ES
webb
MIRANDO MÁS LEJOS
© Cover: ESA/ATG medialab. Inside image: ESA/Herschel/NASA/JPL-Caltech; reconocimiento: R. Hurt (JPL-Caltech), CC BY-SA 3.0 IGO
webb
El telescopio espacial James Webb está diseñado para responder a cuestiones
fundamentales acerca del universo. Su sensibilidad, 100 veces mayor que la del Hubble, le permite detectar la luz infrarroja que generaron las galaxias en el momento de su formación, hace más de 13.500 millones de años, varios cientos de millones de años después del Big Bang.
Webb nos ofrece una panorámica más completa sobre nuestros orígenes: desde las primeras galaxias del universo, pasando por el nacimiento de las estrellas y los planetas, hasta los exoplanetas con posibilidad de albergar vida. En el entorno del vecindario estelar, Webb también observará nuestro sistema solar.
La astronave constituye una increíble hazaña de la ingeniería espacial. Para poder observar las longitudes de onda infrarrojas, el telescopio permanece siempre protegido de la
radiación solar con la ayuda de un parasol del tamaño de una pista de tenis. El reflector primario del telescopio se compone de 18 espejos hexagonales con revestimiento de oro, que se despliegan en el espacio hasta alcanzar una envergadura de 6,5 m.
La puesta en órbita del Webb se llevará a cabo a bordo de un cohete Ariane 5 desde el Puerto Espacial Europeo de la Guayana Francesa. La aeronave viajará hasta un órbita situada a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra.
¡Siga leyendo para conocer todos los detalles de una de las mayores misiones científicas de la década!
webb
MIRANDO MÁS LEJOS
ciencias del espacio
CONTENTS
Resumen de la Misión 2
Objetivos Científicos 4
Los Instrumentos del Webb 8
Espectroscopia con el Webb 12
Hubble, Herschel y Webb 13
El Webb Vuela con Ariane 14
Colaboración Internacional 18
2
Webb está diseñado y construido para dotar a los científicos, por vías hasta ahora imposibles, de las capacidades necesarias para ampliar las fronteras del conocimiento sobre nuestro sistema solar, la formación de las estrellas y los planetas —incluidos aquellos ajenos a nuestro sistema solar (exoplanetas)— y sobre cómo se crean y evolucionan las galaxias. El telescopio Webb observará el universo en longitudes de onda más largas que la luz visible, es decir, en el infrarrojo cercano y el infrarrojo medio. Sus datos estarán a disposición de la comunidad científica mundial.
Webb lleva a bordo una serie de instrumentos astronómicos de última generación capaces de abordar un amplio abanico de cuestiones pendientes en astrofísica. El conjunto de instrumentos incluye cámaras muy potentes, coronógrafos y espectrógrafos que proporcionarán a los
científicos los datos necesarios para analizar los materiales que componen las estrellas, las nebulosas, las galaxias y las atmósferas planetarias.
El telescopio se lanzará en un cohete Ariane 5 desde el Puerto Espacial Europeo situado en la Guayana Francesa, antes de embarcarse en un viaje de un mes hacia su órbita final. Durante las primeras tres semanas tras el lanzamiento, Webb desplegará su delicado parasol y, a continuación, su enorme espejo primario. El telescopio detectará la tenue luz de las estrellas y galaxias lejanas con una sensibilidad cien veces mayor que la del telescopio espacial Hubble.
Un gigantesco parasol de cinco capas protege al telescopio y a sus instrumentos de la luz y el calor del Sol. Con unas dimensiones
RESUMEN
DE LA MISIÓN
© NASA/Chris Gunn
En órbita Webb estará expuesto al intenso brillo del Sol. Sin embargo, el observatorio necesita mantenerse a temperaturas muy frías para poder observar en el infrarrojo. Para lograrlo, el observatorio está equipado con un escudo de protección solar: este parasol en forma de cometa.
El telescopio espacial James Webb será el próximo gran observatorio
científico en el espacio, diseñado para responder a las preguntas pendientes
sobre el universo y realizar descubrimientos revolucionarios en todos los
campos de la astronomía. Se trata de una misión única en su generación.
L3 L1
L4
L2
L5 60°
60°
El Webb se ubicará aproximadamente a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra en un punto del espacio conocido como el segundo punto de Lagrange (L2). Los puntos de Lagrange son posiciones del espacio donde la atracción gravitatoria del Sol y la Tierra se equilibran gracias a las fuerzas orbitales, proporcionando ubicaciones estables para astronaves.
El punto L2 sigue a la Tierra alrededor del Sol y el Webb ejecutará una "órbita de halo" alrededor de L2 mientras éste orbita alrededor del Sol. La Tierra está situada a unos 150 millones de km del Sol.
vista desde arriba vista desde abajo
punto de Lagrange órbita
distancia Sol Tierra Luna Webb aproximadas de 21.2x14.2 metros, ocupa una extensión similar a una
pista de tenis. El parasol proporcionará al telescopio una sombra perpetua para mantenerlo a una temperatura de -233 °C, evitando así que la propia emisión infrarroja del telescopio predomine sobre la señal de los objetos astronómicos. El instrumento de infrarrojo medio, MIRI, se enfriará hasta los -266 °C.
