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#eliax explica: El Telescopio Espacial James Webb, su historia, importancia y futuro (ACTUALIZADO 4 VECES)
eliax id: 11585 josé elías en dic 23, 2021 a las 10:38 AM (10:38 horas)
JWST - James Webb Space Telescope - Telescopio Espacial James Webbeliax
Después de más de 14 años informándoles sobre el James Webb Space Telescope (JWST por sus siglas en inglés) en artículos como este del 2007, el tiempo por fin ha llegado, y si todo sale bien el próximo sábado 25 de Diciembre 2021 (entre las 7:20am y 7:55am horario de New York) por fin se lanza al espacio, y hoy quiero escribirles sobre su historia, importancia y futuro. Al final del artículo espero tengan una mejor apreciación sobre este monumental proyecto científico y sobre por qué nunca en la historia de la humanidad la comunidad científica estará tan nerviosa como el momento en que se lance este instrumento al espacio y sus posteriores meses de establecimiento en su hogar final.


La historia del JWST
La ideal del JWST originó en 1989, y entre ese año y el 1994 la comunidad científica empezó a idear, pre-diseñar y debatir sobre cómo podría construirse semejante instrumento. Es bueno destacar que varias de las tecnologías necesarias para su construcción todavía ni existían ni se habían inventado.

Después de esa época (que compagina con el éxito y los problemas del Telescopio Espacial Hubble) se inició una etapa de planeamiento, culminando en que para el 2002 se acuñara el nombre James Webb (eh honor al Director de la NASA que estuvo a cargo de las misiones Apollo que llevaron a la humanidad a la Luna) y se otorgara el contrato de su construcción a la empresa Northrop Grumman, que para los que no la conozcan es uno de los más grandes contratistas militares de EEUU, y esencialmente es una empresa que vive de contratos del gobierno de los EEUU, por lo que pueden estar seguros que en la decisión de elegirlos a ellos existió todo tipo de maniobras políticas tras bastidores, y que de existir una empresa privada como SpaceX en ese entonces que la historia hubiese sido diferente (en términos de costos y tiempos), pero esa es una historia para otro artículo... Mientras tanto lo importante a saber es que en ese momento se le puso un presupuesto al proyecto de Mil Millones de dólares (US$1,000MM), con una fecha de lanzamiento del telescopio para el 2010. En ese entonces también ya se hablaba de que si se disparaban los costos por imprevistos que el costo pudiese aumentar a US$3,500MM.

En el 2004 inició la construcción de los masivos espejos hexagonales que serían parte distintiva de su diseño. Estos espejos, chapeados en oro puro (para aumentar su sensibilidad a la luz infrarroja) se diseñaron como un conjunto de 18 piezas hexagonales por distintos motivos. El primero es que se hacía menos complejo y costoso fabricar los enormes espejos por separado, pero la razón principal es que no existe cohete en existencia capaz de subir un espejo tan grande, por lo que se hizo un diseño en donde el espejo en forma de colmena de abeja se dobla en 3 partes para que quepa en el cohete, y después se pueda abrir en el espacio a su tamaño de operación.

Es bueno notar que la precisión necesaria para que esos espejos se unan en el espacio debe ser inimaginable precisa, con márgenes de error en las millonésimas de un metro, por lo que toda una nueva tecnología de alineamiento se debió de inventar para hacer eso posible.

Por la misma razón, no solo el espejo principal, sino que el telescopio completo, fue diseñado de forma tal que este se doblara como una pieza de origami (literalmente), y de desdoble ya en el espacio. Esto de por sí ya representó una complejidad enorme para el diseño del JWST.

Notemos que muchos de estos diseños fueron re-pensados en el 2005 cuando se notó que el grado de complejidad iba a ser mucho superior a lo pensado, y se terminó decidiendo utilizar ese año el diseño actual.

Sin embargo los cambios de diseño más el entendimiento de la envergadura del trabajo adelante necesitaron de una revisión del presupuesto y la fecha de finalización, los cuales se corrigieron a US$4,500MM y una nueva fecha de lanzamiento del 2013.

