Tras el lanzamiento, llega la parte difícil para el Telescopio Espacial James Webb

Después de años de retraso, el Telescopio Espacial James Webb, el observatorio más ambicioso jamás construido, ha abandonado la Tierra. Ahora se enfrenta a una serie de despliegues de alto riesgo en el espacio profundo.

Impresión artística del Telescopio Espacial James Webb plegado y guardado dentro de su cohete Ariane 5.
Impresión artística del Telescopio Espacial James Webb plegado y guardado dentro de su cohete Ariane 5.

El alivio fue tan profundo como lo que estaba en juego. A las 7:20 a.m. (ET), el cohete que transportaba el Telescopio Espacial James Webb, el más grande y ambicioso de la historia, salió de la plataforma de lanzamiento en la Guayana Francesa, y los miembros del control de la misión en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore rugieron de júbilo.

Con el telescopio espacial James Webb (JWST) está en riesgo no solo la viabilidad de la vasta cartera de ciencia espacial de la NASA, sino también el futuro de la astronomía en sí

El suspenso no había terminado del todo. Media hora después del lanzamiento, el telescopio todavía necesitaba desacoplarse de su cohete anfitrión, tras lo cual tuvo que desplegar paneles solares para impulsar parcialmente su viaje. Solo después de que el primer despliegue resultó exitoso, explicó un portavoz de la NASA en un comunicado a Scientific American, "supimos que teníamos una misión".

Con el telescopio espacial James Webb (JWST) está en riesgo no solo la viabilidad de la vasta cartera de ciencia espacial de la NASA, sino también el futuro de la astronomía en sí. Como sucesor del Telescopio Espacial Hubble (HST), JWST es uno de esos proyectos científicos únicos en una generación que pueden agotar la paciencia de los benefactores del gobierno, así como la credibilidad de la agencia responsable, pero también definir un campo durante décadas y posiblemente, redefinirlo para siempre.

"Este es un gran día, no solo para Estados Unidos y nuestros socios europeos y canadienses, sino que es un gran día para el planeta Tierra ... [JWST] nos llevará de regreso a los inicios del universo", declaró el administrador de la NASA, Bill Nelson. “Sabemos que, en una gran recompensa, existe un gran riesgo. De eso se trata este negocio y por eso nos atrevemos a explorar. El telescopio espacial James Webb es una parte muy importante de esa exploración".

Vídeo de la NASA sobre el Telescopio Espacial James Webb. Vídeo: NASA.

Cuando JWST se separó de la etapa superior de su cohete, una transmisión de vídeo mostró a la nave brillando a la luz del sol, capturando una última mirada de cerca al observatorio antes de que su búsqueda para perforar el velo de la oscuridad cósmica lo llevara inaccesible lejos de la Tierra.

 "Cuando miramos más lejos, profundizamos o medimos con mayor precisión, estamos destinados a encontrar algo maravilloso", señala Ken Sembach, director del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial. “Hoy nos despedimos del telescopio en tierra y abrimos los ojos al universo”.

"La parte fácil está hecha y la parte difícil comienza ahora"

En el momento en que surgieron los paneles solares de JWST, el control de la misión se trasladó oficialmente a Baltimore. Para el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial dice Massimo Stiavelli, jefe de la oficina de la misión JWST, "la parte fácil está hecha y la parte difícil comienza ahora". Luego se ríe. "Es la mejor Navidad de mi vida".

Gran parte de la atención previa al lanzamiento se centró en la capacidad de JWST para mirar más hacia el pasado que el HST, que ha observado galaxias jóvenes de aproximadamente 400 millones de años después del Big Bang. En ese punto de la historia del universo, sin embargo, la materia ya había experimentado varias generaciones de evolución: galaxias fusionándose y triturando supernovas.

El telescopio Hubble se lanzó en abril de 1990.
El telescopio Hubble se lanzó en abril de 1990.

JWST, sin embargo, podrá ver hasta 100 millones de años después del Big Bang, un período en el que la mayor parte de la materia consistía solo en los elementos primordiales y apenas comenzaba a fusionarse en estrellas y galaxias. Desde el inicio de JWST, el objetivo principal ha sido vislumbrar estos fenómenos: los primeros objetos luminosos del universo.

