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, ESA e CSA,[1]
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
Costruttore Northrop Grumman, Ball Aerospace & Technologies, Orbital ATK
Carico 6,500 kg
Strumentazione *NIRCam Near IR Camera
  • NIRSpec Near-IR Spectrograph
  • MIRI Mid IR Instrument
  • NIRISS Near IR Imager and Slitless Spectrograph
  • FGS Fine Guidance Sensor
Parametri orbitali
Orbita orbita halo
Periodo 6 mesi
Sito ufficiale
Missioni correlate
Missione precedente Missione successiva
Mars Science Laboratory Mars 2020

Il James Webb Space Telescope (JWST o Webb) è un telescopio orbitante per l'astronomia a raggi infrarossi, il cui lancio è previsto a ottobre del 2018, con partenza dallo spazioporto di Arianspace a Kourou, nella Guiana Francese, trasportato in in orbita solare da un razzo Ariane 5. Il telescopio è il frutto di una collaborazione internazionale tra NASA, Agenzia Spaziale Europea (ESA) e Agenzia spaziale canadese (CSA).

Panoramica[modifica | modifica wikitesto]

JWST, in precedenza noto come "Next Generation Space Telescope" (NGST, da qui anche, la nomea di "successore di Hubble"), nel 2002 è stato titolato a James Webb,[2] amministratore[3] della NASA durante i programmi Gemini, Mercury ed Apollo[4] e fautore del centro di controllo del Johnson Space Center (JSC) di Houston, Texas.

Il telescopio Webb aprirà nuovi orizzonti per l'astronomia a raggi infrarossi grazie ad innovative tecnologie di progettazione e d'avanguardia. Sarà il più grande telescopio mai inviato nello spazio, che approfondirà ed amplierà i percorsi aperti nell'universo grazie alle esplorazione del telescopio Hubble.

Le innovazioni evidenti rispetto ai precedenti telescopi spaziali sono il grande specchio primario di 6,5 metri, finalizzato a studiare lunghezze d'onda nella banda infrarossa e la presenza di un ampio parasole multistrato finalizzato al mantenimento di una temperatura operativa molto bassa per bloccare le interferenze indesiderate da sorgenti di calore non oggetto di studio quali ad esempio Sole, Luna, la struttura e la strumentazione stessa del telescopio.[5]

Diversamente da Hubble, orbitante intorno alla Terra, Webb orbiterà intorno al Sole a 1,5 milioni di km, al punto L2 di Lagrange, orbita già utilizzata per le missioni WMAP, Herschel e Planck; tale orbita consentirà al Webb di rimanere allineato con l'orbita terrestre[6] consentendo al parasole di proteggere il telescopio dalla luce e dal calore di Sole, Terra e Luna e garantendo comunicazioni continue con il centro di controllo a terra e consentendo un'ininterrotta raccolta di dati non essendo ostacolato dall'interferenza oscuratrice dovuta all'orbita lunare.

Per il JWST sono state sviluppate diverse tecnologie innovative, anche in corso di progettazione. Le più importanti ed evidenti includono uno specchio primario costituito da 18 specchi esagonali in berillio ultraleggero che in seguito al lancio andranno a comporre, spiegandosi, un'unica grande superficie di raccolta. Un'altra caratteristica del JWST è l'ampia schermatura romboidale a cinque strati (separati dal vuoto) in Kapton, un materiale plastico in film che, come un parasole, attenua il calore e garantisce stabilità alle notevoli escursioni termiche a cui gli strumenti sarebbero sottoposti. Lo studio di metrologie estremamente precise nei test acustici ed ambientali hanno contribuito allo sviluppo di strumenti di precisione (interferometria laser dinamica) nell'ordine dei picometri[7].Il Webb è fornito di un impianto criogenico (cryocooler) per il raffreddamento (7 K) dei rilevatori nel medio infrarosso e di micro-otturatori innovativi progettati al Goddard che, come piccole tapparelle programmabili consentono di selezionare determinati spettri di luce durante la simultanea di una osservazione, permettendo di analizzare sino a 100 oggetti contemporaneamente nello spazio profondo con un'ampiezza visuale di 3,2 x 3,3 minuti d'arco[8]

JWST è il prodotto di una collaborazione congiunta tra la NASA, l'ESA e l'Agenzia Spaziale Canadese (CSA ). Il NASA Goddard Space Flight Center ha gestito le fasi di sviluppo. I principali partner industriali privati sono Northrop Grumman e Orbital ATK per lo schermo parasole; lo Space Telescope Science Institute (STScI) gestirà le operazioni di ricerca, raccolta ed elaborazione dei dati del Webb successive al lancio.