El espejo primario del telescopio está compuesto por 18 segmentos hexagonales, con un diámetro de 1,32 metros y un peso aproximado de 20 kilogramos cada uno. El diámetro total del espejo primario del Webb alcanza los 6,5 metros. Es tan grande que tiene que ser cuidadosamente doblado en el carenado del cohete para el lanzamiento. Cada espejo del telescopio está recubierto de una capa microscópica de oro, optimizándolo para reflejar la luz infrarroja, la principal logitud de onda que observará Webb.
El telescopio también alberga un espejo secundario convexo de aproximadamente 0,74 metros de diámetro. Esta es la segunda superficie en la que impactará la luz del cosmos en su trayecto de entrada al telescopio.
space science ciencias del espacio
El telescopio espacial James Webb toma su nombre del segundo administrador de la NASA, James E. Webb, que dirigió la agencia desde febrero de 1961 hasta octubre de 1968, así como el programa Apolo.
© NASA/Chris Gunn
Instrumentos cientificos Espejo secundario
Espejo primario
Panel solar
Sistemas de la aeronave Parasol multicapa Con el fin de confirmar su capacidad para soportar las violentas vibraciones y sonidos durante el lanzamiento, el gigantesco espejo del Webb se ha sometido a multitud de ensayos muy rigurosos.
© Proyecto ESA/Herschel/PACS, SPIRE/Hi-GAL. Agradecimiento: UNIMAP / L. Piazzo, La Sapienza – Universidad de Roma; E. Schisano / G. Li Causi, IAPS/INAF, Italia
Esta imagen captada con Herchel, un telescopio espacial de la ESA, muestra la nube molecular gigante RCW106, una masa nebulosa de gas y polvo situada a unos 12 000 años luz en la constelación Norma del hemisferio celeste sur. La luz azul traza regions de formación estelar. Tanto Herschel como Webb tienen instrumentos a bordo que detectan longitudes de onda infrarrojas.
OBJETIVOS CIENTÍFICOS
El principal objetivo del Webb es arrojar luz sobre nuestros orígenes cósmicos: observará las primeras galaxias del universo, revelará el nacimiento de las estrellas y planetas y examinará los exoplanetas en busca de condiciones que favorezcan la vida.
ciencias del espacio
5
Otros mundos
¿Ónde y cómo se forman y evolucionan los sistemas planetarios?
Hasta hace poco tiempo, el único sistema planetario que éramos capaces de estudiar era nuestro propio sistema solar. Hoy en día, los astrónomos han hallado pruebas de miles de planetas que giran alrededor de estrellas distintas a nuestro Sol. Estos se conocen como exoplanetas. Gracias a estos estudios, cada vez nos acercamos más a conocer las respuestas a preguntas fundamentales como: ¿Es la Tierra única? ¿Existen otros sistemas planetarios parecidos al nuestro?
¿Estamos solos en el universo?
Webb ofrecerá una visión única de los planetas exteriores de nuestro magnífico sistema solar, gracias a sus potentes capacidades en longitudes de onda infrarrojas. Fuera del sistema solar, Webb estudiará en detalle las atmósferas de una amplia variedad de exoplanetas. Buscará atmósferas similares a la de la Tierra y señales de sustancias clave como el metano, el agua, el oxígeno, el dióxido de carbono y moléculas orgánicas complejas, con la apasionante esperanza de encontrar los componentes básicos de la vida. De este modo, Webb complementará al Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey (Gran Estudio de Exoplanetas por Detección Atmosférica Remota en el Infrarrojo o Ariel, por sus siglas en inglés) de la ESA, un telescopio espacial cuyo lanzamiento está previsto para 2029 y que estudiará la composición de los exoplanetas, cómo se forman y cómo evolucionan.
Webb es capaz de estudiar los exoplanetas mientras pasan por delante de sus estrellas anfitrionas (lo que se conoce como tránsito).
La ínfima fracción de la luz que pasa a través de la atmósfera interactúa con sus átomos y moléculas. La luz transmite esa información, que los científicos utilizan para deducir condiciones como la temperatura, la composición química y la historia de la formación del exoplaneta.
El ciclo de vida de las estrellas
¿Cómo y dónde se forman y mueren las estrellas y cuál es el impacto que tienen sus muertes en el entorno que las rodea?
Webb determinará cómo y por qué las nubes de polvo y gas colapsan formando estrellas, se convierten en planetas gigantes de gas o en
enanas marrones. Al observar la parte infrarroja del espectro, Webb podrá mirar a través de las nubes de polvo que rodean a las estrellas recién nacidas, y su magnífica sensibilidad permitirá a los astrónomos investigar las etapas más tempranas del nacimiento de las estrellas, lo que se conoce como "núcleos protoestelares". A lo largo de sus vidas, las estrellas transforman los elementos más simples del universo en elementos más pesados y los diseminan por el cosmos a través vientos estelares y explosiones de supernovas, así
enriqueciendo el cosmos para formar nuevas generaciones de estrellas. Webb estudiará supernovas, o muertes explosivas de estrellas muy masivas, unos de los sucesos de mayor carga energética del universo. Webb también estudiará las enanas marrones: objetos astronómicos de masa mayor que un planeta, pero menor que una estrella.
tiempo luminosidad
Cuando un planeta pasa, o “transita” delante de una estrella, el brillo aparente de la estrella (representado por la línea blanca) se atenúa y el Webb puede estudiar la fina capa de la atmósfera del exoplaneta.
ultravioleta visible
webb
infrarrojo
Los instrumentos científicos del Webb cubren la luz desde el infrarrojo cercano hasta el infrarrojo medio (un rango de longitud de onda que comprende desde las 0,6 μm hasta las 28 μm).
