Telescopio Espacial James Webb 🔭

Índice

El principal observatorio de la próxima década

El Telescopio Espacial James Webb (JWST por sus siglas en inglés) es un gran telescopio infrarrojo con un espejo primario de aproximadamente 6.5 metros. El telescopio fue lanzado en un cohete Ariane 5 🚀 el 25 de diciembre de 2021 desde la Guayana Francesa.

En este vídeo puedes ver la transmisión oficial de la NASA del lanzamiento:

Webb¹ será el principal observatorio de la próxima década, al servicio de miles de astrónomos de todo el mundo. Estudiará cada fase de la historia de nuestro Universo, desde los primeros resplandores luminosos tras el Big Bang, pasando por la formación de sistemas solares capaces de albergar vida en planetas como la Tierra, hasta la evolución de nuestro propio Sistema Solar.

Modelo 3D

Interactúa con este impresionante modelo 3D², fruto de una colaboración entre Google Arts & Culture y la NASA:

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Colaboración internacional

Webb es una colaboración internacional entre la NASA, la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Canadiense (CSA). El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA gestiona el esfuerzo de su desarrollo. El principal socio industrial es Northrop Grumman; el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial operará Webb después del lanzamiento.

Tecnologías innovadoras

Se han desarrollado varias tecnologías innovadoras para Webb. Entre ellas, un espejo primario formado por 18 segmentos separados que se despliegan y ajustan a su forma tras el lanzamiento. Los espejos están hechos de berilio ultraligero.

La mayor característica de Webb es un parasol de cinco capas del tamaño de una pista de tenis que atenúa el calor del Sol más de un millón de veces.

Los cuatro instrumentos del telescopio —cámaras y espectrómetros— tienen detectores capaces de registrar señales extremadamente débiles. Uno de los instrumentos (NIRSpec) dispone de microscopios programables, que permiten observar hasta 100 objetos simultáneamente. El Webb también cuenta con un criorefrigerador para enfriar los detectores del infrarrojo medio de otro instrumento (MIRI) a una temperatura muy fría de 7 K para que puedan funcionar.

Hojas informativas y preguntas frecuentes

El Telescopio Espacial James Webb es un observatorio infrarrojo en órbita que complementará y ampliará los descubrimientos del Telescopio Espacial Hubble, con una cobertura de mayor longitud de onda y una sensibilidad muy mejorada. Las longitudes de onda más largas permiten a Webb mirar mucho más cerca del principio de los tiempos y buscar la formación no observada de las primeras galaxias, así como mirar dentro de las nubes de polvo donde se están formando estrellas y sistemas planetarios en la actualidad.

Datos clave

Dato
Fecha de lanzamiento	25 de diciembre de 2021
Vehículo de lanzamiento	Ariane 5 ECA
Duración de la misión	5–10 años
Masa total de la carga útil	Aprox. 6200 kg, incluyendo el observatorio, los consumibles en órbita y el adaptador del vehículo de lanzamiento.
Diámetro del espejo primario	6.5 m aproximadamente
Apertura del espejo primario	25 m2
Material del espejo primario	Berilio recubierto de oro
Masa de un solo segmento del espejo primario	20.1 kg para un solo segmento de berilio, 39.48 kg para un conjunto de segmento primario (PMSA) completo.
Distancia focal	131.4 m
Número de segmentos del espejo primario	18
Resolución óptica	~ 0.1"
Cobertura de longitudes de onda	0.6–28.5 µm
Tamaño del parasol	21.197 m x 14.162 m
Temperatura de las capas de protección solar	Capa 1: temperatura máx. 383 K = aprox. 110 °C. Capa 5: temperatura máx. 221 K = aprox. -52 °C; temperatura mín. 36 K = aprox. -237 °C
Órbita	A 1.5 millones de km de la Tierra orbitando el punto L2
Temperatura de funcionamiento	Por debajo de 50 K (-223 °C)
Revestimiento de oro:	Espesor del recubrimiento de oro = 10-7 m (1000 Å). Superficie = 25 m2. Utilizando estas cifras más la densidad del oro a temperatura ambiente (19.3 g/cm3), se calcula que el recubrimiento utiliza 48.25 g de oro, aproximadamente igual a la masa de una pelota de golf.

