Un’enorme pietra miliare, il James Webb Space Telescope (JWST) è stato finalmente allineato per produrre la prima immagine unificata di una singola stella.
La maggior parte dei telescopi tradizionali di questi tempi (come quello che potresti avere nel tuo giardino) ha un unico specchio primario che raccoglie la luce lontana dalle stelle. Ma il JWST ha 18 specchi! Questi dovevano essere allineati in modo estremamente preciso per catturare l’immagine rilasciata dalla NASA oggi.
La sfida con James Webb Space Telescope
Il James Webb Space Telescope è il più grande telescopio che l’uomo abbia mai inviato nello spazio. È così grande che nessuno dei nostri razzi può trasportarlo quando è completamente esteso. In quanto tale, è stato progettato per essere piegato in modo ordinato per adattarsi all’interno della stiva in cima a un veicolo di lancio Ariane 5.
Il telescopio utilizza la tecnologia dello specchio segmentato. Questa tecnologia è in uso da alcuni decenni ormai, da alcuni dei più grandi telescopi ottici del mondo, incluso l’Osservatorio Keck alle Hawaii (che ha due specchi di 10 m di diametro, ciascuno composto da 36 segmenti esagonali).
La sfida principale con il JWST era riuscire a dispiegarlo nella sua forma completamente estesa nello spazio, in condizioni estreme di caldo e freddo e senza l’assistenza umana.
Questo processo è iniziato a gennaio. Una volta aperti, i segmenti dello specchio dovevano essere allineati in modo che tutti e 18 fossero combinati per formare un unico specchio curvo di 6,5 m di diametro.
Il JWST ha ora completato questo processo di allineamento, fornendoci la prima immagine unificata. L’immagine è stata scattata utilizzando la fotocamera a infrarossi vicini (NIRCam), uno dei quattro strumenti scientifici chiave del telescopio.
Ma come è stato fatto?
Ci sono sette piccoli motori fissati dietro ciascuno dei 18 specchi esagonali leggermente curvi del JWST. Il loro scopo è spostare e rimodellare la curvatura di ogni segmento in modo che tutti e 18 possano agire come un unico grande specchio.
Sei di questi motori sono raggruppati a coppie, equidistanti e posizionati attorno a ciascun segmento dello specchio. Questi sono usati per spostare lo specchio.
Il settimo motore è al centro ed è collegato ai sei angoli dello specchio con puntoni. Questo motore può regolare la tensione dei montanti per ottimizzare la curvatura di quel segmento dello specchio.
I motori possono spostare gli specchi in modo molto preciso, entro circa 1/10.000 del diametro di un capello umano. Questa precisione (entro una frazione di una lunghezza d’onda della luce) è importante per ottenere immagini di alta qualità dal telescopio.
Gli scienziati della NASA hanno utilizzato un’analisi matematica chiamata “recupero di fase” per studiare come il movimento di ogni singolo segmento ha cambiato la nitidezza dell’immagine finale.
Una volta ottenute queste informazioni, c’erano due compiti cruciali da completare prima che i segmenti potessero funzionare come un unico specchio monolitico: allineamento grossolano e allineamento fine.
Allineamento grossolano e fine
In fase di allineamento grossolano, i segmenti dello specchio sono stati spostati verticalmente (su e giù) fino a quando non si sono allineati per formare uno specchio gigante. Tuttavia, c’erano ancora piccoli errori di allineamento che dovevano essere corretti per ottenere la migliore immagine possibile.
È qui che avviene l’allineamento fine. In questo processo, invece di spostare i segmenti dello specchio, vengono invece spostate le piccole ottiche all’interno di NIRCam.
Quando il telescopio è puntato su una stella, la luce della stella colpisce prima lo specchio primario, in cui i singoli segmenti sono ora allineati ragionevolmente bene.
La luce continua quindi il suo percorso attraverso gli specchi secondari e terziari all’interno del telescopio ed entra nello strumento NIRCam. Durante l’allineamento fine, l’ottica all’interno di NIRCam viene regolata con molta attenzione fino a quando la stella non è completamente a fuoco.
Le fasi di allineamento grossolano e fine vengono entrambe ripetute fino a ottenere l’immagine più nitida. L’immagine rilasciata dalla NASA questa settimana mostra come appare una stella una volta completati questi passaggi.
Prima di questo, la NASA ha rilasciato un’immagine “impilata” (probabilmente della stessa stella) a febbraio.
Per questo, ciascuno dei singoli segmenti dello specchio è stato messo a punto per creare 18 immagini nitide della stella, ma ciascuna da un punto di vista leggermente diverso. Le 18 immagini sono state quindi impilate per produrre l’immagine.
I prossimi passi
Sebbene il test di successo del NIRCam sia una svolta per il JWST, ci sono molti altri passaggi da completare prima che possa mettere in atto il suo potenziale.
Successivamente la NASA esaminerà come si comportano gli altri strumenti con le immagini delle stelle e eseguirà un’ulteriore messa a punto dell’ottica di quegli strumenti. Successivamente, inizierà la fase di messa in servizio dello strumento. Oltre a NIRCam, ci sono altri tre strumenti a bordo del JWST: NIRSpec, NIRISS e MIRI.
Mentre NIRCam fornirà principalmente immagini dell’Universo sulla parte del vicino infrarosso dello spettro elettromagnetico, NIRSpec può dividere quella luce per studiare diverse firme (variazioni nelle proprietà della luce in entrata).
NIRISS fornirà funzionalità simili a NIRCam, mentre MIRI osserverà l’Universo a lunghezze d’onda molto più elevate (raggiungendo la gamma dell’infrarosso medio).
Tutti gli strumenti saranno portati alle loro temperature di esercizio e testati. Alcuni primi passi sono già iniziati e tutte le indicazioni finora sono buone. Molti dei passaggi hanno anche delle ridondanze integrate, il che significa che se un sistema dovesse fallire, ci sarà un altro modo per raggiungere lo stesso obiettivo.
Puoi tenerti aggiornato sulle attività del JWST online.
Autore
Themiya Nanayakkara, Università di tecnologia di Swinburne
