Gli ingegneri del Johnson Space Center della NASA a Houston hanno utilizzato onde luminose per allineare tra loro i segmenti dello specchio del telescopio spaziale James Webb, quindi si comportano come un singolo, specchio monolitico nel freddo criogenico dell'iconica Camera A del centro.

Parte dei test criogenici in corso del telescopio Webb nella camera A di Johnson include l'allineamento, o "fasatura, " i 18 segmenti dello specchio primario di forma esagonale del telescopio in modo che funzionino come un unico specchio di 6,5 metri. Tutti questi segmenti devono avere la posizione e la curvatura corrette; altrimenti, il telescopio non sarà in grado di mettere a fuoco con precisione i suoi obiettivi celesti.

Allineamento degli specchi

Per misurare la forma dello specchio primario del telescopio Webb, gli ingegneri utilizzano un dispositivo di prova chiamato interferometro, che proietta un laser sullo specchio. Poiché lo specchio è segmentato, richiede un interferometro appositamente progettato, noto come interferometro a più lunghezze d'onda, che consente agli ingegneri di utilizzare due onde luminose contemporaneamente, ha spiegato Lee Feinberg, gestore di elementi del telescopio ottico per il telescopio Webb presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland.

L'interferometro divide la luce laser in due onde separate. Una di queste onde passa attraverso una lente e si riflette sullo specchio primario; l'altra onda funge da riferimento. L'onda riflessa interferisce con (incontra) l'onda di riferimento, e gli ingegneri analizzano l'onda combinata che risulta da tale interferenza. "Analizzando il segnale di interferenza, gli ingegneri determinano la forma dello specchio e l'allineamento degli specchi, " ha spiegato Feinberg.

Quando gli ingegneri devono regolare le posizioni e le forme dei segmenti dello specchio per ottenere un allineamento preciso, utilizzano i sette attuatori (piccoli motori meccanici) fissati sul retro di ciascuno dei segmenti dello specchio. Per ogni segmento, sei di questi attuatori sono posti in gruppi di due, in tre punti equidistanti lungo l'esterno dello specchio (per regolare la posizione del segmento), e uno è attaccato a sei montanti collegati a ciascuno degli angoli del segmento dello specchio esagonale (per regolare la forma del segmento).

Gli attuatori su ogni segmento dello specchio sono capaci di movimenti estremamente minuti, che consentono agli ingegneri di allineare l'intero specchio primario regolando con precisione ciascun segmento dello specchio. "Possono muoversi a passi che sono una frazione di una lunghezza d'onda della luce, o circa 1/10, 000esimo del diametro di un capello umano, " ha spiegato Feinberg.

Questi attuatori possono essere utilizzati anche per rimodellare con precisione ogni segmento dello specchio per garantire che corrispondano tutti una volta allineati. La capacità di modificare l'allineamento e la forma dello specchio è fondamentale perché lo specchio deve essere aperto dalla sua posizione di riposo non allineata quando il telescopio si apre. Questo test verifica che gli attuatori abbiano un raggio di movimento sufficiente una volta che sono nello spazio, alla loro temperatura operativa di circa 40 K (o circa meno 388 gradi Fahrenheit / meno 233 gradi Celsius), mettere lo specchio primario del telescopio nella sua forma corretta in modo che possa osservare accuratamente l'universo.

Testare gli specchi allineati

Con gli specchi allineati, gli ingegneri testano l'ottica di Webb utilizzando un'attrezzatura di supporto chiamata ASPA, un acronimo annidato che significa "AOS Source Plate Assembly". L'ASPA è un pezzo di hardware di prova che si trova in cima all'Aft Optics Subsystem (AOS) di Webb e invia luce laser di prova dentro e fuori dal telescopio, agendo così come una fonte di luce stellare artificiale. L'AOS contiene gli specchi terziari e orientabili del telescopio.

Durante una parte del test ottico, chiamato il test "mezzo passaggio", l'ASPA alimenta la luce laser direttamente nell'AOS, dove è diretto dagli specchi terziari e direzionali ai quattro strumenti scientifici di Webb, che si trovano in un vano direttamente dietro lo specchio primario. Questo test consente agli ingegneri di effettuare misurazioni dell'ottica all'interno dell'AOS per verificare che lo specchio terziario di Webb, che è immobile, sia correttamente allineato agli strumenti.

In un'altra parte del test, chiamato il test "passa e mezzo", la luce viaggia in un percorso inverso attraverso l'ottica del telescopio. La luce viene nuovamente alimentata nel sistema dall'ASPA, ma questa volta verso l'alto, allo specchio secondario. Lo specchio secondario riflette la luce fino allo specchio primario, che la rimanda in cima alla camera A. Gli specchi nella parte superiore della camera rimandano di nuovo la luce al telescopio, dove segue il suo corso normale attraverso il telescopio fino agli strumenti, ma questa volta bypassando l'apparecchiatura di test ASPA.

"Questo verifica non solo l'allineamento dello specchio primario stesso, ma anche l'allineamento dell'intero telescopio:lo specchio primario, specchio secondario, e gli specchietti terziari e sterzanti all'interno dell'AM, "ha detto Paul Geithner, il vice responsabile del progetto - tecnico per il telescopio Webb a Goddard. "Presi insieme, i test mezzo passaggio e passaggio e mezzo dimostrano che tutto è allineato a tutto il resto."

Poiché ASPA è un hardware di prova a terra, verrà rimosso dal telescopio una volta completato il test criogenico a Johnson.

L'ambiente del vuoto criogenico della Camera A simula l'ambiente spaziale gelido in cui opererà Webb, e dove raccoglierà dati di porzioni mai osservate dell'universo. Verificando l'intero telescopio, comprese le sue ottiche e strumenti, funziona correttamente in questo ambiente freddo assicura che il telescopio funzionerà correttamente nello spazio. Il telescopio e i suoi strumenti sono progettati per funzionare a freddo, quindi devono essere freddi per essere allineati e per funzionare correttamente.

Il James Webb Space Telescope è il complemento scientifico del telescopio spaziale Hubble della NASA. Sarà il telescopio spaziale più potente mai costruito. Webb è un progetto internazionale guidato dalla NASA con i suoi partner, ESA (Agenzia spaziale europea) e CSA (Agenzia spaziale canadese).