Objetivos de la misión

• Buscar las primeras galaxias u objetos luminosos formados después del Big Bang
• Determinar cómo evolucionaron las galaxias desde su formación hasta ahora
• Observar la formación de estrellas desde las primeras etapas hasta la formación de sistemas planetarios
• Medir las propiedades físicas y químicas de los sistemas planetarios, incluido nuestro propio Sistema Solar, e investigar el potencial de vida en esos sistemas

Instrumentos

• Cámara de infrarrojo cercano (NIRCam)
• Espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec)
• Instrumento de infrarrojo medio (MIRI)
• Sensores de orientación fina/espectrógrafo de infrarrojo cercano y espectrógrafo sin hendidura (FGS/NIRISS)

Principales innovaciones

• Óptica ligera
• Parasol desplegable
• Espejo segmentado plegable
• Detectores mejorados
• Actuadores criogénicos y control del espejo
• Micro-obturadores

Preguntas frecuentes

¿Qué es el Telescopio Espacial James Webb?

El Telescopio Espacial James Webb, también llamado Webb o JWST (por sus siglas en inglés), es un gran observatorio espacial, optimizado para las longitudes de onda infrarrojas, que complementará y ampliará los descubrimientos del Telescopio Espacial Hubble. Webb fue lanzado el 25 de diciembre de 2021.

Cubrirá longitudes de onda de luz más largas que el Hubble y tendrá una sensibilidad muy mejorada. Las longitudes de onda más largas permitirán a Webb mirar más atrás en el tiempo para ver las primeras galaxias que se formaron en el universo primitivo, y asomarse al interior de las nubes de polvo donde se están formando estrellas y sistemas planetarios en la actualidad.

¿Qué es lo más emocionante que aprenderemos?

Todavía no hemos observado la época de la historia de nuestro universo en la que comenzaron a formarse las galaxias. Tenemos mucho que aprender sobre cómo las galaxias obtuvieron agujeros negros supermasivos en sus centros, y no sabemos realmente si los agujeros negros causaron la formación de las galaxias o viceversa. No podemos ver con alta resolución el interior de las nubes de polvo, donde nacen las estrellas y los planetas cercanos, pero Webb podrá hacerlo. No sabemos cuántos sistemas planetarios podrían ser hospitalarios para la vida, pero Webb podría decir si algunos planetas similares a la Tierra tienen suficiente agua para tener océanos. No sabemos mucho sobre la materia oscura o la energía oscura, pero esperamos saber más sobre dónde está la materia oscura ahora, y esperamos conocer la historia de la aceleración del universo que atribuimos a la energía oscura. Y luego, ¡están las sorpresas que no podemos imaginar!

¿Por qué Webb es un telescopio infrarrojo?

Al observar el universo en longitudes de onda infrarrojas, Webb nos mostrará cosas nunca antes vistas por ningún otro telescopio. Sólo en longitudes de onda infrarrojas podemos ver las primeras estrellas y galaxias que se formaron después del Big Bang. Y es con la luz infrarroja que podemos ver estrellas y sistemas planetarios formándose dentro de nubes de polvo que son opacas a la luz visible.

Los objetivos principales de Webb son estudiar la formación de galaxias, estrellas y planetas en el universo. Para ver las primeras estrellas y galaxias que se formaron en el universo primitivo, tenemos que mirar en lo más profundo del espacio para mirar hacia atrás en el tiempo (como la luz tarda tiempo en viajar desde allí hasta aquí, cuanto más lejos miremos, más atrás estaremos en el tiempo).

El universo se expande y, por tanto, cuanto más lejos miremos, más rápido se alejan los objetos de nosotros, desplazando la luz hacia el rojo. El desplazamiento al rojo significa que la luz que se emite en el ultravioleta o en el visible se desplaza cada vez más hacia longitudes de onda más rojas, hacia la parte del infrarrojo cercano y medio del espectro electromagnético para desplazamientos al rojo muy altos. Por lo tanto, para estudiar la formación más temprana de estrellas y galaxias en el universo, tenemos que observar la luz infrarroja y utilizar un telescopio e instrumentos optimizados para esta luz.

