James Webb: saiba tudo sobre o telescópio que é a missão mais cara na história da Nasa

1 mês atrás 48

25 anos de desenvolvimento. Mais de R$ 56 bilhões gastos. Capacidade para observar eventos que aconteceram há bilhões de anos. O Telescópio Espacial James Webb (JWST), que será lançado ao espaço em 22 de dezembro, é superlativo sob todos os aspectos. Não é a toa que ele é considerado, além da mais cara, uma das missões mais importantes na história da agência espacial norte-americana, a Nasa.

Mas o que é o JWST? Porque seu nome é tão polêmico? O que os cientistas esperam dele? Neste especial, responderemos a estas e outras perguntas sobre este instrumento que pode ser peça fundamental para compreendermos a origem da vida na Terra e o futuro da humanidade.

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O que é o telescópio espacial James Webb?

O telescópio espacial James Webb (JWST, James Webb Space Telescope) é um telescópio espacial desenvolvido por uma parceria entre a NASA e outras agências espaciais, projetado para observar os objetos e eventos mais distantes no universo, como a formação das primeiras galáxias há 13,5 bilhões de anos.

Além disso, ele também é capaz de detalhar e caracterizar a composição da atmosfera de exoplanetas potencialmente habitáveis, em busca de informações sobre a origem da vida e, quem sabe, futuros alvos para exploração humana.

Quando e como o James Webb vai ser lançado?

O JWST será lançado a bordo de um foguete Ariane 5, construído pela empresa europeia Arianespace, a partir do Centro Espacial da Guiana, próximo a Kourou, na Guiana Francesa. O lançamento está programado para as 9h20 (horário de Brasília) de 22 de dezembro de 2021.

 ArianeSpace.comRaio-X do JWST em sua configuração de lançamento, dobrado dentro do “nariz” do foguete Ariane V. Imagem: ArianeSpace.com

Onde o James Webb vai ficar?

Em contraste ao Hubble, que orbita a cerca de 500 Km acima de superfície de nosso planeta, o James Webb ficará a 1,5 milhões de km da superfície, em uma região do espaço conhecida como Ponto de Lagrange L2 no sistema formado pela Terra e o Sol, além da órbita da Terra.

Os pontos de Lagrange, batizados em homenagem ao astrônomo francês Joseph-Louis Lagrange, que descobriu dois deles em 1772, são pontos no espaço onde a atração gravitacional exercida por dois corpos (em nosso caso, Terra e Sol) cancela a aceleração centrípeta. Com isso, pequenos objetos colocados lá, como satélites, podem naturalmente se manter em uma posição estável em relação a eles, com poucas correções de órbita necessárias para isso. 

A localização foi determinada, em parte, pelos instrumentos usados no JWST. Como ele foi criado para observar o universo na frequência infravermelha, seu espelho e instrumentos precisam ser mantidos muito frios, a -223 ºC, para poderem operar sem interferência. A distância de nosso planeta, e da luz infravermelha refletida por ele, ajuda a atingir este objetivo.

 Vadim Sadovski - ShutterstockIlustração do Telescópio Espacial James Webb, como ficará quando em operação no espaço. Imagem: Vadim Sadovski – Shutterstock

Que instrumentos o JWST carrega?

O JWST carrega o Módulo de Instrumentos Científicos Integrado (ISIM, Integrated Science Instrument Module), com quatro instrumentos:

NIRCam (Near InfraRed Camera): uma câmera capaz de detectar luz em comprimentos de onda que variam do limite da luz visível (0,6 micrômetros) até ondas infravermelhas curtas (5 micrômetros). 

NIRSpec (Near InfraRed Spectrograph): um espectrômetro capaz de analisar a luz nas mesmas frequências usadas pela NIRCam. Análise espectrográfica e usada para determinar os elementos que compõem um objeto, como uma galáxia ou a atmosfera de um exoplaneta.

MIRI (Mid-InfraRed Instrument): uma combinação de câmera e espectrômetro que analisará a luz infravermelha em comprimentos médios e longos, entre 5 e 27 micrômetros.

FGS/NIRISS (Fine Guidance Sensor and Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph): são na verdade dois instrumentos. O primeiro (FGS) é usado para estabilizar a linha de visão do telescópio durante as observações. Seus dados são usados para controlar a orientação da espaçonave e o espelho responsável por ajustes finos de posição (fine steering mirror), usado no mecanismo de estabilização de imagem. Já o NIRISS (Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph) é um módulo para fotografia e espectroscopia astronômica capaz de registrar luz na frequência de 0.8 a 5 micrômetros.  