Osservatorio[modifica | modifica wikitesto]

Telescopio Webb, vista anteriore
Telescopio Webb, prospettiva anteriore

L'Osservatorio è la componente spaziale del sistema JWST (che comprende anche i sistemi a terra) ed è composto da tre elementi: la strumentazione scientifica integrata (ISIM, integrated Science Instrument Module); il telescopio ottico (OTE, Optical Telescope Element) che comprende gli specchi e la montatura di supporto; il sistema navicella , che comprende il la navicella (Spacecraft Bus) e lo schermo solare.

L'OTE è l'occhio dell'osservatorio. Raccoglie la luce proveniente dallo spazio e la invia agli strumenti scientifici situati nel modulo ISIM. La montatura portante (Backplane) supporta la struttura ottica.

Lo schermo solare (Sunshield) separa la parte del telescopio direttamente colpita e riscaldata dalla luce solare (l'intero osservatorio) dai componenti elettronici (ISIM) che, elaborando frequenze dell'infrarosso, devono operare a bassa temperatura. La temperatura di esercizio è mantenuta dal sistema criogenico sotto i 50 K (-223°C o -370 ° F) .

Telescopio Webb, vista posteriore
Telescopio Webb, prospettiva posteriore

La navicella fornisce le funzioni di supporto per il funzionamento dell'osservatorio ed integra i principali sottosistemi necessari al funzionamento del veicolo spaziale: il sistema di energia elettrica, il sistema di controllo dell'assetto, il sistema di comunicazione, il sistema di comando e gestione dei dati, il sistema di propulsione ed il sistema di controllo termico.

I blocchi logici[9] sono, nel dettaglio:

Lancio, orbita e posizionamento[modifica | modifica wikitesto]

Il telescopio spaziale James Webb sarà lanciato su un razzo Ariane 5 dalla rampa di lancio ELA-3 di Arianespace, complesso situato nei pressi di Korou, in Guiana Francese, fornito dall'ESA.[10]La vicinanza equatoriale e la rotazione terrestre contribuiscono ad una spinta ulteriore del razzo vettore.[10][11]

Webb incapsulato nel razzo Ariane 5
Webb incapsulato nel razzo Ariane 5
Webb incapsulato. Animazione

Il JWST orbiterà[12] intorno al secondo punto di Lagrange (L2) lungo un asse Terra-Sole, distante 1.500.000 km dalla Terra. Il punto di equilibrio L2 consentirà un tempo ridotto per compiere un'orbita completa, pur essendo più distante dell'orbita terrestre. Il telescopio si attesterà sul punto L2 in un'orbita halo, inclinato rispetto al piano dell'eclittica. Poiché L 2 è un punto di equilibrio instabile in cui le accelerazioni gravitazionali esercitate da Sole e Terra bilanciano l'accelerazione centripeta del telescopio necessaria a compiere l'orbita a quella determinata distanza dal Sole, la sonda seguirà una traiettoria chiusa intorno al punto di Lagrange nel suo moto di rivoluzione intorno al Sole.

La particolarità di questa orbita è che consente al telescopio di essere allineato su un asse teorico consentendo al parasole del satellite di proteggere il telescopio dalla luce e dal calore di Sole, Terra e Luna.

La posizione di JWST presso L2 rende le comunicazioni con la Terra continue, effettuate attraverso il Deep Space Network (DSN), del JPL utilizzando tre antenne radio situate in Australia, Spagna e California. Durante le operazioni di routine, JWST effettuerà sequenze in uplink di comandi e dati di downlink fino a due volte al giorno, attraverso il DSN. L'osservatorio è in grado di eseguire sequenze di comandi (controlli e osservazioni) in modo autonomo. Lo Space Telescope Science Institute, gestore delle ricerche e dei dati, trasferirà i dati settimanalmente ed effettuerà le opportune correzioni giornalmente.

