Source: http://tayabeixo.org/articulos/telescopio_jwst.htm
Timestamp: 2017-07-28 15:07:19+00:00

Document:
El telescopio espacial James Webb El Telescopio Espacial James Webb.
Noviembre 13, 2015 – Barquisimeto, Venezuela.
La próxima generación de grandes telescopios espaciales.
El Telescopio Espacial James Webb (en inglés James Webb Space Telescope o JWST), será el próximo observatorio que la humanidad colocará en el espacio, con el fin de continuar expandiendo nuestro conocimiento del Universo y develando los misterios que aun éste, nos tiene guardados dentro de sus inconmensurables dimensiones.
El JWST es un ingenio tecnológico que da un salto en el diseño de los telescopios espaciales. Su concepción y diseño marca el comienzo de lo que se conoce como la era de los grandes telescopios espaciales. Con el gran tamaño de su espejo principal (6,5 metros de diámetro), será el observatorio espacial con el espejo más grande colocado en el espacio, dejando así muy atrás a sus más antiguos predecesores en el infrarrojo, IRAS (NASA–Reino Unido), Akari (ESA), Spitzer (NASA) y WISE (NASA) entre otros, e incluso marcando una gran y significativa diferencia con los hasta ahora telescopios espaciales de mediana envergadura como el Hubble (NASA) y el Herschel (ESA).
Telescopio espacial Herschel. Telescopio espacial Spitzer.
En la gran envergadura que presenta el JWST, no se pierden espacios ni se encuentran áreas ociosas, motivado a que a lo largo y ancho de todo el observatorio espacial, sus piezas, componentes y módulos implican la optimización de los aspectos espaciales, funcionales y operativos de estos.
El gran espejo del JWST, junto a la utilización de materiales innovadores, los equipos e instrumentos con los últimos avances científicos y tecnológicos del área, e incluso el uso de rutinas o programas actualizados (software que contienen códigos basados en esquemas heurísticos y de inteligencia artificial), implican un gran despliegue tecnológico, que representa como tal, un salto en la manera como la humanidad ha visto hasta ahora el Universo, y por consiguiente, en la forma en cómo la verá después que el JWST este operativo; este despertar se traducirá concretamente, en como reafirmemos y ampliemos los conocimientos hasta ahora adquiridos sobre el Universo y los objetos que en el existen, o incluso como replanteemos o cambiemos totalmente dichos conocimientos, rompiendo así con esquemas y paradigmas creados con fundamento en una visión del Universo considerada muy buena antes del JWST, pero miope después de la puesta en operaciones de este telescopio espacial.
Al JWST se le conoce apropiadamente como el sucesor del Hubble (Hubble Space Telescope o HST). Este último, con un espejo de 2,4 metros, fue lanzado en 1990 y aun operativo en la actualidad. El Hubble ha marcado un hito científico con sus datos y espectaculares imágenes de las fases más tempranas de nuestro Universo, las cuales han sido fundamentos de incontables trabajos que han permitido avances científicos en las diferentes áreas del conocimiento humano.
En días pasados, la comunidad científica celebró el 25º aniversario del lanzamiento del telescopio espacial Hubble, celebración que fue extensiva a toda la humanidad, sin considerar excesivamente amplio el término “extensiva” para esta celebración, ya que en sí, el Hubble ha sido uno de los mayores logros científico-tecnológicos de nuestra especie. Pero en las postrimerías de esta celebración, muchísima gente se ha empezado a preguntar qué pasará cuando esta maravilla tecnológica cese en sus operaciones, lo cual, ya para estos tiempos, podemos empezar a considerarlo más temprano que tarde. ¿Acaso quedará desvalida la comunidad científica al prescindir de esta magnífica herramienta que ha revolucionado prácticamente todos los campos de la astrofísica? ¿Existe un reemplazo para el Hubble?
Aunque se ha hecho costumbre referirse al telescopio espacial James Web (JWST) como el reemplazo o sustituto del Hubble, este en realidad no lo es. El JWST será un instrumento óptico que operará principalmente en el espectro infrarrojo, mientras que más de la mitad de los datos e imágenes que han sido obtenidas con el Hubble, han sido principalmente en el espectro visible; la diferencia que resta, se divide en el espectro ultravioleta y el infrarrojo cercano. Lo que sí es cierto, es que el JWST sucederá al Hubble como el próximo y principal observatorio espacial en servicio. Hecha esta distinción, debemos estar claros y conscientes de que los objetivos y características de ambos telescopios espaciales son sustancialmente diferentes, pero no debemos dejar pasar desapercibido que las imágenes que nos proporcionará el JWST serán más espectaculares que las que el Hubble nos ha dado.
Ahora, respondiendo la pregunta que nos planteamos sobre el Hubble, el telescopio que puede considerarse como heredero y sustituto de este, es el telescopio espacial WFIRST-AFTA (Wide Field Infrared Survey Telescope - Astrophysics Focused Telescope Assets), apodado por los relacionados al campo como el Hubble v2.0. Este observatorio espacial contará con un espejo segmentado de 2,4 metros. Actualmente se encuentra en una fase que involucra simultáneamente la verificación y pruebas de su rediseño, así como implementaciones de sistemas básicos ya comprobados. Inicialmente este proyecto nació con el nombre de WFIRST, cuyo diseño contemplaba un espejo de 1,3 metros, pero fue ampliado y rebautizado como WFIRST-AFTA después que se donaron a la NASA en el 2012 dos telescopios con espejos primarios de 2,4 metros, los cuales formaban parte de dos satélites espías de la NRO (National Reconnaissance Office), cuyas misiones fueron canceladas. El proyecto sin embargo se ha visto afectado por el hueco presupuestario que ha dejado el JWST, lo que ha retrasado su desarrollo y culminación. El lanzamiento del WFIRST-AFTA está planteado para principios de la próxima década (2020–2021).
