Finalmente parte il James Webb Space Telescope!

Parte alle 13:20 di sabato 25 dicembre 2021 il James Webb Space Telescope, il più potente telescopio spaziale mai costruito finora.

Dopo 20 anni di lavoro e 12 di rinvio del lancio, con l’ultimo slittamento annunciato proprio pochi giorni fa a causa di condizioni meteo non ottimali, il nuovo prodigio della tecnica, il James Webb Space Telescope (Jwst), costato complessivamente oltre 8 miliardi di euro, pare abbia tutta l’intenzione di diventare il regalo di Natale per milioni di astronomi sparsi su tutto il pianeta.

E immagino tanti cenoni e pranzi di Natale rovinati qua e là da fratelli e sorelle astronomi e appassionati di astronomia ed esplorazione spaziale che, invece di sedere composti a giocare a tombola, elencano le peculiarità del nuovo mostro osservativo che stiamo per mettere in orbita.

Ma, ehi!, dovevate immaginarlo prima di invitare un/una astronomo/a a cena!

Approfondisci i criteri di lancio dei razzi in base alle condizioni meteo.

Lancio e messa in orbita

Mentre scrivo, il Jwst è già pronto nel naso del razzo Ariane 5 e in attesa sulla sua piattaforma di lancio presso la base di Kourou,  nella Guyana francese, sede del principale centro di lancio europeo di missili spaziali, usato per i razzi Ariane e Vega dell’ESA e il lanciatore russo Sojuz.

Il James Webb Space Telescope è un progetto della National Aeronautics and Space Administration statunitense (Nasa), dell’European Space Agency (Esa) e della Canadian Space Agency (Csa).

Dal razzo europeo verrà spinto e rilasciato nello spazio, con direzione e velocità tali da far arrivare il telescopio spaziale verso un punto ben preciso, noto come L2, 30 giorni dopo il lancio.

Il Jwst non avrà un’orbita bassa attorno alla Terra, come ad esempio l’Hubble Space Telescope, ma un’orbita solare, sfruttando uno dei 5 punti di equilibrio che sono appunto indicati con la lettera L in onore di chi ne ha dedotto matematicamente l’esistenza, Joseph-Louis Lagrange.

rappresentazione dei 5 punti di equilibrio o lagrangiani del sistema a tre corpi Sole-Terra-james webb
Il sistema Sole-Terra ha cinque punti Langrange, L1 – L5. Queste sono posizioni nello spazio in cui tre corpi possono orbitare l’uno rispetto all’altro ma anche rimanere nella stessa posizione l’uno rispetto all’altro. Il James Webb Space Telescope orbiterà intorno al Sole a 1,5 milioni di chilometri dalla Terra in L2, il secondo punto di Lagrange direttamente opposto rispetto al Sole dalla Terra.
Immagine: NASA, STScI.

L2 è un punto di equilibrio metastabile (cioè non assolutamente stabile, ma… diciamo… utile!) a 1,5 milioni di chilometri dalla Terra, in direzione opposta rispetto al Sole. Una volta arrivato lì, il Jwst potrà seguire l’orbita terrestre attorno al Sole restando però al suo esterno.

Clicca sul video e guarda l’animazione per visualizzare cosa intendo con “seguire la Terra, restando al di là della sua orbita”.
Animazione: NASA’s Goddard Space Flight Center

Perché in L2

Il Jwst ha una necessità fondamentale per funzionare bene: restare freddo. L’orbita solare nel cosiddetto punto L2 garantisce la possibilità di far restare il telescopio sempre circa alla stessa distanza dal Sole, ben 1,5 milioni di chilometri oltre alla distanza della Terra dal Sole stesso. Inoltre un sistema di schermi complicato e delicato, che comincerà a dispiegarsi già nella prima settimana dal lancio, proteggerà il Jwst dalla radiazione diretta del Sole.

Il tipo di orbita scelto consente di manovrare facilmente il telescopio affinché resti sempre schermato dal Sole, pur seguendo la Terra.

