Megaproyectos
JWST – El telescopio espacial James Webb
Securities.io mantiene rigurosos estándares editoriales y podría recibir una compensación por los enlaces revisados. No somos asesores de inversiones registrados y esto no constituye asesoramiento de inversión. Consulte nuestra divulgación de afiliados.
Mirando más profundamente en el universo
Algunos megaproyectos implican infraestructuras gigantescas, como, por ejemplo, El círculo de 27 kilómetros de diámetro del acelerador de partículas del CERN o el Experimento de neutrinos de 800 millas de longitud de DUNE.
Otros pueden calificarse de megaproyectos no por su tamaño, sino por su enorme complejidad, sus costos y lo transformadores que son para nuestra comprensión del Universo.
Un buen ejemplo de ello es el telescopio espacial James Webb (JWST). Este telescopio espacial de luz infrarroja es el más potente y de mayor tamaño jamás creado. El telescopio toma su nombre de James E. Webb, el legendario administrador de la NASA de 1961 a 1968 durante los programas Mercury, Gemini y Apollo.
Fuente: NASA
El JWST es tan potente que podría ayudarnos a observar las primeras estrellas que se formaron en el universo y a encontrar exoplanetas potencialmente habitables. Y para obtener estos resultados, los científicos e ingenieros han hecho maravillas para llevar al límite lo que los telescopios pueden lograr.
¿Por qué poner un telescopio en el espacio?
Lo primero que hay que entender sobre el telescopio espacial James Webb es por qué es necesario que esté en el espacio. Después de todo, transportar maquinaria compleja al espacio es mucho más difícil que construirla en la Tierra.
Al salir de la atmósfera, los telescopios pueden obtener una visión del Universo libre de la contaminación lumínica, la turbulencia atmosférica y, por supuesto, las nubes y los patrones climáticos.
Esta es la razón por la que el relativamente pequeño telescopio Hubble tuvo un rendimiento tan bueno en comparación con los telescopios terrestres. Pero esto fue especialmente importante para el JWST, ya que este telescopio no mide la luz visible, sino la luz infrarroja.
El vapor de agua en la atmósfera terrestre absorbe la radiación infrarroja. Los telescopios infrarrojos terrestres suelen ubicarse en altas montañas y en climas muy secos para mejorar la visibilidad, pero esto aún no es ideal y crea una limitación inherente a lo que pueden observar.
El JWST es el último y, con diferencia, el más potente de una línea de telescopios infrarrojos basados en el espacio, siguiendo el modelo Satélite astronómico infrarrojo (IRAS), el Telescopio espacial Spitzer, y Explorador de encuestas por infrarrojos de campo amplio (INTELIGENTE).
El JWST se lanzó en 2021 a bordo de un lanzador francés Ariane 5, desde la Guayana Francesa. Un mes después, llegó a su destino, el punto de Lagrange L2 entre el Sol y la Tierra, a unos 1.5 millones de kilómetros (930,000 millas) de la Tierra.
Los puntos de Lagrange son posiciones en el espacio que se mantienen constantes en comparación con la Tierra, a pesar de no estar en órbita terrestre. Actualmente, otro punto de Lagrange (L1) es utilizado por DSCOVR: Observatorio climático del espacio profundo.
Fuente: NOAA
La posición del JWST significa que puede observar casi cualquier punto del cielo durante todo el año, siempre que no esté en dirección a la Tierra y el Sol; el 39% del cielo es potencialmente visible para Webb en cualquier momento.
¿Por qué utilizar la observación infrarroja?
Objetos distantes
En el caso de los objetos muy distantes del Universo, se produce un fenómeno denominado “desplazamiento al rojo”, que desplaza su luz hacia el infrarrojo. Por ello, cualquier observación de la parte más profunda (y, por tanto, más antigua) del Universo suele tener que realizarse en la parte infrarroja del espectro de luz.
Fuente: Diario de ciencia y tecnología
Debido a este fenómeno, el Hubble solo pudo ver hasta cierta distancia y en el tiempo en que se formaron las primeras galaxias. Al observar en el infrarrojo, el JWST puede ver hasta el momento en que se formaron las primeras estrellas en la historia del Universo.