La formación de estrellas y planetas en el universo local tiene lugar en los centros de nubes densas y polvorientas, ocultas a nuestros ojos en las longitudes de onda visibles normales. La luz infrarroja cercana, con su mayor longitud de onda, se ve menos obstaculizada por las pequeñas partículas de polvo, lo que permite que la luz infrarroja cercana escape de las nubes de polvo. Al observar la luz emitida en el infrarrojo cercano podemos penetrar en el polvo y ver los procesos que conducen a la formación de estrellas y planetas.

Los objetos con una temperatura similar a la de la Tierra emiten la mayor parte de su radiación en longitudes de onda del infrarrojo medio. Estas temperaturas también se encuentran en las regiones polvorientas que forman estrellas y planetas, por lo que con la radiación infrarroja media podemos ver el brillo de la formación de estrellas y planetas que se está produciendo. Un telescopio optimizado para el infrarrojo nos permite penetrar en las nubes de polvo para ver los lugares de nacimiento de las estrellas y los planetas.

¿Tomará Webb fotos increíbles como Hubble? ¿Puede Webb ver la luz visible?

¡SÍ! Vamos a ver cosas que nunca hemos visto antes y a ver cosas que hemos visto antes de formas totalmente nuevas.

La belleza y la calidad de una imagen astronómica dependen de dos cosas: la nitidez y el número de píxeles de la cámara. En ambos aspectos, Webb es muy similar, y en muchos aspectos mejor, que el Hubble. Aunque las imágenes de Webb serán infrarrojas, pueden traducirse por ordenador en una imagen visible (al igual que hemos hecho con Spitzer, que también ha producido bellas imágenes). Además, Webb puede ver la luz visible naranja y roja. Las imágenes de Webb serán diferentes, pero igual de bellas que las de Hubble.

¿Cuáles serán los primeros objetivos de Webb?

Los primeros objetivos de Webb se determinarán mediante un proceso similar al utilizado para el Telescopio Espacial Hubble y en él participarán la NASA, la ESA, la CSA y la comunidad científica.

El primer objetivo de ingeniería vendrá antes del primer objetivo científico y se utilizará para alinear los segmentos del espejo y enfocar el telescopio. Probablemente será una estrella relativamente brillante o posiblemente un campo estelar.

¿Cómo se compara Webb con Kepler?

La misión Kepler fue diseñada para responder a una sencilla pregunta. ¿Qué fracción de estrellas tienen planetas terrestres situados en la zona habitable o cerca de ella?

La zona habitable es la región alrededor de una estrella donde puede existir agua en un planeta en forma líquida. Kepler trató de responder a esta pregunta observando una pequeña región del cielo que contiene más de 100 000 estrellas durante 3.5 años o más para buscar planetas terrestres en tránsito, y así determinar qué fracción de estrellas tienen planetas terrestres. Para responder a esta pregunta, Kepler ha generado una gran base de datos de planetas en tránsito confirmados junto con algunas de sus propiedades básicas. Una vez encontrados estos planetas, necesitamos las herramientas para estudiar sus propiedades físicas y la composición de sus atmósferas. Webb proporciona las herramientas especializadas para llevar a cabo estos estudios. Kepler fue diseñado para ser un telescopio de sondeo “amplio y superficial”, mientras que Webb está diseñado para estudios enfocados “estrechos y profundos” con imágenes y espectroscopía en el infrarrojo cercano y medio.

¿Cómo se compara Webb con el Satélite de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito (TESS)?

Webb es un observatorio muy grande diseñado para abordar una variedad de preguntas en muchas áreas de la astrofísica, mientras que TESS se concentra en la identificación de una gran muestra de pequeños planetas donde las observaciones de seguimiento son factibles con los telescopios actuales y previstos. TESS identificará planetas pequeños y medirá su tamaño. Mediante observaciones de seguimiento, podremos determinar las masas de algunos de estos planetas. Con las mediciones de la masa y el tamaño, podremos determinar las densidades de los planetas y empezar a entender de qué están hechos. Este trabajo proporcionará una base para futuras misiones en la búsqueda de planetas potencialmente habitables.

TESS ampliará el censo de exoplanetas de la misión Kepler de la NASA centrándose en estrellas más cercanas y brillantes, en las que es más fácil realizar observaciones de seguimiento. Las estrellas que estudie TESS serán, por término medio, entre 30 y 100 veces más brillantes que las estrellas que ya estudió Kepler.

