A MISSÃO JAMES WEBB – TELESCÓPIO ESPACIAL
O Telescópio Espacial James Webb (em inglês James Webb Space Telescope, JWST) é um telescópio espacial desenvolvido em conjunto pela NASA, a Agência Espacial Europeia (ESA) e a Agência Espacial Canadense (CSA), com a finalidade de colocar no espaço um observatório para captar a radiação infravermelha. O telescópio deverá observar a formação das primeiras galáxias e estrelas, estudar a evolução das galáxias e ver os processos de formação das estrelas e dos planetas.
O desenvolvimento do JWST começou em 1996, com o lançamento inicialmente previsto para 2007. Entretanto, numerosos atrasos e um estouro no orçamento forçaram um redesenho significativo em 2005. Sua construção foi completada em 2016, e ele ficou em testes até 2021.
O telescópio foi inicialmente denominado de Next Generation Space Telescope ou NGST. O termo "Next Generation" refere-se ao fato que se pretende que ele venha a substituir o Telescópio espacial Hubble, pois após o seu lançamento deste, novas tecnologias foram desenvolvidas, permitindo construir o novo telescópio sob uma nova concepção.
Posteriormente o telescópio foi renomeado em 2002, em honra a um antigo administrador da agência espacial americana, James Edwin Webb, que liderou o programa Apollo, além de uma série de outras importantes missões espaciais.
Surgiu uma controvérsia sobre a escolha do nome, que vem do fato de que Webb, durante seu mandato como Subsecretário de Estado dos EUA entre 1950 e 1952, na presidência de Harry S. Truman, foi figura instrumental durante o “Pânico Lavanda”, uma série de medidas que resultou no expurgo de pessoas LGBTQ em todas as esferas do governo dos EUA. Estas medidas continuaram em vigor durante o período em que Webb foi administrador da Nasa.
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| James Webb |
Pesando 6 toneladas, com 344 componentes, este telescópio tem a intenção de substituir parcialmente as funções do telescópio espacial Hubble. Sua massa equivale a aproximadamente metade do Hubble, porém seu espelho primário possui um diâmetro 2,5 vezes maior e uma área de espelho seis vezes maior que a do Hubble, permitindo captar muito mais luz. O telescópio também deverá ter um melhor equipamento para captar a radiação infravermelha. Ele também deverá operar bem mais distante da Terra, orbitando no halo que constitui o segundo ponto de Lagrange L2.
POSICIONAMENTO
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| Pontos Lagrange |
O telescópio levará cerca de três meses para atingir a sua órbita final. Sua vida útil será limitada pela distância do Ponto de Lagrange L2, além da órbita da Lua e fora do alcance de qualquer nave tripulada disponível atualmente, o que impedirá o telescópio de sofrer manutenção; e também pelos estoques limitados de refrigeradores e combustíveis utilizados para mantê-lo em órbita. Assim, sua vida útil deverá ser pequena quando comparada com o telescópio Hubble.
Os pontos de Lagrange, batizados em homenagem ao astrônomo francês Joseph-Louis Lagrange, que descobriu dois deles em 1772, são pontos no espaço onde a atração gravitacional exercida por dois corpos (no caso, Terra e Sol) cancela a aceleração centrípeta. Com isso, pequenos objetos colocados lá, como satélites, podem naturalmente se manter em uma posição estável em relação à Terra e ao Sol, com poucas correções de órbita necessárias para isso.
A localização foi determinada, em parte, pelos instrumentos usados no JWST. Como ele foi criado para observar o universo na frequência infravermelha, seu espelho e instrumentos precisam ser mantidos muito frios, a -223 ºC, para poderem operar sem interferência. A distância de nosso planeta, e da luz infravermelha refletida por ele, ajuda a atingir este objetivo.
TECNOLOGIA DO INFRAVERMELHO
O Telescópio Espacial James Webb é o sucessor formal do Telescópio espacial Hubble, e como seu foco primário é na astronomia do infravermelho, ele também é um sucessor do Telescópio espacial Spitzer. O James Webb irá ultrapassar as capacidades de ambos os predecessores, sendo capaz de ver estrelas e galáxias mais velhas e em maior quantidade.Observar no espectro infravermelho é uma técnica chave para conseguir isso, devido ao desvio cosmológico para o vermelho, e porque este tipo de radiação penetra melhor na poeira e no gás. Isto permite a observação de objetos mais obscuros e frios. Como o vapor d'água e o dióxido de carbono na atmosfera terrestre absorvem a maior parte das frequências neste espectro, a astronomia do infravermelho baseada no solo é limitada a faixas de ondas estreitas que a atmosfera absorve menos. Adicionalmente, a atmosfera em si emite este tipo de radiação, frequentemente cobrindo a luz dos objetos sendo observados; o que faz um telescópio espacial ser preferível para observações em infravermelho que outro na superfície terrestre.
