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Il mwdqtelescopio spaziale James Webb (in inglese mwdgJames Webb Space Telescope, mwdwJWST, o semplicemente mweaWebb) è un mweqtelescopio spaziale per l'mwegastronomia a raggi infrarossi,cite-ref-3[3] lanciato il 25 dicembre 2021cite-ref-4[4]cite-ref-5[5]cite-ref-6[6]cite-ref-7[7] dallo spazioporto di mwjwArianespace a mwkaKourou, nella mwkqGuiana francese, trasportato in mwkgorbita solare da un razzo mwkwAriane 5. Il telescopio è il frutto di una collaborazione internazionale tra l'mwlaAgenzia spaziale statunitense (NASA), l'mwlqAgenzia spaziale europea (ESA) e l'mwlgAgenzia spaziale canadese (CSA).

• Panoramica

• Osservatorio

• Lancio, orbita e posizionamento

• Sequenza temporale di avvicinamento all'orbita L 2

• Perché un telescopio ad infrarossi

• Studio dei corpi nel vicino e medio infrarosso

• Ricerca scientifica

• Cosmologia e struttura dell'Universo: prima luce

• Origine ed evoluzione delle prime galassie

• Nascita e formazione di stelle e pianeti

• Evoluzione dei sistemi planetari e condizioni per la vita

• Struttura dell'osservatorio

• Specchio (OTE)

• Strumenti scientifici

• Bus

• Scudo termico

• Gestione osservazioni e campagne scientifiche

• GTO: osservazioni a tempo garantito

• Campagne osservative, ricerca e risultati scientifici

• Galleria d'immagini

• Partecipazioni

• Centri di ricerca NASA

• Note

• Voci correlate

• Altri progetti

• Collegamenti esterni

Il JWST, noto come "mwmgNext Generation Space Telescope" (NGST, da qui anche l'appellativo di "successore di Hubble"), nel 2002 è stato intitolato a mwmwJames Webb,cite-ref-8[8] mwoaamministratore della NASAcite-ref-9[9] durante i programmi mwpqGemini, mwpgMercury e mwpwApollocite-ref-10[10] e fautore del centro di controllo del mwraJohnson Space Center (JSC) di mwrqHouston, mwrgTexas.

Il telescopio Webb ha aperto nuovi orizzonti per l'astronomia a mwsaraggi infrarossi grazie a tecnologie di progettazione d'avanguardia. È il più grande telescopio mai inviato nello spazio, e amplierà i percorsi aperti nell'universo dal telescopio mwsqHubble.

Le innovazioni rispetto ai precedenti telescopi spaziali sono il grande mwswspecchio primario di 6,5 metri, per studiare mwtalunghezze d'onda nella mwtqbanda infrarossa, e la presenza di un ampio mwtgscudo termico multistrato per il mantenimento di una temperatura operativa molto bassa per bloccare le mwtwinterferenze da sorgenti di calore non oggetto di studio quali ad esempio il mwuaSole, la mwuqLuna, la struttura e la strumentazione stessa del telescopio.cite-ref-11[11]

Diversamente da Hubble, Webb mwvworbita intorno al Sole a 1,5 milioni di km dalla Terra al mwwapunto L2 di mwwgLagrange, orbita già utilizzata per le missioni mwwwWMAP, mwxaHerschel e mwxqPlanck, che tiene il telescopio allineato con l'orbita terrestrecite-ref-12[12] consentendo allo scudo di proteggerlo dalla luce e dal calore di Sole, Terra e Luna e garantendo comunicazioni continue con il mwygcentro di controllo e un'ininterrotta raccolta di dati non essendo ostacolato dall'interferenza oscuratrice dell'orbita lunare.

Per il JWST sono state sviluppate diverse tecnologie innovative. Le più importanti includono uno specchio primario costituito da 18 specchi esagonali in mwzaberillio ultraleggero che dispiegandosi dopo il lancio hanno composto un'unica grande superficie di raccolta. Un'altra caratteristica del JWST è l'ampia schermatura romboidale a cinque strati (separati dal vuoto) in mwzqKapton, un materiale plastico in mwzgfilm che, come un parasole, attenua il calore e garantisce stabilità alle notevoli escursioni termiche a cui gli strumenti sono sottoposti. Lo studio di mwzwmetrologie estremamente precise nei test acustici e ambientalicite-ref-13[13] ha contribuito allo sviluppo di strumenti di precisione (mwbainterferometria laser dinamica) nell'ordine dei mwbqpicometricite-ref-14[14]. Il Webb è fornito di un mwcgimpianto criogenico (cryocooler) per il raffreddamento (7 K) dei rilevatori nel medio infrarosso e di micro-mwcwotturatori innovativi progettati dal mwdaGoddard che, come piccole tapparelle programmabili consentono di selezionare determinati spettri di luce durante la simultanea di una osservazione, permettendo di analizzare sino a 100 oggetti contemporaneamente nello spazio profondo con un'ampiezza visuale di 3,2 × 3,3 mwdgminuti d'arcocite-ref-15[15].

