Alejandro Rivera, ingeniero de la NASA: 'James Webb es tan sensible que podría detectar la señal de calor de un abejorro en la Luna'

El JWST, el telescopio más potente e importante jamás fabricado, nos permitirá adentrarnos en el universo como nunca antes había sido posible para la humanidad. Hoy hablamos con Alejandro Rivera (nacido en Gijón y nacionalizado estadounidense), Ingeniero Aeroespacial y Mecánico de la NASA en el centro NASA Goddard Space Flight Center desde el año 2000 e ingeniero de análisis dinámico de las estructuras desplegables y mecanismos espaciales del telescopio espacial James Web.

Sarah Romero: Tras haber sido lanzado con éxito el día de Navidad de 2021 y haber pasado la etapa más arriesgada de la misión, el desdoble de cientos de procesos, de implementaciones individuales, hasta poder contar con un telescopio totalmente desplegado, Webb se encamina hacia el punto Lagrange L2 ¿cuál es el siguiente paso cuando llegue allí a finales de enero? (¿alcanzará ese punto el día 24?)

Alejandro Rivera: La inserción de JWST en su órbita final se había planificado desde hace mucho tiempo para aproximadamente 29 días después del lanzamiento. Recientemente se decidió que el lunes día 24 a las 2pm (hora USA) se encenderán los propulsores de Webb para insertar el telescopio espacial en órbita alrededor del Sol mientras orbita de forma simultánea alrededor del segundo punto de Lagrange, o L2, su destino previsto, a 1,5 millones de km de la Tierra.

S.R.: ¿Por qué es tan importante el punto Lagrange L2 escogido como destino del telescopio? ¿Qué tiene de especial L2 y por qué se ha seleccionado este en vez del resto de puntos de libración como L5?

A.R.: Los puntos de Lagrange son puntos de equilibrio para objetos de masa pequeña que están bajo la influencia de dos cuerpos masivos en órbita como por ejemplo el Sol y la Tierra. En los puntos de Lagrange, la atracción gravitacional de dos grandes masas es exactamente igual a la fuerza centrípeta requerida para que un objeto pequeño se mueva con ellas. Debido a esto los objetos que se envían a estos puntos tienden a quedarse estables. Esto es algo que se aprovecha para misiones de astronomía y observación espaciales pues la cantidad de combustible necesario para permanecer en órbita a su alrededor es muy pequeña. En otras palabras, son como “espacios de aparcamiento” en el espacio que son ideales para “aparcar satélites” y hacer observaciones científicas.

De los cinco puntos de Lagrange, tres son inestables y dos son estables. Los puntos inestables de Lagrange, son L1, L2 y L3, se encuentran a lo largo de la línea que conecta la Tierra y el Sol. Los puntos de Lagrange estables, denominados como L4 y L5, forman el vértice de dos triángulos equiláteros que tienen grandes masas en sus vértices. L4 lidera la órbita de la tierra y L5 le sigue.

El punto L2 del sistema Tierra-Sol fue el hogar de la nave espacial WMAP, el hogar actual de Planck y el nuevo hogar del telescopio espacial James Webb. L2 es ideal para la astronomía porque JWST estará lo suficientemente cerca para comunicarse fácilmente con la Tierra, y a la vez puede mantener al Sol, la Tierra y la Luna detrás de sí bloqueando todo tipo de luz solar por medio del parasol, lo cual es necesario dado que JWST es un telescopio infrarrojo. L2 también proporciona a Webb una vista sin obstrucciones del espacio profundo durante 24 horas al día. En comparación el Hubble, que está en una órbita alrededor de la tierra de unos 559 km de altitud, entra y sale de la sombra de la tierra cada 90 minutos. Por su parte la órbita de Webb alrededor de L2 tiene un periodo de unos 6 meses y mantiene al telescopio fuera de las sombras de la Tierra y la Luna. Como los puntos L1 y L2 son inestables en un periodo de aproximadamente 23 días, se requiere que los satélites que orbitan estas posiciones tengan correcciones periódicas de rumbo y posición y esto es algo que JWST tendrá que hacer para poder mantenerse en la órbita precisa alrededor de L2.

Los puntos L4 y L5 albergan órbitas estables siempre que la relación de masas entre los dos grandes objetos celestiales sea superior a 25. Esta condición se cumple para los sistemas Tierra-Sol y Tierra-Luna, y para muchos otros pares de cuerpos en el sistema solar. Debido a esto, en estos puntos de Lagrange se suelen hallar asteroides denominados ‘troyanos’. Por ejemplo, los puntos Sol-Tierra L4 y L5 contienen partículas interplanetarias y al menos dos de estos asteroides.