Sequenza di avvicinamento al punto di orbita L2
Sequenza di avvicinamento al punto di orbita L2

Sequenza temporale di avvicinamento al punto di orbita L2[modifica | modifica wikitesto]

Successivamente al lancio, il raggiungimento dell'orbita consta di programmate fasi nella quali verranno effettuate circa 200 operazioni tra correzioni di rotta, assestamenti e controlli delle apparecchiature:

  • Primo giorno : decollo. Il razzo Ariane fornirà la spinta per circa 8 minuti. Webb si separerà dal vettore Ariane V mezz'ora dopo il lancio e successivamente spiegherà il pannello solare ed altri sistemi; spiegamento dell'antenna ad alto guadagno, superamento dell'orbita lunare e prima manovra correttiva.
  • Nella prima settimana: seconda manovra correttiva. Apertura completa del parasole e tensione degli strati isolanti dello schermo solare. Spiegamento specchio secondario ed apertura della ali dello specchio primario.
  • Nel primo mese: inizializzazione software e correzione definitiva dell'orbita di volo. Raggiungimento orbita L2; sollecitazioni elettroniche del modulo ISIM.
  • Nel secondo mese: accensione Fine Guidance Sensor, NIRCam e NIRSpec. Test NIRCam di prima immagine; primo allineamento segmenti specchio primario.
  • Nel terzo mese: allineamento definitivo segmenti specchio primario, attivazione MIRI e prime immagini scientifiche Assestamento finale al punto di orbita L2.
  • Dal quarto al sesto mese: ottimizzazione NIRCam e calibratura di tutti gli altri strumenti.
  • Dopo sei mesi: Webb inizierà la sua missione scientifica.

Perché un telescopio ad infrarossi[modifica | modifica wikitesto]

L'opacità dell'atmosfera terrestre, costituita da vapore acqueo ed anidride carbonica, ostacola la visualizzazione dei telescopi ottici a terra in quanto la luce proveniente dallo spazio viene bloccata o alterata da tali elementi, nonostante le recenti innovazioni dovute all'ottica adattiva che corregge le sfocature in campi ridotti ed in presenza di stelle luminose. Il telescopio spaziale Hubble ha ovviato a queste implicazioni, orbitando oltre l'atmosfera.[13] La polvere cosmica ed i gas delle nubi interstellari sono però un limite anche per i telescopi ottici spaziali. Inoltre, poiché l'Universo è in costante espansione, la luce dei corpi nello spazio profondo in allontanamento tende anch'essa a spostarsi, giungendo quindi a noi con ridotta frequenza (spostamento verso il rosso). Tali oggetti sono perciò rilevabili più facilmente se osservati con strumenti ottimizzati per lo studio delle frequenze nell'infrarosso.

Le osservazioni a raggi infrarossi consentono lo studio di oggetti e di regioni dello spazio altrimenti oscurate dai gas e dalle polveri nello spettro visibile. Le nubi molecolari feconde di formazioni stellari, i dischi protoplanetari, ed i nuclei di galassie attive sono tra gli oggetti relativamente freddi (rispetto alle temperature stellari) che emettono radiazioni prevalentemente nell'infrarosso e che sono quindi studiabili da un telescopio ad infrarossi.

Studio dei corpi nel vicino e medio infrarosso[modifica | modifica wikitesto]

A seconda delle proprietà termiche e fisiche dei corpi oggetto di studio, le osservazioni nel medio e vicino infrarosso sono più appropriate in base al seguente prospetto:[14]

Vicino infrarosso Medio infrarosso
Luce ultravioletta dalle galassie distanti Luce visibile delle galassie distanti
Molecole ed atomi ad alte energie Molecole a basse energie
Sistemi protostellari in formazione Stelle molto giovani in formazione
Esopianeti caldi vicini alle proprie stelle Esopianeti distanti dalle proprie stelle a temperature terrestri

Le osservazioni nel medio infrarosso caratterizzeranno nane brune, comete ed altri oggetti della fascia di Kuiper, pianeti del sistema solare ed esopianeti.

