Com cada centímetro extra de abertura, cada segundo extra de tempo de observação e cada átomo extra de desordem atmosférica removido do campo de visão do telescópio, o Universo pode ser visto melhor, mais profundo e mais claro.
25 anos de Hubble
Quando o telescópio Hubble começou a operar em 1990, inaugurou uma nova era na astronomia - o espaço. Não havia mais luta com a atmosfera, não havia mais preocupação com nuvens ou cintilação eletromagnética. Tudo o que era necessário era implantar o satélite no alvo, estabilizá-lo e coletar fótons. Em 25 anos, os telescópios espaciais começaram a cobrir todo o espectro eletromagnético, permitindo pela primeira vez ver o universo em todos os comprimentos de onda da luz.
Mas à medida que nosso conhecimento aumentou, também aumentou nossa compreensão do desconhecido. Quanto mais longe olhamos para o universo, mais profundo é o passado que vemos: a quantidade finita de tempo desde o Big Bang, combinada com a velocidade finita da luz, fornece um limite para o que podemos observar. Além disso, a própria expansão do espaço funciona contra nós, esticando o comprimento de ondaa luz das estrelas enquanto viaja através do universo até nossos olhos. Até mesmo o Telescópio Espacial Hubble, que nos dá a imagem mais profunda e de tirar o fôlego do universo que já descobrimos, é limitado a esse respeito.
Desvantagens do Hubble
O Hubble é um telescópio incrível, mas tem várias limitações fundamentais:
- Apenas 2,4m de diâmetro, limitando sua resolução.
- Apesar de ser coberta com materiais refletivos, está constantemente exposta à luz solar direta, que a aquece. Isso significa que, devido a efeitos térmicos, não pode observar comprimentos de onda de luz maiores que 1,6 µm.
- A combinação de abertura limitada e os comprimentos de onda aos quais é sensível significa que o telescópio pode ver galáxias com menos de 500 milhões de anos.
Essas galáxias são lindas, distantes e existiam quando o universo tinha apenas cerca de 4% de sua idade atual. Mas sabe-se que as estrelas e galáxias já existiam antes.
Para ver isso, o telescópio deve ter uma sensibilidade maior. Isso significa mover-se para comprimentos de onda mais longos e temperaturas mais baixas do que o Hubble. É por isso que o Telescópio Espacial James Webb está sendo construído.
Perspectivas para a Ciência
James Webb Space Telescope (JWST) foi projetado para superar precisamente essas limitações: com um diâmetro de 6,5 m, o telescópio coleta 7 vezes mais luz que o Hubble. Ele abreultra-espectroscopia de alta resolução de 600 nm a 6 µm (4 vezes o comprimento de onda que o Hubble pode ver), para fazer observações na região do infravermelho médio do espectro com maior sensibilidade do que nunca. O JWST usa resfriamento passivo para a temperatura da superfície de Plutão e é capaz de resfriar ativamente instrumentos de infravermelho médio até 7K.
Ele permitirá:
- observe as primeiras galáxias já formadas;
- ver através do gás neutro e sondar as primeiras estrelas e a reionização do universo;
- realizar análise espectroscópica das primeiras estrelas (população III) formadas após o Big Bang;
- tenha surpresas incríveis como a descoberta dos primeiros buracos negros supermassivos e quasares do universo.
O nível de pesquisa científica do JWST é diferente de tudo no passado, e é por isso que o telescópio foi escolhido como a principal missão da NASA na década de 2010.
Obra-prima científica
Do ponto de vista técnico, o novo telescópio James Webb é uma verdadeira obra de arte. O projeto percorreu um longo caminho: houve estouros no orçamento, atrasos no cronograma e o risco de o projeto ser cancelado. Após a intervenção da nova liderança, tudo mudou. O projeto de repente funcionou como um relógio, os fundos foram alocados, erros, falhas e problemas foram levados em conta, e a equipe JWST começou a se encaixartodos os prazos, horários e enquadramentos orçamentais. O lançamento do dispositivo está previsto para outubro de 2018 no foguete Ariane-5. A equipe não apenas cumpre o cronograma, mas ainda tem nove meses para contabilizar todas as contingências para garantir que tudo esteja embalado e pronto para essa data.
