A NASA diz que o “desempenho óptico do nascente Telescópio Espacial James Webb (JWST)… continua melhor do que… a previsão mais otimista” depois de completar o alinhamento do espelho recorde.
Entre 7 e 14 anos de atraso e orçamento por um fator de 2 a 10, o foguete Arianespace Ariane 5 enviou o Telescópio Webb a caminho do espaço profundo em 25 de dezembro de 2021. O telescópio JWST de 6,2 toneladas (aproximadamente 13.600 lb) foi quase metade do peso na decolagem como o icônico Telescópio Espacial Hubble da NASA, apesar de preencher um espelho sem precedentes semelhante a um origami com mais de seis vezes a área total de coleta do Hubble. A combinação de extrema redução de massa e a complexidade incomum necessária para lançar um espelho tão grande para longe da Terra com um foguete como o Ariane 5 ajuda a explicar parcialmente por que o Telescópio Webb levou tanto tempo (~ 18 anos) e custou (~ $ 9,7 bilhões) para projetar , desenvolver e construir.
No entanto, finalmente foi lançado. O Ariane 5 fez a maior parte do trabalho, enviando o telescópio em uma trajetória – com alguma ajuda de propulsores a bordo – que o apontaria para o ponto Lagrange do Sol e L2 localizado a 1,5 milhão de quilômetros (~950.000 milhas) da Terra. Talvez para o maior alívio na história dos observatórios espaciais, o processo altamente complexo de implantação do Telescópio Webb foi concluído sem um único grande problema. 30 dias após a decolagem, o telescópio – totalmente implantado – atingiu sua órbita operacional.
Nos últimos quatro meses, em comparação, quase todo o trabalho do JWST se concentrou nos alinhamentos e calibrações muito menos óbvios e muito menores. Cada um dos 18 segmentos do espelho principal do JWST mantém lenta mas seguramente micrômetro por micrômetro em posição enquanto grandes áreas do telescópio são resfriadas lentamente até a temperatura ambiente – essencial para o desempenho máximo. Ao mesmo tempo, todos os instrumentos iniciais da Webb alcançaram a primeira luz e entraram nos estágios iniciais de calibração e comissionamento. Somente após os instrumentos cuidadosamente calibrados, o espelho estar perfeitamente alinhado e os instrumentos críticos serem resfriados a temperaturas tão baixas quanto -449°F (-267°C), Webb pode começar a observar o universo e revolucionar grandes subconjuntos da ciência espacial.
O primeiro e mais importante passo – alinhar o espelho – agora está completo. O processo de alinhamento começou em fevereiro de 2022, seis semanas após a decolagem. Primeiro, as imagens foram tiradas com o espelho desalinhado para ajudar a determinar exatamente em que estado ele estava. Um por um, cada um dos 18 segmentos do espelho Webb foi movido individualmente para determinar qual imagem cada espelho era responsável, permitindo que os controladores de solo focalizassem adequadamente cada visão espelhada da estrela alvo. Em um processo conhecido como ‘fases grosseiras’, uma vez que esses 18 pontos ópticos foram bem resolvidos e anexados a um determinado segmento do espelho, os segmentos foram gradualmente orientados uns sobre os outros para produzir uma única imagem.
“Coarse” reduz severamente a precisão quase insondável necessária para completar o movimento. Para atingir todo o seu potencial, cada segmento de espelho do Telescópio Webb deve ser alinhado dentro de 50 nm de um para o outro. De acordo com a NASA, “se o espelho Webb inicial fosse do tamanho dos Estados Unidos, então cada fragmento seria do tamanho do Texas, e a equipe precisaria alinhar as alturas dessas porções do tamanho do Texas com uma precisão de cerca de 1,5 polegadas.”
Isso é seguido por um incremento sutil, envolvendo um conjunto de operações mais esotéricas projetadas para focalizar o espelho o mais completamente possível. A imagem resultante foi então modificada para alinhá-la adequadamente com o campo de visão de cada um dos quatro principais instrumentos científicos do Webb. Finalmente, algumas etapas do processo de alinhamento de sete etapas foram completamente redesenhadas ou refinadas para otimizar o espelho para a satisfação dos criadores e usuários em potencial do Earthbound.
No final, o alinhamento do Telescópio Webb foi extraordinariamente bem-sucedido, produzindo uma imagem mais clara e pura do que as “previsões mais otimistas” feitas por seus engenheiros. A NASA diz que a imagem é tão detalhada que efetivamente atingiu a resolução física de um espelho do tamanho do Telescópio Webb, o que significa que teria que violar leis conhecidas da física para resolver quaisquer outros detalhes.
Com o alinhamento do espelho completo, o JWST tem apenas um grande obstáculo antes que as operações científicas possam começar: a operação do dispositivo. O comissionamento é uma declaração abrangente que abrange a ampla gama de calibração, análise, teste e otimização necessária para verificar se as quatro principais ferramentas JWST se comportam conforme o esperado e executam o trabalho para o qual foram projetadas com a maior precisão e confiabilidade possível.
Em algum momento, o uso de instrumentos científicos altamente complexos torna-se semelhante a uma forma de arte, e um certo grau de confiança deve ser construído entre os cientistas e seus esperados instrumentos comerciais antes que eles possam pregar o cinzel no mármore com confiança e começar a mergulhar no mundo. universo com largura e detalhes sem precedentes. Se a operação for tão tranquila quanto a implantação e o alinhamento, a equipe do JWST pode estar pronta para capturar e compartilhar as primeiras observações de telescópio acionáveis do universo já em julho de 2022.
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