JWST è il prodotto di una collaborazione tra la mwfaNASA, l'mwfqESA e l'mwfgAgenzia spaziale canadese (CSA). Il mwfwGoddard Space Flight Center della NASA ha gestito le fasi di sviluppo. I principali partner industriali privati sono mwgaNorthrop Grumman e mwgqOrbital ATK per lo scudo termico; lo mwggSpace Telescope Science Institute (STScI) che gestisce le operazioni di ricerca, raccolta ed elaborazione dei dati del Webb successive al lancio.

L'osservatorio è la componente spaziale del sistema JWST (che comprende anche i sistemi a terra) ed è composto da tre elementi: la strumentazione scientifica integrata (ISIM, mwiqmwigIntegrated Science Instrument Module); il telescopio ottico (OTE, mwiwOptical Telescope Element) che comprende gli specchi e la montatura di supporto; il sistema navicella, che comprende la navicella (Spacecraft Bus) e lo schermo solare.

L'OTE è l'occhio dell'osservatorio. Raccoglie la luce proveniente dallo spazio e la invia agli strumenti scientifici situati nel modulo ISIM. La montatura portante (mwkaBackplane) supporta la struttura ottica.

Lo schermo solare (mwkwSunshield) separa la parte del telescopio direttamente colpita e riscaldata dalla luce solare (l'intero osservatorio) dai componenti elettronici (ISIM) che, elaborando frequenze dell'infrarosso, devono operare a bassa temperatura. La temperatura di esercizio è mantenuta dal sistema mwlacriogenico sotto i mwlq50 K (−223,2 °C; −369,7 °F)

La navicella fornisce le funzioni di supporto per il funzionamento dell'osservatorio e integra i principali sottosistemi necessari al funzionamento del veicolo spaziale: il sistema di energia elettrica, il sistema di controllo dell'mwmwassetto, il sistema di comunicazione, il sistema di comando e gestione dei dati, il sistema di mwnapropulsione e il sistema di mwnqcontrollo termico.

I blocchi logicicite-ref-16[16] sono, nel dettagliomwow:

• il sistema ottico mwpg(OTE, Optical Telescope Element):

• Specchio primario e struttura portante (Backplane)

• Specchio secondario e struttura portante

• sottosistema ottico (AFT)

• la mwsastrumentazione scientifica integrata (ISIM, mwsqIntegrated Science Instrument Module) costituita da quattro strumenti:

• mwtaMIRI (mwtqMid-InfraRed Instrument)

• NIRSpec (mwuaNear-InfraRed Spectrograph)

• mwugNIRCam (mwuwNear-InfraRed Camera)

• FGS/NIRISS (mwvgFine Guidance Sensor / Near InfraRed Imager Slitless Spectrograph)

• il sistema navicella

• Schermo solare (Sunshield)

• Sottosistema navigatore (Spacecraft Bus)

• Pannelli solari, antenna di comunicazione ad alto guadagno e altri strumenti di controllo e orientamento del telescopio.

La strumentazione scientifica è collegata e nel contempo distanziata dal sistema navicella da un braccio telescopico (Deployable Tower Assembly, DTA)cite-ref-17[17] realizzato in materiale composito grafite-mwzaepossidico, che garantisce stabilità a dispetto delle notevoli escursioni termiche. Tale torretta, oltre a proteggere ulteriormente l'ottica dalle eventuali vibrazioni e dal calore dissipato dal blocco strumenti ISIM, ha lo scopo di consentire ai vari componenti, in fase di dispiegamento nello spazio, di muoversi automaticamente senza entrare in contatto.cite-ref-18[18]

Il lancio del telescopio spaziale James Webb è avvenuto il 25 dicembre 2021, su un razzo mw1wAriane 5 dalla mw2arampa di lancio ELA-3 di mw2qArianespace, complesso situato nei pressi di mw2gKourou, in mw2wGuiana francese, fornito dall'mw3aESA.cite-ref-0-19-0[19] La vicinanza equatoriale e la rotazione terrestre contribuiscono ad una spinta ulteriore del razzo vettore.cite-ref-0-19-1[19]cite-ref-20[20]