El estudio de los exoplanetas

La otra frontera científica importante que explorará JWST es una que ha recibido menos atención, pero que podría resultar igualmente profunda en nuestra comprensión del universo. Es una especie de bonificación, un tema de estudio que los visionarios de la década de 1980 apenas habían previsto: los exoplanetas.

La evidencia de planetas que orbitan alrededor de estrellas distintas al sol surgió por primera vez en la década de 1990 (un hallazgo que le valió a algunos de sus descubridores una parte del Premio Nobel de Física 2019). Desde entonces, los astrónomos han encontrado miles de exoplanetas, y decenas de miles más seguramente desbordarán sus catálogos en los próximos años.

JWST debería ofrecer una evidencia más directa: observaciones de los planetas mismos, una hazaña que solo algunas otras instalaciones pueden lograr, aunque ninguna con la claridad de este nuevo telescopio 

Casi todos estos descubrimientos, sin embargo, se basan en evidencia indirecta: el brillo y el oscurecimiento regulares de una estrella cuando un planeta transita por su cara, o el bamboleo en el eje de una estrella causado por la atracción gravitacional de un mundo cercano.

Aspecto que podría tener uno de los exoplanetas
Aspecto que podría tener un exoplaneta.

JWST debería ofrecer una evidencia más directa: observaciones de los planetas mismos, una hazaña que solo algunas otras instalaciones pueden lograr, aunque ninguna con la claridad prometida de este nuevo telescopio espacial. En luz visible, el brillo de una estrella abruma a cualquier objeto cercano, pero al observar en el infrarrojo, JWST reducirá el contraste, para que los planetas puedan emerger del resplandor estelar de fondo como pequeños destellos de luz.

Esa reducción en el contraste ayudará aún más a los observadores a sondear las atmósferas de un puñado de mundos en busca de biofirmas potenciales como el oxígeno (producido en la Tierra por las plantas fotosintéticas), así como marcadores de habitabilidad, como el agua y el dióxido de carbono.

JWST ofrece alguna posibilidad, por mínima que sea, de responder a una eterna pregunta: ¿Estamos solos?

En resumen: JWST ofrece alguna posibilidad, por mínima que sea, de responder a una eterna pregunta: ¿Estamos solos?

“Ahí es donde estarán los grandes descubrimientos”, predice Nicholas Suntzeff, astrónomo de la Universidad Texas A&M y ex vicepresidente de la Sociedad Astronómica Estadounidense. “¿Hay otra vida en el universo? Si es así, tendría que ser el mayor descubrimiento científico jamás realizado".

Reverses en los proyectos de los telescopios

Muchos de los miembros del proyecto JWST aún no habían nacido cuando se lanzó el HST en 1990. Pero lo que sucedió a este telescopio ensombreció el proyecto. Las observaciones iniciales estaban desenfocadas y los ingenieros pronto se dieron cuenta de que su espejo había sido pulido incorrectamente, lo que llevó a un caso ruinoso de miopía cósmica y al ridículo público generalizado. Aunque los astronautas que realizaron caminatas espaciales posteriormente repararon el espejo (a un costo tremendo), el hecho fue un auténtico fiasco.

El telescopio Hubble cumple 30 años
El telescopio Hubble tuvo que ser reparado en el espacio.

En el caso del telescopio espacial James Webb, reveses significativos similares -técnicos, políticos, sociológicos- han precedido al lanzamiento. La estimación del presupuesto original era de entre 1,5 mil millones de dólares y 3 mil millones de dólares, y su fecha de lanzamiento para 2010. Sin embargo, para esa fecha límite, no solo los costos habían aumentado a 5 mil millones, sino que gran parte del telescopio todavía estaba en la mesa de dibujo.

Solo un año después, el presupuesto se había disparado en un 60 por ciento a 8 mil millones de dólares

El desarrollo de nuevas tecnologías fundamentales de JWST estaba resultando más intratable de lo que los planificadores habían imaginado. Solo un año después, el presupuesto se había disparado en un 60 por ciento a 8 mil millones de dólares, momento en el cual el Congreso intervino y estableció un límite de costos para JWST: de 8 mil millones o colapso.

