Natale nello spazio per il telescopio James Webb, che indagherà i segreti dell’Universo più remoto.

Il 24 Dicembre, alle ore 13.20 ora italiana, il più grande e complesso Telescopio spaziale mai progettato,
il James Webb Space Telescope, è stato lanciato dalla base dell’Esa,
l’Agenzia Spaziale Europea, di Kourou, nella Guyana Francese.

Link della diretta del lancio.

Il telescopio è stato trasportato nello spazio dal razzo vettore europeo Ariane 5.
L’impresa, di altissimo valore tecnologico e scientifico, è una collaborazione tra Nasa, Agenzia Spaziale
Europea (ESA) e Agenzia Spaziale Canadese (CSA)
. Lo strumento è dedicato allo scienziato
statunitense James Webb, (1906-1992) che nel 1961 il fu chiamato a dirigere la NASA
dalpresidente John Kennedy per portare avanti il Programma Apollo,
per portare l’uomo sulla Luna entro la fine del decennio 1960-1970.

A capo del team che ha realizzato lo strumento è John Mather, del NASA-Goddard Space Flight Center, insignito nel 2006, insieme a George Smoot, del Premio Nobel per la Fisica, per gli studi effettuati mediante il satellite COBE
(Cosmic Background Explorer) che ha permesso
di analizzare per la prima volta il fondo cosmico a microonde CMB ( Cosmic Microwawe Background),
il primo segnale emesso dall’Universo primordiale 480.000 anni dopo il Big Bang.

John Mather, Premio Nobel 2006

Da sinistra a destra:
Brian Schmidt (Nobel 2011), John Mather(Nobel 2006), Norma Sanchez, (Direttrice Ecole Chalonge) George Smoot(Nobel 2006).
Parigi, 2012, Sala Cassini, Observatoire de Paris, Colloquium Ecole Chalonge

Caratteristiche del JWS Telescope

Fig.4 Prima mappa della radiazione cosmico di fondo a microonde (CMB) ottenuto con il satellite COBE. I colori rappresentano le zone a differente temperatura e densità, da cui si sono formate le grandi strutture oggi presenti (galassie, ammassi di galassie, super ammassi di galassie)

https://science.nasa.gov/missions/cobe

E' possibile scaricare il pdf della conferenza tenuta da John Mather l’8 Aprile 2021, in cui descrive le caratteristiche e gli obiettivi scientifici del JWST.

CONFERENZA JOHN MATHER pdf

Il James Webb Space Telescope è la macchina robotizzata più grande e complessa mai inviata nello spazio;
infatti, il JWST (un progetto iniziato quasi 15 anni fa,
con un investimento complessivo di 10 miliardi di dollari), dovrà operare a 235 gradi sotto zero ed orbiterà a grande
distanza dalla Terra, a un milione e mezzo di chilometri,
nel punto lagrangiano L2, dove le forze d’attrazione gravitazionale del Sole e del nostro pianeta si annullano a vicenda. Impiegherà circa un mese per raggiungere il suo punto di osservazione; nel frattempo avverrà il dispiegamento delle varie componenti dell’osservatorio, dallo schermo solare multi-strato agli specchi primario e
secondario. Inizierà la sua missione operativa il prossimo 26 giugno, dopo le necessarie operazioni di collaudo e aggiustamento. Prima mappa della radiazione cosmico di fondo a microonde (CMB) ottenuto con il satellite COBE.
I colori rappresentano le zone a differente temperatura.

Una delle straordinarie immagini catturate da Hubble: “I pilastri della creazione, nubi di polvere cosmica in cui si formano le le nuove stelle.

Lo strumento è stato progettato per promuovere gli studi sulle strutture più misteriose dell'Universo, offrendo una straordinaria opportunità alla comunità scientifica internazionale.

Per guardare indietro nel tempo, il James Webb Telescope dovrà spingersi a oltre 13 miliardi di anni luce di distanza da noi. Per poter osservare così lontano necessita di uno specchio grande, che gli consenta di raccogliere più luce possibile, pertanto il James Webb Telescope è dotato dello
specchio primario più grande mai costruito per un telescopio spaziale.

Il JWST è costituito da un complesso sistema ottico, il cui elemento principale (specchio primario) è uno specchio di 6,5 metri di diametro, composto da 18 segmenti esagonali, ciascuno di diametro 1.32 m, realizzati in berillio, particolarmente resistente alle basse temperature e
ricoperti da un sottile strato d’oro che migliora la riflessione dello specchio della luce infrarossa e protetti da uno scudo termico di 5 strati di Krapton; i 18 segmenti sono montati su una struttura che si ripiega in 3 sezioni, che, una volta in orbita, si dispiegheranno e si bloccheranno nelle loro
posizioni permanenti.
La strumentazione è protetta da uno scudo termico di 5 strati Krapton, placcato di alluminio e silicio, che riflettere la radiazionesolare; anche questo schermo si dispiegherà una volta in orbita.

