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El telescopio James Webb (JWST) es el telescopio más grande jamás construido. Las imágenes del JWST son alucinantes y remodelan gran parte de lo que sabemos sobre nuestro universo. ¿Te gustaría viajar en el tiempo? El Telescopio James Webb está observando las regiones más lejanas de nuestro universo.
Cuanto más profundo miramos en el universo, más retrocedemos en el tiempo. El Telescopio James Webb nos permite mirar 13.500 millones de años en el pasado. Veamos datos alucinantes sobre el telescopio James Webb para fanáticos del espacio.
¿Cuál es el propósito del telescopio James Webb?
NASA identificó cuatro objetivos científicos principales del Telescopio Jame Webb:
Retroceder en el tiempo, 13.500 millones de años para ser exactos, hasta la formación de las primeras galaxias y estrellas después del big bang. Aprenda cómo se forman las galaxias con el tiempo (miles de millones de años). Use la visión infrarroja para mirar a través de las nubes de polvo y ver dónde nacen las estrellas y los planetas. Estudie la atmósfera de los planetas extrasolares. ¿Otros planetas también tienen la piedra angular de la vida?
Para comprender cómo el Telescopio James Webb puede observar miles de millones de años en el pasado, debemos comprender las distancias y los viajes de la luz en relación con el espacio.
Distancias dentro de nuestro sistema solar
Nosotros (no astrónomos) usamos millas o kilómetros para discutir distancias dentro de nuestro sistema solar. Hay 239,000 millas desde la Tierra hasta la Luna. Eso es fácilmente comprensible.
New Horizons, el cohete más rápido (hasta la fecha), viaja a aproximadamente 36,000 millas por hora.
Entonces, ¿cuánto tiempo tomaría para New Horizons para llegar a la luna (239,000 millas)? Tardará aproximadamente 6,5 horas en llegar. Si enviamos New Horizons a Plutón, nuestro loco vecino de al lado (3,577,000,000 millas), llevará 11 años dentro de New Horizons.
Dato curioso: Si enviamos nuestro avión de combate más rápido (Lockheed YF-12A) a la Luna a su máxima velocidad de 2275 millas por hora (MPH), tardará aproximadamente cuatro años y medio días. Si conducimos a la Luna (asumiendo que estamos en Texas y manejamos 85 MPH), tomará alrededor de 117 días.
Años luz
Según lo define la IAU, un año luz es la distancia que recorre la luz en el vacío en un Año juliano.
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Las distancias son tan grandes que usar medidas “terrestres” no tiene sentido. Proxima Centauri es nuestro”vecino estrella”más cercano a 25,300,000,000,000 millas.
Si saltamos a nuestro coche y comenzamos a conducir hacia Próxima Centauri, deberíamos llegar en aproximadamente catorce millones de años. (¡Mejor traiga un refrigerio!)
Las distancias y los tiempos se vuelven demasiado grandes para una fácil digestión, así que en lugar de millas por hora, usamos un año luz como medida.
Qué tan rápido ¿Viaja la luz?
La luz viaja a 186 000 millas por segundo, aproximadamente 5,88 billones de millas por año. Si miramos a Proxima Centauri, podemos usar los años luz como estándar de medición y decir que está a unos cuatro años luz de la Tierra.
#1: El telescopio James Webb mira hacia el pasado
El telescopio James Webb (JWST) puede observar unos 13 600 millones de años luz en el pasado. ¿Cómo funciona eso?
Cuando la luz del sol llega a la Tierra, la luz del sol sale del sol unos 499 segundos antes de llegar a la Tierra. Cuatrocientos noventa y nueve segundos (8,3 minutos) para recorrer 93.000.000 millas. El mismo principio es cierto cuando observamos galaxias y estrellas fuera de nuestro sistema solar. La luz que estamos viendo en este momento comenzó su viaje a través del espacio hace mucho tiempo. Si examinamos una señal, o luz, que salió de una galaxia diferente hace 13.600 millones de años, estamos mirando hacia el pasado. (Dato curioso: La luz que estamos viendo hoy, 13.600 millones de años después de que dejó su galaxia, no es necesariamente la misma luz que existe hoy en la fuente de luz. La fuente de luz en sí misma puede se quemaron hace miles de millones de años!)