¿Cómo se compara Webb con Herschel?

Webb y Herschel son complementarios.

Webb será un telescopio de 6.5 metros sensible desde la luz visible dorada hasta el infrarrojo medio, en longitudes de onda que van de 0.6 a 28.5 micras. Herschel era un telescopio de 3.5 metros sensible en el infrarrojo lejano, desde 55 a 670 micras de longitud de onda. Al trabajar en longitudes de onda más largas, Herschel vio objetos más fríos, como las primeras etapas de formación de estrellas en nubes oscuras y la emisión de moléculas como el agua. Webb observará fenómenos más energéticos, como la formación de protoestrellas y galaxias muy lejanas. La obtención de datos con ambos telescopios sobre los mismos objetos permitirá obtener una imagen más completa de los procesos astrofísicos.

¿Cómo se compara Webb con Hubble?

Webb está diseñado para mirar más profundamente en el espacio para ver las primeras estrellas y galaxias que se formaron en el universo y para mirar profundamente en las nubes de polvo cercanas para estudiar la formación de estrellas y planetas.

Para ello, Webb dispone de un espejo primario mucho más grande que el del Hubble (2.5 veces más de diámetro, es decir, unas 6 veces más de superficie), lo que le proporcionará una mayor capacidad de captación de luz.

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También dispone de instrumentos infrarrojos con mayor cobertura de longitudes de onda y una sensibilidad muy superior a la del Hubble. Por último, Webb funciona mucho más lejos de la Tierra, manteniendo su temperatura de funcionamiento extremadamente fría, su apuntamiento estable y su mayor eficiencia de observación que con el Hubble en órbita terrestre.

¿Qué nos dirá Webb sobre los exoplanetas? ¿Tomará fotos de los exoplanetas?

Webb podrá indicarnos la composición de las atmósferas de los exoplanetas. Observará las atmósferas planetarias mediante la técnica del tránsito. El tránsito se produce cuando un planeta atraviesa el disco de su estrella madre. Webb también llevará coronógrafos para poder fotografiar exoplanetas cerca de estrellas brillantes (si son grandes y brillantes y están lejos de la estrella), pero serán sólo “puntos”, no grandes panorámicas. Pensemos en lo lejos que están los exoplanetas de nosotros, ¡y lo pequeños que son en comparación con esta distancia! Ni siquiera sabíamos cómo era realmente Plutón hasta que pudimos enviar un observatorio a volar justo cerca de él, ¡y Plutón está en nuestro propio Sistema Solar!

¿Podremos tomar imágenes de objetos de nuestro propio Sistema Solar?

Sí. Webb podrá observar los planetas en la órbita de Marte o más allá, los satélites, los cometas, los asteroides y los objetos del Cinturón de Kuiper. Muchas moléculas, hielos y minerales importantes tienen fuertes huellas características en las longitudes de onda que Webb puede observar. Webb también vigilará el clima de los planetas y sus lunas.

Dado que el telescopio y los instrumentos deben mantenerse fríos, el parasol protector de Webb bloqueará la visión del sistema solar interior. Esto significa que no podrán observarse el Sol, la Tierra, la Luna, Mercurio y Venus y, por supuesto, los cometas que se alimentan del Sol y muchos objetos conocidos cercanos a la Tierra.

¿Hasta dónde verá Webb?

Webb podrá ver cómo era el universo alrededor de un cuarto de billón de años (posiblemente hasta 100 millones de años) después del Big Bang, cuando empezaron a formarse las primeras estrellas y galaxias.

¿Cuándo se lanzó Webb y cuál es la duración de la misión?

Webb se lanzó el 25 de diciembre de 2021 desde la Guayana Francesa en un cohete Ariane 5 de la Agencia Espacial Europea.

La duración de la misión de Webb después del lanzamiento está diseñada para ser de al menos 5 años y medio, y podría durar más de 10 años. La vida útil está limitada por la cantidad de combustible utilizado para mantener la órbita, y por la posibilidad de que los componentes de Webb se degraden con el tiempo en el duro entorno del espacio.

¿Qué pasa después del lanzamiento? ¿Cuánto tiempo pasará hasta que haya datos?