Tamaños comparativos de los espejos primarios de los telescopios.
El otro telescopio que está previsto colocar en órbita es el HDST (High Definition Space Telescope), que contará con un espejo segmentado de 11,7 metros, el cual, junto a las otras características que poseerá y que ciertamente serán mucho más desarrolladas y avanzadas tecnológicamente que las del Hubble, se podría apodar como el Súper Hubble o el Hubble v3.0. Este observatorio espacial está planificado para la década de los 30, por lo que aún faltan varios años para ver este proyecto culminado y funcionando. Debemos tener en cuenta también, el lapso de tiempo que el JWST y el WFIRST-AFTA nos tendrán fascinados y ocupados con los datos e imágenes que ambos observatorios nos proporcionarán; este gran volumen de información será aprovechable en diferentes áreas científicas. Entendamos esta última consideración con el ejemplo del Hubble tras 25 años operativo. Hecha esta revisión y aclaratoria sobre los futuros telescopios espaciales, volvamos al tema que nos ocupa, el JWST.
Inicios del proyecto del JWST. El trabajo de desarrollo de un sucesor del Hubble comenzó a concebirse desde el año 1989 (un año antes de su lanzamiento). Esto llevó a conceptualizar el telescopio Hi-Z (High Zone), un telescopio que captase la gama de infrarrojos y cuyo espejo sería de 4 metros de diámetro. Para este momento la idea de ubicación de este y futuros observatorios espaciales de su tipo, sería muy alejados de la tierra (manejando estas distancias en escala humana), específicamente en los puntos de Lagrange o puntos de libración gravitatoria L2 del Sistema Sol–Tierra; incluso se manejaba posicionar el observatorio en una órbita a 3 UA del Sol, puesto que esta órbita distante minimizaría el ligero ruido de la luz zodiacal. Fue en la época de lo "más rápido, mejor y más barato", a mediados de la década de 1990, que los jefes de la NASA (diferentes Chiefs administrativos, ejecutivos, científicos y de investigación) decidieron firmemente y en consenso apoyar el desarrollo de un telescopio espacial de bajo costo, cuyo espejo primario fuese de 8 metros de diámetro. El resultado de este impulso se vio materializado en el año de 1996 con la elaboración del proyecto “Next Generation Space Telescope o NGST”, el cual estaría ubicado en el punto L2. Para el 2002, este concepto maduró hasta convertirse en una realidad técnica, que trajo consigo varios cambios, los más significativos, la reducción de la apertura del espejo primario del telescopio a 6,5 metros y el cambio de nombre del proyecto. El costo para cada uno de los dos momentos del proyecto (1996 y 2002) varió de $500 a $2.500 millones. Con el cambio de nombre del proyecto de NGST por el nombre JWST en el año 2002, comenzó oficialmente la fase de planificación del telescopio James Webb, partiendo esta, del rediseño del proyecto NGST. La selección del nombre James Webb, se hizo en honor de James E. Webb (fallecido en 1992), quien fuera el segundo administrador de la NASA durante el período 1.961–1.968, tiempo en el cual jugó un papel importante e integral dentro del programa Apolo y la política espacial del presidente de los EE.UU. John F. Kennedy.
Varios años después (2011), el proyecto fue examinado para su cancelación por parte del Congreso de los Estados Unidos, cuando ya habían sido gastados cerca de 3.000 millones de dólares; para ese momento más del 75 por ciento de su hardware estaba en producción o en fase de pruebas. A finales de ese mismo año (noviembre de 2011), el Congreso revocó los planes para cancelar el proyecto y en su lugar subió el tope de financiamiento del proyecto a 8.000 millones de dólares, monto con el cual se espera la culminación del proyecto y puesta en operación del JWST. Cohete Ariane 5 ECA.
Actualmente el proyecto sigue adelante con la colaboración internacional de 17 países. El observatorio espacial está siendo construido y será operado de manera conjunta por la NASA, la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Canadiense (CSA). El lanzamiento del JWST se tiene previsto realizarlo a bordo de un cohete ARIANE 5 ECA en Octubre del 2018, desde el puerto espacial de Kourou, Guayana Francesa, según se contempla en la más reciente revisión de progreso del proyecto (divulgada oficialmente a principios del 2014). Informes de fuentes extraoficiales correspondientes al año 2015, reseñan la misma fecha de lanzamiento.
Principales agencias espaciales proveedoras de equipos e instrumentos del JWST.
¿Para qué se necesita un telescopio de las características del JWST?
