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Specchio d'oro JWST e sunshield nel punto L2

Qualsiasi corpo celeste caldo, come il Sole, la Terra o la Luna, emette radiazioni termiche che accecherebbero letteralmente i sofisticati sensori del James Webb Space Telescope. Per questa ragione, l'osservatorio non orbita attorno alla Terra ma è posizionato a 1,5 milioni di chilometri di distanza, nel punto L2. LEGGI TUTTO L'ARTICOLO

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Ricostruzione AI

L2: il punto di equilibrio instabile e l'orbita ad alone
A differenza del celebre Hubble, che orbita a soli 540 chilometri dalla crosta terrestre, il James Webb Space Telescope (JWST) è stato collocato in una regione dello spazio profondo nota come punto L2 di Lagrange, a circa un milione e mezzo di chilometri dalla Terra, sulla linea immaginaria che congiunge il Sole al nostro pianeta. In questo punto, l'attrazione gravitazionale combinata di Sole e Terra bilancia esattamente la forza centrifuga di un corpo che orbita con lo stesso periodo di rivoluzione terrestre, permettendo al telescopio di “seguire” la Terra nella sua orbita senza consumi di propellente eccessivi. Tuttavia, L2 è un punto di sella, intrinsecamente instabile: una minima perturbazione tenderebbe a far allontanare il veicolo. Per questa ragione, il JWST non staziona esattamente su L2, ma descrive un'ampia orbita ad alone tridimensionale, che richiede correzioni attive di traiettoria mediante l'accensione periodica dei suoi propulsori a idrazina, in media ogni 42 giorni. Questa collocazione offre un vantaggio termico e osservativo straordinario: Sole, Terra e Luna si trovano sempre alle spalle dell'osservatorio, consentendo allo scudo termico di bloccare ogni fonte di calore e luminosità parassita, e permettendo osservazioni continue per 24 ore al giorno senza l'interruzione delle eclissi orbitali. L'orbita ad alone garantisce inoltre una copertura costante del cielo, con la possibilità di puntare qualsiasi regione al di fuori del disco solare, un lusso che Hubble, soggetto a 16 albe e tramonti giornalieri, non poteva permettersi. La distanza da L2, tuttavia, ha reso il JWST irraggiungibile per missioni di riparazione, a differenza di Hubble che venne manutenzionato dagli astronauti dello Shuttle. Tutto doveva funzionare perfettamente sin dal primo giorno, e la complessità del dispiegamento autonomo – oltre 300 operazioni singole, ciascuna con un unico punto di fallimento – ha rappresentato una delle imprese più ansiogene della storia ingegneristica.

Specchi d'oro, berillio e il silenzio criogenico
Il cuore ottico del JWST è composto da 18 specchi esagonali in berillio rivestiti d'oro, per un diametro effettivo di 6,5 metri. Il berillio, un metallo leggero e straordinariamente stabile a temperature criogeniche, è stato scelto perché non si deforma al variare della temperatura, mantenendo la figura ottica richiesta con un errore inferiore a 100 nanometri. Ciascun segmento è dotato di attuatori che possono regolarne la curvatura, la punta e la traslazione sei volte al minuto, correggendo attivamente le distorsioni indotte da micrometeoriti o assestamenti termici. La doratura non è un vezzo estetico: l'oro riflette oltre il 98% della radiazione infrarossa, la banda elettromagnetica in cui il JWST scruta l'universo primordiale. Per preservare la sensibilità dei rivelatori, l'intero telescopio deve operare a una temperatura di circa 45 Kelvin, pari a meno di 230 gradi Celsius sotto zero. Questo silenzio criogenico è ottenuto passivamente grazie al mastodontico parasole dispiegabile, un sistema di cinque membrane in Kapton spesse come un capello umano, con un rivestimento in alluminio e silicio che offre un fattore di protezione equivalente a una crema solare SPF 1.000.000. Lo schermo divide il veicolo in due emisferi termici inconciliabili: il lato caldo, esposto al Sole, può superare i 100 gradi Celsius, mentre il lato freddo scende a temperature inferiori a quella di congelamento dell'azoto. L'allineamento degli specchi e la verifica della performance ottica vengono effettuati mediante tecniche di interferometria computerizzata, che confrontano le immagini realmente ottenute con ologrammi digitali di riferimento, consentendo correzioni di frazioni di lunghezza d'onda.

Scienza galattica e scoperte cosmiche
Grazie alla sua sensibilità senza precedenti, il JWST è in grado di rilevare la debole luce infrarossa emessa dalle prime galassie formatesi poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang, quando l'universo era ancora in gran parte opaco. Queste osservazioni stanno rivoluzionando la comprensione della reionizzazione cosmica e della formazione delle strutture a grande scala. Il telescopio analizza anche le atmosfere degli esopianeti transitanti, identificando spettroscopicamente la presenza di acqua, metano, anidride carbonica e potenziali biofirme. Nel 2022, ha catturato l'immagine più profonda dell'universo mai ottenuta, il cosiddetto “Webb's First Deep Field”, mostrando migliaia di galassie in una porzione di cielo grande come un granello di sabbia tenuto a braccio teso. La combinazione di grande apertura, ottiche criogeniche e posizione privilegiata ha aperto una nuova finestra sull'universo oscuro, promettendo di rispondere a domande fondamentali sulla natura della materia oscura e dell'energia oscura. Ogni fotone raccolto dal JWST ha viaggiato per miliardi di anni, e la sua cattura è il frutto di un balletto tecnologico che orchestra specchi mobili, schermi termici e propulsori in un ambiente inospitale, a 1,5 milioni di chilometri da casa.

Il JWST non è solo un telescopio, ma una macchina del tempo. Con il suo sguardo infrarosso, ci sta svelando l'infanzia dell'universo da un'oasi di quiete criogenica nel punto L2.

 

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