6
webb
Webb explorará el universo primigenio y la evolución de las galaxias. Al funcionar como una poderosa máquina del tiempo que retrocederá más allá de los 13.500 millones de años, Webb superará los límites del Hubble para mirar más atrás en el tiempo y observar la formación de las primeras estrellas y galaxias.
El universo primigenio
¿Qué aspecto tenía el universo primigenio? ¿Cuándo surgieron las primeras estrellas y galaxias?
Por primera vez en la historia de la humanidad, tendremos la
oportunidad de observar directamente las primeras estrellas y galaxias del universo primigenio. Cuando observamos algo que se encuentra a un millón de años luz de distancia, lo que realmente estamos viendo el aspecto de ese objeto hace un millón de años: estamos mirando hacia atrás en el tiempo.
La luz de las galaxias situadas a miles de millones de años luz de distancia viaja hacia nosotros atravesando un universo en expansión.
Esto hace que su longitud de onda se alargue hacia el infrarrojo. La visión infrarroja del Webb lo convierte en una poderosa máquina del
tiempo capaz de retroceder 13.500 millones de años, poco después del Big Bang.
Algunas de las imágenes de mayor relevancia del Hubble eran sus
"campos profundos", que utilizaban exposiciones muy largas, de días, para así capturar miles de galaxias en una única imagen. Estos permitieron descubrir las galaxias más distantes que se habían observado hasta entonces. Mostraron galaxias muy jóvenes, de unos pocos cientos de millones de años, con morfologías pequeñas, compactas e irregulares. La sensibilidad infrarroja del Webb no sólo abarcará hasta un pasado aún más lejano, sino que, además, nos ofrecerá una cantidad ingente de información sobre las estrellas y galaxias del universo primigenio. Los datos del Webb también darán respuesta a interrogantes relacionados con la formación y crecimiento de los agujeros negros, así como con la influencia que tuvieron en la formación y evolución del universo primigenio.
Las galaxias a lo largo del tiempo
¿Cómo evolucionaron las primeras galaxias a lo largo del tiempo? ¿Qué podemos aprender sobre la materia y la energía oscuras?
El universo actual se encuentra plagado de galaxias: islas cósmicas formadas por cientos de miles de millones de estrellas.
Sus tamaños y formas son muy diferentes y ofrecen pistas sobre cómo se formaron y evolucionaron. En los primeros miles de millones de años tras el Big Bang, el universo era un lugar espectacular: las galaxias se agitaban, se fragmentaban y se fusionaban gracias a encuentros frecuentes, y se veían salpicadas por las explosiones de supernovas de estrellas muy masivas y de vida muy corta. Al mirar hacia las longitudes de onda infrarrojas, Webb puede observar la mayor parte de la luz de las galaxias primordiales y revelar el nacimiento de estrellas envueltas en polvo y agujeros negros que absorben materia.
Webb también investigará la materia oscura, el material que inunda el cosmos, pero que no es visible de forma directa. Los datos del Webb complementarán los de la misión Euclid de la ESA, que cartografiará la geometría del universo y que está diseñada específicamente para el estudio de la materia oscura, así como el de la energía oscura, la fuerza responsable de la expansión acelerada del universo.
© NASA, ESA y S. Beckwith (STScI) y el equipo HUDF
Este es el Campo Ultra Profundo del Hubble, que muestra cerca de 10.000 galaxias en la imagen de luz visible más profunda del cosmos. Abarca miles de millones de años luz.
webb
8
Esta figura muestra el camino que sigue la luz de un objeto astronómico al atravesar los componentes de NIRSpec con destino al detector.
NIRSpec — el espectrógrafo para el infrarrojo cercano
De manera similar a cómo se forma un arcoíris cuando la luz atraviesa un prisma , un espectrógrafo se utiliza para dispersar la luz proveniente un objeto en sus distintas longitudes de onda, formando así un espectro. Cualquier objeto que absorba o emita luz puede estudiarse con un espectrógrafo para determinar características tales como su temperatura, su densidad, su composición química y su velocidad. Con las imágenes que nos aporte Webb conoceremos el aspecto del objeto, mientras que los datos del espectrógrafo nos dirán de qué tipo de objeto se trata y cuál es su composición.
El instrumento NIRSpec, proporcionado por la ESA, es el más eficaz espectrógrafo del infrarrojo cercano a bordo del Webb. El objetivo principal de NIRSpec es facilitar el estudio espectroscópico de un gran número de objetos astronómicos, como estrellas o galaxias lejanas. Esto es posible gracias a su potente modo de espectroscopia multiobjeto, que hace uso de microobturadores. Este modo puede obtener el espectro de hasta casi 200 objetos de forma simultánea, en un campo de visión de 3,6×3,4 minutos de arco. Se trata de la primera vez que se dispone de esta capacidad en el espacio. Este modo permite un uso muy eficiente del valioso tiempo de observación del Webb.
