Il telescopio spaziale james webb (in inglese james webb space telescope, jwst, o semplice-mente webb) 

a cura di Silvano Minuto – APAN 

Il telescopio spaziale james webb (in inglese james webb space telescope, jwst, o semplicemente webb) 

a cura di Silvano Minuto – APAN 

E’ un telescopio spaziale per l’astronomia a raggi infrarossi, lanciato il 25 dicembre 2021 dallo spazioporto di Arianespace a Kourou, nella Guiana Francese, trasportato in orbita solare da un razzo Ariane 5. Il telescopio è il frutto di una collaborazione internazionale tra l‘Agenzia spaziale statunitense (NASA), l‘Agenzia spaziale europea (ESA) e l‘Agenzia spaziale canadese (CSA). 

ARIANE 5 – Altezza 46 – 52 m

Il JWST, noto come “Next Generation Space Telescope” (NGST, da qui anche l’appellativo di “successore di Hubble”), nel 2002 è stato intitolato a James Webb,, amministratore della NASA durante i programmi Gemini, Mercury e Apollo e fautore del centro di controllo del Johnson Space Center (JSC) di HoustonTexas. 

Il telescopio Webb aprirà nuovi orizzonti per l’astronomia a raggi infrarossi grazie a tecnologie di progettazione d’avanguardia. È il più grande telescopio mai inviato nello spazio, e amplierà i percorsi aperti nell’universo dal telescopio Hubble. 

Hubble Space Telescope – HST

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

Diversamente da Hubble, Webb orbiterà intorno al Sole a 1,5 milioni di km dalla Terra al punto L2 di Lagrange, orbita già utilizzata per le missioni WMAP, Herschel e Planck, che terrà il telescopio allineato con l’orbita terrestre consentendo allo scudo di proteggere il telescopio dalla luce e dal calore di Sole, Terra e Luna e garantendo comunicazioni continue con il centro di controllo e un’ininterrotta raccolta di dati non essendo ostacolato dall’interferenza oscuratrice dell’orbita lunare. 

Per il JWST sono state sviluppate diverse tecnologie innovative. Le più importanti includono uno specchio primario costituito da 18 specchi esagonali in berillio ultraleggero che dispiegandosi dopo il lancio comporranno 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 saranno sottoposti. 

Lo studio di metrologie estremamente precise nei test acustici e ambientali ha contribuito allo sviluppo di strumenti di precisione (interferometria laser dinamica) nell’ordine dei picometri. Il Webb è fornito di un impianto criogenico (cryocooler) per il raffreddamento (7 K) dei rilevatori nel medio infrarosso e di microotturatori innovativi progettati dal 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 × 3,3 minuti d’arco. 

L’OTE è l’occhio dell’osservatorio. Raccoglie la luce proveniente dallo spazio e la invia agli strumenti scientifici situati nel modulo ISIM. 

Schema a blocchi di OTE

Perché un telescopio ad infrarossi 

L’opacità dell’ atmosfera terrestre, causata da elementi come vapore acqueo e anidride carbonica, ostacola la visualizzazione dei telescopi ottici a terra in quanto la luce proveniente dallo spazio viene bloccata o alterata da questi elementi, nonostante le recenti innovazioni dovute all’ottica adattiva che corregge le sfocature in campi ridotti e in presenza di stelle luminose. 

Il telescopio spaziale Hubble ha ovviato a queste implicazioni, orbitando oltre l’atmosfera. La polvere cosmica e 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). Questi 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, e i nuclei di galassie attive sono tra gli oggetti relativamente freddi (rispetto alle temperature stellari) che emettono radiazioni prevalentemente nell’infrarosso e quindi studiabili da un telescopio a infrarossi. 

Studio dei corpi nel vicino e medio infrarosso 

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: 

Vicino infrarosso 

▪ Luce ultravioletta dalle galassie distanti 

▪ Molecole e atomi ad alte energie 

▪ Sistemi protostellari in formazione 

▪ Esopianeti caldi vicini alle proprie stelle 

Medio infrarosso 

▪ Luce visibile delle galassie distanti 

▪ Molecole a basse energie 

▪ Stelle molto giovani in formazione 

Esopianeti distanti dalle proprie stelle a temperature terrestri 

Vicino infrarosso 

▪ Luce ultravioletta dalle galassie distanti 

▪ Molecole e atomi ad alte energie 

▪ Sistemi protostellari in formazione 

▪ Esopianeti caldi vicini alle proprie stelle 

Medio infrarosso 

Luce visibile delle galassie distanti 

▪ Molecole a basse energie 

▪ Stelle molto giovani in formazione 

Esopianeti distanti dalle proprie stelle a temperature terrestri 

Ricerca scientifica 

JWST è un telescopio general-purpose, diversamente da missioni quali Gaia, Spitzer, Fermi, finalizzate a studi settoriali specifici. Le ricerche spazieranno tra ampi settori di astronomia, astrofisica, cosmologia. 

Ultra deep field 

Cosmologia e struttura dell’Universo: prima luce 

Origine ed evoluzione delle prime galassie 

Nascita e formazione di stelle e pianeti 

Percorso per raggiungere L2 

Primi risultati fra circa 6 mesi 

Durata missione prevista: 10 anni 

Durata missione reale (con riduzione carburante: 20 anni)

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: