Telescopio spaziale James Webb

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Telescopio spaziale James Webb
Emblema missione
JWST decal.svg
Immagine del veicolo
James Webb Space Telescope.jpg
Rappresentazione artistica del telescopio
Dati della missione
Operatore NASA,[1] con contributi significativi da parte dell'ESA e CSA
Destinazione punto di Lagrange L2 (1,5 milioni di chilometri dalla Terra)
Esito in sviluppo
Vettore Ariane 5
Lancio ottobre 2018
Luogo lancio Centre Spatial Guyanais
Durata 5 anni (design)
10 anni (obiettivo)
Proprietà veicolo spaziale
Potenza 2 kW
Massa 6200 kg
Costruttore Northrop Grumman
Ball Aerospace & Technologies
Strumentazione *NIRCam Near IR Camera
  • NIRSpec Near-Infrared Spectrograph
  • MIRI Mid IR Instrument
  • NIRISS Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph
  • FGS Fine Guidance Sensor
Parametri orbitali
Orbita orbita halo
Periodo 6 mesi
Sito ufficiale
Programma Flagship
Missione precedente Missione successiva
Mars Science Laboratory Mars 2020

Il James Webb Space Telescope (JWST), precedentemente noto come Next Generation Space Telescope (NGST),[2] è attualmente in costruzione e verrà lanciato nell'ottobre 2018[3]. Il JWST offrirà un'imparagonata risoluzione e sensibilità alle bande rosso-arancione del visibile e all'infrarosso dal vicino al medio (0,6 - 27 µm). Mentre l'Hubble Space Telescope ha uno specchio di 2,4 metri, il JWST possiede un più grande e segmentato specchio primario di 6,5 m di diametro e sarà posizionato vicino al punto Terra-Sole L2. Un grande scudo solare manterrà lo specchio e i 4 strumenti scientifici sotto ai 50 K (−220 °C).

Le capacità del JWST permetteranno un'ampia serie di investigazioni nel capo dell'astronomia e della cosmologia.[4] Un particolare obiettivo riguarda l'osservazione di alcuni dei più distanti oggetti ed eventi nell'Universo, come per esempio la formazione delle prime galassie. Questo tipo di obiettivi sono oltre gli attuali strumenti a Terra e in orbita. Un altro traguardo da raggiungere è capire la formazione delle stelle e dei pianeti, con fotografie dirette degli esopianeti.

In gestazione dal 1996,[5] il progetto rappresenta una collaborazione internazionale tra l'Agenzia Spaziale Europea, l'Agenzia Spaziale Canadese e i membri del team principali dalla NASA.[6] È stato intitolato in onore di James E. Webb, il secondo amministratore della NASA, che giocò un ruolo fondamentale nel Programma Apollo.[7]

La NASA ha descritto il JWST come il successore scientifico dell'Hubble Space Telescope, ma non è un rimpiazzo siccome non hanno le stesse capacità.[8] Il JWST ha l'obiettivo di osservare gli oggetti nella luce infrarossa, tipicamente più vecchia e lontana rispetto a quanto i precedenti strumenti potevano vedere.[9] Il risultato è l'estensione della vita dell'Hubble finché il JWST non potrà iniziare a lavorare.[9] Ciò portò alla formazione di un disegno alterato per il JWST, il quale dovrà ottenere immagini nell'infrarosso più dettagliate rispetto all'Hubble, oltre le capacità dell'Infrared Space Observatory e dello Spitzer Space Telescope.

Nel dicembre 2016 la NASA annunciò che il JWST aveva passato le maggiori pietre miliari, incluso il completamento del suo specchio primario e l'integrazione degli strumenti scientifici con il modulo del carico ed è sottoposto ad estremi test acustici e vibrazionali per simulare le condizioni del lancio.[10][11]

Panoramica[modifica | modifica wikitesto]

Il JWST nacque nel 1996 con il nome di Next Generation Space Telescope (NGST). Nel 2002 venne rinominato in onore del secondo amministratore della NASA (1961-1968) James E. Webb (1906-1992) che giocò un ruolo chiave nel Programma Apollo stabilendo la ricerca scientifica come nucleo dell'attività dell'agenzia spaziale americana.[12] Il JWST è un progetto della NASA, con collaborazioni internazionali con l'ESA e la CSA.