NIRSpec también ofrece espectroscopia de campo integral y de rendija, que permitirán estudios detallados de objetos astronómicos individuales.
LOS INSTRUMENTOS DEL WEBB
Webb dispone de un conjunto de cuatro instrumentos muy potentes que investigarán el cosmos. Se ubican en el Módulo Integrado de Instrumentos
Científicos, detrás del espejo primario.
El minuto de arco es una unidad de medida angular que equivale a una sexagésima parte de un grado y se utiliza en astronomía para describir ángulos pequeños. Por ejemplo, el diámetro angular de la Luna es aproximadamente 30 minutos de arco.
La rueda de rejillas de difracción, que incluye un prisma, de NIRSpec
Microobturadores
© ESA/NASA/Airbus/MSSL/Leikert et al./ATG medialab
ciencias del espacio
9
LOS INSTRUMENTOS DEL WEBB
Seis combinaciones de filtros y rejillas proporcionan espectroscopia de alta y media resolución en el rango de longitudes de onda de 0,7 µm a 5,2 µm. El prisma proporciona espectroscopia de menor resolución en el rango de 0,6 µm a 5,3 µm.
La rueda de filtros de NIRSpec
Recorrido de la luz dentro del instrumento
Montaje de calibración Detector
Microobturadores
webb
10
MIRI — el instrumento para el infrarrojo medio
MIRI es el único instrumento del telescopio capaz de operar en las longitudes de onda del infrarrojo medio. Respaldará todos los objetivos científicos del Webb, desde la observación de nuestro propio sistema solar y otros sistemas planetarios, hasta el estudio del universo primigenio. MIRI es un instrumento versátil que ofrece una amplia gama de modos: imagen, coronografía y diferentes tipos de espectroscopia.
Para observar el cosmos en el infrarrojo medio, MIRI debe mantenerse a una temperatura menor que los demás instrumentos del observatorio Webb, con una diferencia de más de 30 grados centígrados. Esto se consigue mediante el uso de un innovador sistema de criogenia conocido como criorefrigerador, que actuará como un refrigerador adicional para el instrumento MIRI.
MIRI es una contribución nacida de una colaboración entre Europa y–EE. UU.
MIRI proporcionará imagen, coronografía y espectroscopia en el rango de longitudes de onda de 5 µm a 28 µm. Funcionará a –266 °C (comparado con los –233 °C del resto del observatorio). Esto es apenas siete grados por encima del cero absoluto, la temperatura más baja posible según las leyes de la física.
webb
10
El coronógrafo se utiliza para bloquear la luz directa de las estrellas de manera que se puedan estudiar los objetos cercanos, que de otro modo quedarían ocultos por el resplandor de la estrella.
Cortador de imagen de MIRI
La técnica de "corte de imagen" reordena la señal de una imagen 2D del cielo en un conjunto de cortes. Estos cortes se introducen en un espectrógrafo que genera un espectro para cada píxel y luego se organizan en un cubo de datos (ilustrado en la página 12).
Rueda de filtros de MIRI
Esta rueda, que encaja en el interior del generador de imágenes, transporta tanto los filtros para la toma de imágenes como las máscaras o filtros del coronógrafo.
© Wright et al/Wells et al/Cranfield Univ/ATG medialab
ciencias del espacio
11
NIRCam — la cámara para el infrarrojo cercano
NIRCam es la cámara principal del observatorio Webb, y tomará simultáneamente imágenes del cosmos en dos rangos diferentes del infrarrojo. Aprovechando la excelente calidad de imagen del Webb y su gran espejo primario, el instrumento tomará algunas de las imágenes más profundas (es decir, las más lejanas) jamás obtenidas en el infrarrojo cercano, detectando la luz de las primeras estrellas y galaxias. NIRCam también cuenta con capacidades coronagráficas y espectroscópicas, que se utilizarán, por ejemplo, para caracterizar exoplanetas.
NIRCam también será la herramienta principal para la alineación del telescopio. Ha sido proporcionada por la Universidad de Arizona.
NIRISS — la cámara para el infrarrojo cercano y espectrógrafo sin rendija
NIRISS es un instrumento innovador que prestará soporte a las operaciones científicas utilizando tres modos de observación.
Dispone de una cámara que se podrá utilizar en paralelo con la cámara NIRCam, así proporcionando capacidades de imagen
adicionales para Webb. Cuenta además con un espectrógrafo sin rendija, en el que toda la luz que incide en la cámara se dispersa en su espectro. Al contrario que en un espectrógrafo ordinario, la fuente de luz en un espectrógrafo sin rendija no es una rendija estrecha.
NIRISS también ofrece un modo espectroscópico especialmente diseñado para la caracterización de exoplanetas mediante espectroscopia de tránsito, una técnica que permite al Webb estudiar la composición química de la atmósfera de un exoplaneta al pasar por delante de su estrella anfitriona. El sensor para el guiado fino que acompaña al instrumento permitirá al Webb permanecer fijo, o apuntando, hacia un objeto celeste con una alta precisión. Incluso si el objeto se encuentra en movimiento. Esta alta precisión implica que se pueden obtener imágenes y espectros de alta resolución.