Ricerca scientifica[modifica | modifica wikitesto]

JWST è un telescopio general-purpose, diversamente da missioni quali Gaia, Spitzer, Fermi, finalizzate a studi settoriali specifici. Le ricerche spazieranno ampi settori di astronomia, astrofisica, cosmologia. Le osservazioni del Webb, anche a seguito della scoperta dell'ultra deep field di Hubble, saranno incentrate su alcuni temi principali, grazie ai diversi strumenti progettati e dedicati allo studio di lunghezze d'onda differenti:

Cosmologia e struttura dell'Universo: prima luce[modifica | modifica wikitesto]

  • Il JWST consentirà di studiare la struttura a grande scala dell'Universo, che si espande o contrae sotto l'influenza della gravità della materia al suo interno. Tramite l'osservazione di remote supernove con luminosità nota, si potrà stimarne le dimensioni e la struttura geometrica, approfondendo gli studi teorici sulla natura e la densità della materia oscura e dell'energia oscura. Rilevando sottili distorsioni nelle forme delle galassie più lontane causate dalle deformazioni gravitazionali di masse invisibili sarà possibile studiare la distribuzione della materia oscura, il suo rapporto con la materia ordinaria e l'evoluzione di galassie come la via Lattea. Mediante campagne osservative nel vicino infrarosso e successive analisi in follow-up a bassa risoluzione spettroscopica e fotometrica nel medio infrarosso verrà approfondito lo studio delle galassie più antiche.
    Rappresentazione dell'evoluzione dell'Universo
    Rappresentazione dell'evoluzione dell'Universo
  • Con il JWST si potrà approfondire la teoria sulla reionizzazione, il periodo primordiale dell'Universo in cui l'idrogeno neutro sarebbe reionizzato in seguito alla crescente radiazione delle prime stelle massicce. Successivamente al raffreddamento dell'universo i protoni e neutroni si combinarono in atomi ionizzati di idrogeno e deuterio, quest'ultimo ulteriormente fuso in elio-4 e conseguente costituzione delle prime stelle massicce ad opera della forza di gravità ed in seguito esplose come supernovae.

Origine ed evoluzione delle prime galassie[modifica | modifica wikitesto]

  • La capacità di JWST di sondare la regione infrarossa dello spettro ad altissima sensibilità permetterà di superare i limiti dei telescopi ottici e catturare la luce debole, spostata verso il rosso, degli oggetti più antichi e lontani. Il JWST consentirà di indagare sulla presenza di buchi neri nella maggior parte delle galassie e la loro percentuale di massa, rispetto alla materia visibile.
  • Webb sarà in grado di vedere i cluster delle prime stelle formatesi in seguito al raffreddamento dell'idrogeno ed alla costituzione degli elementi chimici più pesanti, necessari alla formazione dei pianeti e della vita Inoltre osserverà le fasi costitutive dell'Universo, a seguito dell'esplosione successiva delle prime stelle in supernove che hanno formato le prime galassie nane ricche di gas, progenitrici delle galassie attuali che hanno formato la struttura cosmica oggi conosciuta. JWST, analizzando le spettrografie delle singole stelle nelle regioni affollate, studierà la conformazione, il rigonfiamento dei dischi centrali delle galassie, le stelle più antiche, le analogie con la via Lattea, la distribuzione della materia passata e presente e le relazioni di tale materia con la formazione stellare
Modello di una giovane stella circondata da un disco proto-planetario
Modello di una giovane stella circondata da un disco proto-planetario

Nascita e formazione di stelle e pianeti[modifica | modifica wikitesto]

  • JWST sarà in grado di penetrare le nubi di polvere nei dischi proto-stellari, studiando i parametri che definiscono la massa di una stella in formazione ed oggetti di massa minore, nane brune e pianeti delle dimensioni di Giove (gioviani), che non raggiungono uno stato aggregativo tale da consentire una formazione stellare.

Evoluzione dei sistemi planetari e condizioni per la vita[modifica | modifica wikitesto]

  • Mediante la tecnica dei transiti, della velocità radiale e con osservazioni di follow-up supportate da telescopi a terra verranno stimate le masse di esopianeti e studiate le loro atmosfere cercando eventuali biofirme. I coronografi e lo studio spettroscopico consentiranno la visualizzazione diretta in banda infrarosso di esopianeti vicino a stelle luminose.comprese eventuali differenze stagionali, la vegetazione, la rotazione, il clima. La spettroscopia, analizzando la luce riflessa degli esopianeti e separandola in lunghezze d'onda distinte permetterà di identificare i loro componenti chimici per determinarne le componenti atmosferiche. Webb potrà cercare biomarcatori chimici, come ozono e metano, generati da processi biologici. L'ozono si forma quando l'ossigeno prodotto da organismi fotosintetici (quali alberi e fitoplancton) sintetizzano la luce. Poiché l'ozono è fortemente legato alla presenza di organismi Webb lo cercherà in atmosfere planetarie come possibile indicatore di vita elementare. JWST, a causa della luce solare non potrà essere rivolto verso i corpi interni al sistema quali Luna, Venere e Mercurio ma potrà caratterizzare tutti i corpi esterni a Marte, gli asteroidi Near-Earth, comete, lune planetarie e corpi ghiacciati del sistema solare esterno