¿Se atrevería el Congreso a cancelar una misión científica de tal ambición? Sí, lo haría, y una vez lo hizo. En octubre de 1993, el presidente Bill Clinton firmó un proyecto de ley que acabó con el superconductor Super Collider, que habría sido el acelerador de partículas más poderoso del mundo.

El Congreso consideró que el presupuesto del proyecto estaba fuera de control. La cancelación abrió un agujero en el corazón de la comunidad de física de partículas de EEUU, que, incluso tres décadas después, aún no se ha recuperado por completo.

Un momento del lanzamiento del Telescopio Espacial James Webb.
Un momento del lanzamiento del Telescopio Espacial James Webb.

Para 2018, el proyecto JWST estaba coqueteando con el límite del Congreso y desplazando la fecha de lanzamiento cada vez más hacia el futuro. Como revelaría más tarde una investigación de la Oficina de Responsabilidad del Gobierno, los problemas técnicos se estaban multiplicando: los trabajadores de Northrop Grumman, el contratista principal de JWST, descubrieron que la aplicación de un disolvente inapropiado había dañado las válvulas de propulsión del observatorio. Un error de cableado destruyó los transductores de presión. Y durante las pruebas de vibración, decenas de pernos salieron volando de la nave espacial.

El presupuesto creció en otros 800 millones de dólares, superando oficialmente el tope del Congreso. Y la fecha de lanzamiento se trasladó a 2021.

Controversia con el nombre del telescopio

Incluso el nombre del telescopio ha sido objeto de controversia. En 2002, el entonces administrador de la NASA, Sean O'Keefe, anunció que el Telescopio Espacial de Próxima Generación se llamaría en lo sucesivo Telescopio Espacial James Webb. La práctica de reemplazar los nombres genéricos de telescopios y observatorios con los nombres de científicos prominentes es rutinaria. O'Keefe, sin embargo, violó dos normas: su elección de homenajeado fue esencialmente una decisión unilateral, y ese éste no era un científico sino un colega administrador, de hecho, uno de los predecesores de O'Keefe.

El mandato de éste coincidió con lo que los historiadores ahora llaman "el susto de la lavanda": una búsqueda y purga de empleados LGBTQ en éstas y otras instituciones federales

James E. Webb había sido jefe de la NASA durante su apogeo de la carrera hacia la luna, de 1961 a 1968. En los últimos años, sin embargo, el nombre de la misión ha ganado otra capa de controversia: quién era Webb en el fondo. El mandato de éste como segundo al mando en el Departamento de Estado a fines de la década de 1940 y principios de la de 1950 y luego como jefe de la NASA coincidió con lo que los historiadores ahora llaman "el susto de la lavanda": una búsqueda y purga de empleados LGBTQ en éstas y otras instituciones federales.

Las investigaciones de los últimos años han arrojado escasa evidencia específica de la participación de Webb.

El telescopio Webb. colocado dentro del cohete que lo trasladó al espacio.
El telescopio Webb. colocado dentro del cohete que lo trasladó al espacio.

Los retrasos menores han continuado afectando a JWST en su camino hacia la plataforma de lanzamiento. En las últimas semanas, la fecha de lanzamiento se ha retrasado repetidamente, primero debido a un problema accidental del telescopio (una inspección no reveló daños) y, luego, debido a un fallo en un cable de comunicación, que conecta el telescopio a los sistemas terrestres. Un pronóstico de fuertes vientos para Kourou, el sitio de lanzamiento en la Guayana Francesa, indicó el momento del despegue desde la víspera de Navidad hasta el día de Navidad.

Los próximos desafíos

Durante el próximo mes, JWST todavía tendrá que ejecutar cerca de 350 maniobras potencialmente fatales, o "puntos únicos de falla" en la nomenclatura de la NASA, mientras se prepara para las observaciones científicas.

