James Webb - El lanzamiento espacial de una máquina del tiempo
Si tuvieras una máquina del tiempo…¿A qué lugar y que época visitarías?
¿Viajarías al futuro para ser el primero en comprar el próximo iPhone? ¿O viajarías al pasado para ver un dinosaurio? ¿O quizás, te gustaria volver a ver un ser querido? Con el tiempo y el lugar en mente, ahora imagínate lo siguiente: ¿Cómo crees que te haría sentir ese momento y como crees que esa experiencia cambiaría el resto de tu vida?
Este tipo de preguntas, que parecen ser simples, tienen como respuestas un impacto cuyo potencial de cambio es difícil de captar. Y aunque esta situación hipotética de viajar en el tiempo suene una pelicula de ciencia ficción, los científicos de hoy en día están frente la gran oportunidad de observar el pasado y responder preguntas fundamentales que nos darán pistas sobre el origen de nuestro universo.
Profundicemos para entender los fenómenos que hacen de este viaje en el tiempo posible.
Los telescopios son máquinas del tiempo... ¡¿Pero cómo es esto posible?!
Cuando observas las estrellas titilando, estás viendo una luz antigua. Es decir, vemos las estrellas como solían ser, mas no como son en ese preciso momento! Yo se que esto es difícil de creer, pero quédate conmigo.
Imagínate que usas una linterna que prendes y apagas para emitir un pulso de luz. ¡Esa luz que sale de linterna, se transmite con una velocidad tan impresionante que es capaz de darle la vuelta al planeta tierra más de 7 veces en tan solo un solo segundo!
La luz, es lo más rápido que existe en nuestro universo. Tiene una velocidad de 186,000 millas por segundo. Esta velocidad se conoce como el límite de velocidad en el universo. Esto significa que no existe nada que pueda viajar más rápido que la velocidad de la luz. Y aunque esta velocidad parece ser impresionante, no es nada comparado a las grandes distancias del espacio.
El tamaño de nuestro universo es simplemente alucinante. Aquí va un ejemplo: Próxima Centauri, es la estrella más cercana a nuestro sistema solar. Esta a más de 24,690,226,567,371 millas de distancia. Para simplificar estos grandes números, los científicos han inventado una medida llamada ‘el año luz’. Un año luz es equivalente a más de 6 billones de millas, o la distancia recorrida por la luz en tan solo un año. Con el uso de estos términos, la distancia de Próxima Centauri es más de 24.6 billones de millas. Distancia que se puede describir simplemente como 4.2 años luz. ¡Es mucho más fácil describir esas grandes distancias en esa manera!
Imagínate eso: Lo más rápido de nuestro universo aun es dolorosamente lento en el contexto de distancias cósmicas.
Nuestra ventanita al pasado
En el año 1610, el italiano Galileo Galilei, el padre de la astronomía, utilizó un simple telescopio refractor para convertirse en la primera persona en observar el planeta Marte. La luz de Marte se demoro 3 minutos en viajar mas de 234 millones de millas para llegar a los ojos de Galileo. De una manera muy real, Galileo estaba observando al planeta Marte con un retraso de 3 minutos.
Después de 400 años de las primeras observaciones de Galileo, nuestros telescopios ahora son mucho más avanzados. Hoy en día, nuestros telescopios pueden observar la luz de miles de millones de años en el pasado. Estas observaciones han sido fundamentales para nuestra comprensión del universo... ¡pero aún queda mucho por aprender!
La creación del Telescopio Espacial James Webb
El desarrollo de esta máquina del tiempo comenzó en el año 1996, con un presupuesto de $500 millones de dólares. Desafortunadamente, el proyecto ha estado plagado de retrasos, problemas técnicos, y una enorme factura de $10 billones de dólares.
Los 25 años de desarrollo incluyen la colaboración de más de 306 organizaciones, la colaboración de 14 países, el esfuerzo combinado de miles de científicos, ingenieros, y técnicos que invirtieron más de 40 millones de horas en la mano de obra para este proyecto monumental.
El telescopio espacial James Webb realmente es una hazaña del ingenio humano que nos brinda respuestas a preguntas fundamentales que proponen un nuevo entendimiento sobre el universo. Es un gran paso adelante en nuestra búsqueda para comprender el lugar de la humanidad en el gran plano cósmico.
¿Qué tan atrás podrá ver el Telescopio James Webb?
Para crear un tipo de referencia, el Telescopio Espacial de Hubble, ha observado el nacimiento de las galaxias modernas. Estas galaxias tienen menos definición y estructuras muy compactas. Las imágenes de Hubble, nos permitieron ver las etapas de la vida una galaxia muy diferentes a las galaxias que podemos ver con telescopios de menos potencia.
Por otro lado, con el telescopio espacial James Webb, los astrónomos podran ver incluso más allá de la formación de las galaxias con el potencial de ver el momento de su nacimiento! Durante esta etapa del nuestro universo, la gravedad ya había condensado el gas para crear las primeras estrellas. Estas estrellas produjeron los primeros elementos necesarios para la creación de vida, como el carbono y el oxígeno.
Unos millones de años más tarde, la segunda generación de estrellas se formó a partir de este gas enriquecido. La gravedad comenzó a agrupar estas estrellas y se formaron la primeras galaxias. El Telescopio James Webb capturará imágenes que muestran la estructura y composición de estas primeras galaxias, enseñándonos sobre la formación y los ciclos de vida de las galaxias en nuestro universo.
¿Cómo funciona esta máquina del tiempo?
