Lo specchio del telescopio Webb della NASA manda in frantumi la “previsione più ottimista” dopo l’allineamento finale

La NASA afferma che “le prestazioni ottiche del nascente James Webb Space Telescope (JWST) … rimangono migliori delle … previsioni più ottimistiche” dopo aver completato l’allineamento dello specchio da record.

Il 25 dicembre 2021 il razzo Arianespace Ariane 5 ha inviato il telescopio Webb nello spazio profondo con un ritardo compreso tra 7 e 14 anni rispetto alla pianificazione e al budget di un fattore da 2 a 10. Il telescopio JWST da 6,2 tonnellate (circa 13.600 libbre) era quasi la metà più pesante in decollo come l’iconico telescopio spaziale Hubble della NASA, nonostante riempia uno specchio simile a un origami senza precedenti con oltre sei volte l’area totale di raccolta Hubble. La combinazione dell’estrema riduzione della massa e dell’insolita complessità richiesta per lanciare uno specchio così grande lontano dalla Terra con un razzo come Ariane 5 aiuta in parte a spiegare perché il telescopio Webb ha impiegato così tanto tempo (~18 anni) e costoso (~$9,7 miliardi) per la progettazione , sviluppare e costruire.

Tuttavia, è stato finalmente rilasciato. Ariane 5 ha svolto la maggior parte del lavoro, inviando il telescopio su una traiettoria – con l’aiuto dei propulsori di bordo – che lo avrebbe puntato verso il punto di Lagrange del Sole e L2 situato a 1,5 milioni di chilometri (~950.000 miglia) dalla Terra. Forse con il più grande sollievo nella storia degli osservatori spaziali, il complesso processo di spiegamento del telescopio Webb è stato completato senza un singolo problema importante. 30 giorni dopo il decollo, il telescopio, completamente dispiegato, ha raggiunto la sua orbita operativa.

Negli ultimi quattro mesi, in confronto, quasi tutto il lavoro di JWST si è concentrato su allineamenti e calibrazioni molto meno evidenti e molto più piccoli. Ciascuno dei 18 segmenti dello specchio principale di JWST mantiene lentamente ma inesorabilmente micrometro per micrometro in posizione mentre ampie aree del telescopio vengono lentamente raffreddate a temperatura ambiente, essenziale per le massime prestazioni. Allo stesso tempo, tutti gli strumenti iniziali di Webb hanno raggiunto la prima luce ed sono entrati nelle prime fasi di calibrazione e messa in servizio. Solo dopo che gli strumenti sono stati accuratamente calibrati, lo specchio è perfettamente allineato e gli strumenti critici sono stati raffreddati a temperature fino a -449°F (-267°C), Webb può iniziare a osservare l’universo e rivoluzionare ampi sottoinsiemi della scienza spaziale.

Una vista interna dei frutti dell’allineamento. (NASA)

Il primo e più importante passaggio, l’allineamento dello specchio, è ora completo. Il processo di allineamento è iniziato nel febbraio 2022, sei settimane dopo il decollo. Innanzitutto, le immagini sono state scattate con lo specchio disallineato per aiutare a determinare esattamente in quale stato si trovava. Uno per uno, ciascuno dei 18 segmenti dello specchio Webb è stato spostato individualmente per determinare l’immagine di cui era responsabile ogni specchio, consentendo ai controller di terra di mettere a fuoco correttamente ogni vista speculare della stella bersaglio. In un processo noto come “fasi grossolane”, una volta che questi 18 punti ottici sono stati ben risolti e fissati a un particolare segmento di specchio, i segmenti sono stati gradualmente orientati uno sopra l’altro per produrre un’unica immagine.

“Coarse” riduce notevolmente la precisione quasi insondabile richiesta per completare la mossa. Per raggiungere il suo pieno potenziale, ogni segmento dello specchio del telescopio Webb deve essere allineato entro 50 nm l’uno dall’altro. Secondo la NASA, “Se lo specchio Webb iniziale avesse le dimensioni degli Stati Uniti, allora ogni frammento avrebbe le dimensioni del Texas e il team dovrebbe allineare le altezze di quelle porzioni delle dimensioni del Texas tra loro con una precisione di circa 1,5 pollici.

Il prodotto di fasi grossolane – bello ma non ancora scientificamente utile. (NASA)

Questo è seguito da un sottile incremento, che coinvolge una serie di operazioni più esoteriche progettate per focalizzare lo specchio il più completamente possibile. L’immagine risultante è stata quindi modificata per allinearla correttamente al campo visivo di ciascuno dei quattro principali strumenti scientifici di Webb. Infine, alcuni passaggi del processo di allineamento in sette fasi sono stati completamente ridisegnati o perfezionati per ottimizzare lo specchio per la soddisfazione dei creatori di Earthbound e dei potenziali utenti.

Alla fine, l’allineamento del telescopio Webb ha avuto un successo straordinario, producendo un’immagine più chiara e pura anche delle “predizioni più ottimistiche” fatte dai suoi ingegneri. La NASA afferma che l’immagine è così dettagliata che ha effettivamente raggiunto la risoluzione fisica di uno specchio delle dimensioni del telescopio Webb, il che significa che dovrebbe violare le leggi della fisica note per risolvere qualsiasi altro dettaglio.

Prime immagini JWST con specchio completamente allineato. (NASA)

Con l’allineamento dello specchio completato, JWST ha solo un grande ostacolo prima che le operazioni scientifiche possano iniziare: il funzionamento del dispositivo. La messa in servizio è una dichiarazione completa che copre l’ampia gamma di calibrazione, analisi, test e ottimizzazione richiesta per verificare che i quattro principali strumenti JWST si comportino come previsto ed eseguano il lavoro per cui sono progettati nel modo più accurato e affidabile possibile.

Ad un certo punto, l’uso di strumenti scientifici altamente complessi diventa simile a una forma d’arte, e un certo grado di fiducia deve essere costruito tra gli scienziati e i loro sperati strumenti commerciali prima che possano inchiodare con sicurezza lo scalpello al marmo e iniziare a scavare nel universo con larghezza e dettaglio senza precedenti. Se il funzionamento procede senza intoppi come il dispiegamento e l’allineamento, il team JWST potrebbe essere pronto a catturare e condividere le prime osservazioni dell’universo con l’aiuto del telescopio già a luglio 2022.

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