El telescopio espacial James Webb, en la fase final.

Comienzan los últimos retoques

Los ingenieros y técnicos que trabajan en la construcción de esta magistral obra de ingeniería astronáutica, el Telescopio Espacial James Webb (JWST), han comenzado con éxito la primera medición óptica importante del espejo primario (el espejo primario es un disco, o en este caso en concreto del James Webb 18 hexágonos de metal pulido reflectantes de oro recubiertas con berilio, la principal superficie de captación de luz) completamente montado, llamada prueba de centro de curvatura.

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Imagen: Ingenieros realizan una inspección de luz blanca en el espejo primario del Telescopio Espacial James Webb de la NASA, en la sala limpia del Centro de Vuelo Espacial Goddard en Greenbelt, Maryland. Créditos: NASA / Chris Gunn.

Tomar una medición óptica «anterior» del espejo desplegado del telescopio, es crucial antes de que el telescopio entre en varias etapas de pruebas mecánicas rigurosas. Estas pruebas simularán los ambientes extremos y violentos de sonido y vibración que el telescopio experimentará dentro de su cápsula de carenado del cohete en su lanzamiento al espacio. Este entorno es uno de los más estresantes estructuralmente y podría alterar la forma y la alineación del espejo primario de Webb, que podría degradar o incluso, en el peor de los casos, arruinar su rendimiento.

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Animación de la secuencia de despliegue del JWST.

JWST obviamente ha sido diseñado y construido para soportar su entorno de lanzamiento, pero debe ser probado para verificar que soportará el lanzamiento y no cambiará de manera inesperada. Hacer las mismas mediciones ópticas antes y después de simular pruebas de entorno de lanzamiento, y comparar los resultados, es fundamental para el desarrollo de Webb, asegurando que funcionará correctamente en el espacio.

                    

Para llevar a cabo la prueba, los ingenieros ópticos instalaron un interferómetro, el principal dispositivo utilizado para medir la forma del espejo de Webb. Las ondas de luz visible tienen menos de un milésimo de milímetro de largo, y la óptica como la de Webb necesita ser configurada y alineada con más precisión que esto para funcionar correctamente. Hacer mediciones de la forma del espejo y la posición de los láser impide el contacto físico y daños (arañazos en el espejo). Así que los científicos usan longitudes de onda de luz para hacer mediciones diminutas. Al medir la luz reflejada de la óptica utilizando un interferómetro, son capaces de medir cambios extremadamente pequeños en forma o posición. Un interferómetro obtiene su nombre del proceso de grabación y medición de los patrones de ondulación que resultan cuando diferentes haces de mezcla de luz y sus ondas combinan o interfieren.

Engineers conduct a "Center of Curvature" test on NASA's James Webb Space Telescope in the clean room.Imagen: Los ingenieros realizan una prueba de «Centro de Curvatura» en el Telescopio Espacial James Webb de la NASA, en la sala limpia del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland.

Créditos: NASA / Chris Gunn.

Durante la prueba realizada por un equipo de la NASA Goddard, Ball Aerospace de Boulder, Colorado y el Space Telescope Science Institute en Baltimore, Maryland, las condiciones de temperatura y humedad en la sala limpia se mantuvieron increíblemente estables para minimizar la deriva en las medidas ópticas sensibles con el tiempo. Aun así, pequeñas vibraciones están siempre presentes en la sala limpia que causan fluctuación de fase durante las mediciones, por lo que el interferómetro es de alta velocidad, tomando 5.000 fotogramas cada segundo, lo cual es más rápido que las vibraciones de fondo. Esto permite a los ingenieros restar el jitter (jitter es el térimino en inglés para la variabilidad temporal durante el envío de señales digitales, una ligera desviación de la exactitud de la señal) y obtener resultados correctos y limpios.

La prueba del centro de curvatura mide la forma del espejo principal de Webb comparando la luz reflejada de ella, con la luz de un holograma generado por computadora que representa lo que idealmente debe ser el espejo de Webb. Al interferir el haz de luz de Webb con el haz de la referencia de holograma, el interferómetro compara con precisión los dos midiendo la diferencia a una precisión increíble. La prueba es tan sensible, que se pueden medir las vibraciones de los espejos debido a  las personas cuando hablan en la habitación.

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Imagen del montaje de los primeros seis segmentos del espejo primario, en la prueba de aceptación criogénica final. Las imágenes de este ingenio, a veces evoca la ciencia ficción.

Después de que las mediciones regresen del interferómetro, el equipo analizará los datos para asegurarse de que los espejos están perfectamente alineados antes de las pruebas de entorno de lanzamiento. El centro de prueba de curvatura se repetirá después de las pruebas de entorno de lanzamiento y los resultados comparados deberán confirmar que la óptica de Webb funcionará después del lanzamiento al espacio.

Un poco de historia, datos y curiosidades de esta obra faraónica de la NASA

Comenzó a gestarse en 1996, el proyecto representa una colaboración internacional de 17 paises y está dirigido por la NASA,  con contribuciones importantes de la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Canadiense (CSA). Anteriormente se conoció como  el telescopio espacial de Siguiente Generación (NGST),  en 2002 se decidió que debía llevar el nombre de James E. Webb, en honor a el segundo director de la NASA, que jugó (entre otros) un papel integral en el programa Apolo.