Comentando nas redes sociais, um dos co-fundadores do projeto Webb, John Mather, descreveu a sensibilidade sem precedentes do telescópio: "Pode ver a assinatura de calor de uma abelha à distância da Lua".
Todo esse poder é necessário para detectar o brilho fraco emitido há bilhões de anos pelas primeiras galáxias a existir e pelas primeiras estrelas em formação.
INSTRUMENTOS
Os três principais módulos de instrumentos do telescópio são:- Integrated Science Instrument Module - (ISIM);
- Optical Telescope Element - (OTE);
- Space Support Module - (SSM).
O JWST carrega o Módulo de Instrumentos Científicos Integrado (ISIM, Integrated Science Instrument Module), com quatro instrumentos: O ISIM é um sistema todo distribuído que consiste em um módulo criogênico que é integrado com o OTE e com os software, circuitos de processadores e demais instrumentos eletrônicos, localizados na parte quente do SSM.
O ISIM fornece estrutura, ambiente e meio de transporte para os dados que forem coletados pelos três módulos científicos: NIRCam , NIRSpec e o MIRI. Além sensor de ajuste fino (Fine Guidance Sensor - FGS):
- Near Infrared Camera (NIRCam) = Câmera de infravermelho;
- Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) = Espectrógrafo de infravermelho.
- Mid Infrared Instrument (MIRI) = Instrumentos para o infravermelho;
NIRCam (Near InfraRed Camera): uma câmera capaz de detectar luz em comprimentos de onda que variam do limite da luz visível (0,6 micrômetros) até ondas infravermelhas curtas (5 micrômetros).
NIRSpec (Near InfraRed Spectrograph): um espectrômetro capaz de analisar a luz nas mesmas frequências usadas pela NIRCam. Análise espectrográfica é usada para determinar os elementos que compõem um objeto, como uma galáxia ou a atmosfera de um exoplaneta.
MIRI (Mid-InfraRed Instrument): uma combinação de câmera e espectrômetro que analisará a luz infravermelha em comprimentos médios e longos, entre 5 e 27 micrômetros.
FGS/NIRISS (Fine Guidance Sensor and Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph): são dois instrumentos. O primeiro (FGS) é usado para estabilizar a linha de visão do telescópio durante as observações. Seus dados são usados para controlar a orientação da espaçonave e o espelho responsável por ajustes finos de posição (fine steering mirror), usado no mecanismo de estabilização de imagem. Já o NIRISS (Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph) é um módulo para fotografia e espectroscopia astronômica capaz de registrar luz na frequência de 0.8 a 5 micrômetros.
Tanto a NIRCam quanto o MIRI são equipados com Coronógrafos, usados para bloquear a luz direta de uma estrela para que a luz de sua coroa, e objetos menos brilhantes nas proximidades, possam ser estudados.
Mas o instrumento mais visível do James Webb é seu espelho primário, composto por 18 espelhos hexagonais menores feitos de berílio e revestidos com ouro. Berílio foi usado pois é uma substância que combina rigidez, estabilidade de condutividade térmica e baixa densidade. Ou seja, é resistente, leve e eficaz na condução e dissipação de calor, características muito desejadas em uma missão espacial.
Outra característica é o escudo prateado, que visto por baixo lembra um Destróier Estelar Imperial, as imensas naves da franquia Star Wars. Este escudo ficará apontado sempre para o Sol, protegendo os delicados instrumentos da luz e calor emitidos por nossa estrela.
LANÇAMENTO
O telescópio espacial James Webb, transportado pelo foguete Ariane 5, da Agência Espacial Europeia (ESA) e considerado o sucessor do Hubble, foi lançado no dia de Natal da base de Kourou, na Guiana Francesa, às 9:20am, hora local, UTC-3, com o Sol em Capricórnio na casa 11, a Lua em Virgem na casa 8 e Saturno no eixo Ascendente, no 13º grau de Aquário.