En la primera hora

A partir del despegue, el cohete Ariane proporcionará empuje durante unos 26 minutos. La telemetría de Webb comenzará tras la separación del carenado de la carga útil, casi 3 minutos y medio después del lanzamiento. Webb se separará del vehículo de lanzamiento Ariane 5 media hora después del lanzamiento y el conjunto solar se desplegará automáticamente inmediatamente después. También se ordenará la liberación de varios sistemas que estaban bloqueados para el lanzamiento en preparación para los despliegues.

En el primer día

Dos horas después del lanzamiento desplegaremos la antena de alta ganancia. Doce horas después del lanzamiento se realizará la primera maniobra de corrección de trayectoria mediante pequeños motores de cohete a bordo del propio Webb.

En la primera semana

La segunda maniobra de corrección de la trayectoria tendrá lugar a los 2.5 días del lanzamiento. Justo después se iniciará la secuencia de despliegue mayor. Los primeros despliegues son las paletas del parasol de proa y de popa, seguidas de la liberación de los bloqueos de lanzamiento de los subsistemas restantes. El siguiente despliegue es el del telescopio, en el que el telescopio y el autobús espacial se separan el uno del otro unos 2 metros cuando se extiende el conjunto de la torre desplegable. Entonces se puede iniciar el despliegue completo del parasol con el despliegue y tensado de las membranas. A los 6 días se despliega el espejo secundario, seguido de las alas laterales del espejo primario.

En el primer mes

Mientras el telescopio se enfría a la sombra del parasol desplegado, encenderemos la electrónica de calentamiento e inicializaremos el software de vuelo. Al final del primer mes, realizaremos la corrección de rumbo media que asegura que Webb alcanzará su órbita final alrededor de L2. Aunque el telescopio se enfría hasta casi su temperatura de funcionamiento, el ISIM se calienta con calentadores eléctricos para evitar la condensación en los instrumentos, ya que el agua residual atrapada en los materiales que componen el observatorio escapa al vacío del espacio.

En el segundo mes

A los 33 días del lanzamiento encenderemos y pondremos en funcionamiento el Sensor de Orientación Fina, luego NIRCam y NIRSpec. La primera imagen de NIRCam será de un campo estelar abarrotado para asegurarnos de que la luz atraviesa el telescopio y llega a los instrumentos. Dado que los segmentos del espejo primario aún no estarán alineados, la imagen seguirá estando desenfocada. A los 44 días del lanzamiento comenzaremos el proceso de ajuste de los segmentos del espejo primario, identificando primero cada segmento del espejo con su imagen de una estrella en la cámara. También enfocaremos el espejo secundario.

En el tercer mes

De 60 a 90 días después del lanzamiento alinearemos los segmentos del espejo primario para que puedan trabajar juntos como una única superficie óptica. También encenderemos y haremos funcionar el MIRI. A finales del tercer mes podremos tomar las primeras imágenes de calidad científica. También para esta época, Webb completará su viaje hasta su posición orbital L2.

Del cuarto al sexto mes

Alrededor de 85 días después del lanzamiento habremos completado la optimización de la imagen del telescopio en el NIRCam. Durante el próximo mes y medio optimizaremos la imagen de los demás instrumentos. Probaremos y calibraremos todas las capacidades de los instrumentos observando objetivos científicos representativos.

Después de seis meses

Webb comenzará su misión científica y empezará a realizar operaciones científicas de rutina.

Observa la secuencia nominal de despliegue en este vídeo e infografía:

¿Se puede mantener Webb?

Webb será operado en el segundo punto de Lagrange Sol-Tierra (L2), situado a aproximadamente 1.5 millones de km de la Tierra, y por lo tanto estará fuera del alcance de cualquier vehículo tripulado actualmente previsto para la próxima década.

Hubble se encuentra en una órbita terrestre baja, a unos 600 km de la Tierra, por lo que es fácilmente accesible para su mantenimiento. En los primeros días del proyecto Webb, se realizaron estudios para evaluar los beneficios, la viabilidad y el coste del mantenimiento de Webb, ya sea mediante vuelos espaciales tripulados, misiones robóticas o alguna combinación, como la recuperación en una órbita terrestre baja. Dichos estudios concluyeron que los beneficios potenciales del mantenimiento no compensan el aumento de la complejidad, la masa y el coste de la misión que se requeriría para hacer que Webb sea reparable, o para llevar a cabo la misión de mantenimiento en sí. Hubble es una excepción y no la regla. Ningún otro satélite, salvo Hubble, es actualmente susceptible de recibir mantenimiento.