El trabajo progresó por unos años, de camino topándose con grandes retos tecnológicos por resolverse, culminando esa etapa en un estudio independiente ordenado por El Congreso (de legisladores) de los EEUU en el 2010, en donde se concluyó que no solo iba a ser imposible finalizar el telescopio a tiempo, sino que su precio iba a aumentar significativamente. Al final del día se estimó una nueva fecha de poner el JWST en el espacio del 2015, y esta vez con un precio de US$6,500MM.

Sin embargo poco después se hizo evidente que incluso esos nuevos estimados no eran realistas, y la NASA corrigió la cifra a US$8,800MM con una nueva fecha de lanzamiento del 2018.

Después de mucho esfuerzo, el JWST fue finalizado en el 2016, pero al realizarse pruebas extensas se descubrieron todo tipo de anomalías y problemas de diseño e ingeniería, culminando esto en que se retrasara nuevamente el lanzamiento al 2019. En medio de todo esto se descubrieron todo tipo de errores humanos (que según la NASA costaron 18 meses de retraso y US$600 Millones de dólares).

Y en medio de todos estos retrasos, pruebas y rediseños de último minuto llegó el Coronavirus y la pandemia del COVID-19, poniéndose una fecha tentativa de lanzamiento para el 30 de Marzo del 2021. Estos nuevos retrasos aumentaron el costo en US$800M más, llevando el costo final de construcción del JWST a US$9,600MM y aportaron un nuevo retraso con la nueva fecha siendo Octubre 2021.

Sin embargo, meses antes se descubrieron problemas con el cohete Ariane 5 que lanzaría el JWST, y se retrasó nuevamente el lanzamiento para el día 18 de diciembre 2021.

Mientras tanto el JWST fue transportado por el canal de Panamá en secreto (debido a su valiosa carga) a su lugar de lanzamiento y pruebas finales en el complejo ELA-3 de la empresa Arianespace, cerca de Kourou, en Guayana Francesa.

Sin embargo el JWST no se lanzaría el día 18, ya que días antes una correa que mantenía asegurado el telescopio en el laboratorio de pruebas se soltó inesperadamente lo que provocó una serie de vibraciones en todo el telescopio, y por tanto se tuvo que pausar para revisar que todo estuviese funcionando bien después de ese incidente. La nueva fecha fue Diciembre 22.

Sin embargo el día 22 tampoco se iba a poder lanzar al descubrirse un fallo con uno de los cables del sistema de telecomunicaciones del telescopio. Y entonces se mudó la fecha al día 24.

Y el día 24 se pospuso una vez más para el día 25 debido a que no se pronosticaban situaciones atmosféricas favorables para el despegue.

Así que si todo sale bien, este sábado 25 de diciembre 2021 despega el JWST (si ocurre otro retraso o eventualidad actualizaré este artículo).


Riesgos del JWST
Y he aquí en donde entran los nervios. El JWST es un instrumento que ha sido soñado durante más de 3 décadas, y su lanzamiento se ha retraso ya por más de 2 décadas, y el tiempo, dinero, diseño, recursos humanos, carreras, investigación, tecnología, sudor y sueños que ha sido invertido en su construcción no puede subestimarse bajo ninguna posible variable de medida. Y dado su gran costo y complejidad no existe un respaldo. O todo sale bien con su despegue y puesto en funcionamiento o se perdió todo ese trabajo (y sueño); sería uno de los días más tristes de la humanidad.

Y noten que a diferencia del Telescopio Espacial Hubble que orbita a apenas 547km sobre la Tierra, el JWST estará a 1.5 millones de km de distancia de nosotros, en un lugar en donde se haría imposible en la práctica ir a repararlo (como fue el caso con el Hubble que sufrió de problemas con su espejo principal así como otros problemas que científicos y astronautas pudieron solucionar).