La concepción de un telescopio espacial donde las observaciones y los datos que este genere, estén preferencialmente enfocados en la longitud del espectro de luz continuo que abarca desde las emisiones visible, pasando por el infrarrojo cercano, hasta llegar al infrarrojo mediano, se fundamentan principalmente en tres razones: la primera se refiere al hecho de que los objetos más lejanos, así como aquellos donde la dirección y sentido de su desplazamiento los estén distanciando de nosotros, generan emisiones de luz con alto corrimiento al rojo y con una marcada tendencia que acentúa el desplazamiento de estas emisiones en ese sentido del espectro; las otras dos razones están asociadas a los discos de polvo y a los planetas, ya que estos objetos fríos también emiten con mayor intensidad en el infrarrojo, y el estudio de ellos y cualquier otro objeto que pertenezca o se clasifique dentro de este grupo como tal, es muy difícil de estudiar con los equipos ubicados en tierra e incluso por los telescopios espaciales existentes como el Hubble. Las necesidades de profundizar en el estudio científico del espacio profundo, Universo temprano o primigenio, definieron los objetivos a alcanzar a largo plazo en las futuras observaciones del Universo, y por consiguiente, en su estudio, análisis y comprensión. Las razones esbozadas en el párrafo anterior, tienen su fundamento en los objetivos científicos mencionados a groso modo, y fueron determinantes en el diseño y la concepción del proyecto “James Webb Space Telescope”. Lo explicado, define el porqué era y es necesario un telescopio capaz de escudriñar esta banda del espectro electromagnético, y por consiguiente, siendo el JWST el instrumento óptico diseñado para tal fin, es obvio que esté orientado específicamente hacia esa parte de la astronomía del infrarrojo. Tengamos siempre presente que el JWST, además de captar el infrarrojo cercano, también será capaz de captar las ondas que corresponden a los tonos naranja y rojo de la luz visible, así como la región del espectro del infrarrojo medio; esto será posible, gracias a las características de los equipos e instrumentos que estarán instalados en él. Esta capacidad lo diferencia de los observatorios espaciales Spitzer, WISE y Herschel, también dedicados al espectro electromagnético infrarrojo, pero en otras longitudes de ondas y con otros alcances. ¿Qué características hacen al JWST tan particular?
Para entender las capacidades y potencialidades que se tienen previstas brinde el JWST, hablaremos en este punto del tamaño del espejo, su diseño, los materiales con los que fue elaborado, el proceso que involucró su fabricación y sus acabados finales. También comentaremos sobre los módulos que conforman la totalidad de este observatorio espacial y los instrumentos que estarán instalados en él.
El espejo del JWST
Comencemos por comentar que el JWST tiene una masa prevista de alrededor la mitad de la del Hubble, pero además de esta apreciable ganancia, el espejo primario del JWST será de 6,5 metros y estará constituido por 18 segmentos hexagonales de igual tamaño, que irán montados en una estructura plegable, la cual, una vez desplegada dará la forma al gran espejo reflector. El espejo primario del JWST está elaborado de berilio (Be), elemento alcalinotérreo extremadamente liviano, que es normalmente usado en aleaciones de materiales con las que se confeccionan piezas reflejantes y no magnéticas. El berilio fue seleccionado como material base del espejo primario del JWST por su exiguo peso, dureza y punto de fusión elevado, lo cual lo hace muy resistente a las condiciones presentes en el espacio; además el berilio se caracteriza por su durabilidad frente a las potentes radiaciones presentes en ese medio. Su degradación se manifiesta por la oxidación lenta, pero lejos de deteriorar sus condiciones y acortar la vida útil del espejo, por el contrario la alarga; de hecho la mezcla de berilio usada en la elaboración del espejo contiene un bajo porcentaje de óxido del mismo material, esto debido a que el oxido de berilio es un excelente conductor térmico; esta característica se traduce en una potencialidad, ya que ello es esencial en el proceso que involucra captar y reflejar las radiaciones del espectro infrarrojo, radiaciones que no se ven afectadas por la ionización de los átomos del material o de alguna otra partícula que se adhiera al espejo, puesto que el berilio posee también una muy baja conductividad eléctrica. Segmentos del JWST
Hablando del acabado final del espejo, nos encontramos que la superficie reflectora del mismo está elaborada en base al recubrimiento por una finísima capa de oro, esto para cada uno de los 18 segmentos que constituyen el espejo primario (la cantidad de oro a utilizar es similar a la masa de una pelota de golf); de esta forma, se aprovecharán los altos índices de reflexión del oro para las longitudes del espectro en las cuales trabajará el observatorio espacial. ¿Por qué Oro?, refresquemos nuestros conocimientos técnicos sobre el Oro (Au). Este elemento posee una permeabilidad magnética extremadamente baja; es usado en la industria en el recubrimiento de objetos y piezas con delgadas capas electro depositadas; presenta una alta conductividad eléctrica inversamente proporcional a su conductividad térmica (característica muy valorada en el espacio exterior); también posee una alta resistencia a la oxidación y pulido es un excelente reflector de la luz infrarroja.
Reflectividad de las curvas espectrales en espejos tratados con revestimientos de aluminio (Al), oro (Au) y plata (Ag).
Para completar estos detalles técnicos, debemos remarcar que el área de recepción del espejo primario del JWST es 7,35 veces mayor (42,25 m² frente a 5,76 m²) que la del Hubble, con lo que podemos imaginar la calidad, nitidez y resolución de las imágenes que se obtendrán. Además su ubicación lejos de la Tierra, en el punto L2 del sistema Sol–Tierra, minimizará la interferencia de la luz directa y residual del sistema sobre sus observaciones.
El JWST estará compuesto principalmente por siguientes módulos:
El Telescopio óptico (OTE). Telescopio reflector con un espejo de 6,5 metros de diámetro.
El módulo integrado de instrumentos científicos (ISIM). Contendrá cuatro (04) instrumentos, la cámara de alta definición de infrarrojos próximos o cercanos (NIRCam), el espectrógrafo de infrarrojos próximos o cercanos (NIRSpec), el equipo de infrarrojos medios (MIRI) y el sensor guía de alta sensibilidad con el espectrógrafo de poca abertura para imágenes de infrarrojos próximos o cercanos (FGS/NIRISS).
El módulo de aislamiento térmico y lumínico (MSS). Proveerá protección al observatorio del calor y la luz que irradia el Sol y las que pudieran reflejar la tierra y la Luna. Esta estructura está constituida por varias capas (hojas) de materiales aislantes.