Mentre la faccia degli schermi rivolta al Sole avrà una temperatura di ben 85 gradi centigradi, il telescopio vero e proprio, nascosto dietro gli schermi solari, riuscirà a tenersi all’impressionante temperatura di -233 gradi.

missione scientifica

Occhi in infrarosso

Il motivo per cui Jwst deve lavorare a oltre 200 gradi sotto zero è che l’intervallo di lunghezze d’onda in cui deve osservare è soprattutto il medio infrarosso. L’infrarosso è un tipo di luce che non vediamo a occhio nudo, con lunghezze d’onda appena più lunghe dell’ultimo colore che noi riusciamo a percepire, il rosso (da qui, infatti, il nome). L’infrarosso però è praticamente quella radiazione che noi percepiamo come calore.

rappresentazioni di vari osservatori, terrestri e spaziali, in funzione dell'intervallo in lunghezze d'onda in cui osservano; si vede il james webb in intervallo infrarosso medio
Pianeti, stelle, galassie e altri oggetti nello spazio emettono una vasta gamma di forme di luce visibili e invisibili. Poiché diverse forme di luce hanno caratteristiche diverse, nessun singolo osservatorio può rilevare tutte le lunghezze d’onda. Gli astronomi in genere si affidano ai dati provenienti da più telescopi terrestri e spaziali per comprendere appieno gli oggetti e i fenomeni che stanno studiando.
Il telescopio spaziale James Webb è sensibile alla luce visibile (rossa) e al medio infrarosso. Webb orbiterà intorno al Sole in L2.
Leggi di più su questa immagine sul sito Nasa da cui l’ho presa.
Immagine: NASA, STScI

Il viaggio di un fotone che viene da molto, molto lontano

Immagina questa scena.
Un fotone, una particella di luce o, più genericamente, di radiazione elettromagnetica, parte da una lontanissima stella, nascosta nei recessi dell’universo profondo.
Questo fotone viaggia per miliardi di anni, percorrendo distanze umanamente inimmaginabili. E nel fare tutta questa strada subisce l’espansione dell’universo.
Il fotone era probabilmente partito come luce visibile, ma nel viaggiare in un universo in espansione, la sua lunghezza d’onda è stata stiracchiata, tirata e tirata finché non ha scavallato lo spettro del visibile finendo in quello, contiguo, dell’infrarosso.
Questo stanchissimo e antichissimo fotone arriva finalmente nei pressi di un umido pianeta blu, che ruota attorno ad una felice stella di media importanza, e casca sfinito sul lucidissimo specchio d’oro di un telescopio che ha appena aperto gli occhi (esagonali e compositi come quelli di una mosca).

foto dello specchio primario del james webb space telescope
Lo specchio primario del James Webb Space Telescope è un gioiello della tecnologia composto da 18 specchi esagonali ricoperti d’oro, materiale molto riflettente nell’infrarosso.
Foto: NASA/Desiree Stover

Lì il fotone dovrà ancora compiere un paio di passaggi tra diversi specchi prima di finire col produrre un segnale elettrico che, immortalato per sempre negli archivi digitali degli astronomi, contribuirà ad aggiungere un infinitesimo tassello alla conoscenza umana dello sterminato spazio (e tempo) in cui ci troviamo.

Il calore entra in competizione

Il Jwst deve quindi lavorare a temperature bassissime per evitare che gli allegri elettroni che si muovono per agitazione termica non vadano per sbaglio a generare un segnale come se fossero stati originati da un lontano fotone incappato sugli specchi.

Che cosa guardi, o telescopio, lassù, coi tuoi occhietti nell’infrarosso?

Innanzitutto, lontano. Gli occhi nell’infrarosso vedono più lontano, proprio per il principio spiegato qui sopra, dello spostamento verso il rosso dei fotoni che devono subire l’espansione dell’universo. In sostanza Jwst potrà guardare le prime strutture che si sono formate nell’universo, stelle e galassie, guardando la loro luce che a noi arriva ormai nell’infrarosso. E il Jwst è così potente che potrà spingersi a osservare fino a 13,5 miliardi di anni luce da noi. Poiché, nelle osservazioni astronomiche, guardare lontano nello spazio significa anche guardare indietro nel tempo, il Jwst ci racconterà storie vecchie oltre 13 miliardi di anni, praticamente ci racconterà com’era l’universo in fasce.

Non solo. Grandi aspettative sono riposte su uno strumento in grado di scrutare nell’infrarosso, perché significa anche che può sbirciare oltre le nubi di gas e polveri che ammantano in un velo di segretezza la nascita di giovani sistemi solari.

Spingersi oltre e dentro le nebulose, che sono ad esso trasparenti, per rivelarne il cuore pulsante.