¿Existe peligro por parte de micrometeoritos?

Todos los sistemas de Webb están diseñados para sobrevivir a los impactos de micrometeoritos.

Hemos probado los discos de berilio en relación con los micrometeoritos utilizando instalaciones de prueba en los Estados Unidos y hemos demostrado que los micrometeoritos tienen efectos insignificantes en el berilio. Los espejos criogénicos de berilio han volado en el espacio expuestos a micrometeoroides sin problemas. El Telescopio Espacial Spitzer, lanzado en 2003, tiene un espejo primario de berilio.

¿Por qué está segmentado el espejo?

Webb necesita tener un espejo desplegable porque el espejo es tan grande que, de otro modo, no cabría en la cubierta de lanzamiento de los cohetes disponibles actualmente.

El espejo tiene que ser grande para poder ver la débil luz de las primeras regiones de formación estelar y para ver detalles muy pequeños en las longitudes de onda del infrarrojo. El diseño, la construcción y el funcionamiento de un espejo desplegable es uno de los principales avances tecnológicos de Webb. Los espejos desplegables serán necesarios para futuras misiones que requieran espejos aún mayores, y encontrarán aplicación en otras misiones espaciales científicas, civiles y militares.

Este vídeo en cámara rápida muestra el montaje del espejo primario de Webb:

¿Por qué los espejos son hexagonales?

La forma hexagonal permite construir un espejo segmentado sin huecos que puede tener una forma aproximadamente circular y sólo necesita 3 variaciones en la prescripción.

La forma hexagonal permite construir un espejo segmentado con un “alto factor de llenado y una simetría séxtuple”. Un alto factor de llenado significa que los segmentos encajan entre sí sin huecos. Si tuviéramos segmentos circulares, habría huecos entre ellos. La simetría es buena porque sólo necesitamos 3 prescripciones ópticas diferentes para los 18 segmentos, (6 de cada prescripción). Por último, queremos una forma general de espejo aproximadamente circular porque eso enfoca la luz en la región más compacta de los detectores. Un espejo ovalado, por ejemplo, daría imágenes alargadas en una dirección. Un espejo cuadrado enviaría gran parte de la luz fuera de la región central.

¿Por qué el parasol tiene cinco capas?

Webb tiene un gigantesco parasol del tamaño de una pista de tenis, hecho de cinco capas muy finas de una película aislante llamada Kapton. ¿Por qué cinco? Un gran y grueso parasol conduciría el calor de abajo hacia arriba más que un parasol con cinco capas separadas por el vacío. Con cinco capas en el parasol, cada una de ellas es más fría que la siguiente. El calor se irradia entre las capas, y el vacío entre ellas es un muy buen aislante. Los estudios realizados al principio del desarrollo de la misión demostraron que cinco capas proporcionaban suficiente refrigeración. Un mayor número de capas proporcionaría más refrigeración, pero también supondría más masa y complejidad. Nos decidimos por cinco porque nos dan suficiente refrigeración con cierto “margen” o factor de seguridad, y seis o más no aportarían ningún beneficio adicional.

Webb dispone de un gran parasol para proteger el telescopio del calentamiento por la luz solar directa, lo que le permite enfriarse hasta una temperatura inferior a 50 Kelvin (-223 °C) irradiando pasivamente su calor al espacio. (Dato curioso: casi se podría hervir agua en el lado caliente del parasol y es lo suficientemente frío como para congelar nitrógeno en el lado frío).

A continuación, un vídeo en cámara rápida que muestra las pruebas de despliegue del parasol:

¿Qué tipo de telescopio es Webb?

Webb es un telescopio reflector que utiliza tres espejos curvos (es un anastigmático de tres espejos). Hay una descripción técnica de este tipo de telescopio en Wikipedia.

Esta animación muestra cómo viaja la luz a través del telescopio:

¿Por qué no montarlo en órbita?

Se estudiaron varios escenarios y se determinó que el montaje en órbita era inviable.

