Come funziona il telescopio Webb

Cari lettori del Liceale, come promesso nel numero precedente, ecco qui un articolo dedicato completamente al nuovo telescopio spaziale James Webb, lanciato in orbita il 25 dicembre 2021 dalla NASA in collaborazione con ESA e CSA! Pensate che il suo valore è di dodici miliardi di dollari e che è stato realizzato dopo ben ventisei anni di lavoro (il che lo rende indubbiamente il telescopio spaziale più avanzato, più grande e più costoso mai costruito)! 

Quale sarà il suo compito? Osservare con un dettaglio senza precedenti l'Universo profondo, permettendoci di studiare i corpi celesti più antichi (così da gettare un po' di luce sui primi istanti di vita del cosmo), le supernovae più lontane (con la speranza di ottenere dati in più sulla misteriosa materia oscura), i processi di formazione stellare e planetaria e di scoprire pianeti nuovi, analizzandone le proprietà fisico-chimiche alla ricerca di condizioni che possano ospitare forme di vita! 

Proprio per questa sua versatilità esso è stato definito dagli scienziati come un multi-purpose telescope, un "telescopio tuttofare" che ci darà grandi soddisfazioni e moltissime nuove informazioni sullo spazio!

Com’è strutturato? 

Il James Webb Space Telescope è dotato di un sistema di quattro specchi, in grado di catturare la luce di oggetti molto distanti. Il più importante è di sicuro lo specchio primario, di 6,6 m di diametro e ben 705 kg. Questo è il più grande specchio mai mandato nello spazio ed essendo troppo ingombrante gli ingegneri lo hanno dovuto rendere pieghevole. Infatti lo specchio primario è composto da 18 segmenti esagonali in berillio ultraleggero placcato d’oro. Essi sono stati montati su un supporto mobile che ha consentito allo specchio di ripiegarsi, riuscendo così ad entrare nel razzo Ariane 5, che lo ha lanciato nello spazio.

Inoltre, il telescopio James Webb è in grado di osservare in banda infrarossa, questo grazie ai suoi 4 strumenti scientifici:

Per poter osservare nell’infrarosso, i sensori del James Webb devono essere protetti dal disturbo infrarosso proveniente da Terra, Luna e Sole. Perciò, il telescopio possiede uno scudo termico formato da 5 strati, di cui il primo è spesso 0,05 mm e gli altri 0,025 mm, grandi circa come un campo da tennis e resistenti a temperature comprese tra 400 °C e -270 °C. Lo scudo termico è sempre rivolto verso il sole e permette al telescopio di raggiungere le sue temperature ottimali: -233 °C per gli strumenti nel vicino infrarosso e -266 °C per MIRI. Infine, per mantenere costanti queste temperature JWST ha degli appositi strumenti di raffreddamento.

Lancio, orbita e posizionamento del JWST:

A differenza di altri telescopi spaziali come Hubble, James Webb deve trovarsi più lontano possibile dalla Terra e dalla Luna, poiché la loro emissione infrarossa comprometterebbe le immagini prodotte. Per questo motivo è stato mandato a circa 1,5 milioni di km da noi, nel punto lagrangiano L2, ovvero un punto di stabilità gravitazionale nel sistema Terra-Sole molto favorevole (infatti evita l’interruzione delle comunicazioni e rende il telescopio parzialmente schermato dalle radiazioni terrestri e dai raggi cosmici provenienti dal Sole).

Il lancio del telescopio spaziale James Webb è avvenuto tramite il razzo Ariane 5 dalla rampa di lancio ELA-3 di Arianespace, a Kourou (Guyana francese). La vicinanza all’equatore e la rotazione terrestre gli hanno perciò consentito una spinta ulteriore. Dopo il lancio ha effettuato circa 200 operazioni, come correzioni di rotta, assestamenti e controlli delle apparecchiature, fino a completare l’inserimento nell’orbita intorno a L2 il 24 gennaio 2022.

Come vengono sviluppate le immagini a colori?

Il James Webb Telescope osserva l’Universo con gli infrarossi, un particolare tipo di radiazione elettromagnetica che l’occhio umano non riesce a vedere o percepire. Infatti, se riuscissimo ad osservare lo spazio con un semplice cannocchiale, non riusciremmo a vedere nulla se non qualche rara chiazza rossa (solo una piccola parte delle frequenze dell'Universo ricade nella regione del visibile).

Quindi, le foto che ci arrivano dal telescopio non sono da subito così come le vediamo pubblicate sui siti, ma appaiono come un insieme di regioni a lunghezza d'onda diverse che devono perciò subire dagli scienziati un processo di "assegnazione di colore". In particolare, lo stesso soggetto viene osservato con più filtri diversi, raccogliendo determinate lunghezze d'onda a cui si attribuisce arbitrariamente un colore. Alla fine di tale processo, si "combinano" le diverse foto per ottenere un'immagine unica che riassuma in sé i dati raccolti dai vari scatti. Per spiegare questo concetto, l'astrofisico Massimo Stiavelli dice (riferendosi alla foto della nebulosa Carena): "Per un'osservazione scientifica, i filtri vengono scelti sulla base delle leggi e delle quantità fisiche da misurare. In questo caso corrisponde anche a una scelta esteticamente gradevole. Il blu indica una lunghezza d'onda emessa dall’idrogeno ionizzato: ci mostra la distribuzione di gas che viene ionizzato dalla luce ultravioletta di quelle stelle giovani e molto luminose che illuminano l'intera regione. La parte rossastra, più scura, è stata fatta scegliendo un filtro sensibile a una frequenza emessa dalle polveri interstellari, e ci fa quindi vedere questi strati di polvere che stanno sulla superficie della nube di gas. Poi c'è un terzo filtro che invece è più sensibile alla luce delle stelle".

Insomma cari lettori, il James Webb Space Telescope è uno strumento davvero affascinante e potente, che ci permetterà di conoscere sempre meglio il nostro Universo!

C.B. e M.T., 3^B