El telescopio James Webb está absolutamente repleto de un poder científico sin precedentes. ¡El telescopio es tan sensible que incluso podría detectar el calor de una abeja a más de 240,000 millas de distancia. Eso supera la distancia entre la tierra y la luna!
El telescopio tiene 4 instrumentos principales:
1. La cámara infrarrojo (NIRCam): Es el principal generador de imágenes del telescopio. Puede capturar longitudes de onda en el rango de 0.6 a 5 micrones. En otras palabras, esto permite que el telescopio use diez detectores para obtener imágenes de alta resolución y después usar la espectroscopia para dar una amplia variedad de investigaciones.
2. El espectrógrafo infrarrojo (NIRSpec): Es un instrumento versátil diseñado para observar 100 objetos simultáneamente. También será el primer instrumento en el espacio con la capacidad de observar varios objetos a la vez. Incluye 248,000 células diminutas, que tienen el ancho de un cabello. Estas micro persianas se abren y se cierran cuando se les aplica un campo magnético. ¡Cada celda se controla individualmente, lo que permite que el telescopio se enfoque en múltiples objetos mientras se ignora la luz irrelevante!
3. El sensor de guía fina (FGS): Proporciona imágenes de infrarrojo con capacidades espectroscópicas. El FGS es un sistema de cámara diseñado para garantizar que el Webb esté estable y apuntando exactamente en la dirección correcta durante la duración de la observación.
4. El instrumento de infrarrojo medio (MIRI): Permitirá que el telescopio vea más lejos que cualquiera de los otros instrumentos a bordo. ¡Este instrumento le permite al telescopio ver a través del polvo espacial y capturara imágenes que nunca se han visto! Esta herramienta tiene el avance tecnológico más alto de todas las herramientas a bordo y para que funcione correctamente debe mantenerse a temperaturas extremadamente frías. El instrumento es tan sensible al calor, que el propio calor del telescopio podría estropear las imágenes. Para resolver este problema, el James Webb está equipado con un refrigerador criogénico que funciona como el refrigerador más eficaz del mundo. El telescopio estará entre los objetos más fríos en nuestro sistema solar al llegar a 7 grados por encima del cero absoluto, o la temperatura teórica en donde todo movimiento se congela!
El desafío de mantener una temperatura baja
El telescopio James Webb observará la luz infrarroja del espectro electromagnético. Para poder detectar esas débiles señales de calor, el propio telescopio debe mantenerse extremadamente frío. Para proteger el telescopio del cualquier fuente de calor, la nave estará equipada con un parasol de 5 capas del tamaño de una cancha de tenis.
Además de la gran sombrilla, el telescopio estará a orbitando a un millón de millas de la Tierra y dará la vuelta alrededor del sol. Por comparación, ¡el Telescopio Espacial Hubble orbita la Tierra y está a tan solo 340 millas de la Tierra!
El gran parasol protegerá el telescopio de la luz y el calor que irradia el Sol, el planeta Tierra e incluso nuestra Luna. La diferencia de temperatura entre los lados caliente y frío del telescopio es enorme: ¡Podrías hervir agua en el lado caliente, mientras que en el lado frio podrias congelar el nitrógeno!
El lanzamiento de una máquina del tiempo
El telescopio James Webb tiene 22 pies de diámetro, lo que lo hace 2,5 veces más grande que el espejo principal del Hubble. Tiene 18 segmentos de espejo hexagonales que están hechos de un metal liviano llamado berilio. Cada segmento está recubierto con una capa microscópica de oro de 700 átomos de ancho. Aunque el James Webb será mucho más grande que el espejo del Hubble, los materiales especializados del James Webb harán que pese solo la mitad que el Hubble.
Actualmente, no tenemos cohetes que puedan transportar algo tan grande como una cancha de tenis al espacio. Por esa razón, el telescopio James Webb fue diseñado para encajar con el cohete Ariane 5, fabricado por la Agencia Espacial Europea.
Se eligió el cohete Ariane 5 como el vehículo de lanzamiento porque es un cohete muy fiable (con una tasa de éxito del 95,5 %); utiliza una combinación de etapas impulsadas por propelentes sólidos y líquidos criogénicos que le darán al telescopio un tiempo de vuelo de aproximadamente 27 minutos.
Tras el lanzamiento, el telescopio comenzará una compleja secuencia de despliegue que tardará casi un mes en completarse. Esta coreografía espacial fue probada y practicada muchas veces aquí en la Tierra porque si alguno de estos pasos falla, hará que el telescopio sea completamente inútil!
El telescopio Webb tendrá un período de seis meses repleto de acción, durante el cual se desplegará por completo, se enfriará a las temperaturas de funcionamiento, y alineará sus espejos. El 25 de diciembre del 2021, comenzamos un viaje de descubrimiento que nos llevará a las etapas iniciales de nuestro universo. Tendremos las respuestas a muchas preguntas que le darán forma al futuro de la humanidad…Preguntas como: ¿Estamos solos en el universo?.
¡Es increíble pensar que para estas fechas en el próximo año tendremos que reescribir muchos de nuestros libros de ciencias dado lo que aún está por descubrirse!
Como siempre, si eres estudiante y te gustaría unirte a la industria de la exploración espacial, envíanos una nota a Space United. ¡Nos encantaría ayudarte, porque nuestra industria Y nuestro planeta te necesita!
About the author: Sebastian Tobacia
Ingeniero de fabricación con casi una década de experiencia en la industria de la exploración espacial. Sebastian ha dirigido proyectos de ingeniería en SpaceX, Northrop Grumman y actualmente trabaja en el cohete New Shepard en Blue Origin.
A Sebastian le apasiona trabajar por la meta de tener una industria STEM más equitativa e inclusiva.
