El Webb despliega su espejo secundario (4)

-Siguiendo la ruta del Telescopio Espacial James Webb-

El espejo secundario del telescopio Webb, perfectamente redondeado, es el único convexo de los cuatro que posee y está reconocido como el más difícil de pulir y probar, lográndose sin embargo una perfección por la cual su desviación del diseño es de aproximadamente la diezmilésima parte del diámetro de un cabello humano. Es por mucho el espejo criogénico convexo más grande construido jamás para un programa de la NASA. Su tamaño es aproximadamente el mismo del espejo primario del Telescopio Espacial Spitzer.

El espejo secundario fue pulido en el L3 Integrated Optical System - Tynsey, Richmond, California con precisiones de menos de una millonésima parte de pulgada y recubierto con una capa extremadamente delgada de oro de tan solo unos 700 átomos de espesor.

El espejo es cuidadosamente inspeccionado antes de ser ensamblado en el trípode

Crédito: NASA/Ball Aerospace/Tinsley

En primer plano a la izquierda tenemos la parte trasera del espejo secundario de 0,74 metros (2,4 pies) de diámetro en la punta del trípode soporte. El mismo fue colocado el 3 de marzo de 2016 en el James Webb.

Colocación del espejo secundario en el Centro del Vuelo Espacial Goddard.

Crédito: NASA / Chris Gunn

El ingeniero óptico de Ball Aerospace, Larkin Carey, se refleja en el espejo secundario del telescopio.

Es razonable pensar que la sensibilidad del espejo de un telescopio, o sea la cantidad de detalles que puede ver, está relacionada directamente con el tamaño del área del espejo que recoge la luz de los objetos que observa. Pero: ¿porqué más de un espejo? La respuesta es que un telescopio con un solo espejo curvo, como un telescopio newtoniano tendrá aberraciones. Uno con dos espejos las minimizará, pero con tres espejos curvos, las tres principales aberraciones ópticas: aberración esférica, coma y astigmatismo serán aun mejor minimizadas. Por lo tanto, en el caso del telescopio Webb, se optó por ésta configuración llamada telescopio anastigmat de tres espejos, que por otra parte es imprescindible en telescopios con amplio campo de visión. El espejo principal o primario que dispone de la superficie colectora, tiene una forma parabólica cóncava, la cual refleja la luz en el espejo secundario de una forma hiperbólica convexa. A su vez, este segundo espejo reenvía la luz al centro del espejo primario. En este centro, se encuentra el AOS (Aft Optics Subsystem) dentro del cual hay un espejo terciario para corregir aberraciones y además un espejo de dirección fina que se encarga de la estabilización óptica y posterior enfoque de precisión en los sensores de los instrumentos del ISIM (Módulo Integrado de Instrumentos Científicos). Mientras que el espejo secundario es circular, los 18 segmentos del primario son hexagonales, dejando en el medio un hexágono sin espejar, donde se ubica el AOS.  

En tierra en la parte superior del subsistema óptico AOS, se colocó un accesorio a efectos de comprobar la correcta preconfiguración del sistema óptico, el que simuló estrellas mediante la generación de pulsos laser a diferentes longitudes de onda. La calibración más importante antes de colocarse en el espacio es la del espejo terciario, ya que el mismo se encuentra fijo, y por tanto su posición no puede ser ajustada una vez que el telescopio sea lanzado.

El ingeniero de Ball Aerospace conecta los cables de fibra óptica a ASPA que será la encargada de generar las "estrella artificiales" a efectos de comprobar la interacción de la óptica con el quipo científico del ISIM y también verificar el rendimiento del sistema AOS.

Cuando la NASA abordó el tema de los espejos, se propuso investigar cual era la mejor forma de construirlos y desarrolló durante 4 años el programa AMSD (Advanced Mirror System Demostrator) (Demostrador de Sistemas Avanzados de Espejos). Sobre las conclusiones de los estudios llevados a cabo por el AMSD, se construyeron dos espejos para ser probados. Uno fue fabricado con berilo por Ball Aerospace y el otro hecho con un tipo especial de vidrio por Kodak. De la comisión de expertos surgió la resolución de que el espejo del Webb se construyera con berilio y la misma fue aprobada. Entre otras razones, porque el berilio soporta con mucha estabilidad las temperaturas criogénicas. El tipo de berilio utilizado, fue el designado 0-30 que es un polvo muy fino y se extrajo del estado de Utah (del distrito minero de Spor Mountain-Topaz Mountain), en donde empezó su  itinerario recorriendo 14 lugares de los Estados Unidos.