La massa del telescopio è la metà di quella dell'Hubble Space Telescope, ma il suo specchio primario (un riflettore da 6.5 m di diametro in berillio placcato in oro) ha un'area 5 volte maggiore (25 m2 contro 4,5 m2). Il JWST è orientato verso l'astronomia nell'infrarosso vicino, ma può studiare anche la luce visibile arancione e rossa, come anche la regione del medio infrarosso, a seconda dello strumento. Il disegno enfatizza il vicino e medio infrarosso per 3 ragioni principali: gli oggetti fortemente rossi variano la loro luce visibile nell'infrarosso, gli oggetti freddi come dischi di detriti e pianeti emettono fortemente nell'infrarosso, e questa banda è difficile da studiare con gli attuali strumenti a Terra e nello spazio.

Il JWST opererà vicino al punto Terra-Sole L2, approssimativamente 1500000 km oltre la Terra. Comparando, l'Hubble orbita a 550 km di altezza dalla superficie della Terra, e la Luna è distante circa 400000 km dal nostro pianeta. Questa distanza rende impossibili riparazioni post-lancio o aggiornamenti all'hardware del JWST.[13] Gli oggetti vicini a questo punto possono orbitare il Sole in sincronia con la Terra, permettendo al telescopio di rimanere in una approssimativamente costante distanza e usare un singolo scudo solare per bloccare il calore e la luce dal Sole e dalla Terra. Ciò manterrà la temperatura del veicolo sotto i 50 K (−220 °C; −370 °F) necessari per osservazioni nell'infrarosso.[14][15] Il principale contractor è Northrop Grumman.[16]

Schema tecnico del JWST

Missione[modifica | modifica wikitesto]

JWST è stato sviluppato appositamente per l'osservazione nello spettro infrarosso, con l'obiettivo principale di osservare le galassie responsabili della ri-ionizzazione dell'universo primordiale e esaminare il residuo a infrarossi del big bang, in modo da poter determinare le condizioni iniziali di formazione dell'universo.[17]

Per poter raggiungere tale obiettivo il telescopio sarà dotato di sensori estremamente sensibili, i quali hanno la necessità di operare a temperature estremamente basse per poter esprimere tutto il proprio potenziale. Per soddisfare tale requisito, JWST sarà posizionato in un'orbita diversa rispetto a Hubble, a circa 1,5 milioni di chilometri dal sistema Terra-Luna, in direzione opposta al Sole (secondo punto di Lagrange dell'orbita terrestre)[18]. Tale posizione infatti, offre il minimo segnale di fondo termico e quindi la massima sensibilità alla radiazione[19] infrarossa. Inoltre la maggior parte delle interferenze infrarosse (provenienti proprio dal Sole, dalla Terra, dalla Luna in prima approssimazione e dalla stessa strumentazione del Webb) verranno bloccate grazie ad un'ampia paratia metallizzata utilizzata come schermo[19]. Nell'orbita lagrangiana il telescopio si troverà in una posizione costante rispetto al Sole e alla Terra e questo permetterà allo schermo metallico di schermare costantemente gli strumenti ottici.

La necessità di porre JWST su tale orbita renderà virtualmente impossibile qualunque missione di manutenzione o aggiornamento, diversamente da quanto è stato possibile con il telescopio Hubble. D'altro canto, diversamente da Hubble che, orbitante intorno alla Terra ogni 90 minuti circa poteva scrutare il cielo per metà del tempo, il JWST non risentirà di questa limitazione.[19]

Successore di Hubble: solo nell'infrarosso[modifica | modifica wikitesto]

Hubble può osservare nell'infrarosso da 0,8 a 2,5 μm,[20] mentre JWST avrà una sensibilità che va da 0,6 a 28,5 μm.[21] Nel campo infrarosso quindi, si sovrappone alla sensibilità di Hubble e ne costituisce quindi un vero e proprio successore in questo ristretto campo dell'osservazione.[22] Va ricordato però che Hubble è sensibile a tutto lo spettro del visibile, oltre che all'ultravioletto, mentre JWST nel visibile vedrà da 0,6 a 0,8 μm. In questo senso si può affermare che JWST é il successore di Hubble per l'osservazione nell'infrarosso, mentre si affiancherà ad esso, per le osservazioni negli altri spettri.[19]

Ottica[modifica | modifica wikitesto]