Il 24 gennaio 2022, il JWST ha completato l'inserimento in orbita intorno al secondo mw6gpunto di Lagrange (Lmw6w2)cite-ref-21[21]. Il punto di equilibrio Lmw8a2 si trova a 1 500 000 km dalla Terra, in direzione opposta al Sole lungo l'asse Sole-Terra. Nonostante il raggio orbitale maggiore rispetto a quello della Terra, un corpo in orbita intorno a Lmw8q2 mantiene un periodo orbitale pari a quello terrestre per via della somma dei campi gravitazionali del Sole e della Terra. Il telescopio si è attestato sul punto Lmw8g2 in un'mw8worbita halo, inclinato rispetto al piano dell'mw9aeclittica. Poiché Lmw9q2 è un punto di equilibrio instabile in cui le mw9gaccelerazioni gravitazionali esercitate da Sole e Terra costituiscono delle mw9waccelerazioni centripete la cui somma consente al telescopio di compiere l'orbita determinata, la sonda segue una traiettoria chiusa intorno al punto di Lagrange nel suo mw-amoto di rivoluzione intorno al Sole. La particolarità di questa orbita è di allineare il telescopio su un asse teorico, permettendo allo scudo termico di proteggerlo dalla luce e dal calore di Sole, Terra e Luna.

La posizione di JWST presso Lmwaq42 rende continue le comunicazioni con la Terra, effettuate attraverso il mwaq8Deep Space Network (DSN) del mwaraJPL, che utilizza tre antenne radio situate in mwareAustralia, Spagna e California. Durante le operazioni di mwariroutine, JWST effettua sequenze in mwarmuplink di comandi e dati di mwarqdownlink fino a due volte al giorno, attraverso il DSN. L'osservatorio è in grado di eseguire sequenze di comandi (controlli e osservazioni) in modo autonomo. Lo mwaruSpace Telescope Science Institute, gestore delle ricerche e dei dati, trasferisce i dati settimanalmente ed effettua le opportune correzioni giornalmente.

Successivamente al lancio, il raggiungimento dell'orbita consta di fasi programmate in cui vengono effettuate circa 200 operazioni tra correzioni di rotta, assestamenti e controlli delle apparecchiaturecite-ref-24[24]:

• mwasqPrimo giorno: decollo. Il razzo Ariane fornisce la spinta per circa 8 minuti. Webb si separa dal vettore Ariane V mezz'ora dopo il lancio e successivamente dispiega il pannello solare e altri sistemi; spiegamento dell'antenna ad alto guadagno, superamento dell'orbita lunare e prima manovra correttiva.

• mwasyNella prima settimana: seconda manovra correttiva. Apertura completa dello scudo termico e tensione degli strati isolanti dello schermo solare. Spiegamento specchio secondario e apertura delle ali dello specchio primario.

• mwasgNel primo mese: inizializzazione software e correzione definitiva dell'orbita di volo. Raggiungimento orbita Lmwask2; sollecitazioni elettroniche del modulo ISIM.

• mwassNel secondo mese: accensione Fine Guidance Sensor, NIRCam e NIRSpec. Test NIRCam di prima immagine; primo allineamento segmenti specchio primario.

• mwas0Nel terzo mese: allineamento definitivo segmenti specchio primario, attivazione MIRI e prime immagini scientifiche. Assestamento finale sull'orbita Lmwas42.

• mwataDal quarto al sesto mese: ottimizzazione NIRCam e calibratura di tutti gli altri strumenti.

• mwatiDopo sei mesi: Webb ha iniziato la sua missione scientifica.

L'8 gennaio 2022 la NASA ha comunicato che lo specchio primario è stato dispiegato al 100%.cite-ref-25[25]

L'opacità dell'mwatoatmosfera terrestre, causata da elementi come mwatsvapore acqueo e mwatwanidride carbonica, ostacola la visualizzazione dei telescopi ottici a terra in quanto la luce proveniente dallo mwat0spazio viene bloccata o mwat4alterata da questi elementi, nonostante le recenti innovazioni dovute all'mwat8ottica adattiva che corregge le sfocature in mwauacampi ridotti e in presenza di mwauestelle luminose. Il mwauitelescopio spaziale Hubble ha ovviato a queste implicazioni, orbitando oltre l'atmosfera.cite-ref-26[26] La mwaucpolvere cosmica e i gas delle mwaugnubi interstellari sono però un limite anche per i telescopi ottici spaziali. Inoltre, poiché l'Universo è in costante espansione, la luce dei corpi nello spazio profondo in allontanamento tende anch'essa a spostarsi, giungendo quindi al rilevatore con ridotta frequenza (mwaukmwauospostamento verso il rosso). Questi oggetti sono perciò rilevabili più facilmente se osservati con strumenti ottimizzati per lo studio delle frequenze nell'infrarosso.

