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Quando la NASA ha presentato le prime immagini a colori del James Webb Space Telescope (JWST) nel luglio 2022, anche gli astronomi più esperti sono rimasti colpiti dalla loro bellezza. Un’immagine, una straordinaria vista a infrarossi della Nebulosa della Carena, una regione di formazione stellare a 7.500 anni luce di distanza, ha catturato l’immaginazione. "Questa è un'opera d'arte", ha osservato René Doyon, uno dei principali investigatori della missione JWST, in una conferenza stampa della NASA.
Il successo di JWST si basa sull’eredità del telescopio spaziale Hubble, lanciato nel 1990. Hubble ha rivoluzionato la nostra visione dell’universo, fornendo immagini in campo profondo di galassie distanti, spettacolari supernove e nebulose e contribuendo a determinare l’età e il tasso di espansione dell’universo. Le sue fotografie iconiche sono ora incorporate nei libri di testo, nei titoli delle notizie e negli sfondi dei laptop in tutto il mondo.
Invece di sostituire Hubble, JWST è stato progettato per estenderne la portata. Mentre Hubble osserva la luce visibile e ultravioletta, JWST è specializzato nell'infrarosso, permettendogli di scrutare attraverso la polvere cosmica e rilevare deboli segnali provenienti dalle prime galassie. Insieme formano una potente coppia:Hubble guarda lontano; JWST sembra profondo.
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Hubble orbita attorno alla Terra a circa 320 miglia, rendendolo accessibile per le riparazioni:è noto che Hubble è stato sottoposto a un aggiornamento correttivo dell'ottica dopo le sue immagini sfocate iniziali. Al contrario, JWST opera dal secondo punto di Lagrange (L2), a circa 1 milione di miglia dalla Terra, dove può “librarsi” utilizzando le forze gravitazionali combinate del Sole e della Terra. Questa posizione distante garantisce a JWST una visione senza ostacoli del cosmo, ma significa anche che qualsiasi riparazione sarebbe impossibile.
La distinzione più significativa tra i due telescopi è la loro gamma spettrale. Hubble cattura la luce ultravioletta, visibile e una banda stretta di luce nel vicino infrarosso (0,1–2,5 µm). JWST osserva principalmente nell'infrarosso, nell'intervallo 0,6–28,5 µm. Poiché la luce si estende (spostamento verso il rosso) su grandi distanze, le galassie dell’universo primordiale emettono luce che si è spostata nell’infrarosso nel momento in cui ci raggiunge. Hubble potrebbe suggerire queste strutture; JWST può risolverli in dettaglio.
Entrambi i telescopi utilizzano specchi curvi anziché lenti, ma i loro design differiscono. Hubble utilizza un sistema Ritchey‑Chrétien, un set di specchi dalla curvatura più profonda che offre un'elevata chiarezza su un ampio campo. JWST utilizza un design anastigmatico a tre specchi, incorporando un terzo specchio che fornisce dettagli senza precedenti dai più lontani angoli dello spazio.
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La collaborazione è essenziale e Hubble e JWST esemplificano ambizioni complementari. Lo specchio primario di Hubble da 2,4 metri (≈8 piedi) è rimpicciolito dallo specchio di 6,5 metri di JWST (≈21 piedi), consentendo a quest’ultimo di raccogliere luce molto più debole dallo spazio più profondo e più indietro nel tempo. Le dimensioni maggiori di JWST richiedono anche uno schermo solare delle dimensioni di un campo da tennis per mantenere freddi gli strumenti per le osservazioni a infrarossi.
Hubble rimane operativo, spesso osservando gli stessi obiettivi di JWST a diverse lunghezze d'onda. Sebbene la capacità del vicino infrarosso di Hubble sia notevole, il suo design ha favorito lunghezze d’onda più corte. La più ampia gamma di infrarossi di JWST lo rende ideale per lo studio di esopianeti, nane brune fredde e galassie fino a nove volte più deboli di quelle rilevabili da Hubble.
Guardando al futuro, il telescopio spaziale romano Nancy Grace, il cui lancio è previsto per il 2027, porterà avanti questa linea. Progettato con un campo visivo 100 volte maggiore di quello di Hubble, aiuterà gli scienziati a sondare l'energia oscura, gli esopianeti e i sistemi planetari all'interno della nostra galassia. Questi osservatori rappresentano l’apice dell’ingegno umano, dell’ingegneria e della scienza collaborativa. Anche se molte persone non riescono a vedere la Via Lattea a occhio nudo, la nostra specie sta rapidamente ottenendo un accesso senza precedenti all'universo.