El módulo de comunicaciones (EPA). Contiene una antena y el equipo necesario para transmitir vía microondas.
El módulo de paneles solares (SPA). Proporcionará la energía necesaria para el funcionamiento del observatorio.
El módulo de mando (SCB). Contiene la computadora principal junto con los instrumentos y controles de respuesta rápida.
7. El módulo de Guía o de Seguimiento de Estrellas (ST). Posee un pequeño telescopio, que junto con el sensor guía del módulo ISIM, proporcionarán el exacto posicionamiento del observatorio espacial. Las principales características técnicas de los cuatro (04) instrumentos instalados en el módulo ISIM del JWST son: NIRSpec. El espectrógrafo de infrarrojos próximos o cercanos (Near-Infrared Spectrograph). Suministrado por la ESA con algunos elementos específicos que el Goddard Space Flight Center de la NASA y el consorcio industrial multinacional Airbus Defence and Space proporcionaron. Su peso es de 200 kg. Posee un amplio campo de visión que abarca 3,4 x 3,6 minutos de arco. Cubrirá las longitudes de onda del espectro electromagnético en el rango de 0.6µm – 5µm. Su resolución es de R~100, R~1000 y R~2700. Estas características le dan la capacidad de detectar la radiación extremadamente débil emitida por las galaxias más lejanas. El instrumento NIRSpec será capaz de observar más de cien objetos simultáneamente; esto lo puede lograr, gracias a que el instrumento en su totalidad está constituido por cuatro matrices que juntas suman casi un cuarto de millón de obturadores independientes, los cuales pueden enfocarse y trabajar independientemente o en grupos a la hora de observar varios objetos a la vez. Su futura carga de trabajo en simultaneo, requiere de un sistema de refrigeración sofisticado, potente, de altísima confiabilidad y rendimiento, el cual le garantice al equipo operar a una temperatura de -238 ºC.
NIRCAM. La cámara de infrarrojos próximos o cercanos (Near-Infrared Camera). Desarrollada por la Universidad de Arizona. Posee un amplio campo de dos canales, que le proporcionan una vista de 2,2 x 4,4 minutos de arco, con la cual cubrirá las ondas del espectro electromagnético en el rango de 0.6µm - 5µm. Cuenta con una amplia gama de filtros, los cuales utilizará dependiendo de sus observaciones. NIRCam también proveerá el patrón o medida exacta para realizar los ajustes en órbita de los segmentos del espejo primario del JWST.
MIRI. Instrumento de infrarrojos medios (Mid-Infrared Instrument). Suministrado por un Consorcio Industrial donde participan los estados miembros de la ESA y por el Laboratorio de propulsión a Chorro de la NASA (Jet Propulsión Laboratory). MIRI es una combinación entre una cámara de infrarrojos medios y un espectrógrafo. Cuenta con un campo de visión de 1,3 x 1,7 minutos de arco. Su resolución es de R~100 y R~3000. Cubre las ondas del espectro electromagnético en el rango de 5µm - 28µm. Incluye también un coronógrafo.
FGS/NIRISS. Sensor guía de alta sensibilidad/Espectrógrafo de poca abertura para imágenes en infrarrojos próximos o cercanos (Fine Guidance System/Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph), Este equipo de alta tecnología integra los dos instrumentos en una sola pieza, pero ambos son funcionalmente independientes. Fue suministrado por la agencia Espacial Canadiense (CSA). El FGS es una cámara en extremo sensible, que se usará de manera dedicada para dar soporte al Sistema de Control de Altitud (ACS) o sistema guía del observatorio. Las imágenes de guiado que proporcionará la cámara, se obtendrán de dos campos de visión adyacentes con un área de 2,4 x 2,4 minutos de arco cada uno, pero también pueden ser configurados para observar áreas muy pequeñas de hasta 8 x 8 pixeles a una velocidad de 16 cuadros por segundo. Con esta capacidad adicional el FGS tiene la posibilidad de llegar a detectar hasta 58µJy (58 micrones de densidad de flujo de ondas del espectro. La combinación de esta cobertura de cielo y alta sensibilidad, asegura que una estrella pueda ser elegida apropiadamente como guía, garantizando con una probabilidad del 95-97% que la misma pueda ser seguida, incluso, en altas latitudes galácticas. El FGS se combinará con el pequeño telescopio del módulo ST para complementar funciones de orientación y guía del observatorio espacial. Por su parte, el espectrógrafo NIRISS será utilizado para la detección de las primeras fuentes de luz del universo temprano, así como para la detección, caracterización y espectroscopia de tránsito de exoplanetas. NIRISS tiene un rango de detección de ondas de 0,8µm a 5,0µm; incluye tres modos de operación especializado, cada con la capacidad de trabajar en un segmento diferente del rango de ondas mencionado. La combinación de todas estas características descritas, le darán al telescopio espacial James Webb, una resolución sin precedentes y una extraordinaria sensibilidad a lo largo y amplio del rango del espectro electromagnético que captará, el cual como ya dijimos, va desde la luz visible al infrarrojo cercano y medio.
Haciendo énfasis y ampliando las capacidades previstas del JWST, podemos predecir con seguridad y fundamentos, que estas, permitirán una amplia gama de investigaciones, las cuales abarcarán muchos sub-campos de la astronomía e incluso otras áreas de las ciencias, permitiendo así cubrir totalmente las expectativas creadas en base al logro de sus objetivos propuestos.
Objetivos principales del JWST.