Le osservazioni a raggi infrarossi consentono lo studio di oggetti e di regioni dello spazio altrimenti oscurate dai gas e dalle polveri nello spettro visibile. Le nubi molecolari feconde di mwauwformazioni stellari, i mwau0dischi protoplanetari, e i nuclei di mwau4galassie attive sono tra gli oggetti relativamente freddi (rispetto alle temperature stellari) che emettono radiazioni prevalentemente nell'infrarosso e quindi studiabili da un telescopio a infrarossi.

A seconda delle proprietà termiche e fisiche dei corpi oggetto di studio, le osservazioni nel medio e vicino infrarosso sono più appropriate in base al seguente prospetto:cite-ref-27[27]

| Vicino infrarosso | Medio infrarosso |

|---|---|

| Luce ultravioletta dalle galassie distanti | Luce visibile delle galassie distanti |

| Molecole e atomi ad alte energie | Molecole a basse energie |

| Sistemi protostellari in formazione | Stelle molto giovani in formazione |

| Esopianeti caldi vicini alle proprie stelle | Esopianeti distanti dalle proprie stelle a temperature terrestri |

Le osservazioni nel medio infrarosso caratterizzeranno mwawcnane brune, mwawgcomete e altri oggetti della mwawkfascia di Kuiper, pianeti del mwawosistema solare ed mwawsesopianeti.

JWST è un telescopio mwaw4mwaw8general-purpose, diversamente da missioni quali mwaxaGaia, mwaxeSpitzer, mwaxiFermi, finalizzate a studi settoriali specifici. Le ricerche spaziano tra ampi settori di mwaxmastronomia, mwaxqastrofisica, mwaxucosmologia. Le osservazioni del Webb, anche a seguito della scoperta del mwaxycampo ultra profondo di Hubble, sono incentrate su alcuni temi principali, grazie ai diversi strumenti progettati e dedicati allo studio di lunghezze d'onda differenti:

• Il JWST consentirà di studiare la mwaxostruttura a grande scala dell'Universo, che si espande o contrae sotto l'influenza della gravità della materia al suo interno. Tramite l'osservazione di remote supernove con mwaxsluminosità nota, si potrà stimarne le dimensioni e la struttura geometrica, approfondendo gli studi teorici sulla natura e la densità della mwaxwmateria oscura e dell'mwax0energia oscura. Rilevando sottili mwax4distorsioni nelle forme delle galassie più lontane causate dalle deformazioni gravitazionali di masse invisibili sarà possibile studiare la distribuzione della materia oscura, il suo rapporto con la materia ordinaria e l'evoluzione di galassie come la via Lattea. Mediante campagne osservative nel vicino infrarosso e successive analisi in follow-up a bassa risoluzione spettroscopica e fotometrica nel medio infrarosso verrà approfondito lo studio delle galassie più antiche.

• Con il JWST si potrà approfondire la teoria sulla mwayqreionizzazionecite-ref-28[28], il periodo primordiale dell'Universo in cui l'idrogeno neutro sarebbe reionizzato in seguito alla crescente radiazione delle prime stelle massicce. Successivamente al raffreddamento dell'universo i mwaykprotoni e mwayoneutroni si combinarono in atomi ionizzati di idrogeno e mwaysdeuterio, quest'ultimo ulteriormente fuso in mwaywelio-4 e conseguente costituzione delle prime stelle massicce ad opera della forza di gravità e in seguito esplose come supernove.

• La capacità di JWST di sondare la regione infrarossa dello spettro ad altissima sensibilità permetterà di superare i limiti dei telescopi ottici e catturare la luce debole, spostata verso il rosso, degli oggetti più antichi e lontani. Il JWST consentirà di indagare sulla presenza di buchi neri nella maggior parte delle galassie e la loro percentuale di massa, rispetto alla materia visibile.

• Webb sarà in grado di vedere i mwazecluster delle prime stelle formatesi in seguito al raffreddamento dell'mwaziidrogeno e alla costituzione degli elementi chimici più pesanti, necessari alla formazione dei pianeti e della vita. Inoltre osserverà le fasi costitutive dell'Universo, a seguito dell'esplosione successiva delle prime stelle in supernove che hanno formato le prime mwazmgalassie nane ricche di gas, progenitrici delle galassie attuali che hanno formato la struttura cosmica oggi conosciuta. JWST, analizzando le spettrografie delle singole stelle nelle regioni affollate, studierà la conformazione, il rigonfiamento dei dischi centrali delle galassie, le stelle più antiche, le analogie con la via Lattea, la distribuzione della materia passata e presente e le relazioni di questa materia con la formazione stellare.

