23.12.2021 - 21:50
Ha començat el compte enrere per al llançament del telescopi James Webb. Si no es torna a ajornar, avui s’enlairarà el telescopi espacial més gran creat mai per la humanitat. Se situarà a un milió i mig de quilòmetres del nostre planeta (quatre vegades la distància de la Terra a la Lluna), i promet d’observar l’origen de les primeres estrelles i galàxies que es van formar a l’univers. Del disseny, en destaquen els instruments per a captar la llum infraroja del cosmos, invisible a l’ull humà.
El telescopi espacial James Webb (en anglès: James Webb Space Telescope, o senzillament JWST), un projecte conjunt de la NASA i l’agència espacial europea (ESA) i l’agència espacial canadenca (CSA), ens revelarà un univers que ara per ara ens és inaccessible.
Els telescopis que ens han engrandit el cosmos
Als anys vint del segle passat, l’astrònom nord-americà Edwin Hubble va revolucionar l’astronomia tot demostrant que el cosmos era molt més gran que no es pensava aleshores.
Amb la construcció del telescopi de Mount Wilson, un dels més avançats de l’època, i el desenvolupament de noves teories científiques, es va obrir la finestra de l’astronomia extragalàctica. De llavors ençà, el tàndem entre tecnologia i ciència ens ha permès de trencar barreres en el coneixement espacial, i el James Webb Space Telescope no és sinó la culminació d’aquesta evolució tecnològica imparable.
Per què enviem telescopis a l’espai?
L’atmosfera terrestre funciona com una barrera natural, tot impedint que arribi a la superfície del nostre planeta tota mena de radiació que conté informació molt valuosa des d’un punt de vista científic. Per evitar aquest filtratge, doncs, cal enviar observatoris a l’espai. El llançament del Telescopi Espacial Hubble, el 24 d’abril de 1990, fou el punt de partida del programa “Grans observatoris”, impulsat per l’agència espacial nord-americana (NASA) i l’agència espacial europea (ESA).
Després del Hubble, es van enviar a l’espai tres grans instruments més: l’observatori de raigs Gamma Compton (en òrbita des del 1991), l’observatori de raigs X Chandra (enviat l’any 1999) i l’observatori d’infrarojos Spitzer, llançat el 2003.
Mitjançant Hubble, s’han descobert milers de galàxies i s’ha confirmat l’existència de forats negres en nuclis galàctics. S’han elaborat moltes teories a partir de les observacions d’aquest telescopi, i s’espera que el JWST ens les pugui confirmar.
L’Spitzer, per la seva banda, ha estat fonamental per al descobriment dels set planetes que orbiten al voltant de l’estrella TRAPPIST-1. Tres d’aquests exoplanetes, de fet, són en una zona en què, teòricament, es podria trobar aigua en estat líquid.
Finalment, l’observatori de raigs X Chandra ha exercit un rol clau en l’estudi de la supernova més gran de la qual es té constància, d’una grandària cent-cinquanta vegades superior a la del Sol.
Un mirall de beril·li i or
El JWST és la insígnia de la pròxima generació d’observatoris espacials, i és per això que la comunitat científica n’espera el llançament amb impaciència. L’operació és considerada la gran missió astronòmica del segle, i es preveu que les investigacions que es facin amb les dades del JWST tinguin un impacte encara més gran que no les que s’han fet a partir de dades del Hubble.
La peça central del JWST és un telescopi reflector que capta la llum amb un sistema de miralls hexagonals que, conjuntament, formen un col·lector de 6,5 metres de diàmetre. És una mida significativament més gran que no la del mirall del Hubble, el diàmetre del qual és de 2,4 metres.
Per a encabir aquest mirall immens en un coet que el dugui a l’espai, cal enviar-lo plegat (això n’explica la geometria característica). Una vegada entri en òrbita, els miralls hexagonals es desplegaran per formar la configuració final. Aquest disseny està preparat per a reduir possibles aberracions esfèriques, i fins i tot posseeix un sistema mòbil per a estabilitzar les imatges i obtenir-les amb més nitidesa. El JWST està dissenyat per a captar la llum d’objectes fins a cent vegades més tènues que no el Hubble.