Exoplanetas
Las observaciones infrarrojas tienen otra ventaja, en este caso en lo que respecta al análisis de exoplanetas. El JWST llevará un sistema llamado coronógrafo: éste bloqueará la luz que proviene de una estrella, lo que nos permitirá ver mejor los objetos menos brillantes que orbitan alrededor, como los pequeños exoplanetas.
La imagen de un exoplaneta sería sólo una mancha, no un gran panorama.
Fuente: NASA
Aun así, la luz de ese punto puede analizarse mediante un método llamado espectroscopia, que puede indicarnos la composición de la atmósfera de estos exoplanetas. En longitudes de onda infrarrojas, las moléculas de las atmósferas de los exoplanetas tienen la mayor cantidad de características espectrales, por lo que obtendremos mucha más información que al utilizar la luz visible.
A través de este método, no sólo podríamos determinar si los planetas de otros sistemas solares tienen agua y CO2 pero también metano, amoniaco o moléculas complejas potencialmente indicativas de vida extraterrestre.
Comparación del JWST con el Hubble
En cuanto a su capacidad de observación, el JWST se centra principalmente en la luz infrarroja cercana, pero también puede ver luz visible naranja y roja, y el rango infrarrojo medio, dependiendo del instrumento que se utilice.
Puede detectar objetos 100 veces menos brillantes que el Hubble y, en muchos casos, se utiliza para volver a observar los objetos que el Hubble reveló en primer lugar y obtener nuevos conocimientos sobre ellos.
Sin embargo, la nitidez de la imagen será comparable a la del Hubble debido al hecho de que las imágenes infrarrojas son inherentemente menos nítidas que la luz visible debido a las longitudes de onda más largas.
Otra diferencia entre los dos icónicos telescopios es que el JWST puede ver a través de las nubes de gas, bloqueando la luz visible, pero no la infrarroja. Por lo tanto, la versión del JWST de la famosa imagen de los Pilares de la Creación, en la Nebulosa del Águila, revela numerosas estrellas dentro y alrededor de los pilares.
Fuente: Telescopio Webb
Especificaciones del JWST
El JWST lleva un espejo primario de berilio recubierto de oro de 6.5 metros (21 pies) compuesto por 18 espejos hexagonales separados, lo que le da su aspecto icónico.
Cada uno de estos espejos pesa 20 kg (44 libras). El revestimiento de oro de 100 nanómetros proporciona la reflexión de la luz infrarroja y está cubierto por un vidrio para que sea lo suficientemente resistente. Esto le da un área de recolección de luz 6 veces mayor que la del Hubble. En total, solo se utilizaron 48.25 g de oro (1.7 onzas).
Fuente: NASA
El Webb, a diferencia del Hubble, no está diseñado para que lo utilicen astronautas debido a su gran distancia de la Tierra. Por ello, todos los subcomponentes críticos son duales (por ejemplo, dos cámaras de infrarrojo cercano) o están diseñados para durar muchos años, como los espejos.
Se espera que el JWST dure al menos cinco años, con el objetivo de alcanzar los diez años de operaciones. Sin embargo, tiene suficiente combustible (para permanecer en el punto de Lagrange) para un total de veinte años, por lo que podría durar más si no falla ninguna pieza clave.
Presupuesto de JWST
En total, El telescopio espacial James Webb terminó costando más de 11 mil millones de dólares, más de 10 veces la estimación inicial de la NASA para este proyecto. Esta explosión de precios amenazó la viabilidad del proyecto en la década de 2010, debido a que el presupuesto (en ese momento) se disparó a “solo” 6.5 millones de dólares.
Un lanzamiento previsto inicialmente para 2014, que finalmente se retrasó siete años, aumentó las críticas.
“La causa fundamental del problema es que en el momento (de la aprobación formal del programa), que se remonta a julio de 2008, el presupuesto que la oficina del proyecto presentó a la NASA era básicamente defectuoso”, dijo a los periodistas en una teleconferencia por la tarde.
El presupuesto simplemente no contenía el contenido que el proyecto conocía en ese momento, por lo que, desde el punto de vista económico, era simplemente insuficiente para llevar a cabo la obra”.
Dado que el proyecto tardó casi dos décadas en diseñarse y construirse, nunca superó el 2% del presupuesto anual de la NASA. Sin embargo, consumió un tercio del presupuesto de la División de Astrofísica de la NASA entre 3 y 1.