• JWST sarà in grado di penetrare le nubi di polvere nei dischi proto-stellari, studiando i parametri che definiscono la massa di una stella in formazione e oggetti di massa minore, nane brune e pianeti delle dimensioni di Giovecite-ref-29[29] (gioviani), che non raggiungono uno stato aggregativo tale da consentire una formazione stellare.

• Mediante la tecnica dei mwaaitransiti, della mwaamvelocità radiale e con osservazioni di mwaaqfollow-up supportate da telescopi a terra verranno stimate le masse di mwaauesopianeti e studiate le loro mwaayatmosfere cercando eventuali mwaacmwaagbiofirme.cite-ref-hubblecast102-30-0[30] I mwaa0coronografi e lo studio spettroscopico consentiranno la visualizzazione diretta in banda infrarosso di esopianeti vicino a stelle luminose, comprese eventuali differenze stagionali, la possibile vegetazione, la rotazione, il clima. La spettroscopia, analizzando la mwaa4luce riflessa degli esopianeti e separandola in lunghezze d'onda distinte permetterà di identificare i loro componenti chimici per determinarne le componenti atmosferiche. Webb potrà cercare biofirme chimiche, come mwaa8ozono e mwabametano, generati da mwabeprocessi biologici. L'ozono si forma quando l'ossigeno prodotto da organismi mwabifotosintetici (quali alberi e mwabmfitoplancton) sintetizzano la luce. Poiché l'ozono è fortemente legato alla presenza di organismi, Webb lo cercherà in atmosfere planetarie come possibile indicatore di vita elementare. JWST, a causa della luce solare, non potrà essere rivolto verso i corpi interni al sistema quali Luna, Venere e Mercurio, ma potrà caratterizzare tutti i corpi esterni a Marte, gli asteroidi mwabqNear-Earth, comete, lune planetarie e corpi ghiacciati del mwabusistema solare esterno.

I blocchi logici dell'osservatorio James Webb sono tre: il sistema ottico (mwabgOTE, Optical Telescope Element) che include lo specchio primario e la struttura di sostegno; la strumentazione scientifica (mwabkISIM, Integrated Science Instrument Module); il sistema navicella, che comprende il bus navicella (mwaboSpacecraft Bus) e lo scudo termico (mwabsSunshield).

La struttura portante (mwacubackplane) dello specchio primario è costituita da uno scheletrato di grafite composita, mwacytitanio e mwaccInvar, fornito dall'azienda mwacgOrbital ATK. Sostiene i 18 segmenti esagonali dello specchio e il modulo degli strumenti scientifici. È costituita da tre sezioni, una centrale (mwackPathfinder) che sorregge 12 specchi e due ali laterali pieghevoli verticali supportanti ciascuna 3 specchi. Questa conformazione si è resa necessaria in quanto la larghezza dello specchio è superiore alla capacità di stiva del razzo Ariane. Il piano della struttura è mwacoconvesso in modo da ridurre al minimo le correzioni da effettuarsi per avere come risultante un mwacspiano focale. Frontalmente alla struttura è collocato lo specchio secondario.

La struttura è progettata per garantire stabilità termica a temperature inferiori a -240mwac0 °C ( -400mwac4 °F) con una tolleranza d'errore sotto i 32 mwac8nanometri.

Lo specchio primario è costituito da 18 elementi esagonali in mwadyberillio affiancati a nido d'ape. Ogni singolo specchio, delle dimensioni di 1,4 metri, è ricoperto da una lamina d'mwadcoro spessa 1000 mwadgAngstrom (100 nanometri), che riflette meglio la luce infrarossa.cite-ref-4-31-0[31] La lamina d'oro è a sua volta ricoperta da un sottile strato di mwad0SiO2 amorfo (vetro) per proteggerla da graffi in caso di manipolazione o piccole particelle. In fase di lancio lo specchio primario è compattato in 3 sezioni e stivato nel razzo; successivamente è dispiegato con micromotori. La tecnologia ottica del JWST consta di tre mwad4specchi anastigmatici in configurazione mwad8Korsch.

In questa configurazione, lo specchio primario è concavo, il secondario è convesso e funziona leggermente fuori asse; lo specchio terziario rimuove l'mwaeuastigmatismo risultante e appiattisce anche il mwaeypiano focale.cite-ref-4-31-1[31] Ciò consente anche un ampio campo di vista per produrre immagini senza mwaesaberrazioni ottiche. Il sistema di specchi comprende un ulteriore specchio piatto (mwaewfine steering mirrorcite-ref-32[32]) per convogliare la luce agli strumenti.cite-ref-33[33] Il gruppo ottico è fornito da Ball Aerospace & Technologies Corpmwafu, azienda contraente di mwafyNorthrop Grumman Aerospace Systems.