Los objetivos del JWST, tal y como se plantean textualmente en las páginas oficiales del proyecto en la NASA, la ESA y la CSA, son:
Encontrar y estudiar los primeros destellos de luz que se originaron después del Big Bang, es decir, los primeros objetos luminosos que se formaron en el universo (protogalaxias, supernovas y agujeros negros).
Estudiar cómo se conformaron y nacieron las primeras galaxias, estudiar los efectos de los agujeros negros y construir la historia de la formación de las primeras estrellas.
Estudiar el nacimiento de las estrellas y los sistemas planetarios. Aprendiendo sobre la formación de las estrellas a partir de las nubes moleculares de gases y de materia interestelar, la formación de los planetas a partir de los discos de gases, polvo y escombros, y el proceso de formación y reciclaje de elementos químicos en el universo.
Estudiar los sistemas planetarios y el origen de la vida. Sin embargo, los dos primeros objetivos, de naturaleza extragaláctica y concerniente a la exploración de la formación de las estrellas y galaxias del universo temprano, están ampliamente ligados al conocimiento de los procesos que involucran la formación de estrellas y planetas de nuestra galaxia. De esta forma los cuatro objetivos de JWST pueden ser generalizados principalmente en dos: Estudiar el nacimiento y evolución de las galaxias.
Estudiar la formación de las estrellas y los planetas.
Para facilitar la explicación pedagógica y por consiguiente su comprensión, en adelante consideraremos solamente estos dos objetivos globales, pero teniendo siempre presente, que el fin del JWST está planteado en cuatro puntos cognoscitivos que involucran procesos ampliamente relacionados. Así, el primer objetivo involucra la observación de algunos de los objetos más distantes en el Universo, aquellos que hasta ahora se han mantenido fuera del alcance de los instrumentos basados en tierra e incluso de los desplegados en el espacio. Refiriéndonos a estos objetos distantes, una parte la representan las primeras estrellas que se formaron luego del Big Bang, aquellas que nacieron en la época de reionización; la otra parte, la constituyen las primeras estructuras galácticas que dieron origen a la formación de las primeras galaxias. Discos de acreción, protoestrellas y columnas de creación.
El segundo objetivo de este observatorio, es la visualización y el estudio de la formación de las estrellas y los planetas, buscando así comprender definitivamente las etapas evolutivas de estos. Para el logro de sus objetivos, el JWST se centrará en la realización de observaciones que generarán datos e imágenes de nubes moleculares y grupos de formación estelar, esto permitirá estudiar el aumento de la densidad de los gases moleculares y de la materia en las extensas regiones del espacio, sus efectos gravitacionales, la formación y evolución de estas nubes y de los discos de polvo alrededor de las estrellas; así mismo, se podrán realizar estudios sobre las imágenes directas de planetas solares y extrasolares, y análisis espectroscópicos de las estrellas y tránsitos planetarios.
Comparando los observatorios espaciales HST, Herschel y otros con el JWST.
Como explicamos anteriormente el JWST no es el reemplazo del HST (mencionamos quienes pueden considerarse como tales). Después de todo, las capacidades y por ello los fines de ambos difieren notablemente, basándonos para realizar esta aseveración, en que el rango del espectro electromagnético que son capaces de captar ambos telescopios no es el mismo, y por consiguiente, la forma como se apreciarán y estudiarán de los objetos del universo.
El JWST observará al universo en el infrarrojo, mientras que el HST lo ha observado en el visible y el ultravioleta en mayor y menor cuantía respectivamente, sin embargo, gracias a sus últimas mejoras, las cuales incluyen la adición y sustitución de instrumentos científicos, el HST ha ampliado sus observaciones a una pequeña parte del infrarrojo cercano. Otra de las capacidades del JWST, es que debido a las características de su espejo principal, considerando su tamaño, los materiales de lo constituyen y su revestimiento, este observatorio espacial será capaz de captar una mayor longitud del espectro electromagnético y más cantidad de este, lo que se traduce en una amplia gama de ondas de luz y mayor cantidad de ellas (más luz y de diferentes intensidades, incluso las más débiles); de esta manera, el JWST podrá ver mucho más profundo en el universo. El HST está colocado en una órbita próxima a la tierra, mientras que el JWST estará en el punto L2 a 1,5 millones de kilómetros de la tierra. Longitudes de onda del espectro electromagnético captadas por algunos telescopios.
Los cuatro (04) instrumentos científicos del JWST, capturarán imágenes en el espectro infrarrojo de los objetos astronómicos observados. Estos instrumentos captarán las ondas del espectro electromagnético que oscilan entre 0,6 y 28 micrómetros o micrones (1 micrón es 1,0x10-6 metros o una millonésima de metro). Aunque los instrumentos trabajarán principalmente en el rango infrarrojo del espectro electromagnético, también tendrán la capacidad particular de captar el rojo y el naranja de espectro visible, como mencionamos con anterioridad. Actualmente el HST solo es capaz de observar una pequeña parte del espectro infrarrojo, específicamente aquellas ondas de luz que oscilan entre los 0,8 y 2,5 micrones, lo cual le proporcionan capacidades limitadas sobre este segmento del espectro; sus capacidades principales están en el espectro ultravioleta y parte del visible (0,1 a 0,8 micrones). El telescopio espacial infrarrojo Herschel, al cual nos referiremos solamente como el Herschel, ya que sus siglas en ingles coinciden con las del telescopio Hubble (HST), posee la capacidad de observar el espectro electromagnético en un rango que oscila entre los 60 y 500 micrones, este rango abarca los extremos infrarrojos lejano y submilimétrico, por lo que sus observaciones y estudios se centran en las más calientes y activas regiones y objetos del universo, que emiten casi la totalidad de su energía en esta parte del espectro IR lejano. Sensibilidad de algunos telescopios ante el flujo de ondas del espectro electromagnético en el rango de 0,1 a 10µm.
