Il telescopio spaziale James Webb. La prossima finestra sul cosmo.

Il telescopio spaziale Hubble è stato la punta di diamante dell’astrofisica per più di vent’anni. Ha letteralmente spalancato una finestra sul cosmo e sulla base dei suoi dati sono stati pubblicati più di sedicimila articoli scientifici in peer review, a loro volta citati in altri lavori 800.000 volte. Giusto per fare qualche esempio: ha scoperto il primo pianeta extrasolare, trovato potenziali evidenze dell’esistenza di quella che viene chiamata materia oscura[1], ha migliorato la misura della costante di Hubble scoprendo anche che l’espansione dell’Universo sta accelerando, ci ha aiutato a capire meglio l’evoluzione delle galassie e la loro struttura, grazie ad Hubble ad esempio sappiamo che molte presentano un buco nero supermassiccio al suo interno (compresa la nostra)….e la lista potrebbe continuare. Cosa si potrebbe volere di più? Giustamente l’essere umano vuole sapere sempre di più l’universo in cui vive, e questo può avvenire solo attraverso la scienza e le sue applicazioni. Come fare per saperne ancora di più sull’universo? Costruire un telescopio ancora più potente!Il telescopio spaziale James Webb, dal nome di un ex amministratore della NASA, sarà un potente telescopio da più di 10 miliardi di dollari, specializzato nell’infrarosso e frutto di una collaborazione internazionale tra la NASA, l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) e l’Agenzia Spaziale Canadese (CSA).

All’interno delle nebulose o delle nubi protoplanetarie di gas e polvere la luce visibile, caratterizzata da una lunghezza d’onda minore di quella infrarossa, rimbalza contro le particelle di polvere. In questo modo per la luce è difficile uscire, e di conseguenza per noi vedere gli oggetti al loro interno. Difficile ma non impossibile. I fotoni emessi dalla sorgente si scontrano con gli elettroni e ne vengono assorbiti, questi a loro volta emetteranno radiazione della stessa frequenza di quella assorbita. Dopo diversi rimbalzi e scontri la radiazione può raggiungere la superficie della nube di polvere e riuscire ad evadere. Questo fenomeno si chiama scattering[2].                                                                                                                                  Le nane brune e le giovani protostelle in via di formazione all’interno delle nebulose emettono nell’infrarosso per via della bassa temperatura. Studiando queste emissioni è possibile comprendere i processi che avvengono all’interno del disco di accrescimento della stella.          Allo stesso modo la luce ultravioletta, o visibile, delle prime stelle e delle prime galassie mano a mano che l’universo si espande e mano che questa luce si avvicina a noi subisce il fenomeno dello spostamento verso il rosso, vale a dire che avrà una lunghezza d’onda sempre maggiore, è come se si stirasse. Questa luce arriverà a noi sotto forma di luce infrarossa. Al contrario può succedere che la luce subisca uno spostamento verso il blu, dovuto al fatto che osservatore e oggetto si stanno avvicinando. Questo è l’effetto Doppler e dipende dalla velocità relativa tra osservatore e oggetto.                                                                                              Il telescopio spaziale Hubble era in grado di osservare diversi tipi di luce spaziando dall’ultravioletto all’infrarosso. Il telescopio spaziale James Webb invece sarà specializzato nell’infrarosso, ma in questo campo sarà molto più potente. Questo per la ragione che abbiamo detto sopra, vale a dire mostrare più chiaramente oggetti che prima era difficile osservare e soprattutto per indagare più a fondo che mai la nascita delle prime stelle e delle prime galassie, in poche parole l’origine del nostro universo. Sarà specializzato nel vicino e nel medio infrarosso[3].

Guardate questo video di 12 secondi, ma emblematico per comprendere l’utilità di questo genere di telescopi: https://www.youtube.com/watch?v=PnjYHB1pXSs&feature=emb_title  

Credits: NASA/Chris Gunn

 

STRUMENTAZIONE SCIENTIFICA

Il telescopio presenta un grande specchio largo 6,5 metri, formato da 18 segmenti indipendenti composti di berillio ultraleggero. Lo specchio di Hubble per fare un paragone era largo 2,5 metri.