Gli strumenti scientifici sono il cuore del JWST e sono contenuti all'interno del modulo scientifico integrato, mwafkISIM (Integrate Science Instrument Module). L'ISIM fornisce energia elettrica, risorse di calcolo, raffreddamento e stabilità strutturale al telescopio Webb. È realizzato con un legante composito di mwafografite mwafsepossidica fissato al lato inferiore della struttura del telescopio del Webb. L'ISIM contiene quattro strumenti scientifici e una macchina fotografica guida.cite-ref-34[34]

La mwagyNIRCam (Near InfraRed Camera) è la principale macchina fotografica del Webb. Coprirà la gamma di lunghezze d'onda in infrarosso da 0,7 a 4,8 mwagcmicrometricite-ref-35[35], adiacente alle frequenze del visibile. NIRCam consentirà di studiare il processo di formazione delle prime mwagwgalassie; la mwag0popolazione di stelle in galassie vicine; giovani stelle negli oggetti della mwag4Via Lattea e della mwag8Cintura di Kuiper. NIRCam è dotata di mwahacoronografi, che consentono di effettuare fotografie di oggetti molto deboli attorno a corpi luminosi, determinando le caratteristiche dei sistemi stellari in esame. I coronografi di NIRCam bloccano la luce degli oggetti luminosi, consentendo di visualizzarne le immediate vicinanze: ciò permette l'osservazione di oggetti deboli quali mwahepianeti extrasolari, arrivando a caratterizzarne le atmosfere, e mwahidischi circumstellari molto vicini a stelle luminose.cite-ref-36[36] NIRCam servirà anche come sensore di mwahcfronte d'onda dell'osservatoriocite-ref-37[37], necessario per le attività di rilevamento e di controllo. NIRCam è stata sviluppata dall'mwahwUniversità dell'Arizona e dal centro di tecnologie avanzate della mwah0Lockheed-Martin di mwah4Palo Alto, mwah8California.

Il NIRSpec (Near InfraRed Spectrograph) è uno mwaicspettrografo operante nel mwaigvicino infrarosso ad un intervallo di lunghezze d'onda da 0,6 a 5 micrometri, con una durata di utilizzo minima stimata in 5 anni. Lo strumento è stato progettato e costruito dall'ESA all'mwaikESTEC, mwaioPaesi Bassi, mentre i sottosistemi sono stati sviluppati al mwaisGoddard Space Flight Center. Il mwaiwNIRSpec ha tre modalità operative: a bassa, media e alta risoluzione e a seconda della modalità, per la spettroscopia verrà utilizzato un prisma o uno spettroscopio in modalità long-slit (mwai4a lunga fenditura). La commutazione delle modalità viene effettuata grazie ad una tecnologia usata con successo sul foto-mwai8polarimetro dell'mwajaInfrared Space Observatory, il telescopio spaziale ad infrarossi che l'ESA, la NASA e la mwajeJAXA lanciarono con successo nel 1995.

Uno mwajmspettrografo (o mwajqspettrometro) viene usato per scindere la luce di un oggetto in uno mwajuspettro. Analizzando lo spettro di un oggetto si studiano le sue proprietà fisiche, tra cui la temperatura, la massa e la composizione chimica. Al fine di raccogliere la debole luce spettrale dei corpi lontani, NIRSpec è stato progettato per osservare 100 oggetti contemporaneamente mediante un sistema innovativo di micro-mwajyotturatori che campionano e selezionano la luce in entrata nel NIRSpec. Questi otturatori possono essere controllati singolarmente per visualizzare o bloccare determinate porzioni di cielo e la luce interferente dei corpi più vicini e luminosi.

mwaj0MIRI (Mid Infrared Instrument) è composta da una macchina fotografica e da uno spettrografo che rileva la luce nella regione del medio infrarosso dello spettro elettromagnetico, coprendo lunghezze d'onda da 5 a 28 micrometri. I suoi sensibili rilevatori permetteranno di vedere la luce mwaj4shiftata di galassie lontane, stelle di nuova formazione, deboli comete e oggetti nella fascia di Kuiper. La fotocamera di MIRI fornirà una visualizzazione a largo campo come quella di Hubble. Lo spettrografo consentirà una spettroscopia a media risoluzione, fornendo accurati dettagli fisici dei corpi osservati.