#2: Telescopio James Webb vs Hubble: Lo mismo, lo mismo, pero diferente
Hubo una gran discusión en la comunidad científica de que el JWST era un Reemplazo del telescopio Hubble. Los dos telescopios tienen capacidades diferentes y superpuestas. El poder real de los dos instrumentos puede estar en recopilar datos del mismo objeto y luego compararlos.
Hubble Versus JWST
El telescopio espacial Hubble se lanzó a la órbita terrestre baja en 1990 y sigue en funcionamiento.
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El JWST tiene una instrumentación diferente a la del Telescopio Hubble. El Hubble está diseñado teniendo en cuenta las longitudes de onda ópticas y ultravioleta. Las longitudes de onda infrarrojas son el pan y la mantequilla de JWST.
*El rango de luz visible es de aproximadamente 700 nm a 400 nm.
#3: Telescopio James Webb: ¡Espejos primarios-18!
Los telescopios tienen que ver con los espejos. Los espejos más grandes pueden captar una luz”más tenue”. Cuanto más grande, mejor.
Espejo principal del Hubble
El Hubble tiene un espejo principal. Los magos iniciales estaban desenfocados y distorsionados. La NASA corrigió la distorsión de la imagen varios años después con una nueva misión al Hubble. El espejo principal tiene aproximadamente 50 pies cuadrados de área de recolección de superficie. La ubicación del Hubble hizo posible una”solución”.
Espejos primarios segmentados del JWST
El JWST es el primer telescopio espacial que utiliza espejos primarios segmentados. El espejo principal está compuesto por 18 espejos en forma de hexágono. Los espejos están hechos de berilio y recubiertos con oro. Cada espejo tiene 4.3 pies de diámetro. El JWST tiene un área de colección de 270 pies cuadrados. El espejo principal está estructurado de manera similar a una mesa con hojas abatibles: la sección principal de la”mesa”está en el centro, una hoja en cada extremo de la mesa, cada hoja es plegable detrás de la mesa.Durante el lanzamiento desde la Tierra, los espejos (hoja) se doblaron hacia adentro para que toda la estructura encajara dentro de un Cohete Ariane 5. Seis días después del lanzamiento, los espejos retrovisores exteriores se desplegaron desde detrás del espejo principal (mesa) y se colocaron junto al espejo principal (mesa ). Cada espejo hexagonal tiene siete actuadores para ajustes de posición finos y gruesos. Después de que cada espejo se ajusta individualmente, el resultado es una sola superficie de espejo que actúa como un reflector perfecto.
#4: El Telescopio James Webb está orbitando a larga distancia
El JWST está en órbita aproximadamente a 1,000,000 de millas de la Tierra en el lugar conocido como L2 Lagrange. El L2 Lagrange es un lugar excelente para”estacionar”un telescopio para recolectar imágenes del espacio profundo sin interferencia de la Tierra. (El Hubble está orbitando la Tierra a aproximadamente 330 millas sobre la superficie del planeta).
Consideremos por qué queremos colocar un telescopio en L2 Lagrange.
L2 Lagrange (General Three-Problema corporal)
Los puntos de Lagrange tienen un esquema de numeración que no siempre es consistente.
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Un punto lagrangiano es una ubicación en el espacio donde el movimiento orbital del objeto (telescopio) y las fuerzas gravitatorias (sol y luna) se equilibran entre sí. El punto L2 Lagrange permite que el JWST use muy poca potencia (propulsores) para permanecer en la ubicación relativa exacta.
El punto L2 Lagrange es básicamente un estacionamiento en el espacio. Los objetos se mueven”alrededor”en el área L2, pero solo se requieren pequeños ajustes para mantenerlos en la posición correcta.
