Telescópio Espacial James Webb: Uma Jornada de 30 anos de desenvolvimento
O Telescópio Espacial James Webb é um dos mais ambiciosos e complexos projetos de exploração espacial da atualidade, tendo sido projetado para observar os cantos mais distantes do nosso universo e visualizar os primórdios da criação do nosso cosmos. Esse projeto tem uma história bem peculiar, de quase três décadas de desenvolvimento e uma cooperação de inúmeras empresas, agências e países. Mas, para entendê-la, devemos retornar ao passado, logo antes do lançamento de seu antecessor, o telescópio espacial Hubble.
Fig. Ilustração James Webb no espaço. Imagem de Vadim Sadovski — Shutterstock
Em setembro de 1989, antes mesmo do lançamento do Hubble, o Instituto Científico de Telescópios Espaciais (STSci) e a NASA promoveram um workshop sobre o telescópio espacial da próxima geração pós Hubble, onde astrônomos sugeriram a construção de um instrumento que seria capaz de captar dados no espectro infravermelho da luz.
Detectar ondas infravermelhas é algo muito importante, pois devido à expansão do universo, a luz vinda de locais muito distantes tem seu comprimento de onda esticado até as faixas infravermelho; assim, um telescópio que capta esse tipo de onda poderia visualizar o universo apenas 100 milhões de anos após o big bang, promovendo um melhor entendimento do cosmos e da origem da vida.
Fig. Espectro da luz. Imagem Byjus
Rapidamente, a ideia de observar o universo em infravermelho se tornou imprescindível, mas ainda havia alguns problemas a serem resolvidos: para observar distâncias tão longínquas seria necessário um espelho com diâmetro muito grande — por volta de 7 metros de diâmetro (3 vezes maior que o espelho do Hubble) — e muito pesado, o que seria impossível de ser comportado em um foguete para lançá-lo ao espaço, além de que qualquer fonte de calor atrapalharia a leitura dos dados infravermelhos do telescópio, necessitando de protetor solar e isolamentos térmicos extremamente eficientes, ou seja, um desafio de extrema complexidade de engenharia.
Em 1998, depois de quase uma década de estudos, alguns designs de telescópio foram propostos a NASA e ao STSci, e após algumas discussões envolvendo até mesmo a ideia de estabelecer o telescópio na Lua, optou-se por um modelo com um grande escudo solar retrátil em camadas, espelho dobrável e painéis solares também dobráveis.
Fig. Ilustração design inicial James Webb. Imagem ESA
Nos anos seguintes, o telescópio até então conhecido como next generation space telescope — ou telescópio espacial da nova geração — receberia o nome de James Webb Space Telescope, em homenagem ao segundo administrador da NASA, James Webb, e em 2004, finalmente começaria a sua construção, com orçamento inicial previsto de U$ 500 milhões de dólares.
DESENVOLVIMENTO E CONSTRUÇÃO
Tendo iniciada a construção, seria necessário elaborar sistemas os quais coubessem no interior de um módulo de um foguete, ao mesmo tempo em que fossem suficientemente eficientes e capazes de se auto reparar e ajustar, já que não é possível organizar missões de reparo como ocorrido com o telescópio Hubble.
Para o espelho, dividiu-se o espelho principal de 6,5 metros de diâmetro em 18 espelhos hexagonais menores — cada um medindo 1,32 metros de diâmetro e pesando cerca de 20 quilogramas — assim, seria possível dobrar o espelho para que coubesse no interior do foguete. Como material para os espelhos, utilizou-se o berílio, por ser forte e leve, e uma fina camada de ouro para intensificar sua reflexão, e para o seu funcionamento, foram instalados motores os quais direcionam todos os espelhos para o mesmo ponto, intensificando a luz recebida e formando uma imagem melhor.