MIRI opera sotto i 6 mwakeKelvin, temperatura garantita da un refrigeratore meccanico ad mwakielio situato sul lato caldo dello scudo termico. MIRI è stata costruita dal Consorzio MIRI.

FGS/NIRISS (Fine Guidance Sensor / Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph) è uno spettrografo visualizzatore nel vicino infrarosso, sarà usato per il test di prima luce, rilevamento e caratterizzazione di esopianeti e spettroscopia per transiti planetari. FGS/NIRISS ha una lunghezza d'onda di 0,8 a 5,0 micrometri con tre camere, fornendo così un terzo livello di mwakoridondanza nei dati. Ognuna delle fotocamere analizza una lunghezza d'onda separata.

Il sensore di orientamento è utilizzato per stabilizzare il percorso ottico (lmwakwine-of-sight) dell'osservatorio durante le osservazioni scientifiche. Le rilevazioni del FGS sono utilizzate per controllare l'orientamento della navicella ed effettuare le micro correzioni per la mwak0stabilizzazione delle immagini. Insieme al FGS è montato il NIRISS, uno spettrografo mwak4mwak8slitless per la visualizzazione astronomica in lunghezza d'onda a 0,8-5 micrometri. I due strumenti sono gestiti dall'mwalaAgenzia spaziale canadese.

La gestione e il trasferimento dei dati tra le varie componenti del modulo ISIM vengono effettuati tramite tecnologia mwaliSpaceWire,cite-ref-38[38] uno standard di gestione avanzato dei dati nei sistemi di comunicazione spaziali.

Il bus navicella (mwaloSpacecraft Bus) fornisce le funzioni di supporto necessarie per il funzionamento dell'osservatorio. Alloggia i seguenti sottosistemi:

• Sistema di controllo dell'assetto

• Sistema di gestione e comando dei dati

• Sistema di propulsione

• Sistema di controllo termico

• Sistema di comunicazione

• Sistema elettrico di alimentazione

Il sistema di controllo dell'assetto comanda l'orientamento dell'osservatorio mantenendolo in un'orbita stabile, e fornisce un primo puntamento per l'area del cielo oggetto di studio, a cui segue un controllo più mirato ad opera del FGS: controlla il mwamcmomento della navicella elaborando i dati dai sensori dei mwamggiroscopi e inviando i comandi necessari alle mwamkruote di reazione o ai propulsori.

Il sistema di gestione e comando dei dati (C & DH, mwamsCommand & Data Handling) è il cervello del bus navicella. Elabora la telemetria (CTP) del sistema di comunicazione sollecitando lo strumento appropriato e dispone di una mwamwunità di memoria a stato solido (mwam0Solid State Recorder, SSR) per i dati dell'osservatorio. Il CTP controlla l'interazione tra gli strumenti scientifici, la SSR e il sistema di comunicazione.

Il sistema di propulsione contiene i serbatoi e i razzi che, quando richiesto dal controllo di assetto del sistema, vengono accesi per mantenere l'orbita.

Il sistema di mwanacontrollo termico mantiene stabile la temperatura di funzionamento del bus navicella.

Il sistema di comunicazione riceve i comandi dal centro operativo di controllo a terra (OOC) e vi trasmette i dati scientifici e di stato.

Il sistema elettrico di alimentazione converte la radiazione solare raccolta dai mwanmpannelli solari in energia elettrica per azionare i sottosistemi del bus e la strumentazione scientifica del modulo ISIM.

Il Bus è collegato al sottosistema ottico tramite una torretta telescopica che viene protesa in fase di posizionamento dell'osservatorio. La sua struttura, costituita essenzialmente in grafite composita,cite-ref-2-39-0[39] pesa circa 650mwano kg e supporta il peso del telescopio, 6,5 ton.cite-ref-2-39-1[39] Il bus può garantire un puntamento di un secondo d'arco e isola le vibrazioni fino a due mwan8milliarcosecondi.

Lo mwaocscudo termico (mwaogsunshield) consentirà al telescopio un raffreddamento passivo e una temperatura stabile inferiore a mwaok50 K (−223mwaoo °C). Gli strumenti mwaosNear Infrared (NIRCam, NIRSpec, FGS / NIRISS) operano a circa 39mwaow K (−234mwao0 °C). La (MIRI) nel medio infrarosso funziona ad una temperatura di 7mwao4 K (−266mwao8 °C), utilizzando un sistema mwapacriogenico ad mwapeelio.cite-ref-3-40-0[40] Il raffreddamento consente anche ai segmenti dello specchio primario di rimanere correttamente allineati quando cambia l'orientamento rispetto al Sole.

Lo scudo termico consta di 5 strati di mwapcKapton, ognuno dei quali è separato da vuoto isolante che dissipa il calore mantenendo ogni strato più freddo del precedente.