Y ahora que el JWST es uno de los programas más impresionantes y exitosos de la historia en astronomía, la mayoría de estos debates están siendo olvidados.
La asombrosa ingeniería de JWST
Perder algo de peso
El primer problema que tuvieron que resolver los diseñadores del JWST fue que un espejo tan grande sería demasiado pesado. Si hubieran reutilizado el diseño del Hubble, habría resultado demasiado pesado para ser lanzado al espacio.
Por eso se optó por utilizar berilio, que es a la vez resistente y ligero. Otro factor fue la temperatura extrema del espacio profundo, que podía deformar la curvatura extremadamente precisa requerida de los espejos.
El berilio también fue una buena opción en este caso, porque deja de cambiar de forma cuando hace mucho frío. Por eso, los espejos se fabricaron con un ángulo “incorrecto”, que se doblaría exactamente hasta alcanzar la forma final prevista cuando se expusiera al frío del espacio (-233°C / -388°F).
Fuente: JWST
Cada espejo estaría finalmente alineado con una precisión igual a 1/10,000 del grosor de un cabello humano.
También se eligieron materiales ultraligeros como compuestos para la columna vertebral del telescopio, ahorrando algo de peso adicional.
Fuente: NASA
Doblando
Otro problema importante fue que el tamaño extremo del espejo del telescopio requerido por este diseño no cabría en ningún cohete disponible.
Así que desde el principio se decidió desplegar la estructura componente por componente, incluidos el parasol y los espejos. Cómo plegar todo de manera eficiente y desplegarlo de manera confiable seguía siendo una preocupación.
Los científicos de la NASA se inspiraron en el origami, el arte japonés de doblar papel, y la elección final fue un patrón de origami hexagonal.
Esta fue una decisión de alto riesgo para el equipo de diseño de James Webb, ya que nunca antes se había llevado a cabo un desarrollo tan complejo y cualquier fracaso habría condenado al fracaso todo el proyecto.
Puedes ver cómo se desarrolló el proceso paso a paso en este breve vídeo de JWST:
Protector solar
Como el telescopio observa sus objetivos en infrarrojo, protegerlo del calor del Sol era tan esencial como tener los espejos lo suficientemente iluminados y correctamente desplegados.
El parasol del JWST mantiene la diferencia entre el lado caliente y el frío del telescopio en casi 315 °C/600 °F, gracias a un aislamiento de 5 capas.
El parasol es tan grande como una cancha de tenis y está hecho de capas de Kapton E (película de poliimida) con recubrimientos de aluminio y silicio dopado para reflejar el calor del sol hacia el espacio.
Telecomunicaciones
El JWST transmite sus datos y recibe instrucciones de la Tierra a través de la Red de Espacio Profundo de la NASA. Esta pasa por estaciones terrestres ubicadas en Canberra, Madrid y Goldstone.
Webb puede descargar al menos 57.2 gigabytes de datos científicos registrados cada día, con una tasa de datos máxima de 28 megabits por segundo.
Fuente: Telescopio Webb
Otros componentes
El resto del telescopio no era menos tecnológico y de alto rendimiento. Cabe destacar algunos elementos del equipo:
- Refrigerador criogénico:El infrarrojo medio del JWST Sensores (MIRI) Necesitaba funcionar a -266.15 °C (-447 °F), una temperatura más fría que las profundidades del espacio, por lo que se tuvo que añadir un sistema de refrigeración adicional para enfriar el instrumento.
- Backplane: La columna vertebral del telescopio Pesa 2.4 toneladas (5,300 libras) y proporciona la posición absolutamente inmóvil necesaria para que el telescopio tome fotografías nítidas. Fue diseñado para permanecer estable hasta 32 nanómetros, que es 1/10,000 XNUMX del diámetro de un cabello humano.
- Micropersianas: Esta cuadrícula de 248,000 pequeñas puertas Se pueden abrir y cerrar individualmente para transmitir o bloquear la luz. Esto permite al JWST observar simultáneamente cientos de objetos individuales en un campo de estrellas o galaxias. Como resultado, el JWST puede realizar muchas más observaciones durante un período de tiempo determinado.