Quando chegar lá, servirá para alcançar extremos nunca vistos do Universo, no tempo e no espaço. Projetado para captar radiação infravermelha, sua principal inovação em relação ao antecessor, será capaz de trazer informações do passado do surgimento do Cosmos, como a formação das galáxias, estrelas e planetas primordiais. Ele analisará a radiação infravermelha produzida pelo Big Bang, ocorrido há cerca de 13,8 bilhões de anos, para tentar chegar a uma resposta sobre como tudo se formou e a origem da vida. E também permitirá a observação mais acurada de buracos negros e supernovas.
MISSÃO
A missão primária do JWST será a de examinar a radiação infravermelha resultante da grande expansão (Big Bang) e realizar observações sobre a infância do Universo. Para realizar tais estudos com uma sensibilidade sem precedentes, todo o Observatório deverá ser mantido frio, e as grandes fontes de interferência de infravermelho como o Sol, a Terra e a Lua deverão ser bloqueados.Para conseguir tal feito, o JWST deverá levar consigo um grande escudo solar dobrável metalizado, que deverá se abrir no espaço e bloquear todas essas fontes de irradiação de infravermelho; aliado a um sistema de resfriamento com uso de radiadores.
O telescópio vai realizar uma órbita seguindo um dos pontos de Lagrange, o Sol e a Terra vão ocupar a mesma posição relativa e isso vai facilitar as observações do telescópio.
O tempo nominal de missão e observações do telescópio é de cinco anos, com o objetivo de que chegue a dez anos. A missão planejada de cinco anos se iniciará após uma fase de comissionamento e ajustes de seis meses.
Estudar o passado com instrumentos como o James Webb é aprender sobre nós mesmos. Nos preocupamos com mundos tão distantes de nós porque a história que esta máquina vai contar é um espelho nosso. Ao testemunhar o nascimento de estrelas e galáxias, aprendemos sobre nossa galáxia e como nosso sistema solar surgiu, há pouco menos de cinco bilhões de anos – diz o astrônomo Gleiser.
PREDECESSORES
É importante entendemos o que ocorreu antes, até chegarmos nesse momento com o lançamento do telescópio espacial James Webb e o grande avanço que ele trará.E a linhagem é longa, começando com a luneta ou telescópio refrator inventado por Hans Lippershey, em 1608, e logo em seguida com as observações e descobertas feitas por Galileu como as luas de Júpiter, fases de Vênus, crateras de montanhas da Lua e as manchas solares.
Os instrumentos foram evoluindo ao longo da história, com o telescópio refletor de Isaac Newton, e as observações e descobertas de planetas, luas, asteroides, cometas, estrelas e galáxias feitas por William Herschel e outros. E depois tivemos os grandes telescópios terrestres instalados em montanhas como, por exemplo, os do Monte Wilson e Monte Palomar (ambos na Califórnia), o telescópio Keck (Havaí) e também o VLT no Deserto de Atacama, no Chile
Tudo isso levou aos radiotelescópios, telescópios espaciais e sondas que exploraram as profundezas do espaço ou visitaram outros planetas. Entre eles o telescópio espacial Hubble, considerado um dos instrumentos científicos mais importantes da história da humanidade, que agora cede lugar ao James Webb - diz o prof. Bretones.
COMPARAÇÃO COM O HUBBLE
Quando entrar em operação, o JWST certamente será o “carro chefe” entre as missões de astrofísica da Nasa, ocupando a posição que atualmente é do Hubble. Mas isso não significa que ele é um substituto direto: os dois telescópios “veem” o universo de formas diferentes, e se complementam.
As câmeras do Hubble são sensíveis a frequências como o ultravioleta curto (entre 300 e 400 nanômetros), luz visível e parte do infravermelho curto (entre 0.1 e 1 micrômetro). Já o James Webb enxerga da luz visivel até o infravermelho médio (entre 0,6 a 28,3 micrômetros). Isso permitirá que ele enxergue objetos que são velhos e distantes demais para serem observados pelo Hubble.
Ou seja, idealmente eles trabalhariam em conjunto. Se isso irá, ou não, acontecer depende de financiamento da Nasa e da resiliência do Hubble, que está começando a mostrar sinais de cansaço. Em junho de 2021 ele ficou 33 dias fora de operação, depois que uma falha em um dos computadores de bordo o forçou a entrar em “modo de segurança”.