Gli altri elementi del sistema ottico di JWST sono tre:
lo specchio secondario, uno specchio circolare convesso di 0.74 metri di diametro - e lo specchio terziario, uno specchio sferico concavo di forma allungata, di circa 0.73×0.52 metri - contribuiscono alla focalizzazione; a questi si aggiunge il fine steering mirror, uno specchio piatto di alta qualità, utilizzato per stabilizzare l’immagine.

Il sistema ottico del James Webb (Optical Telescope Element, OTE).
La luce che esce dall’OTE converge sulla superficie focale dell’ISIM (Integrated Science Instrument Module), dove è indirizzata verso gli strumenti scientifici.
Credits: Gardner et al. (2016).

ESA ha realizzato MIRI (Mid-InfraRed Instrument), per lo studio sulla formazione di stelle e galassie, che copre la gamma di lunghezze d'onda del medio infrarosso, da 5 a 28,3 micron. Sarà in grado di osservare le prime generazioni di galassie che si sono formate dopo il Big Bang, e studierà i siti di formazione di nuovi pianeti e la composizione del mezzo interstellare.

ESA ha fornito anche NIRSpec (Near-InfraRed Spectrograph), uno spettrografo nel vicino infrarosso, che consentirà di effettuare ampie indagini spettroscopiche di oggetti astronomici come stelle o galassie lontane.
Nella sua modalità di spettroscopia a campo integrale, permetterà agli astronomi di studiare la struttura dettagliata di oggetti estesi, mentre la sua modalità di spettroscopia a fessura sarà usata per studiare le proprietà dei pianeti extrasolari e per caratterizzarne le atmosfere.

L’Italia è presente con la società Leonardo, che ha fornito il Refocusing Mechanism Assembly (RMA), per migliorare la qualità delle immagini, che sposta due specchi con una precisione maggiore di 5 centesimi di millimetro; gli specchi sono stati anch’essi progettati e prodotti da Leonardo, lavorati meccanicamente e otticamente nella officina di Campi Bisenzio a Firenze e poi sottoposti a un processo finale
di levigatura ottica estremamente sofisticato presso
il laboratorio di Merate e l’osservatorio astronomico di Brera.

A differenza del telescopio Hubble, lanciato nel 1990 in orbita terrestre, su cui gli astronauti possono intervenire direttamente in modalità EVA ( Extra-Vehicular-Activity) dopo averlo raggiunto e agganciato a uno shuttle, il JWST non potrà essere raggiunto per manutenzione o riparazioni ed ogni intervento dovrà essere realizzato da remoto.

Il telescopio Hubble in orbita intorno alla terra ad una altezza di 600 km e un'inclinazione di 28,5°. E’ dotato di uno specchio primario di 2,4 m di diametro

Fourth Service Mission: gliastronauti NASA Michael Good eMichael Massimino mentreriparano l'STIS (Space TelescopeImaging Spectrograph) all'internodi HST durante una EVA (Extra-Vehicular Activity) di 8 ore didurata. 17 maggio 2009, [credit: NASA]

Test del meccanismo di dispiegamento dello schermo termico in Krapton che protegge il JWST dallaradiazione solare. Credits: NASA/Chris Gunn

Gli specchi del JWST durante un'attenta ispezione con luce bianca.
Crediti: NASA/Chris Gunn

Inoltre Leonardo ha realizzato anche il sofisticato sensore stellare per il puntamento degli oggetti celesti, sviluppando tre sensori di assetto stellare (Autonomous Star tracker - A-Str ) e due sensoridi Sole (Smart Sun Sensor - Sss), componenti chiave dell'Attitude Control Subsystem (Acs), cherappresentano le bussole per l’orientamento del grande telescopio nello spazio.

Infine nei laboratori di Thales Alenia Space, tra Roma e L’Aquila è stato sviluppato il DST (DeepSpace Transponder) per le comunicazioni tra JWST e la base a terra.
Anche nel campo della ricerca scientifica c’è una forte presenza italiana, nell’ambito dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF): oggetto di studio dei diversi gruppi di ricerca saranno le nane brune, corpi a metà tra pianeti e stelle; la nascita di stelle in ambienti “estremi”; l’origine dei potenti getti di materia durante la formazione stellare; la formazione delle galassie più massicce dell’universo; il ruolo dei buchi neri supermassicci nell’evoluzione galattica; la prima generazione di stelle del cosmo.

Tutta la scienza del James Webb Space Telescope

Una curiosità: è italiana l’ideazione del grande telescopio a specchio segmentato; uno strumento di questo tipo è stata concepito e utilizzato per la prima volta dall’astronomo italiano Guido Horn d’Arturo (1876-1967) negli anni ’30, quasi un secolo fa, presso l’osservatorio astronomico di Bologna, di cui era direttore. Telescopi basati su questo principio sono oggi presenti in diversi centri di ricerca negli USA.

Guido Horn D’Arturo

Lo specchio modulareprogettato negli anni ‘30