações disponíveis até o momento, o lançamento do foguete Ariane 5 com o telescópio JWST será no dia 25 de dezembro às 7h20 locais (15h20min de Moscou). Se durante o lançamento não houver problemas, então terá início “29 dias à beira do precipício” (termo cunhado na NASA, que caracteriza o complexo processo de implantação de um telescópio). À medida que viaja para sua localização a 1,5 milhão de km da Terra, o JWST gradualmente entrará em funcionamento.
A primeira coisa que ele precisa fazer depois de desencaixar o foguete é implantar o painel solar e começar a coletar a energia, necessária para alimentar todos os sistemas. No dia seguinte, ele implantará uma antena de alto ganho que será usada para se comunicar com a Terra. Levará mais alguns dias para implantar o protetor solar, e depois disso começará o encaixe dos elementos de espelho. Todo o processo de implantação levará cerca de duas semanas, após o qual restará aproximadamente a mesma quantidade de tempo para que ele voe até seu destino. Menos de um mês após o início, o telescópio, na fase final da viagem, utilizará os motores de bordo para assumir a posição final no ponto L₂ de Lagrange.
Se tudo correr conforme o planejado, a NASA terá um instrumento de visão incrivelmente afiada para observar o universo. Observe que, depois de chegar ao ponto final, o telescópio levará algum tempo para esfriar e, em seguida, os engenheiros da NASA verificarão seus instrumentos e sistemas por mais alguns meses para ter certeza de que estão funcionando. Se a missão for bem-sucedida, as primeiras imagens de tirar o fôlego serão enviadas pelo telescópio James Webb no verão de 2022.