Las dimensiones de HST son 13,2 metros (43,5 pies) de largo y 4,2 metros (14 pies) de diámetro, lo que lo hace similar al tamaño de un autobús. Por el contrario, las dimensiones del JWST son de 22 metros (69,5 pies) por 12 metros (46,5 pies), para tener una imagen mental de su tamaño, estas medidas son muy similares a las de una cancha de tenis. Por otro lado, el Herschel, posee unas dimensiones de 7,5 metros (24,7 pies) de altura por 4,0 metros (13,2 pies) de diámetro, lo que lo hace semejante en tamaño a un camión 750 con un conteiner de 5 metros montado.
Conceptualización artística de los tamaños de los telescopios Hubble y James Webb (JWST).
El espejo primario del JWST, cuyos 6,5 metros de diámetro en contraposición a los 2,4 metros del espejo del HST, le proporcionan un área para colectar luz de más de 7 veces el área del espejo del HST; esto le genera un amplio campo de visión, el cual es mucho más grande (aproximadamente 15 veces) que la vista que proporciona la cámara NICMOS del HST. Esta significativa característica técnica, mejora notablemente la resolución de las imágenes del JWST, superando ampliamente la resolución espacial de los anteriores telescopios infrarrojos de la NASA, el SST o Spitzer Space Telescope (telescopio espacial infrarrojo, de tipo reflector con un espejo de 0,85 metros, lanzado en el 2.003, el cual actualmente se encuentra en las postrimerías de su vida útil, en una órbita heliocéntrica similar a la de la Tierra, pero que lo aleja a razón de 15 millones de km de esta por año) y el WISE o Wide-Field Infrared Survey Explorer, telescopio reflector con un espejo de 0,4 metros de lanzado en el 2.009 (misión culminada en 2011 luego de agotarse el refrigerante del telescopio, pero reactivada en el 2012 y renombrada como NEOWISE, con el objetivo de rastrear y observar objetos próximos a la Tierra, NEO’s). Este mismo punto hace que la resolución de las imágenes que el JWST nos proporcionará, también sea mejor que la que se obtiene del Herschel, el cual cuenta con un espejo de 3,5 metros, ello aparte del tratamiento de las señales y datos que los instrumentos del JWST, tecnológicamente más avanzados y refinados sumen en la concepción de la imagen.
Dimensiones de los espejos primarios de los telescopios HST, JWST y Spitzer.
La Tierra está a 150 millones de kilómetros del Sol (1 UA), y la Luna está en órbita a la Tierra a una distancia media de 384.500 km. Consideremos y tengamos presentes estas distancias, para tener una referencia de la distancia en la que está el HST y en la cual se colocará el JWST. El HST actualmente está en órbita a la Tierra a una altura aproximada de 868 km. El JWST estará a 1,5 millones de km de la Tierra, en el punto L2 del sistema Sol–Tierra (igual que el Herschel); es decir, que el JWST orbitará al Sol en una órbita superior o más externa que la de la Tierra (151,5 millones de km del Sol, 1 UA + 1,5 millones de km) y en alineación con el sistema Sol – Tierra. Esta ubicación ayudara al JWST a mantenerse frío, algo importantísimo para un telescopio infrarrojo.
Posiciones comparativas del Hubble y el James Webb.
Puntos de Lagrange y ubicación del JWST.
¿Qué tan lejos verá el JWST?
Debido a la inmensa distancia de nosotros a la que se encuentran los objetos del universo temprano, la luz que emiten los mismos tarda en llegarnos miles de millones de años luz; esto se determina en base al cálculo básico que representa la formula de la velocidad, aplicada para el movimiento rectilíneo uniforme (V=Distancia/Tiempo).
La galaxia de Andrómeda es uno de los objetos más lejanos que podemos ver a simple vista. La luz que hoy nos llega de ella fue emitida hace 2,5 millones de años luz. Imaginarnos esta cantidad de tiempo, nos puede parecer grandísimo, considerando nuestro calendario, y no refiriéndonos al basado en nuestra vida media, sino al que contempla la historia de la humanidad. Al usar la unidad de medida AL (años luz) para las inmensas distancias en el espacio, debemos recordar que la luz viaja muy próximo a los 300 mil km/s (299.792,458 km/s), imaginarnos la distancia a la cual la galaxia de Andrómeda esta de nosotros (2.538 AL), es otra cantidad gigantesca, pues esta sobrepasa los 60 trillones de km (60,899x1018 km). Sin embargo, luego de estos cálculos, aunque la galaxia de Andrómeda nos parezca extremadamente distante, tanto que imaginar la cifra que representa su distancia es complicada, en realidad esta galaxia forma parte de nuestro “vecindario” cósmico, ya que Andrómeda es una de las galaxias más cercanas a la Vía Láctea. Estas distancias nos obligan a adoptar otras unidades de medidas para facilitar el manejo de las distancias en Universo. El año luz (AL), representa la distancia que la luz recorre durante un año en el espacio (un poco más de 9,454 billones de km).
El Big Bang originó el universo y a partir de allí se formaron las galaxias. La fuerza de la explosión generó la expansión del universo y con ello, la materia y cada uno de los objetos que se fueron formando y que hoy existen adquirieron este movimiento expansivo. Basados en este concepto, mientras más lejos este un objeto en el universo, este será más viejo. El movimiento de las galaxias permite fácilmente determinar si las mismas se están alejando o acercando a nosotros; tomando la parte que nos interesa, mientras más se estén alejando de nosotros, más se acercarán al final del espectro infrarrojo o el infrarrojo lejano. Alcance de las observaciones del JWST.