Los ingenieros desarrollaron una solución ingeniosa: dividir el panal en segmentos que se pliegan para que quepan dentro del cohete en la Tierra y luego se desplieguen

Quizás lo más complicado de todo será el despliegue del espejo o, más exactamente, espejos: 18 losas hexagonales recubiertas de oro en una disposición de panal. En parte, para que el telescopio no fuera demasiado pesado para lanzar, los ingenieros optaron por hacer los espejos con el elemento relativamente liviano llamado berilio. Pero el peso de los espejos no fue el desafío de diseño más difícil. Era su tamaño.

El telescopio espacial James Webb se pliega para su lanzamiento, que será en unos días.
El telescopio espacial se ha desplegar en el espacio.

Cuando los espejos asuman su configuración eventual, se extenderán colectivamente más de 21 pies (en contraste con el diámetro de ocho pies del HST). Para ello, los ingenieros desarrollaron una solución ingeniosa: dividir el panal en segmentos que se pliegan para que quepan dentro del cohete en la Tierra y luego se desplieguen, como si fueran originales, en el espacio.

En un punto de Lagrange, el equilibrio gravitacional entre la Tierra y el Sol actúa como una influencia estabilizadora, lo que permite que las naves espaciales conserven combustible

Si todo va bien, unos 30 días después del lanzamiento, el JWST llegará a su lugar de descanso final (por así decirlo): una región del espacio que los astrónomos llaman el segundo punto de Lagrange, o L2, uno de los cinco sitios del sistema solar que datan del siglo XVIII. El matemático italo-francés Joseph-Louis Lagrange determinó que seguiría el ritmo de la Tierra en sus órbitas alrededor del Sol. En un punto de Lagrange, el equilibrio gravitacional entre la Tierra y el Sol actúa como una influencia estabilizadora, lo que permite que las naves espaciales conserven combustible.

Sin embargo, en el caso del telescopio espacial James Webb, L2 tiene una ventaja adicional: está en el lado de la Tierra directamente opuesto al Sol, una posición que reduce la exposición no solo a la luz sino también al calor, una preocupación esencial en un instrumento sensible a las longitudes de onda infrarrojas.

Aun así, JWST seguirá necesitando protección térmica para que pueda enfriarse gradualmente, a lo largo de varios meses, hasta su temperatura operativa.

El espejo de Webb es del tamaño de una cancha de tenis, hecho de cinco capas recubiertas de aluminio.
El espejo de Webb es del tamaño de una cancha de tenis, hecho de cinco capas recubiertas de aluminio.

Durante la primera semana de su viaje, el telescopio desplegará un parasol de cinco capas (SPF un millón) del tamaño de una cancha de tenis para separar sus delicadas ópticas e instrumentos de todos los posibles contaminantes del calor. En el lado del telescopio del protector, la temperatura se acercará a –400 grados F. En el otro lado, puede llegar a alcanzar los 200 grados F o más.

Sin embargo, a pesar de todas sus ventajas, L2 tiene un inconveniente importante: está lejos de la Tierra, casi un millón de millas, o cuatro veces la distancia de la Luna. El Telescopio Espacial Hubble disfrutó de la posibilidad de auxilio de los humanos, por ejemplo, para corregir la falla en su espejo. Pero esa opción no estará disponible para JWST. Si algo se rompe, permanecerá roto.

Si nada se rompe, JWST comenzará a transmitir datos científicos a la Tierra este verano

Pero si nada se rompe, JWST comenzará a transmitir datos científicos a la Tierra este verano (los colaboradores de la NASA en la misión, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Canadiense, recibirán el 15 y el 5 por ciento del tiempo de observación, respectivamente). Estos tesoros telescópicos contendrán no solo nuevos conocimientos sobre los orígenes de la estructura cósmica y las atmósferas de los exoplanetas, sino también los secretos de la formación de estrellas en la Vía Láctea y la geología de los planetas exteriores de nuestro sistema solar.

Solo entonces los miembros de la comunidad mundial del Telescopio Espacial James Webb podrán relajarse verdaderamente y, para aquellos que lo deseen, celebrar la Navidad en julio.

El telescopio espacial James Webb se pliega para su lanzamiento, que será en unos días.

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