O telescópio James Webb consiste em 4 partes principais.
Bloco óptico
Inclui todos os espelhos, dos quais os dezoito espelhos banhados a ouro segmentados primários são os mais eficazes. Eles serão usados para coletar luz estelar distante e focalizá-la em instrumentos para análise. Todos esses espelhos já estão prontos e impecáveis, feitos na hora. Uma vez montados, eles serão dobrados em uma estrutura compacta para serem lançados a mais de 1 milhão de km da Terra até o ponto L2 Lagrange e, em seguida, implantados automaticamente para formar uma estrutura de favo de mel que coletará luz de alcance ultralongo nos próximos anos. Isso é uma coisa realmente linda e o resultado bem-sucedido dos esforços titânicos de muitos especialistas.
Câmera de infravermelho próximo
Webb está equipado com quatro instrumentos científicos que estão 100% completos. A câmera principal do telescópio é uma câmera de infravermelho próximo que varia de luz laranja visível a infravermelho profundo. Ele fornecerá imagens sem precedentes das estrelas mais antigas, das galáxias mais jovens ainda em processo de formação, das estrelas jovens da Via Láctea e galáxias próximas, centenas de novos objetos no cinturão de Kuiper. Ela éotimizado para imagens diretas de planetas ao redor de outras estrelas. Esta será a câmera principal usada pela maioria dos observadores.
Espectrógrafo de infravermelho próximo
Esta ferramenta não apenas separa a luz em comprimentos de onda separados, mas é capaz de fazer isso para mais de 100 objetos separados ao mesmo tempo! Este instrumento será um espectrógrafo Webba universal capaz de operar em 3 modos de espectroscopia diferentes. Foi construído pela Agência Espacial Européia, mas muitos componentes, incluindo detectores e uma bateria multiporta, foram fornecidos pelo Centro de Voo Espacial. Godard (NASA). Este aparelho foi testado e está pronto para ser instalado.
Instrumento de infravermelho médio
O dispositivo será usado para imagens de banda larga, ou seja, produzirá as imagens mais impressionantes de todos os instrumentos Webb. Do ponto de vista científico, será mais útil na medição de discos protoplanetários em torno de estrelas jovens, medição e imagem de objetos do cinturão de Kuiper e poeira aquecida pela luz das estrelas com precisão sem precedentes. Será o único instrumento a ser resfriado criogenicamente a 7 K. Comparado com o telescópio espacial Spitzer, isso melhorará os resultados por um fator de 100.
Slitless Near-IR Spectrograph (NIRISS)
O dispositivo permitirá que você produza:
- espectroscopia de grande angular nos comprimentos de onda do infravermelho próximo (1,0 - 2,5 µm);
- espectroscopia de grimma de um objeto emalcance visível e infravermelho (0,6 - 3,0 mícrons);
- interferometria de mascaramento de abertura em comprimentos de onda de 3,8 - 4,8 µm (onde as primeiras estrelas e galáxias são esperadas);
- fotografia ampla de todo o campo de visão.
Este instrumento foi criado pela Agência Espacial Canadense. Depois de passar pelos testes criogênicos, ele também estará pronto para integração no compartimento de instrumentos do telescópio.
Protetor solar
Os telescópios espaciais ainda não foram equipados com eles. Um dos aspectos mais intimidantes de todo lançamento é o uso de material completamente novo. Em vez de resfriar ativamente toda a espaçonave com um refrigerante consumível de uso único, o Telescópio James Webb usa uma tecnologia totalmente nova, um protetor solar de 5 camadas que será implantado para refletir a radiação solar do telescópio. Cinco chapas de 25 metros serão conectadas com hastes de titânio e instaladas após a implantação do telescópio. A proteção foi testada em 2008 e 2009. Os modelos em escala real que participaram dos testes de laboratório fizeram tudo o que deveriam fazer aqui na Terra. Esta é uma bela inovação.
É também um conceito incrível: não apenas bloquear a luz do Sol e colocar o telescópio na sombra, mas fazê-lo de tal forma que todo o calor seja irradiado na direção oposta da orientação do telescópio. Cada uma das cinco camadas no vácuo do espaço ficará fria à medida que se afasta do exterior, que será ligeiramente mais quente que a temperatura.a superfície da Terra - cerca de 350-360 K. A temperatura da última camada deve cair para 37-40 K, que é mais fria do que à noite na superfície de Plutão.
