Telescopio Espacial James Webb de Visión Centrada en el Láser

Cerca de 1 millón millas de distancia del cirujano oftalmólogo más cercano, el telescopio espacial James Webb de la NASA podrá perfeccionar su propia visión mientras está en órbita.

Credits: NASA

Aunque el telescopio Webb se centrará en las estrellas y las galaxias aproximadamente 13,5 mil millones años luz de distancia, su vista pasa por un proceso similar como lo haría si usted experimentó cirugía de corrección de visión láser para ser capaz de centrarse en un objeto de 10 pies a través de la habitación. En órbita en el segundo punto de Lagrange de la Tierra (L2), lejos de la ayuda de un médico terrestre, Webb utilizará su instrumento infrarrojo cercano de la cámara (NIRCam) para ayudar a alinear sus segmentos primarios del espejo cerca de 40 días después del lanzamiento, una vez que se han desplegado de su no alineado posición estibada y enfriada a sus temperaturas de funcionamiento.

La cirugía de la corrección de la visión del laser reforma la córnea del ojo para quitar imperfecciones que causan problemas de la visión como miopía. La córnea es la superficie del ojo; ayuda a enfocar los rayos de luz sobre la retina en la parte posterior del ojo, y aunque parece ser uniforme y liso, puede ser deformado y viruelas con abolladuras, hoyuelos, y otras imperfecciones que pueden afectar a la vista de una persona. La posición relativa de los segmentos primarios del espejo de Webb después del lanzamiento será el equivalente de estas imperfecciones córneas, y los ingenieros en la tierra necesitarán hacer las correcciones a las posiciones de los espejos para ponerlos en la alineación, asegurando que producirán imágenes nítidas y enfocadas.

Artista desgarrador mostrando luz reflejando fuera de los espejos primarios y secundarios del telescopio espacial James Webb de la NASA, después de que se ha desplegado en el espacio. Créditos: NASA/m. McClare

Estas correcciones se hacen a través de un proceso llamado detección y control de frente de onda, que alinea los espejos a dentro de decenas de nanómetros. Durante este proceso, un sensor de frente de onda (NIRCam en este caso) mide cualquier imperfección en la alineación de los segmentos de espejo que les impiden actuar como un solo espejo de 6,5 metros (21,3 pies). Un cirujano ocular realizando una cirugía de corrección de la visión láser guiada por frente de onda (un proceso que fue mejorado por la tecnología desarrollada para modelar los espejos de Webb) mide de manera similar las inconsistencias en la córnea y mapea tres dimensiones. El sistema alimenta estos datos a un laser, el cirujano Personaliza el procedimiento para el individuo, y el laser entonces reforma y reemerge la córnea según ese procedimiento.

Los ingenieros en la tierra no usarán un láser para fundir y remodelar los espejos de Webb (siéntanse libres de dar un suspiro de alivio); en su lugar, usarán NIRCam para tomar imágenes para determinar cuánto necesitan para ajustar cada uno de los 18 segmentos primarios del espejo del telescopio. Pueden ajustar los segmentos del espejo a través de movimientos extremadamente minuciosos de los siete actuadores de cada segmento (motores mecánicos minúsculos) — en pasos de aproximadamente 1/10, 000 el diámetro de un pelo humano.

El proceso de detección y control del frente de onda se divide en dos partes: fases gruesas y fases finas.

Durante la fase gruesa, los ingenieros apuntan el telescopio hacia una estrella brillante y utilizan NIRCam para encontrar cualquier desvío grande entre los segmentos del espejo (aunque "grande" es relativo, y en este caso significa milímetros meros). NIRCam tiene una rueda de filtro especial que puede seleccionar, o filtrar, elementos ópticos específicos que se utilizan durante el proceso de fase gruesa. Mientras que Webb mira la estrella brillante, grisms en la rueda del filtro extenderá la luz blanca de la estrella hacia fuera en un detector. Grisms, también llamados Los Prismas de Rejilla, se utilizan para separar la luz de diversas longitudes de onda. Para un observador, estas diferentes longitudes de onda aparecen como segmentos de línea paralelas en un detector.

"La luz de cada segmento interferirá con segmentos adyacentes, y si los segmentos no están alineados a mejor que una longitud de onda de luz, esa interferencia se muestra como patrones de poste de barbero", explicó Lee Feinberg, administrador de elementos de telescopio óptico para el telescopio Webb en el centro de vuelo espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. "El análisis de los patrones del poste del peluquero dice a ingenieros cómo mover los espejos."

Durante las fases finas, los ingenieros volverán a enfocar el telescopio en una estrella brillante. Esta vez, usarán NIRCam para tomar 18 imágenes fuera de foco de esa estrella, una de cada segmento de espejo. Los ingenieros utilizan entonces algoritmos de computadora para determinar la forma general del espejo primario de esas imágenes individuales, y para determinar cómo deben mover los espejos para alinearlos. Estos algoritmos fueron probados previamente y verificados en un 1/6to modelo de la escala de la óptica de Webb, y el telescopio verdadero experimentó este proceso dentro del ambiente criogénico, Airless de la cámara a en el Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston. Los ingenieros pasarán por múltiples sesiones de fase fina hasta que esas 18 imágenes separadas y desenfocadas se conviertan en una imagen única y clara.

Después de que los ingenieros alineen los segmentos primarios del espejo, deben alinear el espejo secundario con el primario, después alinear los espejos primarios y secundarios al espejo terciario y a los instrumentos de la ciencia. Aunque los ingenieros completan la alineación inicial con NIRCam, Feinberg explicó que también prueban la alineación con otros instrumentos de Webb para asegurarse de que el telescopio está alineado "Sobre el campo completo."

Se espera que todo el proceso de alineación tome varios meses, y una vez que Webb comience a hacer observaciones, sus espejos tendrán que ser comprobados cada pocos días para asegurarse de que todavía estén alineados, al igual que alguien que experimentó la cirugía de corrección de la visión láser programará visitas regulares al oculista para asegurarse de que su visión no es degradante.

El telescopio espacial James Webb, el complemento científico del telescopio espacial Hubble de la NASA, será el primer Observatorio Espacial de la próxima década. Webb es un proyecto internacional liderado por la NASA con sus socios, ESA (Agencia Espacial Europea) y CSA (Agencia Espacial canadiense).

By Eric Villard
NASA's Goddard Space Flight Center

Last Updated: Oct. 26, 2017

Editor: Lynn Jenner

Traducción: El Quelonio Volador