Captura de pantalla de la transmisión de la NASA del día 5/01/2022 con el despliegue del espejo secundario donde se puede apreciar como se va desdoblando el soporte superior articulado del trípode de su soporte. En esta vista se puede observar el ADIR que esta en la parte posterior del espejo principal todavía plegado.

Aquí se muestran los cuatro tipos de espejos del JWST. De izquierda a derecha: uno de los 18 segmentos del espejo primario, el espejo secundario, el espejo terciario y el espejo de dirección fino.

Crédito: NASA/Ball Aerospace/Tinsley

El 5/01/2022 se desplegó el espejo secundario de 0.74 metros (2,4 pies), el cual se encuentra soportado por tres puntales livianos desplegables de más de 7 metros de longitud. Dos de los cuales son rígidos y el tercero, que es el superior tiene un punto en el cual se pliega. Este trípode de soporte recibe el nombre de SMSS (Secondary Mirror Support Structure). Utilizándose previamente sistemas calefactores especiales destinados a calentar las juntas y motores necesarios, ya que la operación debe realizarse en un entorno de microgravedad y a temperaturas extremadamente frías. El SMSS debía desplegarse, posicionarse y bloquearse en su lugar con una tolerancia de aproximadamente un milímetro y medio. Con su estructura de más de 7 metros debe permanecer estable mientras el telescopio apunta a distintos lugares del cielo. 

Al día siguiente se abrió el radiador de instrumentos de popa (ADIR) de 4 x 8 pies (2.44 x 1.22 m), que extrae el calor de los instrumentos. El ADIR es necesario para que los instrumentos científicos y los espejos contenidos en el AOS alcancen las temperaturas bajas y estables requeridas para su correcto funcionamiento. Consiste en un panel rectangular, conformado por subpaneles de aluminio de alta pureza pintados para crear una superficie ultra negra. A esto le sigue el despliegue de las dos alas del espejo primario denominadas PMBA (Primary Mirror Backplane Assembly), primero la de babor y finalmente la de estribor. Dichas operaciones se llevaron a cabo los día 7 y 8 de enero. El telescopio posee 4 espejos. Queda por realizar la maniobra MCC2 que ubicará al JWST en la órbita de Halo entorno al punto de Lagrange 2. A continuación sigue todo el proceso de alinear los 18 espejos primarios. El equipo de tierra sacara 18 fotos de una estrella y comenzará a comandar 126 actuadores en la parte posterior de cada segmento y flexionar cada espejo para alinearlos, en un proceso que tardará varios meses. El telescopio  espacial James Webb no trabajará como ya indicamos con el espectro de luz visible para el ojo humano, sino que detecta longitudes de onda del infrarrojo cercano y del infrarrojo medio, la luz que está más allá del espectro rojo visible. Nos establecen que la luz infrarroja es importante para la observación astronómica por tres motivos. Algunos objetos, como por ejemplo planetas jóvenes, irradian en el infrarrojo, son demasiado fríos y no emiten demasiada energía o brillos visible. Los humanos perciben esto como calor mientras las serpientes por ejemplo son capaces de "ver" en el infrarrojo. En segundo lugar, las longitudes de onda corta y las ajustadas a la luz visible tienden a rebotar en las partículas de polvo, lo que dificulta ver a través de nebulosas densas o nubes protoplanetarias de gas y polvo. Las longitudes largas se deslizan más fácilmente en estas condiciones, haciendo posible la observación de las enanas marrones de baja energía y las protoestrellas jóvenes que se forman en medio de una nebulosa. Finalmente como ya mencionamos en otra entrada, a través de un proceso llamado desplazamiento cosmológico al rojo, la luz estira sus ondas a medida que el universo se expande, por lo que la luz de las estrellas que se emite en longitudes de onda ultravioleta y visibles más cortas se estira a estas longitudes largas. Por lo cual nos permite adentrarnos a la observación de los tiempos cercanos al Big Bang. 

Rara vista de la integración de los instrumentos ISIM al OTE del telescopio, el cual se encuentra invertido, mostrando en primer plano la parte opuesta al espejo primario del espejo secundario que está plegado. 

Crédito: NASA / Chris Gunn.