Tanto a NIRCam quanto o MIRI são equipados com Coronógrafos, usados para bloquear a luz direta de uma estrela para que a luz de sua coroa, e objetos menos brilhantes nas proximidades, possam ser estudados.

 NASA Goddard Space Flight CenterO espelho principal do JWST é composto por 18 espelhos hexagonais de berílio revestidos com uma fina camada de ouro.
Imagem: NASA Goddard Space Flight Center

Mas o “instrumento” mais visível do James Webb é seu espelho primário, composto por 18 espelhos hexagonais menores feitos de berílio e revestidos com ouro. Berilio foi usado pois é uma substância que combina rigidez, estabilidade de condutividade térmica e baixa densidade. Ou seja, é resistente, leve e eficaz na condução e dissipação de calor, características muito desejadas em uma missão espacial.

Outra caracteristica é o “escudo” prateado, que visto por baixo lembra um Destróier Estelar Imperial, as imensas naves da franquia Star Wars. Este escudo ficará apontado sempre para o Sol, protegendo os delicados instrumentos da luz e calor emitidos por nossa estrela. 

 NASADiagrama dos componentes do Telescópio Espacial James Webb. Fonte: NASA

Desde quando o telescópio está em construção?

O desenvolvimento do JWST começou em 1996, com o lançamento inicialmente previsto para 2007. Entretanto, numerosos atrasos e um estouro no orçamento forçaram um redesenho significativo em 2005. Sua construção foi completada em 2016, e ele está em testes desde então.

Quanto custou o James Webb?

A proposta inicial do telescópio previa um custo de US$ 500 milhões, mas podemos dizer que ele passou “um pouquinho” desse valor. Atualmente o custo estimado é de US$ 9,7 bilhões (R$ 54,8 bilhões), dos quais US$ 8,8 bilhões foram gastos no projeto e construção do telescópio em si e US$ 861 milhões estão alocados para cinco anos de operação.

Em julho de 2011 um comitê da Câmara dos Deputados do governo norte-americano propôs o cancelamento do projeto, retirando US$ 1,9 bilhão do orçamento da Nasa. Um quarto desse valor estava alocado ao JWST, que já estava 75% completo. Segundo o comitê, o projeto já estava bilhões de dólares além do orçamento e era mal gerenciado. 

Uma campanha da Sociedade Astronômica Americana, o apoio da senadora Barbara Mikulski, do estado norte-americano de Maryland, e uma série de editoriais favoráveis ao projeto na imprensa internacional salvaram o telescópio. A proposta de cancelamento foi retirada, mas o orçamento necessário para completar o JWST foi limitado a US$ 8 bilhões.

Quais são os países e agências envolvidos no James Webb?

Além da Nasa, a Agência Espacial Europeia (ESA) e a Agência Espacial Canadense (CSA) são parceiras da Nasa no projeto. A ESA está fornecendo os instrumentos NIRSpec e o conjunto óptico do MIRI, o foguete Ariane 5 e sua base de lançamento em Kourou, na Guiana Francesa, e pessoal em operações de suporte. A CSA fornece o FGS/NIRISS e também pessoal para operações de suporte.

Após o lançamento, a operação do JWST será realizada pelo Instituto de Ciência do Telescópio Espacial (STScI, Space Telescope Science Institute), localizado em Baltimore, no estado norte-americano de Maryland. O Instituto já é responsável pela operação do Hubble e será responsável também pelo Telescópio Espacial Nancy Grace Roman, outro telescópio infravermelho em desenvolvimento pela Nasa, que tem lançamento previsto para 2027.

Quem foi James Webb? Porque seu nome é controverso?

Durante estágios iniciais de desenvolvimento, o JWST era conhecido como NGST (Next Generation Space Telescope, Telescópio Espacial da Próxima Geração). Em 2002, a Nasa decidiu batizá-lo em homenagem a James Edwin Webb, que foi o segundo administrador da agência (entre 1961 e 1968) e figura importante no desenvolvimento do programa Apollo, que levou o homem à Lua em 1969.

A controvérsia vem do fato de que Webb, durante seu mandato como subsecretário de estado dos EUA entre 1950 e 1952, na presidência de Harry S. Truman, foi figura instrumental durante o “Pânico Lavanda”, uma série de medidas que resultou no expurgo de pessoas LGBTQ em todas as esferas do governo dos EUA. Estas medidas continuaram em vigor durante o período em que Webb era administrador da Nasa.