Struttura osservatorio[modifica | modifica wikitesto]

I blocchi logici dell'osservatorio James Webb sono tre: il sistema ottico (OTE, Optical Telescope Element) che include lo specchio primario e la struttura di sostegno; la strumentazione scientifica (ISIM, Integrated Science Instrument Module), il sistema navicella, che comprende il bus navicella (Spacecraft Bus) ed il parasole (Sunshield).

Schema a blocchi dell'osservatorio
Il backplane incapsulato

La struttura portante (backplane) dello specchio primario è costituita da uno scheletrato di grafite composita, titanio ed Invar, fornito dall'azienda Orbital ATK. Sostiene i 18 segmenti esagonali dello specchio ed il modulo degli strumenti scientifici. È costituita da tre sezioni. una centrale (Pathfinder) che sorregge 12 specchi e le due ali laterali pieghevoli verticali supportanti ciascuna 3 specchi. Questa conformazione si è resa necessaria in quanto la larghezza dello specchio è superiore alla capacità di stiva del razzo Ariane. Il piano della struttura è convesso in modo da ridurre al minimo le correzioni da effettuarsi per avere come risultante un piano focale. Frontalmente alla struttura è collocato lo specchio secondario.

La struttura è progettata per garantire stabilità termica a temperature inferiori a -240°C ( -400 ° F) con una tolleranza d'errore sotto i 32 nanometri.

I segmenti dello specchio montati sulla struttura
I segmenti dello specchio montati sulla struttura

Specchio (OTE)[modifica | modifica wikitesto]

Lo specchio primario è costituito da 18 elementi esagonali in berillio affiancati a nido d'ape. Ogni singolo specchio, delle dimensioni di 1,4 metri, è ricoperto da una lamina d'oro spessa 1000 Angstrom (100 nanometri), che riflette meglio la luce infrarossa.[15] La lamina d'oro è a sua volta ricoperta da un sottile strato di SiO2 amorfo (vetro) per proteggerla da graffi in caso di manipolazione o piccole particelle. In fase di lancio lo specchio primario è compattato in 3 sezioni al fine di essere stivato nel razzo e successivamente viene dispiegato tramite dei micromotori. La tecnologia ottica del JWST consiste in tre specchi anastigmatici. In questa configurazione, lo specchio primario è concavo, il secondario è convesso e funziona leggermente fuori asse; lo specchio terziario rimuove l'astigmatismo risultante e appiattisce anche il piano focale.[15] Ciò consente anche un ampio campo di vista per produrre immagini senza aberrazioni ottiche. Viene inoltre utilizzato un sistema di servosterzo veloce per consentire la stabilizzazione delle immagini. Il gruppo ottico è fornito da Ball Aerospace & Technologies Corp. sub contraente di Northrop Grumman Aerospace Systems.

(ISIM) Strumenti scientifici[modifica | modifica wikitesto]

Gli strumenti scientifici sono il cuore del JWST e sono contenuti all'interno del modulo scientifico integrato, ISIM (Integrate Science Instrument Module). L'ISIM fornisce energia elettrica, risorse di calcolo, raffreddamento e stabilità strutturale al telescopio Webb. E' realizzato con un legante composito di grafite epossidica fissato al lato inferiore della struttura del telescopio del Webb. L'ISIM contiene quattro strumenti scientifici e una macchina fotografica guida.[16]

I quattro strumenti dell'ISIM :

NirCam

NIRCam (Near Infrared Camera)[modifica | modifica wikitesto]