Além disso, precauções significativas foram tomadas para proteger contra o ambiente hostil do espaço profundo. Uma das coisas para se preocupar aqui são pequenos seixos do tamanho de seixos, grãos de areia, partículas de poeira e outros ainda menores voando pelo espaço interplanetário a velocidades de dezenas ou mesmo centenas de milhares de quilômetros por hora. Esses micrometeoritos são capazes de fazer pequenos buracos microscópicos em tudo que encontram: naves espaciais, trajes de astronauta, espelhos de telescópios e muito mais. Se os espelhos ficarem apenas amassados ou buracos, o que reduz um pouco a quantidade de "boa luz" disponível, o escudo solar pode rasgar de ponta a ponta, tornando toda a camada inútil. Uma ideia brilhante foi usada para combater esse fenômeno.
Todo o escudo solar foi dividido em seções de tal forma que, se houver uma pequena lacuna em uma, duas ou até três delas, a camada não se romperá mais, como uma rachadura no para-brisa de um carro. O particionamento manterá toda a estrutura intacta, o que é importante para evitar a degradação.
Nave espacial: sistemas de montagem e controle
Este é o componente mais comum, como todos os telescópios espaciais e missões científicas têm. No JWST, é único, mas também completamente pronto. Tudo o que restava para o empreiteiro geral do projeto, Northrop Grumman, era completar o escudo, montar o telescópio e testá-lo. A máquina estará pronta paralançamento em 2 anos.
10 anos de descoberta
Se tudo der certo, a humanidade estará no limiar de grandes descobertas científicas. O véu de gás neutro que até agora obscureceu a visão das primeiras estrelas e galáxias será eliminado pelas capacidades infravermelhas do Webb e sua enorme luminosidade. Será o maior e mais sensível telescópio já construído, com uma enorme faixa de comprimento de onda de 0,6 a 28 mícrons (o olho humano vê de 0,4 a 0,7 mícron). Espera-se que forneça uma década de observações.
Segundo a NASA, a vida útil da missão Webb será de 5,5 a 10 anos. É limitado pela quantidade de propelente necessária para manter a órbita e a vida útil dos eletrônicos e equipamentos no ambiente hostil do espaço. O Telescópio Orbital James Webb carregará combustível durante todo o período de 10 anos e, 6 meses após o lançamento, serão realizados os testes de apoio ao voo, o que garante 5 anos de trabalho científico.
O que pode dar errado?
O principal fator limitante é a quantidade de combustível a bordo. Quando terminar, o satélite se afastará do ponto L2 Lagrange, entrando em uma órbita caótica nas imediações da Terra.
Venha com isso, outros problemas podem acontecer:
- degradação de espelhos, que afetará a quantidade de luz coletada e criará artefatos de imagem, mas não prejudicará a operação posterior do telescópio;
- falha parcial ou total da tela solar, o que levará a um aumentotemperatura da espaçonave e estreitar a faixa de comprimento de onda utilizável para o infravermelho muito próximo (2-3 µm);
- Falha no sistema de refrigeração do instrumento Mid-IR, tornando-o inutilizável, mas não afetando outros instrumentos (0,6 a 6 µm).
O teste mais difícil que aguarda o telescópio James Webb é o lançamento e a inserção em uma determinada órbita. Essas situações foram testadas e concluídas com sucesso.
Revolução na ciência
Se o Telescópio James Webb estiver operacional, haverá combustível suficiente para alimentá-lo de 2018 a 2028. Além disso, existe o potencial de reabastecimento, o que pode prolongar a vida útil do telescópio por mais uma década. Assim como o Hubble está em operação há 25 anos, o JWST pode fornecer uma geração de ciência revolucionária. Em outubro de 2018, o veículo lançador Ariane 5 colocará em órbita o futuro da astronomia, que, após mais de 10 anos de trabalho árduo, está pronto para começar a dar frutos. O futuro dos telescópios espaciais está quase aqui.