Fig. Espelho principal do James Webb. Imagem NASA/Chris Gunn
Fig. Comparação Espelho principal James Webb e Hubble. Imagem NASA
Para resolver o problema da interferência do calor do Sol, foi implementado um escudo solar com 5 camadas do tamanho aproximado de uma quadra de tênis (21m x 14m) revestidas de alumínio e igualmente espaçadas, assim, o calor irradia para fora entre as camadas, e o vácuo do espaço atua como um isolante térmico, com a camada mais externa estando a 383 K e a mais interna 36 K.
Fig. Escudo solar com 5 camadas aberto. Imagem Northrop Grumann
Fig. Comportamento da radiação no escudo solar. Imagem STScl
No final, o design do James Webb consistia de:
- ISIM: módulo de instrumentos científicos integrados, serve de chassi para suporte juntamente com um painel traseiro, além de comportar a maior parte do hardware necessário para o funcionamento do telescópio — principalmente sensores de infravermelho;
- OTE: elemento telescópico óptico, composto pelos espelhos primários e secundários, envia a luz para os instrumentos do ISIM;
- Escudo Solar: responsável por proteger o ISIM e o OTE do Sol e da radiação refletida da Lua e da Terra.
Fig. Ilustração do design final do James Webb. Imagem NASA
Fig. Montagem do ISIM. Imagem NASA/Chris Gunn
Além disso, foi definido que a órbita do James Webb seria ao redor do Sol, há 1,5 milhão de quilômetros da Terra, em um ponto conhecido como segundo ponto de Lagrange, assim o espelho poderia ficar sempre no lado oposto ao Sol, evitando interferências do calor nas suas medições de infravermelho.
Fig. Órbita do James Webb. Imagem NASA
ATRASOS E LANÇAMENTO
Como dito anteriormente, o James Webb teve sua construção iniciada em 2004, e seu lançamento inicial era previsto para 2011. Entretanto, devido a problemas de administração, custos excessivos e atrasos, seu lançamento foi adiado, pela primeira vez, para 2013, e seu orçamento subiu de U$500 milhões para U$4,5 bilhões.
Em 2010, o desenvolvimento estava indo bem, mas alguns problemas de planejamento levaram a uma revisão do projeto, o que adiou o lançamento para entre 2015 e 2018. Um ano depois, em 2011, houve uma tentativa fracassada do congresso americano de cancelar o programa do James Webb devido aos constantes atrasos e ao orçamento que continuava subindo.
Anos depois, em 2018, a NASA decidiu adiar o lançamento para 2021 após um teste mal sucedido de tentativa de montagem do escudo solar, e após uma revisão no projeto, foram identificados 344 pontos de falha — pontos que, caso não funcionassem corretamente, comprometeriam todo o telescópio sem alternativas para recuperação.
Finalmente, após ter a construção concluída, e todos os testes realizados, o James Webb foi enviado à Guiana Francesa em outubro de 2021, e em 25 de dezembro de 2021 às 9:20 A.M. (BRT), após mais de U$10 bilhões gastos, 20.000 trabalhadores atuando, 14 países cooperando e 30 anos de projeto, o telescópio espacial James Webb decolou do centro espacial da Guiana, a bordo de um foguete Ariane 5.
Fig. James Webb lançando para o espaço a bordo do Ariane 5. Imagem Jody Amiet/Getty images
Chegando no espaço, todos os sistemas funcionaram corretamente e o telescópio espacial James Webb conseguiu se estabelecer como esperado. Ao longo de 2022, ele passou por vários testes e ajustes para calibrar e alinhar seus sistemas, e agora permanecerá escaneando e investigando os mistérios do universo.
Fig. Imagem captada pelo James Webb, mostra como uma galáxia era 4,6 bilhões de anos atrás. Imagem NASA/ESA/CSA/STSci
REFERÊNCIAS
https://webb.nasa.gov/content/observatory/sunshield.html
https://www.space.com/21925-james-webb-space-telescope-jwst.html
https://webb.nasa.gov/content/observatory/instruments/index.html
https://webb.nasa.gov/content/observatory/ote/mirrors/index.html
