O Telescópio Espacial James Webb, carro-chefe da NASA, chegou ao seu destino. Depois de desdobrar o observatório cuidadosamente embalado durante sua jornada de um mês, os controladores dispararam brevemente os propulsores do Webb para colocá-lo em uma “órbita de halo” em torno de L2, um ponto de equilíbrio gravitacional a 1,5 milhão de quilômetros da Terra. Longe do calor e da agitação da órbita baixa da Terra, L2 será o lar de Webb pelo menos na próxima década.
Mas ainda faltam mais 5 meses de trabalho antes que o Webb esteja pronto para enviar imagens de seus alvos no universo infravermelho , desde as primeiras galáxias que se formaram após o big bang até as atmosferas de exoplanetas que podem conter pistas de quão amigáveis eles são à vida. Nos próximos dias, o Webb continuará resfriando atrás de seu protetor solar até sua temperatura operacional de –235°C. Em seguida, os operadores iniciarão o longo e intrincado processo de alinhamento dos 18 segmentos hexagonais do espelho principal de 6,5 metros da Webb para que formem um único refletor.
“Tudo o que estamos fazendo é para preparar [Webb] para fazer ciência transformadora”, diz Jane Rigby, cientista do projeto de operações do Goddard Space Flight Center da NASA.
Para a viagem ao local de lançamento na Guiana Francesa e em órbita em um foguete Ariane 5 , os segmentos do espelho foram travados no lugar por segurança. Os operadores acabaram de liberá-los para que possam girar livremente, diz Matt Greenhouse, cientista do projeto Webb da Goddard. Atrás de cada segmento de espelho de 1,3 metros estão sete atuadores, pequenos motores que podem ajustar a posição, inclinação e até curvatura dos segmentos.
Primeiro, os operadores apontarão Webb para uma única estrela brilhante e isolada na constelação da Ursa Maior, escolhida por sua estabilidade e pela falta de outras estrelas brilhantes nas proximidades. Quando vistos com um dos detectores da Webb, a Near Infrared Camera (NIRCam), os operadores esperam ver 18 pontos separados, um de cada segmento. “Será muito desalinhado”, diz Lee Feinberg, gerente do telescópio Webb em Goddard.
Cada segmento será mexido para ver qual ponto está produzindo. Em seguida, começa o processo de ajuste da inclinação de cada segmento até que os pontos estejam todos empilhados uns sobre os outros na visão do sensor. Ao mesmo tempo, os operadores ajustarão a curvatura dos segmentos para tornar cada ponto o mais pequeno e nítido possível. “É uma sequência de passos meticulosamente detalhada”, diz Feinberg.
O processo final é o “phasing”, garantindo que a luz não esteja apenas focada, mas também em sintonia, com os picos e vales das ondas de todos os 18 segmentos coincidindo. Para garantir que os caminhos de luz tenham todos o mesmo comprimento, os operadores ajustarão a distância dos segmentos do espelho secundário em frações de comprimento de onda de luz – bilionésimos de metro. Só então os 18 segmentos separados terão a resolução de “um belo espelho primário monolítico”, diz Feinberg, e “uma estrela se parecerá com uma estrela”. Será o início de um processo vitalício: os operadores continuarão a verificar a ótica da Webb a cada 2 dias e ajustarão as posições do segmento, conforme necessário, a cada 2 semanas. “Se eles flutuam por um vigésimo de comprimento de onda, nós nos preocupamos com isso”, diz Feinberg.
Depois de ajustar o espelho com a ajuda do NIRCam, os operadores verificarão se a luz passa de forma limpa em dois outros dois detectores, o espectrógrafo de infravermelho próximo e o espectrógrafo sem fenda do infravermelho próximo. Um quarto sensor, o Mid-Infrared Instrument (MIRI), opera em temperaturas muito mais baixas do que os outros três, apenas 6,4° acima do zero absoluto. Ele requer um resfriador mecânico que, por emitir calor residual, deve ficar no lado quente do protetor solar e canalizar seu refrigerante para MIRI – um dos sistemas mais desafiadores da Webb para construir. Quando o MIRI estiver totalmente resfriado no início de abril, ele também será alinhado opticamente.
No início de maio, os operadores esperam testar todos os 17 modos de observação dos instrumentos. O comissionamento envolve a visualização de uma variedade de objetos de referência, como estrelas com brilho conhecido com precisão ou campos estelares com posições medidas exatamente. Os pesquisadores querem entender como a saída de um sensor se relaciona com o influxo de luz e se a ótica interna do telescópio distorce as posições das estrelas. Os operadores também apontarão o telescópio para áreas sem estrelas do céu para entender a “corrente escura” criada pelo ruído térmico no próprio instrumento. “Não queremos as impressões digitais do instrumento na ciência”, diz Scott Friedman, cientista comissionado da Webb no Space Telescope Science Institute.
Ele e seus colegas querem ter certeza de que o telescópio também pode permanecer no alvo. “O posicionamento deve ser requintado”, diz Friedman. Eles testarão o Fine Guidance Sensor da Webb, que permite um bloqueio semelhante a laser em alvos em movimento, como as luas de Júpiter, ou qualquer coisa que exija exposições longas, como exoplanetas escuros ou galáxias distantes. Nas últimas semanas, os operadores testarão a estabilidade térmica do observatório quando apontado em diferentes direções. Embora a proteção solar mantenha o espelho e os instrumentos em sombra permanente, a luz solar aquece a espaçonave de maneira diferente em seus extremos, e um décimo de 1°C pode ter um efeito. “Esse tipo de mudança de temperatura é importante”, diz Feinberg.
No final de tudo isso, 180 dias após o lançamento no dia de Natal de 2021, as operações científicas podem começar e os astrônomos poderão ver do que o Webb é capaz. Friedman diz: “É para isso que trabalhamos, por anos e anos”.
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