Este costoso proyecto (a causa de la enorme complejidad tecnológica implicada en el), estuvo a punto de ser cancelado por el Congreso de los EEUU en 2011. La época de vacas gordas de la NASA hace años que terminó y actualmente debe de ajustarse bien el cinturón, por ello, para poder sacar a delante a JWST, varias misiones astronómicas y programas de la NASA ya han sido sacrificadas. Finalmente, si todo continúa como está previsto, JWST será lanzado en octubre de 2018 por un cohete Ariane 5 ECA europeo.

La misión científica principal del JWST  tiene cuatro objetivos principales: la búsqueda de la luz de las primeras estrellas y galaxias que se formaron en el Universo después del Big Bang,  estudiar la formación y evolución de las galaxias, entender la formación de estrellas y sistemas planetarios, y para estudiar sistemas planetarios y los orígenes de la vida. Estos objetivos pueden lograrse con mayor eficacia mediante la observación a la luz del infrarrojo cercano en lugar de la luz en la parte visible del espectro. Por esta razón, los instrumentos del JWST no van a medir la luz visible o ultravioleta como el Telescopio Hubble,  tendrá una capacidad mucho mayor para llevar a cabo la astronomía infrarroja . El JWST será sensible a un rango de longitudes de onda de 0,6 (luz naranja) a 28 micrómetros (profunda radiación infrarroja a aproximadamente 100 K (-170 ° C).

Precisamente uno de los primeros objetivos y más urgente del JWST, será la de reunir suficiente información para responder a la  teoría correcta que permanece detrás del fenómeno de la tenue luz de la estrella KIC 8462852 .

Longitudes de onda que serán observadas por el JWST y el área de longitud de observación de los telescopios espaciales.

El JWST también nos llevará más lejos que ningún otro telescopio en distancia, y en el tiempo.

Al telescopio, en principio se  estima que tendrá una vida útil de tan sólo unos seis años, y lo que es peor, no podrá ser reparado en órbita por astronautas. Y es que, a diferencia del Hubble, el JWST estará situado cerca del segundo punto de órbita Lagrange L2 del sistema Tierra-Sol,  a unos 1,5 millones de kilómetros, demasiado lejos de nuestro planeta para permitir una misión de mantenimiento. Y, aunque pudieran mandar una nave  mediante un SLS, el telescopio no ha sido diseñado para ser reparado en el espacio, es decir, que en este monstruoso proyecto, todo se juega a una carta, todo ha de salir a la perfección, cualquier defecto, que merme mínimamente la capacidad de observación de JWST, podría considerarse en cierto modo un fracaso, y nunca mejor dicho, irreparable.

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21 espejos conforman el telescopio (18 correspondientes al enorme espejo primario de 6,5 metros de diámetro). Estos espejos de berilio han sido cubiertos por una finísima capa de oro (3 gramos para cada segmento del primario) con el fin de mejorar la reflectividad en el infrarrojo (hasta el 98%).

                

Para hacer observaciones en el espectro infrarrojo, el JWST debe mantenerse muy frío (por debajo de los -220 ° C,  de lo contrario la radiación infrarroja desde el propio telescopio podría abrumar a sus instrumentos. Por lo tanto, se utiliza un gran parasol para bloquear la luz y el calor Solar.

La Tierra y la Luna, y su posición respecto al Sol cerca del punto Lagrange L2, mantiene los tres cuerpos en el mismo lado de la nave espacial en todo momento.  su órbita halo alrededor de L2, evita la sombra de la Tierra y la Luna, manteniendo  un entorno constante para el parasol y los paneles solares. El parasol está hecho de una  película de poliimida , con membranas recubiertas de aluminio en un lado y de silicio en el otro .

El parasol está diseñado para ser doblado doce veces para que se ajuste dentro de la cápsula del cohete Ariane.

Una de las cinco capas aislantes del parasol de kapton.

Instrumentos científicos a bordo

Los cuatro instrumentos científicos están contenidos en el Módulo de Instrumentos Científicos Integrados o ISIM. Los instrumentos de JWST detectarán la luz de estrellas distantes y galaxias, y planetas que orbitan otras estrellas.

            
La estructura del ISIM (foto abajo) es como un chasis en un automóvil que proporciona soporte para el motor y otros componentes.

Integrated Science Instrument Module (ISIM) Structure

El ISIM incluye los siguientes instrumentos:

Instruments integrated in ISIM Structure

-Cámara casi infrarroja, o NIRCam, proporcionada por la Universidad de Arizona.

JWST's Near-Infrared Camera Installed

                 

-Espectrógrafo cercano al infrarrojo, o NIRSpec,  proporcionado por la ESA, con componentes proporcionados por la NASA / GSFC.

                  

-Mid-Infrared Instrument, o MIRI, proporcionado por el Consorcio Europeo con la Agencia Espacial Europea (ESA), y por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA (JPL).

Key Science Instrument Installed into Webb Structure

                     

-Fine Guidance Sensor / Near InfraRed Imager y Spectrograph Slitless, o FGS / NIRISS – proporcionado por la Agencia Espacial Canadiense.

Webb Telescope's Fine Guidance Sensor Gets Lots of Guidance

                   

Finalizamos con uno de esos vídeos que no dejan indiferentes:

y con un toque de… Pareidolia?

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Fuente:

http://www.nasa.gov/feature/goddard/2016/nasa-completes-webb-telescope-center-of-curvature-pre-test

http://www.jwst.nasa.gov/

http://www.nasa.gov/pdf/715962main_jwst_science_pub-v1-2.pdf

http://www.gao.gov/assets/660/650478.pdf

http://www.gao.gov/assets/660/650478.pdf

 

 

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