E grazie alla sua potenza e sensibilità – con il Jwst da terra si potrebbe vedere un’ape che ronza sulla Luna – anche i cacciatori di esopianeti sono in fibrillazione: il Jwst promette di studiare le atmosfere degli esopianeti consentendoci di controllare se in esse ci sono le firme uniche di elementi e composti che ragionevolmente associamo allo sviluppo di forme di vita su un pianeta.

Un ultimo tocco di romanticismo

Sarà perché è Natale e sono in vena romantica, ma voglio darti una suggestione di quanto sia rilevante questa missione spaziale.

Il James Webb Space Telescope è spesso indicato come il successore potenziato e all’avanguardia dell’Hubble Space Telescope, uno strumento eccellente lanciato negli anni ‘90 e la cui missione ha avuto diverse proroghe, fino a lasciarlo attivo ancora adesso.

Allo stesso tempo però è molto di più.
Più ambizioso, più grande, capace di guardare più in profondità, fino a un passo dal limite estremo di ciò che dell’universo ci è concesso guardare.

infografica sulla reionizzazione cosmica e la profondità a cui james webb riuscirà ad osservare
Più di 13 miliardi di anni fa, durante l’Era della Reionizzazione, l’universo era molto diverso. Il gas tra le galassie era in gran parte opaco alla luce energetica, rendendo difficile l’osservazione di giovani galassie. Cosa ha permesso all’universo di diventare completamente ionizzato, o trasparente, portando infine alle condizioni “chiare” rilevate in gran parte dell’universo oggi? Il James Webb Space Telescope scruterà in profondità nello spazio per raccogliere ulteriori informazioni sugli oggetti che esistevano durante l’era della reionizzazione per aiutarci a comprendere questa importante transizione nella storia dell’universo.
Immagine: NASA, ESA, Joyce Kang (STScI)

I 20 anni di lavori e rinvii sono sintomo dello sforzo tecnologico e della cura maniacale con cui tecnici e scienziati hanno costruito quest’ultimo gioiellino di tecnologia. L’Hubble poteva essere riparato in orbita (e in effetti è accaduto fin da subito), poiché gira in orbita terrestre bassa, poco oltre i 500 chilometri di quota. Il James Webb invece dovrà cavarsela da solo: non possiamo mandare astronauti a ripararlo a 1,5 milioni di chilometri da Terra, che è circa 4 volte la distanza tra noi e la Luna!

Approfondisci i “problemi di vista” di Hubble, che hanno richiesto un’immediata revisione del telescopio subito dopo la messa in orbita.

Jwst è un osservatorio spaziale la cui missione ha durata prevista di 10 anni, deve quindi partire perfetto e restare in ottime condizioni per almeno un decennio, continuando a seguire in un balletto perpetuo la Terra nascondendosi quanto più possibile dal Sole. Riparando i suoi sistemi dal caldo mentre accoglie fotoni antichi quasi quanto l’universo stesso, che vengono a morirgli addosso nel sacrificio di raccontare la propria storia a questo surrogato tecnologico di curiosità umana.

Incatenati a doppio filo a questo sassetto umido blu attorno ad una stella media gialla, continuiamo a immaginare, progettare, costruire antenne e occhi sempre più sofisticati, da proiettare nel freddo vuoto che ci circonda, per saperne di più, scoprire di più, rispondere di più e meglio a domande che forse mai troveranno risposta.

James Webb Space Telescope in sostanza è una vera e propria ricerca delle origini, nel senso cosmologico del termine: da dove vengono le prime galassie?

Per dirlo con le parole di Bill Nelson, amministratore Nasa: «Questa è una missione straordinaria. È un brillante esempio di ciò che possiamo realizzare quando sogniamo in grande». È una missione che può approfondire di tanto la nostra comprensione dell’universo e forse dirci «Chi siamo. Cosa siamo. La ricerca eterna: perché siamo qui? Come ci siamo arrivati?»

Come seguire il lancio in diretta

Se vuoi rovinare anche tu il pranzo di Natale ad amici e partenti, collega la tv della sala da pranzo alla diretta live streaming della Nasa!
Vai qui sul loro sito, da mezzogiorno.


Hai dubbi, domande che vuoi farmi, aspetti che vuoi approfondire o commenti da lasciarmi? Scrivi qua sotto: mi farebbe molto piacere!


L’immagine in copertina è una foto del vettore Ariane 5 che contine il James Webb Space Telescope nell’ogiva, già predisposto e in attesa sulla rampa di lancio del centro spaziale di Kourou, Guyana Francese.
Foto: ESA – M. Pedoussaut


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