O mesmo problema aconteceu em 25 de outubro, por uma razão diferente, e o telescópio voltou a funcionar perfeitamente 42 dias depois.
OBJETIVOS
O Telescópio Espacial James Webb tem quatro objetivos principais:- Pesquisar a luz das primeiras estrelas e galáxias que se formaram no Universo após o Big Bang
- Estudar a formação e evolução das galáxias
- Entender a formação de estrelas e sistemas planetários
- Estudar os sistemas planetários e as origens da vida.
Além de examinar a formação das primeiras estrelas e galáxias do universo, os astrônomos estão ansiosos para estudar buracos negros supermassivos, que se acredita ocuparem os centros de galáxias distantes.
Os instrumentos do James Webb também o tornam ideal para procurar evidências de atmosferas que supostamente possam sustentar vida em dezenas de exoplanetas recentemente documentados - corpos celestes orbitando estrelas distantes - e para observar mundos muito mais próximos de casa, como Marte e a lua gelada de Saturno, Titã.
Pesquisadores de 44 países poderão utilizar o novo telescópio com propostas que incluem o uso das capacidades de captação de luz infravermelha para penetrar os buracos negros supermassivos nos centros das galáxias, incluindo a Via-Láctea.
CUSTOS
Essa foi a missão mais cara da NASA. Com vários atrasos no lançamento, a missão dura 30 anos e seu custo inicial se multiplicou 20 vezes.A proposta inicial do telescópio previa um custo de US$ 500 milhões, mas ele ultrapassou muito esse valor. O custo estimado é de US$ 9,7 bilhões (R$ 54,8 bilhões), dos quais US$ 8,8 bilhões foram gastos no projeto e construção do telescópio em si e US$ 861 milhões estão alocados para cinco anos de operação.
Em julho de 2011 um comitê da Câmara dos Deputados do governo norte-americano propôs o cancelamento do projeto, retirando US$ 1,9 bilhão do orçamento da NASA. Um quarto desse valor estava alocado ao JWST, então com 75% das etapas completadas. Segundo o comitê, o projeto já estava bilhões de dólares além do orçamento e era mal gerenciado.
Uma campanha da Sociedade Astronômica Americana, o apoio da senadora Barbara Mikulski, do estado norte-americano de Maryland, e uma série de editoriais favoráveis ao projeto na imprensa internacional salvaram o telescópio. A proposta de cancelamento foi retirada, mas o orçamento necessário para completar o JWST foi limitado a US$ 8 bilhões.
LONGEVIDADE
A NASA concluiu uma reavaliação da disponibilidade de combustível do Telescópio Espacial James Webb, e devido à economia de combustível já usado, gerada pela precisão do lançamento, em trajetória bastante próxima do curso original, e manobras de correção de órbita menores, a missão pode durar mais que os 10 anos inicialmente esperados dela.Vale lembrar, contudo, que o telescópio não dependerá apenas desse combustível para fins energéticos: ele conta com diversos painéis solares que vão capturar a luz do Sol e assegurar o funcionamento de seus sistemas e dispositivos.
OPERAÇÃO
Após o lançamento, a operação do JWST será realizada pelo Instituto de Ciência do Telescópio Espacial (STScI, Space Telescope Science Institute), localizado em Baltimore, no estado norte-americano de Maryland. O Instituto já é responsável pela operação do Hubble e será responsável também pelo Telescópio Espacial Nancy Grace Roman, outro telescópio infravermelho em desenvolvimento pela Nasa, que tem lançamento previsto para 2027.COMISSIONAMENTO
ACIONAMENTO DAS ANTENAS
Depois de 27 minutos de viagem, o equipamento foi desacoplado do estágio superior do foguete construído na França e deve gradualmente se desdobrar até quase o tamanho de uma quadra de tênis ao longo dos 13 dias seguintes ao lançamento, enquanto navega ao seu destino.O principal conjunto de antenas do telescópio James Webb foi acionado com sucesso. O equipamento segue a jornada até o ponto onde, no espaço, ele vai ficar em Lagrange 2, no sistema formado por Sol e Terra, ficando o Sol, a Terra e a Lua do mesmo lado dos escudos de proteção.
O lançamento no sábado, 25/dez/2021, foi um sucesso, mas seguem-se dias de muita tensão até a equipe técnica descobrir se tudo deu certo.