Para remontarnos en el tiempo y poder observar estos objetos muchísimo más lejanos que la galaxia de Andrómeda, tanto así que la inmensidad de estas distancias rozan lo inimaginablemente lejano, necesitamos telescopios de gran potencia y que además sean infrarrojos, siendo el Telescopio Espacial James Webb (JWST) de este tipo, el mismo será capaz de captar la luz de las primeras estrellas y galaxias del Universo primitivo, la cual fue emitida hace más de 13.500 millones de años luz. Cuando la luz de estas estrellas y galaxias llegue a los instrumentos del JWST, se habrá desplazado hacia la parte infrarroja del espectro. El JWST capturará esta radiación con su espejo y la focalizará en sus instrumentos de alta sensibilidad en las frecuencias del infrarrojo.
Esencialmente, el HST es capaz de ver las galaxias en su adolescencia, pero el JWST estará en la capacidad de llegar a ver la infancia de las primeras galaxias y es muy posible que alcance a ver la formación de muchas de ellas, de hecho, uno de los alcances planteados para el JWST es precisamente este.
Las consideraciones que implica el futuro lanzamiento del JWST.
Construir un espejo compacto, es decir de una sola pieza, y además de las mismas dimensiones del considerado para el JWST, implicaría demasiado peso y tamaño para cualquiera de las lanzaderas actuales (cohetes). El peso del espejo incrementaría mucho el peso total del observatorio espacial, que no sería soportado por la lanzadera, es decir, esta no vencería la fuerza de gravedad terrestre; además, el espejo no cabría de ninguna forma en el módulo de carga del cohete, pues el mayor espacio de carga de estos actualmente es de 5 metros de diámetro. Debido a estas dos razones, el espejo del JWST se fabricó de berilio, un material ultraliviano, su diseño segmentado dividió el espejo primario en 18 partes hexagonales iguales en tamaño, que dispuestas adecuadamente permiten armar el espejo como un rompecabezas. Otra característica del espejo, es que está montado sobre una estructura ajustable, que le proporciona la capacidad de que el mismo pueda plegarse, disminuyendo así su tamaño. Esta estructura plegable constituye la espina dorsal del observatorio espacial, posee tres alas plegables, dos alas en la estructura que soporta al espejo primario y una más que se unen a la estructura que soporta el módulo de capas aislantes del telescopio. Las características plegables de esta estructura hacen que la misma sea asociada con una figura de papiroflexia (Origami). Estructura plegable del espejo del JWST.
El diseño ultraliviano, segmentado y plegable del espejo, junto a la estructura que proporciona la capacidad plegable de este y del módulo de aislamiento (MSS), resolvieron los problemas de peso y tamaño del JWST para su futura carga y transporte al espacio a bordo de un cohete ARIANE 5 ECA. Este cohete actualmente es uno de los cuatro cohetes más grandes, potentes y capaces de transportar mayor carga al espacio.
El peso del JWST es de aproximadamente 6,5 toneladas. En su modalidad de carga (plegado), el observatorio espacial presenta unas dimensiones aproximadas de 11 metros de altura por 4 metros de diámetro.
El cohete ARIANE 5 ECA (54,7 metros de altura), puede transportar una carga máxima de 10,5 toneladas con una envergadura de hasta 16 metros de altura por 5,0 metros de diámetro, ya que el módulo de carga más grande que puede usar este cohete es de 17 metros de altura por 5,4 metros de diámetro.
Capas del módulo aislante (MSS) del JWST.
Durante el viaje del JWST a su posición orbital predestinada (punto L2 del sistema Sol–Tierra), este irá desplegándose poco a poco, hasta estar totalmente abierto al momento de la llegada a su destino final. Procedimiento de despliegue del JWST.
Secuencia del despliegue del JWST (Infografía).
Las siguientes imágenes muestran la secuencia en la cual se desplegará el JWST. Esta operación comenzará, una vez el JWST sea liberado del módulo de carga del cohete espacial que lo colocará inicialmente en la órbita de transferencia geoestacionaria (GTO). El observatorio espacial completará la totalidad de su despliegue, durante su viaje de 30 días desde la GTO hasta el punto L2. Paso 0. Dentro del módulo de carga. Paso 1. En el espacio, despliegue del módulo de aislamiento.
Paso 2. Extensión del módulo de aislamiento. Paso 3. Separación de las capas del módulo de
Paso 4. Extensión de la estructura de Paso 5. Despliegue de los bordes laterales
soporte del espejo secundario. del espejo primario.
Paso 6. Liberación de la antena de microondas y orientación de esta hacia la Tierra. Con este último paso concluye la secuencia de despliegue del JWST.
Resumen rápido de las características del JWST.
La información que se presenta a continuación, es un breve compendio de las principales características descritas en el contenido previo de este trabajo sobre el Telescopio Espacial James Webb (JWST). Incluso se reseñan algunas discrepancias encontradas en las páginas oficiales de las agencias espaciales asociadas con el proyecto. Espejo primario.
1. Está constituido por 18 segmentos hexagonales de igual tamaño (hechos de berilio, un material ultraliviano), dispuestos sobre una estructura plegable, que al extenderse totalmente le proporciona a los segmentos la forma del espejo.