Em 2015 o colunista Dan Savage iniciou uma discussão ao publicar no site The Stranger um artigo chamado “Should NASA Name a Telescope After a Dead Guy Who Persecuted Gay People in the 1950s?” (“Deveria a Nasa batizar um telescópio em homenagem a um cara morto que perseguiu pessoas gays nos anos 50?”).

 Nasa - arquivoJames Edwin Webb foi administrador da Nasa entre 1961 e 1968. Imagem: Nasa – arquivo

Em março deste ano, os astrônomos norte-americanos Lucianne Walkowicz da JustSpace Alliance e Planetário Adler em Chicago, Chanda Prescod-Weinstein da Universidade de New Hampshire, Brian Nord do Laboratório do Acelerador Nacional Fermi e da Universidade de Chicago e Sarah Tuttle da Universidade de Washington se juntaram à discussão, publicando um artigo de opinião na revista Scientific American intitulado “The James Webb Space Telescope Needs to Be Renamed” (O Telescópio Espacial James Webb precisa ser rebatizado).

A Nasa respondeu estabelecendo um comitê para estudar o assunto. Enquanto isso, sugestões de novos nomes chegavam. Entre eles homenagens a Sally Ride, astronauta norte-americana que foi a terceira mulher no espaço, e Harriet Tubman, abolicionista, sufragista, ativista política e ex-escrava norte-americana, considerada “um ícone de coragem e liberdade”. Já Chanda Prescod-Weinstein sugeriu manter a sigla JWST, mas alterar o significado para “Just Wonderful Space Telescope” (Apenas um Telescópio Espacial Maravilhoso).

Em setembro de 2021 a Nasa anunciou sua decisão, afirmando que “não há evidências, no momento, que justifiquem a mudança do nome”. Em protesto, Walkowicz renunciou a seu cargo como membro no Conselho de Astrofísica da Nasa (APAC).

O que a comunidade científica espera do James Webb?

Para o brasileiro Marcelo Gleiser, Professor de Física e Astronomia e Diretor do Instituto para Engajamento Interdisciplinar do prestigiado Dartmouth College, nos EUA, estudar o passado com instrumentos como o James Webb é aprender sobre nós mesmos. “Nos preocupamos com mundos tão distantes de nós porque a história que esta máquina vai contar é um espelho nosso. Ao testemunhar o nascimento de estrelas e galáxias, aprendemos sobre nossa galáxia e como nosso sistema solar surgiu, há pouco menos de cinco bilhões de anos”.

Já o físico e futurista norte-americano Michio Kaku também tem grandes expectativas. “Em breve teremos o telescópio (James) Webb em órbita e teremos milhares de planetas para observar, e é por isso que acho que as chances de entrarmos em contato com uma civilização alienígena são grandes”, disse Kaku ao jornal inglês The Guardian.

Mas acrescentou: “Há alguns colegas meus que acreditam que devemos contatá-los. Acho que é uma ideia terrível”, comparando um potencial primeiro contato com aquele entre o conquistador espanhol Hernán Cortez e o imperador Asteca Montezuma II, em 1519. Relembrando um pouco da história: o resultado não foi nada bom para os astecas.

 Campus Party Brasil (CC-BY-SA 2.,0)O físico norte-americano Michio Kaku acredita que o JWST poderia colocar civilizações alienígenas ao nosso alcance. Mas cxontatá-las seria uma “péssima ideia”. Imagem: Campus Party Brasil (CC-BY-SA 2.,0)

Quando o James Webb vai começar a funcionar?

Colocar um equipamento sofisticado como o JWST em operação não é nada tão simples quanto apertar um botão depois que ele estiver em órbita. Há todo um período de preparação e testes, chamado comissionamento, no qual os engenheiros irão se certificar de que o telescópio e seus instrumentos estão em posição, funcionando como planejado e prontos para sua missão principal.

Segundo Keith Parrish, gerente do observatório James Webb e líder de comissionamento, todo o processo pode levar até seis meses. “Começa com o primeiro dia de atividades, que é entrar com segurança em órbita […] Definimos ‘seguro’ como: Webb está falando com o solo, seus painéis solares estão estendidos e gerando energia e estamos a caminho do ponto L2”.

12 horas e meia depois do lançamento é feita uma manobra de correção de curso, para garantir que o telescópio esteja viajando na direção e velocidade corretas para atingir L2. Dois dias depois, uma segunda manobra de correção pode ser feita, caso necessário.