Logros de JWST
El JWST, que lleva funcionando apenas unos años, ya ha cambiado por completo la forma en que los astrónomos comprenden el universo. Por eso, aunque es casi imposible enumerar todo lo que ya ha hecho, vale la pena destacar algunas historias.
Propagación del carbono recién formado
El JWST ha identificado dos estrellas responsables de generar polvo rico en carbono a tan solo 5,000 años luz de distancia, en nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Detectó “capas” esféricas concéntricas formadas por los vientos solares en colisión de las dos estrellas que esparcen carbono recién formado en la galaxia.
Fuente: Telescopio Webb
Cada capa se aleja de las estrellas a más de 1,600 kilómetros por segundo (2,600 millas por segundo), casi el 1% de la velocidad de la luz. En este sistema, el observatorio muestra que las capas de polvo se expanden de un año a otro.
Las imágenes de infrarrojo medio del telescopio detectaron conchas que han persistido durante más de 130 años. Las conchas más antiguas se han disipado lo suficiente como para que ahora sean demasiado tenues para detectarlas”.
Jennifer Hoffman, coautora y profesora de la Universidad de Denver
Objetos activos en el borde de nuestro sistema solar
El JWST detecta la eyección de gas del gélido “Centaur 29P/Schwassmann-Wachmann”, un objeto similar a un cometa en las proximidades de Neptuno.
Descubrieron un nuevo chorro de monóxido de carbono (CO) y chorros de gas de dióxido de carbono (CO2) nunca antes vistos, que aportan nuevas pistas sobre la naturaleza del núcleo del objeto estelar.
Fuente: Telescopio Webb
Imagen de exoplanetas cercanos
El JWST captó una imagen directa de un exoplaneta a solo 12 años luz de distancia de nosotros, Epsilon Indi Ab. El planeta tiene varias veces la masa de Júpiter y orbita alrededor de una estrella similar a nuestro Sol.
Es uno de los exoplanetas más fríos detectados directamente, con una temperatura promedio estimada de 2 °C/35 °F (como referencia, la temperatura promedio de la Tierra es de 15 °C (59 °F).
“Los planetas fríos son muy débiles y la mayor parte de su emisión se produce en el infrarrojo medio.
“Es un poco más cálido y más masivo, pero es más similar a Júpiter que cualquier otro planeta fotografiado hasta ahora”.
Elisabeth Matthews del Instituto Max Planck de Astronomía en Alemania.
Moléculas complejas en la formación de planetas
Mientras tanto, el exoplaneta K2-18 b podría ser un exoplaneta Hycean, uno que tiene el potencial de poseer una atmósfera rica en hidrógeno y una superficie cubierta por un océano de agua.
Los exoplanetas como K2-18 b, que tienen tamaños entre los de la Tierra y Neptuno, no se parecen a nada de nuestro sistema solar. Nuestros hallazgos subrayan la importancia de considerar diversos entornos habitables en la búsqueda de vida en otros lugares”.
Nikku Madhusudhan, astrónomo de la Universidad de Cambridge.
El JWST también encontró varios compuestos de carbono, e incluso dimetilsulfuro en la atmósfera del planeta.
Fuente: NASA
Descubren el JWST por primera vez fuera de nuestro sistema solar etano (C2H6), así como etileno (C2H4), propino (C3H4) y el radical metilo CH3 alrededor de una estrella joven.
También se detectó por primera vez elementos pesados de una fusión estelar, lo que resultó en el segundo estallido de rayos gamma más brillante jamás detectado, o una kilonova. Los científicos del JWST detectaron telurio tras la explosión.
El agujero negro más distante (antiguo) jamás detectado
En combinación con el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, el JWST detectó un agujero negro en crecimiento tan solo 470 millones de años después del Big Bang. El JWST encontró la galaxia, y Chandra, el agujero negro mismo.
Fuente: NASA
Creemos que esta es la primera detección de un “agujero negro enorme” que se formó directamente a partir del colapso de una enorme nube de gas.
Por primera vez, estamos viendo una breve etapa en la que un agujero negro supermasivo pesa aproximadamente tanto como las estrellas de su galaxia antes de quedar rezagado”.