La Near Infrared Camera (NIRCam) è la camera principale del Webb. Coprirà la gamma di lunghezze d'onda in infrarosso da 0,7 a 4.8 micron[17], adiacente alle frequenze del visibile. NIRCam consentirà di studiare il processo di formazione delle prime galassie; la popolazione di stelle in galassie vicine; giovani stelle negli oggetti della Via Lattea e della Cintura di Kuiper. NIRCam è dotata di coronografi, che consentono di effettuare fotografie di oggetti molto deboli attorno a corpi luminosi, determinando le caratteristiche dei sistemi stellari in esame. I coronografi di NIRCam bloccano la luce degli oggetti luminosi, consentendo di visualizzare il corpo oscurato nelle vicinanze. NIRCam servirà anche come sensore di fronte d'onda dell'osservatorio[18], necessario per le attività di rilevamento e di controllo. NIRCam è stato sviluppato dall'Università dell'Arizona e dal centro di tecnologie avanzate della Lockheed-Martin di Palo Alto, California.

NirSpec

NIRSpec (Near Infrared Spectrograph)[modifica | modifica wikitesto]

Il Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) è uno spettrografo operante nel vicino infrarosso ad un intervallo di lunghezze d'onda da 0,6 a 5 micron con una durata di utilizzo minima stimata in 5 anni. Lo strumento è stato progettato e costruito dall'ESA all'ESTEC, Paesi Bassi. mentre i sottosistemi sono stati sviluppati al Goddard Space Flight Center. Il NIRSpec ha tre modalità operative: a bassa, media ed alta risoluzione ed a seconda della modalità, per la spettroscopia verrà utilizzato un prisma o uno spettroscopio in modalità long-slit (a lunga fenditura). La commutazione delle modalità viene effettuata grazie ad una tecnologia usata con successo sul foto polarimetro dell'Infrared Space Observatory, il telescopio spaziale ad infrarossi che l'ESA, la NASA e la JAXA lanciarono con successo nel 1995.

Uno spettrografo (o spettrometro) viene usato per scindere la luce di un oggetto in uno spettro. Analizzando lo spettro di un oggetto si studiano le sue proprietà fisiche, tra cui la temperatura, la massa e la composizione chimica. Al fine di raccogliere la debole luce spettrale dei corpi lontani, NIRSpec è stato progettato per osservare 100 oggetti contemporaneamente mediante un sistema innovativo di micro-otturatori che campionano e selezionano la luce in entrata nel NIRSpec. Tali otturatori possono essere controllati singolarmente per visualizzare o bloccare determinate porzioni di cielo e la luce interferente dei corpi più vicini e luminosi.

Modello MIRI
Modello MIRI

MIRI (Mid Infrared Instrument)[modifica | modifica wikitesto]

MIRI è composta da una macchina fotografica e da uno spettrografo che rileva la luce nella regione del medio infrarosso dello spettro elettromagnetico, coprendo lunghezze d'onda da 5 a 28 micron. I suoi sensibili rilevatori permetteranno di vedere la luce shiftata di galassie lontane, stelle di nuova formazione, deboli comete ed oggetti nella fascia di Kuiper. La fotocamera di MIRI fornirà una visualizzazione a largo campo come quella di Hubble. Lo spettrografo consentirà una spettroscopia a media risoluzione, fornendo accurati dettagli fisici dei corpi osservati.

MIRI opera sotto i 6 Kelvin, temperatura garantita da un refrigeratore meccanico ad elio situato sul lato caldo dello scudo parasole. MIRI è stata costruita dal Consorzio MIRI.

FGS NIRISS

FGS/NIRISS (Fine Guidance Sensor / Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph)[modifica | modifica wikitesto]

NIRISS, un spettrografo visualizzatore nel vicino infrarosso, sarà usato per il test di prima luce, rilevamento e caratterizzazione di esopianeti e spettroscopia per transiti planetari. FGS/NIRISS ha una lunghezza d'onda di 0,8 a 5,0 micron con tre camere, fornendo così un terzo livello di ridondanza nei dati[19]. Ognuna delle fotocamere analizza una lunghezza d'onda separata.