Y es bueno notar que el nivel de complejidad del JWST es muchísimo mayor que el Hubble, por lo que muchas cosas puedan salir mal hasta que este empiece a funcionar en ese punto lejano. Según la NASA, hay una lista de más de 1,000 (mil) cosas que tienen que funcionar a la perfección para que el JWST llegue a su destino y empiece a trabajar.

Entre las cosas que pueden salir mal se destacan el lanzamiento mismo, la etapa de "descascaro" en donde el JWST será expuesto al espacio por primera vez, la etapa de descoplamiento de la nave Ariane 5, la etapa de impulso hacia su hogar (el llamado Punto Lagrange L2), le etapa de desplegar sus paneles solares, la etapa de despegarse de la base impulsora, la etapa de desplegar y acoplar los elementos de su espejo, la etapa de desplegar su protector solar (una inmensa tela super avanzada más fina que un cabello humano que le dará sombra ante el Sol, y que permitirá que el JWST funcione a una temperatura de unos 50 grados Kelvin que equivale a unos -223° C o -370° F, y notar que del otro lado de la tela la temperatura será de unos 383 grados Kelvin o unos 110° C o 230° F), sus antenas de comunicación (si no podemos hablar con el JWST no podremos darle instrucciones ni ver las imágenes que genere), etc etc etc.

Eso sin mencionar sus sistemas de cómputos, almacenamiento, propulsión, guía astronómica, software, y las decenas de miles de piezas que componen todo eso.

O en otras palabras, este despegue y subsecuente llegada a su destino final serán los primeros minutos y subsecuentes meses de mas nervios y ansiedad en toda la historia científica de la Tierra. Literalmente hay miles de cosas que pudiesen fallar, y todas deben funcionar a la perfección, y en el primer intento. No hay respaldos ni segundos intentos. Y por eso parte del costo del JWST, pues tenemos que asegurarnos que todo funcione sin margen de error. Si yo tuviese que decir cuáles son las posibilidades de que algo surja mal con el JWST en su lanzamiento y puesta en marcha, diría (preocupadamente) que no es un porcentaje bajo, rondando quizás en el 3 al 5% que es bastante alto para este tipo de misiones.

Y si se preguntan, ¿por qué enviar el JWST tan lejos? Pues como siempre, hay una razón científica para ello. A donde enviaremos el JWST es lo que se llama el Lagrange Point L2, que es un lugar en el espacio en donde la fuerza gravitatoria de la Tierra y la del Sol se cancelan mutuamente, por lo que cualquier objeto en ese lugar podrá permanecer tranquilo sin necesidad (o muy poca necesidad) de utilizar combustible (aun así el JWST lleva un poco de combustible para pequeñas maniobras de calibración y ajustes), y es importante además ese lugar ya que al quedar a 1.5 millones de km de la Tierra (y la Luna) no tendrá interferencia de nuestras señales u objetos cercanos de gran tamaño, lo que es esencial para el tipo de astronomía que estará haciendo.



¿Cuándo empezaría a funcionar el JWST?
Antes de que el JWST envíe su primera imagen, varias cosas deben suceder. Lo primero es que debe lanzarse y llegar a su destino final en el punto L2, sin embargo ese no es un viaje corto. Le tardará al JWST aproximadamente un mes de viaje llegar a su destino, y varias semanas para estar totalmente desplegado físicamente en su forma final.

Después se iniciarán toda una serie de pruebas de todo tipo que incluyen pruebas mecánicas, de consistencia, de vibraciones, de telecomunicaciones, computación, almacenamiento, orientación, data, algoritmos, y sobre todo de sus instrumentos científicos.

Esta es una etapa crucial y extensa, que contando todo desde el día de su lanzamiento tomará unos 6 meses. Y solo después de este tiempo y que se haya verificado que todo esté funcionando correctamente se le dará la instrucción del JWST de capturar su primera imagen oficial. El día que esa imagen llegue a la Tierra será un gran día para celebrar en la ciencia y para toda la humanidad.