Priyamvada Natarajan de la Universidad de Yale
El futuro de JWST
Después de encontrar y analizar exoplanetas, el JWST se lanza a la búsqueda de exolunas. Sabemos que estos cuerpos planetarios, potencialmente más grandes que la Tierra en algunos casos, deben existir, pero nunca tuvimos un instrumento lo suficientemente sensible para detectarlos. Los exoplanetas gigantes gaseosos como Júpiter son los principales candidatos.
El JWST también investigará los agujeros negros supermasivos y los cuásares, agujeros negros que expulsan de sus polos a la velocidad de la luz cantidades de materia equivalentes a las de una estrella. El telescopio se centrará en ejemplares muy tempranos de estos fenómenos estelares.
Por último, el estudio de las galaxias, así como de las estructuras a gran escala del Universo en sus inicios, podría generar nuevos conocimientos sobre la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura que parecen eludir a los científicos desde hace décadas.
El principal contratista privado de JWST
Sistemas aeroespaciales Northrop Grumman
Corporación Northrop Grumman (NOC -1.88%)
Un proyecto como JWST es casi siempre el resultado de una colaboración internacional., con, en este caso, la participación de la NASA, la ESA y la Agencia Espacial Canadiense.
También participaron muchos contratistas del sector privado, siendo el más destacado la empresa aeroespacial y de defensa Northrop Grumman.
Northrop Grumman es más famoso por la creación de el icónico bombardero estratégico furtivo B-2, cada uno de ellos con un coste de casi mil millones de dólares. Este diseño de más de 20 años va a ser reemplazado por el B-21, que aún está en desarrollo.
La empresa también está a la vanguardia de la tecnología espacial, como lo demuestra su trabajo en el vanguardista telescopio espacial James Webb. La mayor parte de sus ingresos provienen de sistemas espaciales y aeronáuticos.
Fuente: Northrop
Otro segmento importante es la división de sistemas de misión, que abarca una amplia gama de sensores, software de ciberdefensa, comunicaciones seguras y C4ISR (Comando, Control, Comunicaciones, Computadoras, Inteligencia, Vigilancia y Reconocimiento).
También es un productor líder de municiones, desde pequeño calibre hasta proyectiles guiados y de gran calibre.
Northrop Grumman espera con ansias su posición como proveedor de armas avanzadas, con el desarrollo y despliegue de sistemas de armas autónomos:
- X 47B, un avión no tripulado del tamaño de un caza de ataque, sin cola.
- El helicóptero no tripulado Fire scout.
- Drones de vigilancia Global Hawk y el MQ-4C Triton.
- Drones marítimos Manta raya y el Sistema de detección de minas AQS-24B/C.
- Sistema de aeronave no tripulada (UAS) BatSistemas aéreos no tripulados tácticos, multimisión, persistentes y asequibles.
Fuente: Northrop
La empresa está a la vanguardia del desarrollo de armas de energía directa (láseres), guerra electronica, sistemas anti-drones y misiles balísticos intercontinentales.
Desde un punto de vista financiero y de inversión, Northrop Grumman ha aumentado su dividendo en un 12 % CAGR desde 2014, al tiempo que redujo el número de acciones en un 31 %. Esto se tradujo en 2.6 millones de dólares en dividendos y recompras de acciones en 2023, mientras que la empresa generó 2.1 millones de dólares en flujo de caja libre.
Northrop Grumman obtiene casi exclusivamente sus ingresos del presupuesto de defensa de EE. UU.: la NASA representa el 3% de los ingresos y las ventas internacionales el 12%.
Fuente: Northrop
Mientras que empresas como RTX y Lockheed aportan la mayor parte del impacto de la Fuerza Aérea de EE.UU. (aviones de combate, misiles, defensa aérea), Northrop Grumman proporciona la capacidad más avanzada, desde el espacio hasta el mando integrado y los bombarderos pesados furtivos.
Y tal vez pronto también una parte importante de los drones avanzados, la guerra electrónica y las armas energéticas.
Con la creciente importancia de los drones y la guerra electrónica, es probable que Northrop sea cada vez más crucial para las capacidades ofensivas y defensivas de Estados Unidos. Y sus nuevos bombarderos furtivos serán un factor clave para mantener el ritmo de adversarios similares como Rusia y China, con quienes la tensión sigue siendo muy alta.