Il sensore di orientamento è utilizzato per stabilizzare il percorso ottico (line-of-sight) dell'osservatorio durante le osservazioni scientifiche. Le rilevazioni del FGS sono utilizzate per controllare l'orientamento della navicella ed effettuare le micro correzioni per la la stabilizzazione delle immagini. Insieme al FGS è montato il NIRISS, uno spettrografo slitless per la visualizzazione astronomica in lunghezza d'onda a 0,8-5 micrometri. I due strumenti sono gestiti dall'agenzia spaziale canadese

NIRCam e MIRI dispongono di coronografi per bloccare la luce stellare per l'osservazione di oggetti deboli quali pianeti extrasolari, caratterizzare loro atmosfere[19] e dischi circumstellari molto vicino a stelle luminose.[20] La gestione ed il trasferimento dei dati tra le varie componenti del modulo ISIM vengono effettuati tramite tecnologia SpaceWire,[21] uno standard di gestione avanzato dei dati nei sistemi di comunicazione spaziali

Bus[modifica | modifica wikitesto]

Il bus navicella (Bus Spacecraft) fornisce le funzioni di supporto necessarie per il funzionamento dell'osservatorio. Alloggia i seguenti sottosistemi:

  • Sistema di controllo dell'assetto
  • Sistema di gestione e comando dei dati
  • Sistema di propulsione
  • Sistema di controllo termico
  • Sistema di comunicazione
  • Sistema elettrico di alimentazione
Schema a blocchi del Bus,
Schema a blocchi del Bus, con evidenziati il pannello solare (verde) ed i radiatori (viola)

Il sistema di controllo dell'assetto comanda l'orientamento dell'osservatorio mantenendolo in un'orbita stabile, e fornisce un primo puntamento per l'area del cielo oggetto di studio, a cui segue un controllo più mirato ad opera del FGS: controlla il momento della navicella elaborando i dati dai sensori dei giroscopi ed inviando i comandi necessari alle ruote di reazione o ai propulsori.

Il sistema di gestione e comando dei dati (C & DH, Command & Data Handling) è il cervello del bus navicella. Elabora la telemetria (CTP) del sistema di comunicazione sollecitando lo strumento appropriato e dispone di una memoria a stato solido (Solide State Recorder, SSR) per i dati dell'osservatorio. Il CTP controllerà l'interazione tra gli strumenti scientifici, la SSR e il sistema di comunicazione..

Il sistema di propulsione contiene i serbatoi es i razzi che, quando richiesto dal controllo di assetto del sistema, vengono avviati per mantenere l'orbita.

Il sistema di controllo termico mantiene stabile la temperatura di funzionamento del bus navicella.

Il sistema di comunicazione riceve i comandi dal centro operativo di controllo a terra (OOC) e vi trasmette i dati scientifici e di stato.

Il sistema elettrico di alimentazione converte la luce dei pannelli solari in energia elettrica per azionare i sottosistemi del bus e la strumentazione scientifica del modulo ISIM.

Il Bus è collegato al sottosistema ottico tramite una torretta telescopica che viene protesa in fase di posizionamento dell'osservatorio. La sua struttura, costituita essenzialmente in grafite composita,[22] pesa circa 650 kg e supporta il peso del telescopio, 6,5 ton.[22] Il bus può garantire un puntamento di un secondo d'arco e isola le vibrazioni fino a due milliarcosecondi.

Parasole[modifica | modifica wikitesto]

Il parasole del JWST a cinque strati
Il parasole a cinque strati del JWST, grande come un campo da tennis, sviluppato da Northrop Grumman

Lo schermo parasole (Sunshield) consentirà al telescopio un raffreddamento passivo ed una temperatura stabile inferiore a 50 Kelvin (-223 ° C). Gli strumenti Near Infrared (NIRCam , NIRSpec , FGS / NIRISS ) operano a circa 39 K (-234 ° C). La ( MIRI ) nel medio infrarosso funziona ad una temperatura di 7 K (-266 ° C), utilizzando un sistema criogenico ad elio.[23]. Il raffreddamento consente anche ai segmenti dello specchio primario di rimanere correttamente allineati quando cambia l'orientamento rispetto al sole

Il parasole consta di 5 strati di Kapton, ognuno dei quali è separato da vuoto isolante che dissipa il calore mantenendo ogni strato più freddo del precedente.

Gli strati del parasole sono rivestiti con alluminio e silicio drogato per le loro proprietà ottiche, conduttive e durata nell'ambiente spaziale. L'alta emissività del silicio dissipa buona parte del calore del Sole e della luce preservando gli strumenti e la superficie di alluminio altamente riflettente disperde l'energia residua verso i bordi del parasole.