S.R.: ¿Qué otras aplicaciones prácticas tienen los puntos de Lagrange?

A.R.: Además de las del punto L2 que acabo de describir, el punto L1 del sistema Tierra-Sol ofrece una vista ininterrumpida del Sol. Esto es realmente conveniente para observatorios solares y heliosféricos como el satélite SOHO que actualmente está situado en L1.

Un satélite o vehículo espacial en órbita cerca de punto de Lagrange Sol-Tierra L3 en principio no sería muy útil pues este punto está siempre escondido detrás del sol. Se podría tal vez usar para proporcionar predicciones de tormentas solares para misiones tripuladas a Marte y a asteroides cercanos a la tierra. Debido a su estabilidad, los puntos L4 y L5 han sido propuestos en el pasado como posibles candidatos para poner estaciones y colonias espaciales como parte de lo que es conocido como “colonización espacial Lagrangiana”.

El punto de Lagrange L1 en el sistema Tierra-Luna, permite un acceso comparativamente fácil a las órbitas lunares y terrestres con un cambio mínimo en la velocidad. En un futuro, en este punto se podría colocar una estación espacial habitable destinada a ayudar a transportar carga y personal a la Luna y de regreso. El punto L2 en el sistema Tierra-Luna se ha utilizado con el satélite chino ‘Queqiao’, lanzado en 2018 y que observa el lado oculto de la Luna y que se usó para la retransmisión de comunicaciones entre la Tierra y un pequeño vehículo robótico chino que exploraba este lado de la Luna, algo que de otra forma no sería posible.

S.R.: Se trata de un telescopio de gran magnitud con tecnología de última generación. Es posible que muchos se pregunten, ¿cuánta energía necesita Webb para funcionar?

A.R.: El telescopio Webb tiene un panel solar situado en el bus o módulo de control, y debajo del parasol. El panel solar proporciona aproximadamente 2000 vatios de energía eléctrica que son necesarios para la operación del telescopio. Webb también tiene un sistema de propulsión para mantener la órbita y la orientación del observatorio alrededor de L2 con suficiente combustible abordo para al menos 10 años de operaciones científicas.

S.R.: Cuéntenos, ¿cómo es actualmente su día a día en este gran hito de la puesta en órbita del instrumento científico más importante para la ciencia espacial de la historia? ¿Cuál es su rutina?

A.R.: Estuve en consola en el centro de operaciones de la misión desde el día del lanzamiento y durante las dos semanas siguientes durante las que hicimos los despliegues durante las denominadas “dos semanas de terror”. No hace falta decir que fueron las dos semanas más increíbles y a la vez estresantes de mi vida. Tras superar exitosamente esta fase, ahora las cosas son un poco más tranquilas. Estoy analizando la telemetría de los despliegues de los que yo era responsable por parte de NASA para compararla con mis predicciones. También he de analizar la telemetría de la separación del telescopio de la fase superior del cohete Ariane 5, que fue un análisis dinámico que también hice para la NASA.

S.R.: Sabemos que Webb operará en infrarrojo. ¿Por qué en infrarrojo? ¿qué peculiaridades presenta esta onda a diferencia de otras como la luz visible, por ejemplo?

A.R.: El universo se está expandiendo y, por lo tanto, cuanto más lejos miramos, más rápido se alejan los objetos de nosotros, desplazando la luz hacia el infrarrojo. Esto significa que la luz que se emite como luz ultravioleta o luz visible se desplaza cada vez más hacia longitudes de onda del infrarrojo cercano y medio del espectro electromagnético. Por lo tanto, para estudiar la formación de estrellas y galaxias más jóvenes del universo, tenemos que observar la luz infrarroja y usar un telescopio e instrumentos optimizados para esta luz. Por otra parte, la formación de estrellas y planetas en el universo tienen lugar en el centro de nubes densas y polvorientas, oscurecidas para nuestros ojos en longitudes de onda visibles normales. La luz del infrarrojo cercano, con su longitud de onda más larga, se ve menos obstaculizada por las pequeñas partículas de polvo, lo que permite que la luz del infrarrojo cercano escape de las nubes de polvo. Al observar la luz del infrarrojo cercano emitida, podemos ver el brillo de los procesos que conducen a la formación de estrellas y planetas. Finalmente, los objetos de aproximadamente la temperatura de la Tierra emiten la mayor parte de su radiación en longitudes de onda del infrarrojo medio.

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