2. Tiene 6,5 metros de diámetro.
3. Es de tipo reflector-parabólico.
4. De diseño segmentado.
5. Su longitud focal es de 131,4 metros (414,4 pies).
6. Posee una resolución óptica de 0,07 arco-segundos, con un límite de difracción de 2-micrómetros de onda (0,0317 arco-segundos/píxel)
7. El revestimiento del área receptora es de una delgadísima capa de oro.
Datos técnicos y operativos.
1. La temperatura máxima operativa del observatorio será de –387,7 Fahrenheit (40 Kelvin; –233,2 Celsius).
2. La masa total del observatorio es de más de 14.000 lbs. (6.330 kg). Normalmente se usa el valor aproximado de 6.500 kg.
3. El tamaño del modulo de aislamiento térmico y lumínico (MSS) es de 21,2 x 14,6 metros (70 x 48 pies).
4. El lanzamiento está previsto para Octubre del año 2.018.
5. El vehículo a usarse será un cohete Ariane 5 ECA, suministrado por la agencia espacial Europea.
6. El sitio de lanzamiento será El Centro Espacial de Guyana (CSG) en Kourou, Guyana Francesa.
7. La ubicación final del observatorio en el espacio será en órbita al Sol a 1,5 millones km (940.000 millas) de la Tierra, en el segundo punto de Lagrange (L2).
8. El despliegue total del JWST se realizará durante su viaje desde la órbita de transferencia geoestacionaria al punto L2.
9. La duración del viaje desde la órbita de transferencia geoestacionaria al punto L2 será de 30 días.
10. El JWST consumirá los primeros 5 meses luego de llegar al punto L2, en la estabilización de su órbita, y la aclimatación, configuración y pruebas de sus equipos e instrumentos. Pasos imprescindibles para su efectiva puesta en operaciones.
11. El tiempo estimado desde su lanzamiento hasta estar totalmente operativo en el punto L2 es de 6 meses.
12. La vida útil de la misión se calcula inicialmente en 5 años, con la posibilidad de extenderse por 5 años más.
13. Las celdas solares proporcionarán 2.000 vatios.
14. La velocidad máxima de transmisión de datos está calculada en 28 Mbps.
15. El costo actualizado del proyecto, incluyendo los gastos operativos de los primeros 5 años de funcionamiento es de 8.800 millones de dólares.
1. Cubren las ondas del espectro electromagnético en el rango de 0,6–28,0 micrómetros. Aunque se presenta discrepancia entre las páginas oficiales de la NASA, ESA y la CSA en referencia a este punto, ya que presentan la cobertura entre los rangos 0,6–28,0; 0,6–28,3 y 0,6–28,5 micrómetros respectivamente).
2. El observarlo tendrá en su módulo de instrumentos científicos cuatro instrumentos: § Near Infrared Camera (NIRCam) (0,6–5 micrómetros).
§ Near Infrared Spectograph (NIRSpec) (0,6–5 micrómetros).
§ Mid Infrared Instrument (MIRI) (5–28 micrómetros). En este instrumento es que se presenta la discrepancia entre la información suministrada en las páginas web de las agencias espaciales.
§ Fine Guidance Sensors/Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (FGS/NIRISS) (0.6–5 micrómetros).
1. El modulo de protección térmica y lumínica (MSS) es del tamaño de una cancha de tenis.
2. El JWST no podrá observar los planetas Mercurio y Venus, pero si será capaz de estudiar todos los objetos del sistema solar que se encuentren más allá de la órbita de Marte (incluyendo este).
3. El JWST podrá ser observado desde la Tierra en el cielo nocturno utilizando instrumentos ópticos apropiados, ya que aparecerá como una débil estrella 10.000 veces más tenue que la estrella más débil que se puede observar a ojo desnudo (NELM 6,0). Vistas del JWST (Conceptualizaciones artísticas).
Vista del telescopio James Webb desde un ángulo superior.
Vista del telescopio James Webb desde un ángulo inferior.
Planificación de los trabajo restantes en el JWST hasta la fecha de su lanzamiento (2015–2018).
Desde este año 2015 y hasta octubre del 2018, la planificación del proyecto JSWT contempla el desarrollo de una serie de actividades y trabajos que se generalizan en el siguiente cuadro.
Pruebas criogénicas al vacío de cada uno de los instrumentos científicos (NIRSpec, NIRCam, MIRI y FGS/NIRISS).
Montura de los 18 segmentos del espejo principal en su estructura base, junto con el espejo secundario y la estructura de soporte de este.
Los espejos primario y secundario son integrados con los espejos de popa y el módulo ISIM para constituir así el telescopio óptico (OTE).
El módulo de protección térmica y lumínica (MSS) es integrado a la nave espacial. 2017
Revisión, ajustes y pruebas (finales) técnicas y científicas del telescopio y los instrumentos científicos ya totalmente integrados. Actividades a realizarse en el Centro Espacial Johnson.
Unión del observatorio (módulos OTE e ISIM) con el módulo de protección térmica y lumínica (MSS) en una sola unidad.
Transporte del JWST a Kourou (Guyana Francesa) para iniciar los preparativos de su lanzamiento al espacio en Octubre de 2018.
http://www.space-airbusds.com/es/programas/jwst-t2.html
http://www.cosmos.esa.int/web/jwst
http://www.esa.int/esl/ESA_in_your_country/Spain/Probando_los_espejos_del_Telescopio_Espacial_James_Webb
https://herschel.jpl.nasa.gov/
https://www.spacelaunchreport.com/ariane5.html
https://webbtelescope.org/webb_telescope/webb_past_and_future/

References: resolución 
 resolución 
 resolución 
 resolución 
 resolución 
 resolución 
 resolución 
 resolución