Con NIRISS, los astrónomos estudiarán si los espectros de los planetas lejanos exhiben características de moléculas como agua, dióxido de carbono, metano y oxígeno en sus atmósferas, lo que es clave para la búsqueda de condiciones favorables para la vida.
NIRISS ha sido proporcionado por la Agencia Espacial Canadiense (CSA).
NIRCam y NIRISS completan el conjunto de los instrumentos del Webb.
NIRCam
Esta cámara del infrarrojo cercano, de dos canales y de campo amplio, cubrirá el rango de longitudes de onda de 0,6 µm a 5 µm con una amplia selección de filtros, lo que permitirá obtener imágenes de objetos astronómicos en varios colores.
NIRISS
NIRISS facilitará la espectroscopia sin rendija de 1,0 µm a 2,5 µm.
ciencias del espacio
11
© Lockheed Martin/COM DEV Canada
webb
12
ESPECTROSCOPIA CON WEBB
NIRSpec y MIRI realizan observaciones espectroscópicas de objetos extensos y complejos (como galaxias, nebulosas o campos plagados de estrellas o galaxias) en una sola toma.
La luz dividida se enfoca en undetector, formando un espectro.
estrella objetivo
rejillas placa
espectros espectros que muestram diferentes elementos carbono
hierro nitrógeno oxígeno
detector
luz desde el cielo
¿QUÉ ES LA ESPECTROSCOPIA?
Mientras que las imágenes del universo fascinan e inspiran tanto al público como a los astrónomos, la espectroscopia es una herramienta fundamental utilizada por los astrónomos para estudiar el universo. Los espectrógrafos
proporcionan a los científicos los datos necesarios para analizar los materiales que componen las estrellas, las nebulosas, las galaxias y las atmósferas de los planetas.
La luz que entra en el telescopio se divide en sus diferentes longitudes de onda por una rejilla o prisma, formando un espectro. Seguidamente, este espectro se enfoca en un detector. La luz de cada elemento químico tiene un espectro único, como una huella dactilar. Los astrónomos analizan el patrón del espectro para descifrar qué átomos y
moléculas están presentes en la fuente de luz, para así comprender sus distintas características físicas y químicas.
Una de las tecnologías que utilizan es la de "unidades de campo integral" (IFU, por sus siglas en inglés), que utilizan una técnica de corte de imágenes para reorganizar la señal de una imagen bidimensional del cielo en un conjunto de cortes. Estos cortes se dispersan en el espectrógrafo, que genera un espectro para cada píxel.
Posteriormente se reorganizan en un cubo de datos. Este cubo es una colección de imágenes del mismo objeto, cada una a una longitud de onda diferente, y proporciona una visión integral del objeto que está siendo estudiado.
Otra técnica es la empleada por el modo multiobjeto de NIRSpec, que utilizará aproximadamente un cuarto de millón de microobturadores configurables, cada uno del ancho de un cabello humano, para realizar observaciones espectroscópicas simultáneas de múltiples fuentes en una sola exposición. Utilizando este modo de observación, Webb podrá obtener espectros de hasta 200 objetos a la vez.
Representación de espectroscopia de campo integral.
NIRSpec proporciona espectroscopia de campo integral resuelta espacialmente en una región de 3×3 segundos de arco.
Cada espectro del cubo de datos resultante cubre 0,1×0,1 segundos de arco del cielo. Un segundo de arco es aproximadamente una 1/1800 parte del diámetro de la Luna.
Los IFU de MIRI tienen un campo de visión que va desde 4×4 hasta 8×8 segundos de arco, con una resolución de 0,2 a 0,6 segundos de arco.
1990–
NASA y ESA
Orbita la Tierra a una altitud de aproximadamente 570 km (órbita terrestre baja)
Accesible mediante el transbordador espacial de la NASA; se realizaron cinco misiones de servicio Observaciones en las longitudes de onda ultravioleta y óptica (y algo de cobertura en el infrarrojo)
Diámetro del espejo primario: 2,4 metros TELESCOPIO ESPACIAL HUBBLE
2009–13 ESA
No se puede reparar
Observaciones en el infrarrojo lejano
Diámetro del espejo primario: 3,5 metros Orbitó el segundo punto de
Lagrange (L2), a unos 1,5 millones de kilómetros de la Tierra
OBSERVATORIO ESPACIAL HERSCHEL
2021–
NASA, ESA y CSA
No se puede reparar
Observaciones en el infrarrojo cercano y medio
Diámetro del espejo primario: 6,5 metros Orbita el segundo punto de
Lagrange (L2), a unos 1,5 millones de kilómetros de la Tierra
TELESCOPIO ESPACIAL JAMES WEBB
hubble herschel webb
infrarrojo ultravioleta visible
hubble webb herschel
La siguiente tabla compara las especificaciones y capacidades de las tres misiones. Hubble y Webb se complementarán entre sí, si bien Webb superará los límites del Hubble para mirar aún más atrás y observar la formación de las primeras estrellas y galaxias. El observatorio espacial Herschel de la ESA lanzó el mayor espejo jamás construido para un telescopio espacial antes del espejo del Webb, que casi le duplica en tamaño. Estos tres observatorios, combinados, cubren una gran extensión del espectro electromagnético, proporcionando una visión pancromática del universo.