Dato curioso: De los cinco puntos de Lagrange en nuestro sistema solar, L3 está detrás del Sol, por lo que nunca lo vemos. ¿Podría existir otro planeta que nunca veamos? Los escritores de ciencia ficción exploran L2 y los escritores de ciencia exploran la teoría gravitacional junto con la física computacional.
El punto de Lagrange L2 (hay cinco) es un buen lugar para que los telescopios”vuelvan”a la Tierra y al Sol para bloquea el calor mientras abre una tremenda vista frontal del espacio profundo. JWST ha hecho esto.
#5: El escudo térmico en el telescopio James Webb es increíblemente técnico
Hay una gran cantidad de ingeniería en el escudo térmico del JWST. El equipo de medición infrarrojo JWST proporciona los datos más precisos cuando la temperatura de sus componentes es de-364°F. No es poca cosa alcanzar esa temperatura. Hay dos métodos principales que se utilizan para alcanzar esta temperatura fría.
Enfriamiento pasivo: un escudo térmico
Un escudo térmico, con forma de pelota de fútbol y del tamaño de una cancha de tenis, se extiende detrás del telescopio. El escudo térmico debilita el calor del Sol alrededor de un millón de veces desde el exterior de la capa”externa”(capa 1) hasta el”interior”de la capa interna (capa 5).
Composición del escudo térmico La luz solar incide en la capa 1 (capa exterior). La capa 1 está”dirigida”al Sol/Tierra. Parte del calor se absorbe, parte se refleja y parte pasa a las capas 2, 3, 4 y 5. El calor disminuye en cada capa sucesiva del escudo térmico. Cada capa del escudo térmico está ligeramente inclinada hacia”fuera”de la capa anterior. de modo que el calor reflejado se mueva/rebote”fuera”de los reflectores y no sea absorbido por la siguiente capa de Kapton.
#6: Un enfriador criogénico en el telescopio James Webb en el espacio
El enfriamiento pasivo mantiene la temperatura lo suficientemente baja para que tres (de cuatro) instrumentos científicos funcionen correctamente. El instrumento de infrarrojo medio (MIRI) requiere una temperatura de aproximadamente-447 °F.
Un enfriador criogénico enfría el MIRI a las temperaturas de funcionamiento adecuadas. En un sistema de circuito cerrado, el helio enfriado pasivamente pasa a través de un valor de Joule-Thomson. La temperatura del helio disminuye debido al Joule-Thomson efecto. El helio alcanza una temperatura de alrededor de-449°F.
El helio enfriado pasa por un bloque de cobre conectado al detector MIRI. El intercambio de calor entre los detectores y el bloque de cobre hace que la temperatura del detector MIRI baje lo suficiente para la operación.
#7: ¡Vaya! ¿Por qué tiene que hacer tanto frío?
Otros telescopios no necesitan temperaturas tan frías. ¿Por qué JWST requiere temperaturas tan frías?
Supresión de su propia firma de calor
El MIRI recopila datos infrarrojos o datos de calor. Supongamos que la temperatura de funcionamiento del hardware que rodea al MIRI es demasiado alta. En ese caso, el MIRI recopilará datos del calor del instrumento en lugar de los datos infrarrojos del objeto en el espacio.
Supresión de corriente oscura
La detección de corriente oscura hace que el detector responda como si recibió una señal real. No lo hizo. Las corrientes oscuras son las vibraciones de los átomos ubicados dentro del propio sensor. Los átomos se mueven (vibran) más lentamente a temperaturas más frías.
Las temperaturas más bajas equivalen a un movimiento atómico reducido, lo que equivale a menos corriente oscura. Menos corriente oscura equivale a menos señales falsas. MIRI detecta largas longitudes de onda infrarrojas que lo hacen altamente susceptible a las corrientes oscuras.
#8: Mirando a través del polvo y las nubes
Una nebulosa es una nube gigante de polvo y gas en el espacio.
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La visión infrarroja más corta del JWST brinda la oportunidad de ver”a través”de enormes nubes de polvo y gas. Las estrellas y los sistemas planetarios se forman detrás de las nubes. Esta capacidad es una característica clave del JWST. Es un trato ENORME.