Un dels aspectes més innovadors de la construcció d’aquest observatori és l’ús de materials que optimitzen el rendiment de cada component. Per al mirall principal s’ha utilitzat beril·li, un material extremadament lleuger que resisteix les temperatures extremes i la corrosió de l’espai exterior. A més, té un recobriment d’or que permetrà de recollir la llum infraroja de manera òptima, un dels grans objectius per als quals es va crear el JWST.
El telescopi que orbitarà al voltant del Sol
La zona seleccionada per a fer entrar en òrbita el JWST, l’anomenat punt de Lagrange 2 (o senzillament, L2) està situada a 1,5 milions de quilòmetres de la Terra. Té la peculiaritat de tenir un període orbital equivalent al de la Terra, cosa que significa que el JWST girarà al voltant del Sol al mateix ritme que el nostre planeta.
A més, és un indret prou llunyà per a garantir el funcionament correcte del para-sol del JWST, dissenyat per a protegir-lo de la radiació solar. És un detall força rellevant a l’hora de fer observacions en infraroig.
Aquest para-sol, a més, haurà de suportar uns diferencials de temperatura de 85 °C (en l’àrea on arriba la llum solar) a -233 °C en la cara fosca (en l’àrea on no arriba la llum solar). Una temperatura així és indispensable a l’hora de reunir les condicions per a detectar la llum de les galàxies més llunyanes de l’univers.
El JWST tardarà un mes, aproximadament, a fer el trajecte de la Terra fins al punt L2, la seva darrera destinació. Quan hi hagi arribat, començaran les fases de calibratge i posada a punt de l’instrument. La “primera llum” (terme amb què es designa, en astronomia, la primera imatge captada per un telescopi) del JWST es preveu uns cinc mesos després del llançament.
La “primera llum” de l’univers
Un dels principals objectius científics del JWST és l’observació de les primeres estrelles que van existir a l’univers, cosa que ens ajudarà a entendre com es van formar les primeres galàxies després del Big Bang i com han anat evolucionant fins avui.
Com més lluny es trobi de la Terra, més s’envermellirà la llum que emet un objecte. Això implica que, si una galàxia és prou lluny –i viatjar al Big Bang és viatjar extremadament lluny, certament– pot ser que la llum que emet tan sols es detecti en l’infraroig. És per això que el JWST està dissenyat expressament per a recollir aquesta mena de senyals.
Quant als exoplanetes, s’espera que el JWST detecti, per observació directa, diversos sistemes planetaris situats en altres estrelles. I és que, gràcies a la seva sensibilitat i precisió, el JWST ens permetrà de mesurar la llum que emeten els exoplanetes gegants, i també d’estudiar-ne la composició química. Amb la informació que se n’obtingui podrem detectar biomarcadors; és a dir, components químics que, quan es troben en l’atmosfera d’un planeta, poden indicar-nos-hi l’existència de vida.
El JWST també explorarà objectes del sistema solar, com ara Júpiter, Saturn i els seus satèl·lits, i els cossos celestes que són en la zona més exterior. La capacitat tècnica del JWST ens permetrà de veure aquests objectes i estudiar-ne els components amb més detall i precisió que mai. Aquests estudis seran, sense dubte, de gran importància a l’hora d’explicar en profunditat com es formà el sistema solar.
Som a punt de presenciar la posada en funcionament d’un dels instruments científics més anticipats de les darreres dècades. L’impacte dels resultats que n’obtindrem es pot comparar amb l’impacte del descobriment del bosó de Higgs, o bé amb l’impacte de l’arribada del robot Perseverance a Mart. El compte enrere ja ha començat, i ara solament ens falta saber quins mons nous i emocionants ens descobrirà aquest prodigi de la tècnica.
Lorena Nieves Seoane, doctora en física, astronomia i astrofísica, és directora del grau en matemàtiques de la Universitat Internacional de València (UIV). Aquest article es va publicar originalment a The Conversation.