HUBBLE, HERSCHEL Y WEBB
Tres misiones de la ESA unidas para construir un tesoro de datos para la comunidad científica.
Los tres telescopios espaciales de la ESA cubren diferentes partes del espectro electromagnético.
webb
14
En colaboración con sus socios, la ESA es responsable del desarrollo y la cualificación de las adaptaciones del Ariane 5 para la misión Webb, así como de procurar el servicio de lanzamiento.
El Ariane 5 de la ESA, fabricado por ArianeGroup, ha estado en funcionamiento desde 1996 y ha realizado más de 100 lanzamientos desde el puerto espacial europeo de la Guayana Francesa. Mide 53 m de altura y 5,4 m de diámetro, y su masa al despegue es de 780 toneladas.
Ariane 5 demostró su capacidad para enviar misiones científicas al segundo punto de Lagrange (L2) con el lanzamiento de
Herschel-Planck en 2009. Lanzará al Webb directamente a una órbita de inyección de alta precisión hacia L2. A continuación, Webb seguirá su viaje en solitario durante cuatro semanas, llegando finalmente a su destino, situado a una distancia cuatro veces mayor que la Luna.
El Ariane 5 y Webb – una combinación ideal
El Ariane 5 ha sido adaptado a todos los requisitos específicos de esta misión, lo cual se ha traducido en modificaciones bastante significativas.
WEBB VUELA CON ARIANE
Webb en Ariane 5 mientras el carenado se desprende
Como parte del acuerdo de colaboración internacional, la ESA proporciona el servicio de lanzamiento del observatorio utilizando el vehículo de
lanzamiento Ariane 5.
© ESA – D. Ducros
© ESA - D. Ducros
space science
El carenado es la carcasa que protegerá al Webb durante el despegue y posterior viaje por la atmósfera. El nuevo equipo garantiza que los puertos de ventilación alrededor de la base del carenado permanezcan completamente abiertos. Esto minimizará el impacto de la despresurización cuando el carenado se desprenda del vehículo de lanzamiento.
Algunos elementos del Webb son sensibles a la radiación del Sol y al calor de la atmósfera. Para protegerlo tras el
desprendimiento del carenado, en determinadas fases el Ariane 5 realizará una maniobra de oscilación especialmente desarrollada para Webb. Esto evita cualquier posición fija del telescopio con respecto al Sol.
Se ha instalado una batería adicional en el Ariane 5, que permitirá el impulso de la plataforma superior tras la liberación del telescopio, distanciándola del Webb.
Lanzamiento desde el Puerto Espacial Europeo
El Puerto Espacial Europeo, situado en la Guayana Francesa, es el lugar ideal de lanzamiento para una misión extraordinaria como Webb. Al estar situado cerca del ecuador, los vehículos de lanzamiento obtienen un rendimiento extra debido al "efecto honda", consecuencia de la velocidad de rotación de la Tierra. Un océano abierto hacia el este ofrece una trayectoria de
lanzamiento alejada de zonas pobladas. Además, esta región no tiene riesgo de ciclones o terremotos.
Webb se separa de la plataforma superior
ciencias del espacio
WEBB VUELA CON ARIANE
El telescopio Webb plegado dentro del carenado del cohete Ariane 5,
proporcionado por la ESA.
© ESA–D. Ducros
webb
16
La ESA es propietaria del complejo de lanzamiento del Ariane 5 y colabora estrechamente con sus socios: la agencia espacial francesa CNES, que opera y mantiene el puerto espacial; Arianespace, que proporciona el servicio de lanzamiento y ArianeGroup y otros socios industriales que se encargan del montaje del vehículo de lanzamiento y las operaciones de lanzamiento.
Campaña de lanzamiento del Webb
En la campaña de lanzamiento del Webb, de casi 70 días, participa un equipo de más de 100 expertos alojados en el Puerto Espacial Europeo.
Para algunos de ellos, la preparación final del Ariane 5 para Webb es la culminación de quince años de esfuerzo incesante. La NASA está muy implicada y colabora estrechamente con la ESA para el lanzamiento.
Webb es grande. Aunque el observatorio solo pesa seis toneladas, tiene más de 10,5 m de altura y casi 4,5 m de ancho en la posición plegada. Su contenedor de transporte mide 30 m de longitud y, con el equipamiento incluido, pesa más de 70 toneladas. Por esta razón, Webb llegará a la Guayana Francesa por mar, cruzando el canal de Panamá para atracar en el puerto de Pariacabo, en Kurú. Desde allí será transportado en un camión especial hasta el Puerto Espacial
Europeo. El equipamiento terrestre llegará por mar y aire desde todo Estados Unidos.
Los requisitos de limpieza son tan exigentes que sobre Webb se colocará una carpa de 12,5 m de alto y 12 m de ancho dentro de una propia sala limpia, purgada en todo momento con aire extremadamente puro para eliminar cualquier contaminación. Cuando se retire esta carpa, se utilizarán paredes de filtros y se utilizarán ventiladores. El carenado y otras partes del cohete cercanas a Webb recibirán un tratamiento especial para garantizar su limpieza.
