O Telescópio Espacial James Webb, totalmente montado, com seu protetor solar e “estruturas de paletes unitizadas” (dobradas ao redor do telescópio para o lançamento) são vistas parcialmente implantadas em uma configuração aberta para permitir a instalação do telescópio.
(Imagem: © NASA / Chris Gunn)
Paul M. Sutter é um astrofísico da Universidade Estadual de Ohioanfitrião de Pergunte a um astronauta e Rádio Espaciale autor de "Seu lugar no universo."Sutter contribuiu com este artigo para Vozes de especialistas do Space.com: artigos de opinião e idéias.
Da NASA Telescópio Espacial James Webb está programado para ser lançado em março de 2021, após anos de atrasos e bilhões de dólares gastos acima do orçamento. Embora seja fácil argumentar que todo esse tempo e dinheiro foram desperdiçados, este observatório será o campeão estréia e incontestável de comprimentos de onda infravermelhos, dando-nos um acesso sem paralelo aos cantos do universo atualmente inacessíveis.
Se queremos aprender coisas novas sobre tudo, desde as primeiras galáxias até a chance de vida em outros planetas, os cerca de US $ 9,7 bilhões de James Webb são nossa única esperança.
Sem frio
Enquanto o Telescópio Espacial James Webb ("JWST" para aqueles que a conhecem)) é anunciado como o "sucessor" dos astros da NASA telescópio espacial Hubble, meio que não é. O Hubble é principalmente um telescópio óptico, capturando comprimentos de onda de luz semelhantes ao alcance que o olho humano faz e se estendendo um pouco até as partes infravermelha e ultravioleta (UV) do espectro eletromagnético. Em essência, o Hubble é um globo ocular gigante em órbita espacial, oferecendo imagens impressionantes que você veria se seus nervos ópticos estivessem equipados de maneira semelhante.
Mas o JWST é diferente. Ele estará observando inteiramente no infravermelho, mal arranhando os vermelhos mais profundos possíveis que um humano pode ver. Em outras palavras, o JWST estudará um universo que é em grande parte invisível para a experiência humana.
Uma das principais razões pelas quais o JWST foi projetado para ser um escopo infravermelho é que a astronomia infravermelha é, em geral, realmente difícil de fazer a partir da superfície da Terra. Poluição luminosa é a desgraça dos astrônomos, que precisam de seus céus claros e perfeitamente escuros para fazer suas observações e medições detalhadas.
E a poluição da luz infravermelha vem de muitos lugares diferentes. Basicamente, qualquer coisa quente. O que é basicamente tudo. Os corpos humanos geram 100 watts de radiação infravermelha. A Terra em si é bastante quente, brilhando fortemente em faixas de infravermelho. Até o próprio telescópio, se estiver em temperatura ambiente, está incandescente no infravermelho.
Não é que não possamos fazer astronomia infravermelha do chão, é apenas que é frustrantemente difícil.
Daí, espaço.
Longe de casa
O JWST operará a cerca de 1,5 milhão de quilômetros da Terra, para afastá-lo com segurança de nosso planeta quente e brilhante por infravermelho. Mas mesmo assim, há o sol para enfrentar. Você já se sentou do lado de fora em um belo dia de verão, sentindo o calor do sol em sua pele? Sim, isso é radiação infravermelha, bombeada pelo balde. E mesmo a um milhão de milhas de distância da Terra, o sol ainda está um pouco quentinho.
Para combater isso, os projetistas de telescópios espaciais infravermelhos têm algumas opções. A escolha mais comum é usar um sistema de resfriamento ativo, resfriando o telescópio até as temperaturas necessárias para observar adequadamente os comprimentos de onda infravermelhos. Isso é ótimo e utilizado por telescópios espaciais infravermelhos anteriores, mas limita sua vida útil. Não há mais refrigerante = não há mais astronomia.
Portanto, o JWST implantará um guarda-chuva espacial gigante e caro, com 22 metros de comprimento e 11 m de largura, composto por cinco camadas de material extremamente reflexivo, cada uma mais fina que um fio de cabelo humano. Esse maciço "protetor solar"manterá o telescópio em sombra constante, em algum lugar ao sul de menos 370 graus Fahrenheit (223 graus Celsius negativos), o que é ideal para os comprimentos de onda infravermelhos que estudará.
Embora, apenas por diversão, um dos instrumentos a bordo seja resfriado com um sistema de resfriamento ativo abaixo de menos 433 Fahrenheit (menos 258 C), o que permitirá acessar alguns comprimentos de onda infravermelhos ainda maiores.
Eis a ciência
Em suma, o JWST é enorme. Na verdade, é tão grande que não deve caber em um foguete. Além do imenso protetor solar, o espelho principal terá 6,5 m de largura, muito mais amplo do que qualquer carenagem de foguete atualmente em uso. Amarrar o espelho na lateral do foguete não é exatamente uma solução viável; portanto, os engenheiros inteligentes da NASA quebraram o espelho em 18 seções hexagonais menores, que serão dobradas e dobradas no foguete (junto com o dobrado para cima). protetor solar e o restante do telescópio).
Se tudo der certo, apenas alguns dias após o lançamento, o JWST seguirá para o ponto de observação, se desdobrará e começará a olhar.
E o que verá será - e não estou usando essa palavra de ânimo leve - notável. Um de seus principais alvos será o universo primitivo, quando nosso cosmos tinha apenas algumas centenas de milhões de anos. As primeiras estrelas e galáxias a aparecerem na cena cósmica brilharam intensamente no espectro visível, mas ao longo dos últimos 13 bilhões de anos o universo expandiu, estendendo a luz para fora do alcance visível e para o infravermelho - exatamente no ponto ideal dos parâmetros de design do JWST.
Como não temos imagens da época das primeiras estrelas e galáxias (conhecidas coloquialmente como "amanhecer cósmico") esta será a nossa primeira visão de todos os tempos sobre essa era importante na história do cosmos.
Mais perto de casa, o JWST estudará qualquer coisa interessante no cosmos, de discos protoplanetários em torno de estrelas recém-nascidas a nuvens moleculares, cometas, objetos do Cinturão de Kuiper e muito mais.
E o JWST usará um dispositivo especializado para bloquear a luz de algumas estrelas distantes, permitindo que o observatório tire fotos de qualquer objeto que orbita essas estrelas - como exoplanetas. Esses planetas estarão brilhando no infravermelho, e a luz desses planetas será modificada pelos produtos químicos e elementos em suas atmosferas, produtos químicos e elementos que podem ser sinais de vida.
De caçador de ET a revelador do amanhecer cósmico, o JWST certamente valerá a espera.
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Saiba mais ouvindo o episódio "O James Webb vale a pena esperar?" no podcast Ask A Spaceman, disponível em iTunes e na Web em http://www.askaspaceman.com. Obrigado a @SethDSanders, @hhyech, White I. e Veljo U. pelas perguntas que levaram a esta peça! Faça sua própria pergunta no Twitter usando #AskASpaceman ou seguindo Paul @PaulMattSutter e facebook.com/PaulMattSutter.