O lançamento do Telescópio espacial James Webb foi um momento super importante, mas não marcou o fim da jornada que começou há 25 anos. Foi apenas mais uma etapa na missão mais cara da história da NASA, projetada para desvendar os mistérios da origem das primeiras galáxias.
O lançamento foi um momento crítico, mas os próximos dias serão ainda mais importantes. É o período de “comissionamento”, quando uma série de operações devem ser executadas em sequência, com precisão absoluta, enquanto o telescópio literalmente se desdobra para assumir a configuração final, com instrumento preparados para operação.
Segundo os técnicos, todo o processo pode levar até seis meses. Uma das partes mais importantes da missão é a “implantação”, o momento em que instrumentos são desdobrados e os componentes são colocados no lugar.
O primeiro item implantado é o escudo solar, composto por cinco camadas de um material muito fino e brilhante, projetado para proteger o telescópio e seus instrumentos do calor da luz e calor do sol. Depois vêm os espelhos. O primário é composto por 18 painéis hexagonais dourados, que chegou ao espaço dobrado em 3 partes e precisa ser unido com perfeição. O espelho secundário concentra a luz refletida pelo primário e a direciona aos instrumentos científicos e é montado numa espécie de tripé, que é armado em frente ao espelho principal.
Cerca de 30 dias após o lançamento, haverá a confirmação de que todo o equipamento foi implantado com sucesso. Mas a manutenção não vai acabar aí. O passo seguinte é o acionamento dos propulsores para uma última correção de curso a caminho do ponto de Lagrange 2.
Quando chegar lá o ritmo das operações diminui. Levará de 3 a 4 meses para que o telescópio esteja frio o bastante para que os instrumentos possam operar. Durante esse período a equipe ótica vai continuar refinando o posicionamento dos espelhos e o instrumento responsável pela orientação do telescópio, que deve ser ativado.
Depois o controle vai ser passado às equipes que vão operar os quatro instrumentos do James Webb. Elas farão manobras que variam de medições de estabilidade térmica à observação de áreas escuras e eliminação de todos os artefatos nos instrumentos que possam interferir com as observações científicas. Essa última etapa deve levar cerca de dois meses encerrando um total de seis meses de comissionamento. Se tudo correr como esperado, o James Webb vai finalmente estar pronto para começar a observar o universo.
DESDOBRAMENTO DO ESCUDO SOLAR
O principal material do escudo solar chama-se Kapton, um polímero muito fino, de cerca de 0,3 mm de espessura, capaz de suportar temperaturas de -237 a 377°C. As folhas de Kapton são recobertas com uma camada de alumínio, que reflete a radiação infravermelha. As duas camadas mais internas são recobertas com um revestimento eletricamente condutor, à base de silício, para evitar o acúmulo de cargas elétricas e minimizar o calor absorvido do Sol.Quando em órbita, o guarda-sol do James Webb criará um diferencial de temperatura de 330 K entre a camada mais quente e a camada mais fria.
O uso de múltiplas camadas permite que a maior parte da radiação seja refletida de volta para o espaço antes de alcançar a próxima, criando uma queda sensível de temperatura entre uma camada e a próxima.A NASA começou na tarde desta terça-feira (28/dez) uma das operações mais delicadas no comissionamento do Telescópio espacial James Webb, o desdobramento do delicado escudo solar.
Se a proteção não estiver no lugar para manter o telescópio e os instrumentos extremamente frios, próximos do zero absoluto, o James Webb vai ser incapaz de observar o universo da maneira como foi projetado.
Os cientistas responsáveis pela integração, testes e comissionamento do Web na NASA explicam que as manobras são feitas logo no início da viagem do telescópio, para poupar combustível, deixando o máximo possível para operações normais do telescópio ao longo da vida útil, como a manutenção da órbita e compensação da pressão gerada pela radiação solar no enorme escudo térmico. Essa pressão pode agir como o vento numa vela e remover o James Webb do lugar.
A equipe afirma que a inserção orbital do equipamento pelo foguete Ariane 5 foi melhor que os requisitos. Ao todo, três manobras de operação de curso foram programadas durante a jornada, rumo ao segundo ponto de Lagrange, a 1,5 milhão de quilômetros da Terra. A última deve ser realizada 29 dias após seu lançamento.
Fonte: Olhar Digital, Isto é, Wiki, yahoo finanças, dw.com, inovação tecnológica.
Data publicação: 31/dez/2021.
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