La strumentazione scientifica del telescopio consta di 4 strumenti, contenuti nell’Integrated Science Instrument Module (ISIM). Essi sono:

La telecamera (NIRCam) e lo spettrografo per il vicino infrarosso (NIRSpec), vale a dire la regione dello spettro più vicina alla luce visibile, che va da 0,6 a 5 micron. La telecamera convertirà il segnale in immagini, mentre lo spettrografo sarà in grado, analizzando lo spettro della luce di un oggetto, di rivelarne la sua composizione, la temperatura e la massa. Questi strumenti osserveranno in particolare le prime stelle e le prime galassie durante il loro processo di formazione, la popolazione stellare delle galassie vicine e le stelle in via di formazione.

MIRI: la telecamera e lo spettrografo specializzati nel medio-infrarosso (dai 5 ai 28 micron), ideali per osservare la luce proveniente dalle galassie più lontane, stelle appena formate, comete e oggetti nella fascia di Kuiper[4]. Lo spettrografo potrà fornire dettagli fisici sugli oggetti più lontani.

FGS/NIRISS: il Fine Guidance Sensor permetterà al telescopio di puntare in maniera precisa. Mentre la telecamera e lo spettrografo facenti parte di questo strumento verranno utilizzati per rivelare la prima luce e per rivelare e studiare gli esopianeti. Questo strumento specializzato ha 3 modalità, ognuna delle quali permette di studiare una range differente di lunghezza d’onda.

FUNZIONAMENTO

Brevemente, gli specchi raccolgono la luce dal cosmo e la inviano agli strumenti, i quali la filtrano verso i rivelatori di cui ogni specifico strumento è dotato. I rivelatori trasformano la luce raccolta in tensione elettrica che può essere misurata.

Gli strumenti per funzionare hanno bisogno di restare al freddo, per questo il telescopio è dotato di uno scudo per la luce solare. Esso è formato da 5 strati di un materiale leggero con particolari proprietà chiamato Kapton. Ogni strumento ha una propria temperatura di esercizio, mantenuta con l’aiuto di appositi sistemi di raffreddamento. MIRI ad esempio lavora a una temperatura di -266 gradi Celsius.

Il telescopio verrà lanciato nel 2021 a Kourou nella Guyana francese e opererà a 1.500.000 di chilometri dalla Terra. Il sistema elettrico, contenuto nel “Bus” fornirà l’energia necessaria al telescopio attraverso dei pannelli solari. All’interno del bus sono contenuti anche il sistema di controllo dell’orbita, il sistema di comunicazione (riceve gli ordini e invia i dati), sistema di comando e gestione dei dati (il cervello del bus. Media fra il sistema di comunicazione e gli strumenti scientifici), il sistema di propulsione e il sistema di controllo termico.

Dieci miliardi e più possono sembrare molti, ma rischiano di non essere nulla rispetto all’attività scientifica che potrà generare questo telescopio in tutto il mondo, senza contare i diversi utilizzi che potranno trovare le tecnologie sviluppate per costruirlo. Non ci resta che aspettare per vedere quali meraviglie ci mostrerà e quali entusiasmanti scoperte potremmo fare grazie ai suoi dati.

[AF]

Per approfondire:

https://www.jwst.nasa.gov/

 

[1] Per farla breve, si è scoperto che certe galassie ruotavano a una velocità troppo elevata per non andare in pezzi. Perlomeno non con l’ammontare di materia che si pensava le componesse, questo ha fatto pensare che mancasse all’appello materia nella misura del 90%. Questa materia ha effetti gravitazionali ma non interagisce con la materia ordinaria. Ci sono diverse potenziali prove della sua esistenza, anche se la questione rimane ancora aperta.

[2] Vi sono vari fenomeni di questo tipo.

[3] Il telescopio spaziale Herschel si occupa del lontano infrarosso.

[4] Regione del sistema solare che si estende dall’orbita di Nettuno fino a 50 Unità astronomiche. (1 unità astronomica è la distanza dal Sole alla Terra, vale a dire 150.000.000 di km). È formata da residui di formazione del Sistema Solare, i planetesimi.

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