Necesitamos observar el espectro electromagnético para comprender cómo el JWST puede ver”a través”de las nubes.
Espectro electromagnético
El espectro electromagnético (EM) es todo tipo de energía/radiación. El espectro de luz visible, las longitudes de onda que podemos ver con nuestros ojos, es una pequeña fracción de todo el espectro EM. Existen siete categorías de longitud de onda diferentes en el espectro electromagnético.
Espectro electromagnético El Hubble observa la luz principalmente en longitudes de onda ópticas y ultravioleta. El ojo humano puede”ver”en el espectro de luz visible. El JWST está diseñado para detectar principalmente luz infrarroja. Los humanos no pueden”ver”las longitudes de onda infrarrojas. El JWST está diseñado para la colección infrarroja. La luz visible tiene una longitud de onda más corta que la infrarroja. La longitud de onda más larga del infrarrojo le permite viajar a través de áreas espesas de polvo/gas con menos dispersión y refracción de la luz. Las longitudes de onda más cortas, como la luz visible, tienen mucha más dispersión y refracción. Ejemplo: Piense en el infrarrojo como el”introvertido”en una fiesta llena de gente. El infrarrojo entrará por la puerta delantera y saldrá por la puerta trasera sin demasiadas interacciones. La luz visible, la extrovertida, rebotará y tendrá muchas interacciones. ¿Cuál es la cronología de los telescopios James Webb? La construcción comenzó en 2004 La Agencia Espacial Europea seleccionó a Grench Guayana en 2011 para el futuro sitio de lanzamiento. Todos los espejos (18) terminaron de fabricarse en 2011. Los espejos viajaron a once diferentes lugares de fabricación y prueba durante el proceso de fabricación. 2012-2013, los componentes individuales comenzaron a llegar a la NASA. 2013-2016, prueba a nivel de componente para calor y vibración 2015-2016, se instalaron espejos en una sola estructura 2017, prueba de cámara de vacío térmico de componentes 2018-2019, ensamblaje final y prueba 2020, retrasos por Covid 2021, lanzamiento actual, L2 Lagrange ubicación, recopilación de datos ¿Cuánto durará la misión? La misión estaba originalmente programada para durar un mínimo de cinco años y medio después del lanzamiento. Poco después de que se desplegara el telescopio, la NASA actualizó su estimación y sugirió que podría tener suficiente combustible para durar diez años. ¿Qué sucede después de diez años? El JWST se quedará sin combustible. Sin combustible significa que el JWST no podrá”apuntar”, con la precisión necesaria, a objetos del espacio profundo. Si no puede apuntar un telescopio, no tiene demasiada funcionalidad. ¿Se puede repostar el JWST? Sí y no. Esta es una respuesta de”buenas noticias, malas noticias”. Buenas noticias: el JWST tiene un objetivo de acoplamiento y un puerto accesible desde el exterior para repostar. Malas noticias: no tenemos la tecnología disponible (hoy) para viajar 1,000,000 de millas en el espacio para repostar o trabajar en el JWST. Buenas noticias: la NASA tiene alrededor de una década para determinar cómo construir un mecanismo de reabastecimiento de combustible. La NASA no se ha comprometido a construir ningún mecanismo de reabastecimiento de combustible. ¿Durará el JWST tanto como el telescopio espacial Hubble? Lo más probable es que no, no lo hará. Un gran beneficio para el Hubble es que está”cerca”de la Tierra a solo unos cientos de millas de distancia. Ha habido cuatro”llamadas de servicio”separadas de la NASA al Hubble. Actualizaciones y reparaciones. Ese es el beneficio de estar cerca de casa. El inconveniente de estar tan cerca de casa era que las capacidades del instrumento Hubble eran más limitadas debido al calor. El JWTS está a un millón de millas de distancia. La NASA no va a enviar astronautas en una misión de reparación. Si JWST se rompe, lo más probable es que la misión haya terminado. El beneficio de estar tan lejos de casa es la capacidad de realizar recopilaciones de datos de longitud de onda infrarroja más larga. Espectro infrarrojo
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