En las primeras fases de los estudios de viabilidad, se examinó la posibilidad de ensamblar en órbita lo que entonces se denominaba Telescopio Espacial de Nueva Generación o NGST. En aquel momento, y todavía hoy, la Estación Espacial Internacional no tiene la capacidad de ensamblar estructuras ópticas de precisión. Además, el entorno de la Estación Espacial no es adecuado para los espejos expuestos que tiene Webb y habría tenido la posibilidad de dañar o contaminar la óptica. El despliegue de Webb se realiza muy por encima de la órbita terrestre baja y de los desechos que allí residen. Por último, si se utilizara la Estación Espacial como punto de parada del observatorio, habríamos necesitado un segundo cohete para lanzarlo hasta su destino final en L2. El observatorio tendría que ser diseñado con mucha más masa para soportar este “segundo lanzamiento”, dejando menos masa para los espejos y los instrumentos científicos.

Observa aquí un vídeo a cámara rápida muestra el montaje de Webb como un observatorio completamente ensamblado:

¿Quién es James Webb?

Este observatorio espacial lleva el nombre de James E. Webb (1906–1992), segundo administrador de la NASA. Webb es más conocido por haber dirigido el programa Apolo, una serie de programas de exploración lunar que llevaron a los primeros seres humanos a la Luna. Sin embargo, también inició un vigoroso programa de ciencia espacial que fue responsable de más de 75 lanzamientos durante su mandato, incluyendo los primeros exploradores interplanetarios de Estados Unidos.

Lanzamiento

Vehículo de lanzamiento

El Telescopio Espacial James Webb fue lanzado en un cohete Ariane 5 🚀. El vehículo y el lugar de lanzamiento forman parte de la contribución de la Agencia Espacial Europea a la misión. El Ariane 5 es uno de los vehículos de lanzamiento más fiables del mundo y fue elegido por una combinación de fiabilidad (era el único vehículo de lanzamiento que cumplía los requisitos de la NASA para lanzar una misión como la de Webb) y por el valor que aporta a través de nuestra asociación internacional.

Lugar de lanzamiento

Webb fue lanzado desde el complejo de lanzamiento ELA-3 de Arianespace, en el puerto espacial europeo situado cerca de Kourou (Guayana Francesa). Es beneficioso que los lugares de lanzamiento estén situados cerca del ecuador: el giro de la Tierra puede ayudar a dar un empuje adicional. La superficie de la Tierra en el ecuador se mueve a 1670 km/h.

Detalles adicionales

El segmento de lanzamiento tiene tres componentes principales:

1. Vehículo de lanzamiento: un Ariane 5 con la etapa superior criogénica. Se suministra en la configuración de lanzamiento simple, con un carenado de carga útil largo que proporciona un diámetro estático máximo de 4.57 metros y una longitud utilizable de 16.19 metros.

2. Adaptador de carga útil, compuesto por el cono 3936 más el cilindro inferior ACU 2624 y la banda de sujeción, que proporciona la interfaz mecánica y eléctrica de separación entre el observatorio Webb y el vehículo de lanzamiento.

3. Preparación de la campaña de lanzamiento y campaña de lanzamiento. La preparación de la campaña de lanzamiento y la campaña de lanzamiento es responsabilidad mutua de la NASA, la ESA, Northrop Grumman y ArianeSpace.

Configuración de lanzamiento de Webb

Para que el telescopio encaje en el cohete, debe plegarse. Estas imágenes, cortesía de ArianeSpace, muestran cómo encaja en el carenado del cohete.

Despliegue tras el lanzamiento

Tras el lanzamiento, el telescopio se despliega en su viaje de 29 días y un millón y medio de kilómetros hasta el segundo punto de Lagrange (L2). Este vídeo e infografía muestran la secuencia nominal de despliegue del telescopio. Más información sobre la órbita final del telescopio alrededor de L2.

Órbita

Una órbita solar

El Telescopio Espacial James Webb no estará en órbita alrededor de la Tierra, como el Telescopio Espacial Hubble, sino que orbitará alrededor del Sol, a 1.5 millones de kilómetros de la Tierra, en lo que se denomina el segundo punto de Lagrange o L2. Lo especial de esta órbita es que permite que el telescopio se mantenga en línea con la Tierra mientras se mueve alrededor del Sol. Esto permite que el gran parasol del satélite proteja al telescopio de la luz y el calor del Sol y la Tierra (y la Luna).

