El telescopio espacial James Webb se enfriando

Esta ilustración muestra el lado frío del telescopio Webb, donde se colocan los espejos y los instrumentos. Crédito: Northrop Grumman
Esta ilustración muestra el lado frío del telescopio Webb, donde se colocan los espejos y los instrumentos. Crédito: Northrop Grumman
  • Categoría de la entrada:Ciencia
  • Última modificación de la entrada:11 febrero, 2022
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Si bien hemos comenzado el largo proceso de alineación de los espejos del telescopio, casi todos los componentes del lado frío de Webb continúan enfriándose.

El parasol gigante de Webb mantiene el telescopio y las cámaras fuera de la luz solar directa y de la luz solar reflejada por la Tierra y la Luna. Todo en el lado frío del parasol se enfría pasivamente, irradiando calor al espacio profundo. 

Eso continuará hasta que el telescopio y los tres instrumentos de infrarrojo cercano (NIR) alcancen una temperatura de estado estable, donde los milivatios de energía que atraviesan el parasol, más el calor generado por la propia electrónica de los instrumentos, equilibran exactamente la pérdida de calor. en el espacio. 

Esperamos que el espejo primario se enfríe por debajo de los 50 kelvin (unos -370 grados Fahrenheit o -223 grados Celsius ), y los instrumentos NIR alcancen unos 40 kelvin (unos -388 grados Fahrenheit o -233 grados Celsius).

El instrumento de infrarrojo medio de Webb (MIRI) debe ser aún más frío . Además del enfriamiento pasivo, MIRI se enfriará mediante un enfriador criogénico de helio gaseoso de ciclo cerrado, o refrigerador, hasta una temperatura inferior a 7 Kelvin (-447 grados Fahrenheit o -266 grados Celsius). 

A diferencia de algunas misiones criogénicas anteriores, que se enfriaron hirviendo helio líquido y expulsándolo al espacio, el enfriador de MIRI reutiliza su helio, al igual que el refrigerador de su cocina recicla continuamente su propio refrigerante. El equipo de Webb encendió la primera etapa del enfriador criogénico MIRI esta semana.

En las varias semanas desde que se desplegó el parasol de Webb, los espejos de Webb se han estado enfriando, pero aún no han alcanzado su temperatura final. Hay una variación de temperaturas entre los diferentes segmentos, y los segmentos más cercanos al parasol y al autobús de la nave espacial son más cálidos. Esperamos que todos estos segmentos del espejo se enfríen otros 10 kelvin más o menos, pero sus temperaturas finales seguirán teniendo una variación de 15 a 20 kelvin. El espejo secundario, que cuelga al final de su estructura de soporte de “araña”, ya está muy frío.

Temperaturas del ensamblaje del segmento del espejo primario (PMSA) y del ensamblaje del espejo secundario (SMA), al miércoles 9 de febrero de 2022. Crédito: NASA
Temperaturas del ensamblaje del segmento del espejo primario (PMSA) y del ensamblaje del espejo secundario (SMA), al miércoles 9 de febrero de 2022. Crédito: NASA

Mientras tanto, los instrumentos NIR también se están enfriando. Al principio del proceso de enfriamiento, el equipo de Webb usó calentadores para mantener los instrumentos más calientes que las estructuras del lado frío, para evitar que se formara hielo de agua en las superficies ópticas. Pero todo eso ya está hecho, y los instrumentos y sus detectores se están enfriando muy bien. Sus temperaturas actuales son de unos 75 grados Kelvin (-325 grados Fahrenheit o -198 grados Celsius); continuarán enfriándose durante algunas semanas más antes de alcanzar su temperatura operativa final.

El enfriamiento de un telescopio de infrarrojos es un proceso preciso y crítico para garantizar el éxito de la instrumentación y, en última instancia, de la asombrosa ciencia. Hemos aprendido y mejorado muchos años de misiones infrarrojas. El historiador de Webb, Robert W. Smith, explica un poco más acerca de cómo Webb se basa en el legado de los observatorios infrarrojos anteriores:

“Investigadores pioneros examinaron varios objetos astronómicos en el infrarrojo desde el año 1800 en adelante. La astronomía infrarroja, sin embargo, comenzó a despegar recién en la década de 1960. Dadas las limitaciones impuestas por la atmósfera, los investigadores experimentaron con telescopios en globos y cohetes.

“Sin embargo, el gran premio fue un telescopio infrarrojo en el espacio que no se limitó a los cinco minutos de tiempo de observación del vuelo de un cohete. Los esfuerzos en los EE. UU., los Países Bajos y el Reino Unido llevaron al Satélite de astronomía infrarroja (IRAS). Lanzado en 1983, IRAS inspeccionó los cielos en un rango de longitudes de onda y, durante su vida útil de diez meses, identificó 350.000 fuentes infrarrojas El Observatorio Espacial Infrarrojo (ISO) siguió a IRAS en 1995. Se convirtió en el primer telescopio espacial infrarrojo en explotar conjuntos de detectores del tipo que había comenzado a revolucionar la astronomía infrarroja terrestre en los años alrededor de 1990.

“Crítico para el futuro de los telescopios espaciales infrarrojos fue el cambio radical hacia el enfriamiento radiativo o pasivo. Los espejos de los telescopios infrarrojos emiten radiación infrarroja, y para observar las señales infrarrojas emitidas por fuentes astronómicas, muchas de las cuales son extremadamente débiles, es necesario mantener los espejos muy fríos. Tanto IRAS como ISO habían mantenido fríos sus telescopios colocándolos dentro de un Dewar lleno de helio líquido. Pero la adopción de este enfoque limitó seriamente el tamaño del telescopio que podía volar. Tim Hawarden, del Observatorio Real de Edimburgo, comenzó a principios de la década de 1980 a explorar la idea de acabar con el Dewar. En cambio, un telescopio se lanzaría caliente y enfriado al irradiar calor al espacio.

“El primer telescopio espacial infrarrojo que usó enfriamiento pasivo fue el telescopio espacial Spitzer de la NASA, lanzado en 2003 en una órbita terrestre. El espejo primario se enfrió pasivamente a unos 34 kelvin antes de que se usara helio líquido para que el observatorio alcanzara menos de 6 kelvin. El Observatorio Espacial Herschel, un proyecto de la ESA (Agencia Espacial Europea), tenía un espejo primario enfriado pasivamente (a 80 Kelvin) con instrumentos enfriados con helio líquido. Herschel operó desde 2009 hasta 2013 y orbitó alrededor del punto L2 Lagrange, similar a Webb. El espejo de 3,5 metros de diámetro de Herschel lo convirtió en el telescopio infrarrojo más grande antes de Webb.

“En 1989, en un taller en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, los astrónomos exploraron ideas para el ‘Telescopio UV-Visible-IR de Próxima Generación’ para suceder al Hubble. Estas discusiones llevaron a la sugerencia de un telescopio infrarrojo optimizado, el ‘Telescopio espacial de próxima generación’, cuya visión se realizó en el observatorio infrarrojo más grande y poderoso del mundo: Webb”.

Robert W. Smith, profesor de historia, Universidad de Alberta

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