Desde el momento del despegue hasta la separación, los servicios de plataforma de despegue del CNES seguirán al Ariane 5 desde estaciones terrestres en Kurú, en la isla de Ascensión (Atlántico Sur), Natal (Brasil), Libreville (Gabón) y Malindi (Kenia).
Inmediatamente después de que Webb se separe del cohete, la red de estaciones de seguimiento de la ESA, ESTRACK, seguirá las operaciones de la fase inicial de la órbita utilizando su estación terrestre de Malindi en colaboración con la red de estaciones de la NASA. ESTRACK es una red de estaciones terrestres situadas en siete países, capaz de seguir una naves espacial a casi cualquier lugar, incluso cuando que viajan a las profundidades de nuestro sistema solar.
ESA - S. Corvaja
El Ariane 5 utiliza una inmensa potencia de despegue.
El Puerto Espacial Europeo es una zona restringida que cubre una superficie de 690 km² de jungla que alberga una gran variedad de flora y fauna. Es, por tanto, una de las mayores zonas naturales protegidas de la costa guayanesa.
© John Kraus
ciencias del espacio
17
space science
© ESA/NASA
space science
© ESA - S. Corvaja
El Ariane 5 durante el traslado desde el edificio de ensamblaje final a la plataforma de lanzamiento, en Kurú.
webb
18
COLABORACIÓN INTERNACIONAL
Webb es un proyecto internacional dirigido por la NASA en
colaboración con la ESA y la Agencia Espacial Canadiense (CSA).
La colaboración internacional para construir este observatorio se inspiró en el éxito de la misión Hubble. Los socios del proyecto empezaron a cooperar en 1996 para diseñar y construir un sucesor que estuviera a la altura en el plano científico, y que ampliara aún más nuestro conocimiento de la ciencia y la astronomía.
Webb y Europa
La participación de la ESA en la misión Webb fue aprobada formalmente el Comité para el Programa Científico de la ESA en 2003. Las cuatro principales contribuciones europeas a la misión se formalizaron en un acuerdo firmado por la NASA y la ESA en 2007.
Estas contribuciones son:
• El instrumento NIRSpec
• El sistema óptico del instrumento MIRI
• El lanzador Ariane 5 y todos los servicios de lanzamiento
• Científicos para respaldar las operaciones de la misión A cambio de las contribuciones europeas, la ESA se asocia plenamente al Webb y garantiza a los astrónomos de los Estados miembros de la ESA el pleno acceso al observatorio Webb, en condiciones idénticas a las del Hubble. Los científicos europeos estarán representados en todos los órganos consultivos del proyecto, y podrán ganar tiempo de observación en Webb a través de un proceso de revisión por expertos, con la expectativa de una cuota mínima de la ESA del 15 % del tiempo total de observación del Webb.
La ESA aportará 15 astrónomos al centro de ciencia y operaciones (S&OC) del Webb durante la misión. El S&OC estará en el Instituto Científico del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore (EE. UU.) y es responsable de las operaciones técnicas y científicas del
observatorio.
Contribuciones europeas al conjunto de instrumentos de Webb
El instrumento NIRSpec está construido por la industria europea, siguiendo las especificaciones de la ESA y siendo gestionado por el proyecto Webb de la ESA en ESTEC, Países Bajos. El contratista principal es Airbus Defence and Space en Ottobrunn, Alemania. El detector de NIRSpec y los subsistemas de la matriz de
microobturadores son suministrados por el Centro de Vuelo Espacial Goddard (GSFC) de la NASA.
El instrumento MIRI se desarrolló como una asociación entre Europa y Estados Unidos. Los principales socios son la ESA, un consorcio de institutos europeos con financiación nacional, el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL, Jet Propulsion Laboratory) y el GSFC. Los institutos del Consorcio Europeo construyeron la cámara de MIRI, los espectrógrafos y el coronógrafo de acuerdo con los estándares de la ESA. Los detectores y el sistema de refrigeración criogénica los proporciona el JPL.
MIRI
NIRSpec
Los dos instrumentos proporcionados por la ESA.
© STFC/Airbus
ciencias del espacio
19
Alemania Dinamarca
Austria
Suiza Suecia
Bélgica
Francia (incl. Guayana Francesa)
Italia
España
RUAG
RUAG ETH Zurich APCO RUAG Stockholm University
Centre Spatial de Liège KU Leuven
Arianespace ArianeGroup CNES
Airbus Defence and Space Safran Reosc
CRAL Mersen Boostec CEA
LESIA/LAM IAS Reino Unido
Airbus Defence and Space Hensoldt Optronics IABG Max Planck Institute for Astronomy University of Cologne ArianeGroup DTU Space TERMA
Países Bajos NOVA-OIR Group Leiden University TNO
Irlanda
Dublin Institute for Advanced Studies Réaltra Space Systems Engineering
Leonardo Avio UK Astronomy Technology Centre
RAL Space
Airbus Defence and Space University of Leicester Cardiff University
Mullard Space Science Laboratory Surrey Satellite Technology Ltd
Airbus Defence and Space Crisa
IberEspacio INTA CSIC
19
MAPA DE LOS SOCIOS EUROPEOS
Este mapa destaca las principales contribuciones de la ESA y sus socios europeos al desarrollo de NIRSpec y MIRI y al lanzador Ariane 5.