Animación de la órbita de Webb

¿Por qué es importante la dirección de la Tierra y del Sol?

Webb observa principalmente la luz infrarroja, que a veces puede sentirse como calor. Dado que el telescopio observará las señales infrarrojas muy débiles de objetos muy lejanos, debe estar protegido de cualquier fuente brillante y caliente. Esto incluye también al propio satélite. El parasol sirve para separar los espejos e instrumentos sensibles no sólo del Sol y la Tierra/Luna, sino también del autobús espacial.

El telescopio funcionará a unos 225 grados Celsius bajo cero. La diferencia de temperatura entre el lado caliente y el frío del telescopio es enorme —¡casi se podría hervir agua en el lado caliente y congelar nitrógeno en el lado frío!

Para que el parasol sea una protección eficaz (da al telescopio el equivalente a un FPS de un millón) contra la luz y el calor del Sol/Tierra/Luna, estos cuerpos tienen que estar situados en la misma dirección.

Es por esto que el telescopio estará en el segundo punto de Lagrange.

¿Qué es L2?

Joseph-Louis Lagrange fue un matemático del siglo XVIII que encontró la solución a lo que se llama el “problema de los tres cuerpos”. Esto es, ¿existe alguna configuración estable en la que tres cuerpos puedan orbitar entre sí y, sin embargo, permanecer en la misma posición entre ellos? Resulta que hay cinco soluciones a este problema, y se llaman los cinco puntos de Lagrange, en honor a su descubridor. En los puntos de Lagrange, la atracción gravitatoria de dos grandes masas es exactamente igual a la fuerza centrípeta necesaria para que un objeto pequeño se mueva con ellas. Los puntos L1, L2 y L3 están alineados entre sí, y L4 y L5 están en los puntos de los triángulos equiláteros.

Te recomiendo echar un 🧐 a este fantástico 🧵 hilo de Rayleigh Lord:

Webb en L2

Si Webb orbita el Sol más lejos que la Tierra, ¿no debería tardar más de un año en orbitar el Sol? Normalmente sí, pero el equilibrio de la atracción gravitatoria combinada del Sol y la Tierra en el punto L2 significa que Webb seguirá el ritmo de la Tierra mientras gira alrededor del Sol. Las fuerzas gravitatorias del Sol y de la Tierra casi pueden sostener una nave espacial en este punto, de modo que se necesita relativamente poco empuje de cohete para mantener la nave espacial en órbita alrededor de L2.

Y Webb orbitará alrededor de L2, no se quedará estacionado precisamente en L2. La órbita de Webb, con un periodo de unos 6 meses, mantiene al telescopio fuera de las sombras de la Tierra y la Luna. A diferencia del Hubble, que entra y sale de la sombra de la Tierra cada 90 minutos, Webb tendrá una visión sin obstáculos que permitirá realizar operaciones científicas las 24 horas del día.

Comunicación con Webb

La posición de Webb en L2 también nos facilita la comunicación con él. Dado que siempre estará en la misma ubicación con respecto a la Tierra —en el cielo de medianoche, a unos 1.5 millones de kilómetros de distancia—, podemos tener comunicaciones continuas con él mientras la Tierra gira a través de la Red del Espacio Profundo (DSN por sus siglas en inglés), utilizando tres grandes antenas en tierra situadas en Australia, España y California. Durante las operaciones rutinarias, Webb enviará secuencias de comandos y bajará datos hasta dos veces al día, a través de la DSN. El observatorio puede realizar una secuencia de comandos (apuntar y observar) de forma autónoma. Por lo general, el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial cargará una semana completa de comandos a la vez, y realizará actualizaciones diarias según sea necesario.

¿Cuánto tardará Webb en llegar a la L2?

Webb tardará unos 30 días en alcanzar el inicio de su órbita en L2, pero sólo tardará 3 días en llegar a la órbita de la Luna, que está a una cuarta parte del camino. Llevar a Webb a su órbita en L2 es como llegar a la cima de una colina pedaleando vigorosamente una bicicleta sólo al principio de la subida, generando suficiente energía y velocidad para pasar la mayor parte del camino costeando la colina para frenar hasta llegar apenas a la cima.