Lo spessore degli strati varia da 0,05 millimetri per quello rivolto verso il Sole a 0,25 mm per i restanti. Lo spessore dei rivestimenti di alluminio e silicio sono rispettivamente di 50 nanometri (nm) e di 100 nm di spessore.[23]

Gestione osservazioni e campagne scientifiche[modifica | modifica wikitesto]

La Space Telescope Science Institute (STScI), con sede a Baltimora, Maryland nel campus Homewood della Johns Hopkins University. è responsabile della ricerca scientifica e della divulgazione dei dati alla comunità astronomica. I dati saranno trasmessi dal JWST a terra tramite il Deep Space Network, del JPL, NASA, elaborati e distribuiti via internet alle comunità astronomiche. Come per Hubble, lo STScI valuterà le proposte della comunità scientifica per successive campagne osservative. Ogni anno i comitati di astronomi potranno valutare in peer review le proposte presentate per selezionare i programmi di osservazione degli anni successivi. La conversione dei dati scientifici da analogico a digitale (DAC) viene eseguita dal ASIC SIDECAR.

GTO: osservazioni a tempo garantito[modifica | modifica wikitesto]

Osservazioni a tempo garantito (GTO, Guaranteed Time Observers) vengono assegnate ai gruppi di studio che hanno fornito componenti chiave del JWST. Per massimizzare il ritorno scientifico, i progetti GTO vengono programmati in anticipo e ufficializzati entro i primi due anni di attività del telescopio. A giugno 2017 è stato annunciato il primo ciclo[24] di GTO costituito da circa 8700 ore di osservazioni, circa un anno. Tali osservazioni studieranno i pianeti solari esterni, la fascia di Kuiper, le prime galassie e i pianeti extrasolari[25][26]. I satelliti naturali Europa ed Encelado saranno tra gli obiettivi del primo ciclo di osservazioni.[27]

Campagne osservative, ricerca e risultati scientifici[modifica | modifica wikitesto]

Partecipazioni[modifica | modifica wikitesto]

Lo sviluppo del telescopio James Webb è una collaborazione internazionale delle 3 principali agenzie spaziali: NASA, ESA e CSA, oltre a diversi partner privati ed accademici. Tra i principali collaboratori :

  • Ball Aerospace, responsabile della costruzione dello specchio primario

Centri di ricerca NASA:[modifica | modifica wikitesto]

La NASA ha il coordinamento generale per la missione JWST.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ NASA JWST FAQ "Who are the partners in the Webb project?", NASA. URL consultato il 18 novembre 2011.
  2. ^ NASA: James Webb: biografia ufficiale, hq.nasa.gov.
  3. ^ Confronto Kennedy/Webb sulla necessità della missione lunare per battere i sovietici, jfklibrary.org.
  4. ^ NASA: Breve biografia James Webb, jwst.nasa.gov.
  5. ^ Infrared astronomy: beyond the visible., webbtelescope.org.
  6. ^ NASA: Orbita L2 allineata per Webb, jwst.nasa.gov.
  7. ^ Accuratezza picometrica nei test del Webb, nasa.gov.
  8. ^ Microshutters : i micro-otturatori per la NIRSpec, jwst.nasa.gov.
  9. ^ NASA: schema 3d a blocchi del JWST, jwst.nasa.gov.
  10. ^ a b Webb: piattaforma di lancio, jwst.nasa.gov.
  11. ^ Lancio equatoriale : specifiche di spinta, it.emcelettronica.com.
  12. ^ Explained: Incorrect to say that JWST "will be at L2." Rather, JWST will orbit around L2, jwst-docs.stsci.edu.
  13. ^ Ottica, infrarosso ed atmosfera terrestre, coolcosmos.ipac.caltech.edu.
  14. ^ New Eyes on Space : JPL official YouTube channel, youtube.com.
  15. ^ a b Specifiche generali gruppo ottico, jwst.nasa.gov.
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  27. ^ (EN) Eric Villard, NASA’s Webb Telescope Will Study Our Solar System’s “Ocean Worlds”, nasa.gov, 24 agosto 2017.

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]

  • Sito web del JWST Webbtelescope.org
  • Sito NASA JWST jwst.nasa.gov
  • Progresso delle fasi di lavorazione in tempo reale jwst.nasa.gov
  • Sito STCI ricerca e divulgazione dati jwst.stsci.edu
  • Sito ESA JWST ci.esa.int/jwst
  • Glossario JWST jwst.nasa.gov