¿Qué va a estudiar el JWST?
Si todo sale bien, la misión principal inicial del JWST será nada más ni nada menos que observar directamente a nuestro universo en el pasado cuando este tenía apenas entre 100 y 250 millones de años (recordemos que el Big Bang se estima ocurrió hace unos 13800 millones de años), por lo que estaríamos observando nuestro universo cuando este era literalmente un bebé.

Eso significa que veremos las primeras estrellas mientras se formaban y también veríamos las primeras galaxias y posibles agujeros negros. Esto nos dará información invaluable para confirmar varias teorías científicas y de paso sin duda contribuirá a una nueva serie de descubrimientos, algunos de los cuales cuya naturaleza aun quizás no podemos ni imaginar.

En paralelo a esa misión principal, los instrumentos del JWST también nos darán invaluables nuevos datos sobre exoplanetas (planetas en otros sistemas solares), la evolución de las galaxias, información adicional sobre objetos exóticos como agujeros negros, estrellas de neutrones y cuásares, y quizás nos de pistas para resolver temas pendientes como el concepto de la Energía Oscura que aparenta ser responsable de la expansión del universo, así como la posibilidad de averiguar qué es la tal llamada Materia Oscura. Y (literalmente) miles de temas más en su lista.

Como nota final noten un par de curiosidades sobre la capacidad del JWST (que compartí con ustedes en mis redes sociales recientemente): El espejo del JWST puede distinguir los detalles de una moneda colocada a 40km de distancia, así como puede ver estrellas 10 mil millones de veces más tenues que verlas a simple vista.

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Para ver el lanzamiento en vivo sintonicen en NASA TV en este enlace en YouTube.

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Los dejo ahora con un video oficial que les ilustra cuál será la travesía del JWST desde el momento del despegue a su inicio de funcionamiento. El video es en inglés pero la parte visual les dará una buena idea de todo lo que ocurrirá sin necesidad de palabras. Que lo disfruten.


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Actualización 1: Si desean ver una versión doblada al español del video anterior, la pueden ver acá, cortesía de mi amigo Manuel Grullón (@manuelg296) quien una vez fue Presidente de Astrodom (la Sociedad Astronómica Dominicana) y es el actual Coordinador Nacional de divulgación astronómica para República Dominicana ante la UAI (Unión Astronómica Internacional)


Actualización 2: ¡El lanzamiento fue todo un éxito! Ahora a seguir con las próximas etapas arriesgadas de la misión que incluye un mes de viaje hasta su destino final y todos los pasos enumerados en el artículo. Hoy fue un gran día para la humanidad.


Actualización 3: ¡Hoy 8 de enero 2022 el JWST finalizó su etapa de ensamblaje final! Los próximos pasos son empezar a alinear los bloques del espejo principal para formar un solo espejo compuesto perfecto y empezar a calibrar y probar todos los instrumentos a bordo. Todo este proceso tomará unos 5 meses más, pero ya lo más peligroso de la misión ha pasado lo que es un minumental alivio.

Actualización 4: Esta semana que inicia Marzo la NASA anunció que se acaba de finalizar exitosamente la alineación tanto de los espejos como de la cámara principal, y además anunció que las primeras imágenes de pruebas de calibración superan las expectativas. Todavía se estima que para Julio de este año 2022 entrará en operación oficialmente.

autor: josé elías

Comentarios

  • Que belleza. Ojalá todo salga bien y nos ayude a avanzar el conocimiento de nuestro universo.

  • Gracias por tanto Eliax!!!!! Crucemos los dedos y que todo salga bien.

  • Gracias por compartir Eliax, esto sin duda alguna es demasiado emocionante. Todo esto me recuerda cuando era pequeño y tenía tantas interrogantes sobre el universo. Esperemos todo salga bien!

  • Muchas gracias por compartir, Eliax. Nos emocionas con tus blogs. Ojalá y todo salga bien.

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"Juro que me hizo transpirar de sólo verlo... sublime"

por "Marcelo Mira" en feb 21, 2015


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