Por qué el Telescopio Espacial Webb está de moda

Escribe: Federico de los Santos

En 1990, cuando aún estaba en la escuela, vi por TV el lanzamiento del telescopio espacial Hubble. La astronáutica estaba entre mis principales intereses. Lamentablemente el telescopio Hubble tenía un problema de pulido. Era un problema imperceptible. Muchísimo más fino que un cabello humano. Pero los telescopios espaciales tienen un problema: no se pueden probar en la superficie terrestre.

Hubble debe su nombre a Edwin Hubble, uno de los científicos que más impactaron en la cosmología en particular y en la ciencia en general. Descubrió que el universo estaba en expansión. Eso hizo que muchas teorías de la física y la cosmología tomaran más relevancia. Por eso su importancia como para dedicarle el Telescopio más importante de la humanidad.

Tener un telescopio espacial nos permite conocer no solo el universo, sino a nosotros mismos y nuestro planeta. Los objetivos grandes y peludos hacen que la ciencia avance. Y eso es bueno en muchas áreas. Sin ciencia, aún no sabríamos de que muere la gente ni tendríamos como curarla. No podríamos disfrutar de una comida típica de otro país y no tendríamos frutas ni verduras en nuestra heladera: tanto porque no tendríamos heladera como porque no tendríamos la variedad, calidad, y la duración en condiciones consumibles de las frutas y verduras actuales.

La NASA tiene una publicación que se llama “Spinoff” y que también está disponible en su sitio web donde muestra todos los avances que la ciencia espacial le está dando continuamente al resto de la ciencia y tecnología acá abajo en la Tierra. Tengo una copia de una de esas revistas que la NASA me mandó a mi casa cuando era adolescente. Yo no era fan de mi profesor de Astronomía en el liceo; él era fan mío y se convertía en un gurí cuando yo llegaba tarde a clase porque me había quedado esperando al cartero que me traía el sobre con materiales de la NASA. Otros tiempos. Uno de los mejores ejemplos de en qué ya nos ayudó el telescopio espacial James Webb es en la cirugía ocular.

El telescopio espacial Webb debe su nombre a un administrador de la NASA. No sé si fue la mejor elección, pero me hace acordar a cierto equipo de fútbol uruguayo que, en vez de nombrar las tribunas de su estadio con los nombres de jugadores gloriosos, le puso nombres de presidentes del Club.

Webb fue un proyecto de decenas de años y decenas de miles de millones de dólares. Muchos retrasos y cambios. Las finanzas de su principal espónsor, los EEUU, no estuvieron del todo bien en los últimos 20 años y el Congreso tuvo su impacto en eso. También la NASA tiene sus requerimientos que podemos llamar “sobreingeniería”, que sería hacer las cosas mucho más que demasiado bien, porque un fallo sería imperdonable. Ya había pasado con el Telescopio Espacial Hubble, con el transbordador Columbia, el Challenger y con el Apollo 1. Y cada uno de esos errores y siniestros dejó una huella en la NASA y en la sociedad norteamericana. La solución fue un logro impactante.

En Tierra, tenemos unos telescopios, como el ALMA que es un conjunto sincronizado de varios telescopios (en este caso radiotelescopios) que deben su potencia a la suma de todos los componentes. El telescopio Hubble tiene un único espejo principal y para solucionar su problema hubo que llevar un equipo adicional que corrigiera su miopía.

Imagen comparativa de la galaxia M100 antes y después de la reparación del Hubble.
Esta imagen comparativa del núcleo de la galaxia M100 muestra la espectacular mejora en la vista del universo del telescopio espacial Hubble después de la primera misión de servicio en diciembre de 1993. La vista original, tomada unos días antes. [NASA]
Para el Webb, los ingenieros diseñaron un arreglo de varios espejos hexagonales alineados como un panal de abejas que pueden moverse de forma independiente para alinearse. De esa forma se lograron varios objetivos; primero, que un espejo fallido podría dejar de usarse y todo el resto seguirían funcionando, y segundo, que cada espejo se alinea de forma independiente, por lo tanto, un error en uno respecto a otro podría arreglarse con una diferencia de alineación.

Para completar la primera etapa de alineación, el equipo movió los segmentos del espejo principal para organizar los puntos de luz de las estrellas en una matriz de imágenes hexagonales. Cada etiqueta indica el segmento de espejo.
Para completar la primera etapa de alineación, el equipo movió los segmentos del espejo principal para organizar los puntos de luz de las estrellas en una matriz de imágenes hexagonales. Cada etiqueta indica el segmento de espejo. [NASA]
Esto resultó muy importante por 2 cosas: el telescopio espacial Hubble está en la órbita terrestre, a unos 500 Km del suelo y fue construido con la posibilidad de ser reparado y mejorado. A excepción del espejo, todos los instrumentos científicos y los paneles solares podían ser cambiados. Y recibió 5 misiones de servicio. Pero el telescopio espacial Webb no está en órbita terrestre, sino que está en órbita solar, acompañando el movimiento de la Tierra en un punto geométrico de la órbita terrestre llamado L2.

L2 es uno de los puntos donde las fuerzas de atracción gravitatoria y centrífuga del sistema Sol-Tierra se igualan, y un objeto pequeño como una nave espacial, satélite o asteroide podría orbitar ese punto de forma indefinida o por lo menos mucho tiempo. Allí ya se encuentran otros 2 observatorios y este año se sumó el Webb. La mecánica orbital es una ciencia fascinante, aunque llena de ecuaciones.