Confronto tra lo specchio primario dell'Hubble e quello del JWST

Nonostante il JWST pesi la metà del telescopio Hubble, il suo specchio primario (uno specchio del diametro di 6,5 m di berillio)[23] sarà più del doppio dello specchio dell'Hubble (2,4 m). Dato che il lanciatore non è in grado di trasportare in orbita uno specchio così grande lo specchio sarà diviso in 18 sezioni che una volta in orbita si dispiegheranno attraverso dei sensibili micromotori che posizioneranno correttamente i segmenti.[19] Una volta che il telescopio sarà dispiegato saranno necessari solo rari aggiustamenti dei segmenti a differenza dei telescopi terrestri che, per compensare le perturbazioni atmosferiche (seeing) fanno largo uso di questi micromotori (attuatori) come ad esempio il telescopio Keck, uno dei sistemi più all'avanguardia concernente l'ottica adattiva.

Stato dei lavori[modifica | modifica wikitesto]

Parte ottica del telescopio completata durante l'Ottobre 2016

Nel 2011 la camera degli Stati Uniti d'America ha proposto la cancellazione del programma nonostante gli oltre 3 miliardi di dollari già spesi nel programma e oltre il 75% dell'hardware fosse già stato ultimato. Dopo varie dispute politiche il Senato riuscì a trovare un compromesso e fornire il budget necessario, limitandolo però ad un massimo di 8 miliardi di dollari.

A dicembre 2014 lo sviluppo rimane in linea per un lancio nell'ottobre 2018, ma sono possibili ritardi.[24]

Il 25 agosto 2015 la struttura portante del telescopio (backplane) è arrivata, in accordo con il programma, al Goddard Space Flight Center.[25]

Il 25 novembre 2015 è stato installato sulla struttura portante il primo dei diciotto specchi.[26] L'installazione dei restanti è terminata il 3 febbraio 2016.

Il 29 settembre 2016 è stata completata la produzione dell'ultima membrana dello scudo termico (sunshield). L'integrazione con il resto del telescopio è prevista durante l'inizio del 2018 nella sede californiana della Northrop Grumman.[27]

Il 3 dicembre 2016, durante un test per verificare il corretto comportamento del telescopio quando verrà sottoposto alle vibrazioni del lancio, uno degli accelerometri attaccati al telescopio ha rilevato un'anomalia e bloccato il test. Nel mese successivo sono state effettuate varie ispezioni, visuali e con gli ultrasuoni, per verificare lo stato del telescopio e non sono stati trovati danni. A fine gennaio la NASA, in collaborazione con vari partner, ha annunciato di avere identificato il problema (un meccanismo per tenere "legato" il telescopio durante il lancio produceva dei leggeri movimenti non previsti) e di avere eseguito dei cambiamenti per il futuro. Sono anche ripresi i test sulle vibrazioni.[28]

A marzo 2017[29] lo sviluppo rimane in linea per un lancio nell'ottobre 2018.[30]

Sviluppo e costruzione[modifica | modifica wikitesto]

Modello in scala reale esposto al Goddard Space Flight Center

La Northrop Grumman è lo sviluppatore capofila, costruttore e assemblatore del telescopio. Ha la responsabilità dello sviluppo e della costruzione del veicolo spaziale, compreso lo schermo di protezione dalle radiazioni infrarosse. Ball Aerospace ha preso in carico il contratto per lo sviluppo e la realizzazione dell'Optical Telescope Element (OTE). Goddard Space Flight Center è responsabile dello sviluppo dell'Integrated Science Instrument Module (ISIM).

Con l'attuale piano di sviluppo, l'ISIM contiene quattro strumenti scientifici. Il primario strumento è il NIRcam (Near InfraRed Camera), sviluppato dall'University of Arizona: il capo progetto è il Dr. Marcia Rieke. Il partner industriale è la Lockheed Martin Advanced Technology Center di Palo Alto, California.