Todos los Estados miembros de la ESA contribuyen a través del Programa Científico obligatorio.
© NASA/C. Gunn 20
Un ingeniero óptico inspecciona dos segmentos de espejo de prueba pulidos para el telescopio espacial James Webb: un segmento tiene el recubrimiento de oro ya aplicado; el otro, no.
MISIONES ESPACIALES CIENTIFICAS DE LA ESA
ciencias del espacio
bepicolombo
La primera misión europea a Mercurio estudiará el interior, la superficie, la atmósfera y la magnetosfera de este misterioso planeta para comprender sus orígenes.
ariel
Realización de un censo químico de una muestra amplia y diversa de exoplanetas mediante el análisis de sus atmósferas.
cluster
Una misión de cuatro satélites que investiga, con un detalle sin precedentes, la interacción entre el Sol y la magnetosfera de la Tierra.
athena
Un telescopio espacial avanzado de rayos X para cartografiar estructuras de gas caliente y determinar sus propiedades físicas, así como para buscar agujeros negros supermasivos.
envision
Investigando Venus, empezando por el núcleo y terminando en la atmósfera superior del planeta, con el objeto de determinar el porqué de una evolución tan diferente a la Tierra.
cheops
Caracterización de exoplanetas que se sabe orbitan alrededor de estrellas brillantes cercanas.
exomars
Dos misiones que comprenden un orbitador para estudiar la atmósfera marciana, una plataforma científica de superficie y un róver para buscar vida bajo la superficie.
euclid
Exploración de la naturaleza de la energía y la materia oscuras, revelando la historia de la expansión acelerada del universo y el crecimiento de la estructura cósmica.
juice
Explorador de lunas heladas de Júpiter, que realiza investigaciones detalladas del gigante gaseoso y evalúa el potencial de habitabilidad de sus grandes satélites helados.
gaiaCatalogación del cielo nocturno y hallazgo de pistas sobre el origen, la estructura y la evolución de nuestra Vía Láctea.
mars express
Primera misión europea a Marte, que proporciona una imagen global sin precedentes de la atmósfera, la superficie y el subsuelo del planeta rojo.
hubble
Ampliación de las fronteras del universo visible, con un estudio profundo del espacio con cámaras que pueden ver en longitudes de onda infrarrojas, ópticas y ultravioletas.
smile
Entendiendo todos los detalles de la conexión Sol-Tierra mediante la medición del viento solar y su interacción dinámica con la magnetosfera.
integral
El primer observatorio espacial que observa los objetos celestes simultáneamente en rayos gamma, rayos-X y luz visible.
sohoAportación de nuevas vistas de la atmósfera y el interior del Sol e investigación de la causa del viento solar.
lisaEl primer observatorio de ondas gravitacionales en el espacio, diseñado para estudiar las fluctuaciones en el espacio-tiempo producidas por eventos poderosos como la fusión de agujeros negros.
solar orbiter
Una misión para estudiar el Sol de cerca, recogiendo imágenes y datos de alta resolución de nuestra estrella y su heliosfera.
plato
Estudio de los planetas terrestres en órbitas hasta la zona habitable de estrellas similares al Sol, y caracterización de estas estrellas.
webbUn observatorio espacial para observar las primeras galaxias, revelar el nacimiento de estrellas y planetas, y buscar planetas con potencial de vida.
xmm-newton
Resolución de los misterios del violento universo en rayos-X, desde los enigmáticos agujeros negros hasta la formación de las galaxias.
BR-348/ES: Webb – Mirando más lejos ISBN 978-92-9221-138-7
ISSN 0250-1589
Más sobre Webb:
esa.int/webb
Más sobre Ariane:
esa.int/ariane
observadores cósmicos
exploradores del sistema solar
FACTS AND FIGURES
Estados miembros de la ESA:Alemania Austria Bélgica Dinamarca España Estonia Finlandia Francia Grecia Hungría Irlanda Italia Luxemburgo Noruega Países Bajos Polonia Portugal Reino Unido República Checa Rumanía Suecia Suiza
Una producción de la ESA
© 2021 European Space Agency 2021
La duración nominal es de 5 años; el objetivo es de 10 años Ariane 5
6200 kg, incluyendo el combustible y el adaptador del vehículo de lanzamiento
Órbita de halo L2 Sol-Tierra, aproximadamente a 1,5 millones de km de la Tierra
10,66 m alto × 4,47 m ancho
6,5 m diámetro, 18 segmentos de espejo de berilio recubierto de oro22×12 m, 5 layers
22 × 12 metros, 5 capas
Aproximadamente de 0,6 μm a 28 μm
(desde el infrarrojo cercano hasta el infrarrojo medio) Telescopio a −233°C
MIRI a −266°C
Instituto Científico del Telescopio Espacial de Baltimore, EE. UU.
Lanzamiento Duración de la misión Vehículo de lanzamiento Masa de lanzamiento
Órbita
Dimensiones plegado Espejo primario
Parasol Rango de longitudes de onda
Temperatura de funcionamiento
Centro de operaciones