Três ou quatro dias após o lançamento, começa uma das partes mais importantes da missão: a implantação. É o momento em que instrumentos são desdobrados e as coisas são colocadas “no lugar”. Pense nele como o momento em que você começa a abrir as caixas depois de uma mudança.

O primeiro item a ser implantado é o escudo solar, composto por cinco camadas de um material muito fino e brilhante, projetado para proteger o telescópio e seus instrumentos da luz e calor do sol.

Escudo térmico do JWST (a peça triangular na imagem acima) será a primeira estrutura a ser montada. Imagem: Nasa

Depois vem os espelhos: o espelho primário do James Web, aquele composto pelos 18 painéis hexagonais, vai ao espaço dobrado em três partes, e precisa ser desdobrado. Há também o espelho secundário, que irá concentrar a luz refletida pelo primário e direcioná-la aos instrumentos científicos. Ele é montado de uma espécie de “tripé”, que é armado em frente ao espelho principal.  

“Acreditamos que entre o 10º e o 14º dia, teremos os espelhos primário e secundário totalmente implantados”, diz Parrish. A seguir, a equipe responsável pelos sistemas ópticos irá usar micromotores para alinhar cada um dos 18 painéis que compõem o espelho principal. Cerca de 30 dias após o lançamento haverá a confirmação de que todo o equipamento foi implantado com sucesso.

O passo seguinte é o acionamento dos propulsores para uma última correção de curso a caminho de L2. Uma vez lá, o ritmo das operações diminui um pouco. Serão necessários de três a quatro meses para que o telescópio esteja frio o bastante para que seus instrumentos possam operar. Nesse período, a equipe óptica continua refinando o posicionamento dos espelhos, e o instrumento FGS, responsável pela orientação do telescópio, será ativado.

Depois o controle é passado às equipes que vão operar os instrumentos do JWST. “Temos quatro instrumentos e [essas equipes] farão uma série de exercícios de calibração com eles. Esses exercícios variam de medições de estabilidade térmica à observação de áreas escuras e eliminação de todos os artefatos nos instrumentos que possam interferir com as observações científicas”.

Esta última etapa deverá levar cerca de dois meses, encerrando um total de seis meses de comissionamento. Se tudo correr como esperado, o James Webb estará pronto para começar a observar o universo.

Até quando o James Webb vai operar?

A vida útil estimada para o James Webb é de 10 anos, muito menos do que os 31 anos (e contando) do Telescópio Espacial Hubble. Mas já uma distinção importante: o Hubble orbita muito mais próximo da Terra, a uma altitude de cerca de 540 km, e foi projetado para receber manutenção por astronautas a bordo de ônibus espaciais, algo que aconteceu cinco vezes.

Já o JWST estará a mais de 1,5 milhão de km de distância de nós. E não há, no momento, nenhuma espaçonave tripulada que possa chegar até ele. Por isso ele não foi feito pensando em manutenção e uso a longo prazo.

James Webb vs Hubble: Como os telescópios se comparam?

 GSFCComparação em escala entre os telescópios James Webb (à esquerda) e o Hubble (à direita). Idealmente, um complementará o trabalho do outro. Imagem: GSFC

Quando entrar em operação, o JWST certamente será o “carro chefe” entre as missões de astrofísica da Nasa, ocupando a posição que atualmente é do Hubble. Mas isso não significa que ele é um substituto direto: os dois telescópios “veem” o universo de formas diferentes, e se complementam.

As câmeras do Hubble são sensíveis a frequências como o ultravioleta curto (entre 300 e 400 nanômetros), luz visível e parte do infravermelho curto (entre 0.1 e 1 micrômetro). Já o James Webb enxerga da luz visivel até o infravermelho médio (entre 0,6 a 28,3 micrômetros). Isso permitirá que ele enxergue objetos que são velhos e distantes demais para serem observados pelo Hubble.

Ou seja, idealmente eles trabalhariam em conjunto. Se isso irá, ou não, acontecer depende de financiamento da Nasa e da resiliência do Hubble, que está começando a mostrar sinais de cansaço. Em junho deste ano ele ficou 33 dias fora de operação, depois que uma falha em um dos computadores de bordo o forçou a entrar em “modo de segurança”. 

O mesmo problema aconteceu em 25 de Outubro, mas aparentemente com uma causa diferente. Até o momento da publicação deste artigo apenas um dos instrumentos, a Câmera Avançada para Pesquisas (ACS) voltou a operar.

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