Logo del JWST con il nome delle tre agenzie spaziali partecipanti

Partnership[modifica | modifica wikitesto]

LA NASA, l'ESA e la CSA hanno collaborato a partire dal 1996 per la costruzione del telescopio. La partecipazione dell'ESA nella costruzione e lancio del telescopio è stata firmata dai suoi membri nel 2003, mentre nel 2007 un accordo venne firmato tra la NASA e l'ESA. Esso prevede l'accesso e la rappresentazione dell'ESA al telescopio (minimo 15% del tempo totale per le osservazioni) in cambio della costruzione di due dei quattro strumenti (NIRSpec e MIRI), il lancio usando un Ariane 5 e il supporto alle operazioni di controllo del telescopio.[31] La CSA fornisce i sensori per la navigazione, uno dei quattro strumenti (NIRISS) e parteciperà al supporto delle operazioni per il controllo del telescopio.[32]

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ NASA JWST FAQ "Who are the partners in the Webb project?", NASA. URL consultato il 18 novembre 2011.
  2. ^ (EN) Rob Garner, James Webb Telescope Overview, in NASA, 29 gennaio 2015. URL consultato il 15 aprile 2017.
  3. ^ (EN) esa, ESA confirms James Webb telescope Ariane launch, in European Space Agency. URL consultato il 15 aprile 2017.
  4. ^ Vital Statistics - JWST/NASA, su jwst.nasa.gov. URL consultato il 15 aprile 2017.
  5. ^ ESA JWST Timeline, sci.esa.int.
  6. ^ About JWST/NASA, su jwst.nasa.gov. URL consultato il 15 aprile 2017.
  7. ^ (EN) James Webb Space Telescope (JWST) NASA, su www.jwst.nasa.gov. URL consultato il 15 aprile 2017.
  8. ^ How does the Webb Contrast with Hubble?, jwst.nasa.gov.
  9. ^ a b (EN) JWST History: 1989-1994, su www.stsci.edu. URL consultato il 15 aprile 2017.
  10. ^ James Webb Space Telescope observatory is assembled, in Space Daily. URL consultato il 15 aprile 2017.
  11. ^ (EN) No damage to JWST after vibration test anomaly - SpaceNews.com, in SpaceNews.com, 23 dicembre 2016. URL consultato il 15 aprile 2017.
  12. ^ Who Is James Webb - JWST/NASA, su www.jwst.nasa.gov. URL consultato il 15 aprile 2017.
  13. ^ (EN) L2 Orbit, su www.stsci.edu. URL consultato il 15 aprile 2017.
  14. ^ The James Webb Space Telescope, su www.jwst.nasa.gov. URL consultato il 15 aprile 2017.
  15. ^ Hubble Still Wows At 25, But Wait Till You See What's Next, su National Geographic News, 24 aprile 2015. URL consultato il 15 aprile 2017.
  16. ^ (EN) James Webb Space Telescope, su Northrop Grumman. URL consultato il 15 aprile 2017.
  17. ^ Obiettivi primari missione, jwst.nasa.gov.
  18. ^ Pro /Cons orbita L2, jwst.nasa.gov.
  19. ^ a b c d e Webb, Q&A, jwst.nasa.gov.
  20. ^ specifiche Hubble, hubblesite.org.
  21. ^ Strumenti: frequenze di utilizzo, jwst.stsci.edu.
  22. ^ Comparazione Webb / Hubble : strumenti, lunghezza d'onda, orbita, jwst.nasa.gov.
  23. ^ Specchio primario: materiale, segmentazione, jwst.nasa.gov.
  24. ^ Webb telescope at risk of schedule delays, report finds, in The Baltimore Sun, 22 dicembre 2014. URL consultato il gennaio 2015.
  25. ^ James Webb Space Telescope backplane arrives at NASA Goddard for mirror assembly.
  26. ^ Sarah Ramsey, NASA's Webb Space Telescope Receives First Mirror Installation, su NASA. URL consultato il 3 dicembre 2015.
  27. ^ Lynn Jenner, Final Sunshield Layer Completed for NASA’s James Webb Space Telescope, in NASA, 31 ottobre 2016. URL consultato il 10 dicembre 2016.
  28. ^ Rob Garner, NASA's Webb Telescope to Resume Vibration Testing in January, in NASA, 3 gennaio 2017. URL consultato il 12 gennaio 2017.
  29. ^ Timeline fasi sviluppo, jwst.nasa.gov.
  30. ^ NASA Restarts Rigorous Vibration Testing on the James Webb Space Telescope, nasa.gov.
  31. ^ Europe's Contributions to the JWST Mission, su sci.esa.int. URL consultato il 12 gennaio 2017.
  32. ^ Government of Canada, Canadian Space Agency, Directions of communications, Information services and new media, Canada's Contribution to the James Webb Space Telescope, su Canadian Space Agency website. URL consultato il 12 gennaio 2017.

Altri progetti[modifica | modifica wikitesto]

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]

Collegamenti al progetto:

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