mayo 20, 2022

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El espejo del telescopio Webb de la NASA rompe el ‘pronóstico más optimista’ después de la alineación final

La NASA dice que el “desempeño óptico del naciente Telescopio Espacial James Webb (JWST)… sigue siendo mejor que… el pronóstico más optimista” después de completar la alineación del espejo sin precedentes.

Entre 7 y 14 años de retraso y presupuesto por un factor de 2 a 10, el cohete Arianespace Ariane 5 envió el telescopio Webb al espacio profundo el 25 de diciembre de 2021. El telescopio JWST de 6,2 toneladas (aproximadamente 13 600 lb) fue casi la mitad de pesado en el despegue que el icónico Telescopio Espacial Hubble de la NASA a pesar de llenar un espejo similar a un origami sin precedentes con más de seis veces el área total de recolección del Hubble. La combinación de una reducción de masa extrema y la complejidad inusual requerida para lanzar un espejo tan grande lejos de la Tierra con un cohete como el Ariane 5 ayuda a explicar en parte por qué el telescopio Webb tomó tanto tiempo (~18 años) y fue tan costoso (~9.700 millones de dólares) para diseñar , desarrollar y construir.

Sin embargo, finalmente fue lanzado. Ariane 5 hizo la mayor parte del trabajo, enviando el telescopio en una trayectoria, con la ayuda de los propulsores a bordo, que lo apuntaría al punto de Lagrange del Sol y L2 ubicado a 1,5 millones de kilómetros (~950,000 millas) de la Tierra. Quizás para el mayor alivio en la historia de los observatorios espaciales, el altamente complejo proceso de despliegue del Telescopio Webb se completó sin un solo problema importante. 30 días después del despegue, el telescopio, completamente desplegado, alcanzó su órbita operativa.

En los últimos cuatro meses, en comparación, casi todo el trabajo de JWST se ha centrado en alineaciones y calibraciones mucho menos obvias y mucho más pequeñas. Cada uno de los 18 segmentos del espejo principal del JWST mantiene micrómetro a micrómetro en su posición de manera lenta pero segura, mientras que grandes áreas del telescopio se enfrían lentamente a temperatura ambiente, lo que es esencial para un rendimiento máximo. Al mismo tiempo, todos los instrumentos iniciales de Webb alcanzaron la primera luz y entraron en las primeras etapas de calibración y puesta en servicio. Solo después de que los instrumentos se calibran minuciosamente, el espejo está perfectamente alineado y los instrumentos críticos se enfrían a temperaturas tan bajas como -449 °F (-267 °C), Webb puede comenzar a observar el universo y revolucionar grandes subconjuntos de la ciencia espacial.

Una vista interior de los frutos de la alineación. (NASA)

El primer y más importante paso, alinear el espejo, ya está completo. El proceso de alineación comenzó en febrero de 2022, seis semanas después del despegue. Primero, se tomaron imágenes con el espejo desalineado para ayudar a determinar exactamente en qué estado se encontraba. Uno por uno, cada uno de los 18 segmentos del espejo Webb se movió individualmente para determinar de qué imagen era responsable cada espejo, lo que permitió a los controladores de tierra enfocar correctamente cada vista de espejo de la estrella objetivo. En un proceso conocido como “fases gruesas”, una vez que estos 18 puntos ópticos se habían resuelto bien y se habían unido a un segmento de espejo en particular, los segmentos se orientaban gradualmente uno encima del otro para producir una sola imagen.

“Grueso” reduce severamente la precisión casi insondable requerida para completar el movimiento. Para alcanzar su máximo potencial, cada segmento de espejo del Telescopio Webb debe alinearse dentro de los 50 Nuevo Méjico de cada uno. Según la NASA, “si el espejo Webb inicial fuera del tamaño de los Estados Unidos, entonces cada fragmento sería del tamaño de Texas, y el equipo tendría que alinear las alturas de esas porciones del tamaño de Texas entre sí con una precisión de alrededor de 1,5 pulgadas.”

El producto de las fases gruesas: hermoso pero aún no científicamente útil. (NASA)

A esto le sigue un incremento sutil, que involucra un conjunto de operaciones más esotéricas diseñadas para enfocar el espejo lo más completamente posible. Luego, la imagen resultante se modificó para alinearla correctamente con el campo de visión de cada uno de los cuatro instrumentos científicos principales de Webb. Finalmente, algunos pasos del proceso de alineación de siete pasos se han rediseñado o refinado por completo para optimizar el espejo a satisfacción de los creadores y usuarios potenciales de Earthbound.

Al final, la alineación del Telescopio Webb fue extraordinariamente exitosa, produciendo una imagen más clara y pura que incluso las “predicciones más optimistas” hechas por sus ingenieros. La NASA dice que la imagen es tan detallada que efectivamente alcanzó la resolución física de un espejo del tamaño del Telescopio Webb, lo que significa que tendría que violar las leyes conocidas de la física para resolver cualquier otro detalle.

Primeras imágenes JWST con espejo completamente alineado. (NASA)

Con la alineación del espejo completa, al JWST solo le queda un obstáculo importante antes de que puedan comenzar las operaciones científicas: la operación del dispositivo. La puesta en servicio es una declaración integral que cubre la amplia gama de calibración, análisis, prueba y optimización necesarios para verificar que las cuatro herramientas principales de JWST se comporten como se espera y realicen el trabajo para el que fueron diseñadas de la manera más precisa y confiable posible.

En algún momento, el uso de instrumentos científicos altamente complejos se vuelve similar a una forma de arte, y se debe construir un cierto grado de confianza entre los científicos y sus esperados instrumentos comerciales antes de que puedan clavar con confianza el cincel en el mármol y comenzar a profundizar en el universo con una amplitud y un detalle sin precedentes. Si la operación va tan bien como el despliegue y la alineación, el equipo JWST puede estar listo para capturar y compartir las primeras observaciones del telescopio procesables del universo a partir de julio de 2022.

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