Curvas de potencial en el sistema Sol-Tierra, mostrando los cinco puntos de Lagrange. Las flechas señalan la dirección de aumento de potencial alrededor de los puntos L – acercándose o alejándose de ellos.
Curvas de potencial en el sistema Sol-Tierra, mostrando los cinco puntos de Lagrange. Las flechas señalan la dirección de aumento de potencial alrededor de los puntos L – acercándose o alejándose de ellos. [NASA]
El telescopio Hubble, al estar estacionado en la órbita terrestre, sufre de un problema que para nosotros los humanos es natural y lo vivimos cada 24 horas: la sucesión del día y la noche. Para el telescopio espacial, que orbita a muy alta velocidad, el día le dura 96 minutos, dejándole apenas un máximo de 44 minutos para orientarse y observar. El Webb, en el punto L2, puede estar en observación continua o hacer observaciones de más larga duración. Eso significa que más allá de sacar fotos más lindas, puede observar durante mucho más tiempo captando mucha más luz y por lo tanto obteniendo más información de lo que esté mirando. Y eso tiene un valor incalculable. Bueno, quizás es calculable: 10 mil millones de dólares (2,5 veces la planta de UPM 2, 16 capitalizaciones de ANCAP, o 345 aviones Bombardier como los de Pluna… viéndolo así no parece tanto).

El Webb también se diferencia del telescopio Hubble en el tipo de luz que puede captar. El Hubble puede captar luz visible, que es la luz que pueden ver nuestros ojos, sin embargo, para los objetivos científicos más modernos, era más importante poder analizar luz infrarroja que es la que nos dará más datos de objetos muy lejanos. Pero no solo de luz viven los telescopios. El Webb así como el Hubble son instrumentos ópticos, pero no tienen una cámara de fotos analógica, sino que tienen un sensor digital que puede cuantificar cada punto de la foto y guardar muchos datos durante todo el proceso de observación. Esos datos pueden ser analizados con ecuaciones que pueden dar lugar a otro tipo de información, como puede ser la composición de las estrellas. Es tan preciso, que puede detectar los cambios de brillo cuando un planeta pasa por delante de su estrella en un sistema solar muy lejano y de esa forma se puede determinar el diámetro, la masa y la órbita de un planeta que no podemos ver.

La curva de luz muestra el cambio en el brillo de la luz del sistema estelar WASP-96 a lo largo del tiempo a medida que el planeta transita por la estrella. El oscurecimiento real causado por el planeta es extremadamente pequeño de 1,5%.
La curva de luz muestra el cambio en el brillo de la luz del sistema estelar WASP-96 a lo largo del tiempo a medida que el planeta transita por la estrella. El oscurecimiento real causado por el planeta es extremadamente pequeño de 1,5%. [NASA, ESA, CSA, STScI]
La ventaja de la luz infrarroja está en que puede ayudarnos a ver más lejos. La velocidad de la luz es bastante lenta (astronómicamente hablando), de unos 300.000 Km/s. La teoría actual dice que el Universo nació en una gran explosión hace 13,8 mil millones de años, de un punto donde se concentraba toda la materia y energía. Esa materia comenzó a expandirse y aglutinarse en ciertos puntos que crearon galaxias, estrellas y agujeros negros. Como la luz no viaja de forma instantánea sino a una velocidad finita, cuanto más lejos vemos, también estamos viendo más atrás en el tiempo. Por ejemplo, la luz emitida por el Sol que llega a la Tierra tardó 8 minutos en llegar. Así que si miramos al Sol (¡con protección!) veremos al Sol cómo era hace 8 minutos.

Miles de galaxias en esta imagen en el infrarrojo del cúmulo de galaxias SMACS 0723. Las imágenes de alta resolución del Telescopio Webb combinadas con un efecto natural conocido como lentes gravitacionales hicieron posible esta detallada imagen.
Miles de galaxias en esta imagen en el infrarrojo del cúmulo de galaxias SMACS 0723. Las imágenes de alta resolución del Telescopio Webb combinadas con un efecto natural conocido como lentes gravitacionales hicieron posible esta detallada imagen. [NASA, ESA, CSA, STScI¿]
Cuando el telescopio Hubble miró lo más lejos que podía, no pudo ver más allá de 13,5 mil millones de años luz en el pasado. Nos faltaban 300 millones de años sobre los cuales no sabemos nada porque no los vemos. Como el universo estaba en expansión, la luz emitida antes de los 13,5 mil millones de años estaba “corrida al rojo”. Eso quiere decir que las ondas de luz se alargaron y dejaron de verse como luz visible, por lo tanto, se verían como luz infrarroja. Una pequeña paradoja: el telescopio Hubble lleva el nombre del científico que desarrolló la teoría que iba a establecer el límite al que podría llegar dicho telescopio.

Por eso necesitamos al Webb y por eso tiene que poder captar luz infrarroja: para poder mirar más allá de los 13,5 mil millones de años luz. Así sabremos que paso en parte de esos 300 mil millones de años que aún nos falta escudriñar. Porque en ese lapso se formaron las primeras galaxias y no sabemos cómo fue que eso pasó.