Gli strati dello scudo sono rivestiti con mwapkalluminio e mwaposilicio mwapsdrogato per le loro proprietà ottiche, conduttive e durata nell'ambiente spaziale. L'alta mwapwemissività del silicio dissipa buona parte del calore del Sole e della luce preservando gli strumenti e la superficie di alluminio altamente riflettente disperde l'energia residua verso i bordi dello scudo termico.

Lo spessore degli strati varia da 0,05 millimetri per quello rivolto verso il Sole a 0,25mwap4 mm per i restanti. Gli spessori dei rivestimenti di alluminio e silicio sono rispettivamente di mwap850 nm e di 100mwaqa nm.cite-ref-3-40-1[40]

Lo mwaqcSpace Telescope Science Institute (STScI), con sede a mwaqgBaltimora, mwaqkMaryland nel campus Homewood dell'mwaqoUniversità Johns Hopkins, è responsabile della ricerca scientifica e della divulgazione dei dati. I dati saranno trasmessi dal JWST a terra tramite il mwaqsDeep Space Network del mwaqwJPL, poi elaborati e distribuiti via mwaq0internet alla comunità astronomica. Come per Hubble, lo STScI valuterà le proposte della comunità scientifica per successive campagne osservative. Ogni anno i comitati di astronomi potranno valutare in mwaq4revisione paritaria le proposte presentate per selezionare i programmi di osservazione degli anni successivi. La conversione dei dati scientifici da analogico a digitale (mwaq8ADC) viene eseguita dal mwaraASIC SIDECAR.

Osservazioni a tempo garantito (GTO, mwarmGuaranteed Time Observers) vengono assegnate ai gruppi di studio selezionati che ne avranno fatto richiesta. Per massimizzare il ritorno scientifico, i progetti GTO vengono programmati in anticipo e ufficializzati entro i primi due anni di attività del telescopio. Ogni ciclo GTO viene definito attraverso l'mwarqAstronomer's Proposal Tool (APT),cite-ref-41[41] un pacchetto software messo a disposizione della comunità astronomica per presentare in mwarkpeer review le proposte per il JWST, nel rispetto delle policy a protezione di ricerche già effettuatecite-ref-42[42]. A giugno 2017 è stato annunciato il primo ciclocite-ref-43[43] di GTO costituito da circa 8700 ore di osservazioni, circa un anno. Queste osservazioni studieranno i pianeti solari esterni, la fascia di Kuiper, le prime galassie e i pianeti extrasolaricite-ref-44[44]cite-ref-45[45]. I satelliti naturali mwasoEuropa ed mwassEncelado saranno tra gli obiettivi del primo ciclo di osservazioni.cite-ref-46[46]

Poiché il primo ciclo di indagini è stato riservato ai ricercatori direttamente coinvolti nello sviluppo del telescopio e i dati delle ricerche non dovrebbero essere resi pubblici entro i primi tre anni, la comunità astronomica ha sollecitato e ottenutocite-ref-47[47] un programma di ricerche che si sovrapporrà al primo ciclo. Questo programma, chiamato mwatuEarly Release Science (ERS) ha circa il 10% del tempo disponibile del Webb, circa 460 ore. Il 13 novembre 2017 è stata resa pubblicacite-ref-48[48] la selezione finale dei 13 programmi scientifici di questo mini ciclo, eseguiti nei primi cinque mesi di operatività del JWST e la cui fattibilità e ordine temporale di esecuzione hanno in parte risentito dello slittamento della data di lancio e del fatto che il telescopio non può venire orientato nella parte di volta celeste illuminata dal Sole.

Il secondo ciclo di osservazioni GTO programmato per il secondo anno di attività del Webb è stato annunciato a maggio 2023 ed è costituito da una selezione bilanciata di un'ampia gamma di argomenti scientifici, dagli asteroidi agli esopianeti e alla cosmologia.cite-ref-49[49]

• Il 12 luglio 2022 la NASA ha diffuso la prima immagine a colori catturata dal telescopio, chiamata mwaucmwaugWebb's First Deep Field e presentata dal presidente statunitense mwaukJoe Biden.cite-ref-50[50] Nello stesso giorno è stata illustrata anche la composizione del pianeta extrasolare mwau4WASP-96 b (un esopianeta simile a Giove con una massa inferiore del 50%).cite-ref-51[51]cite-ref-52[52]cite-ref-53[53]

• Il 24 agosto 2022, gli astronomi hanno annunciato che è stata rilevata mwavwanidride carbonica nell'atmosfera dell'esopianeta mwav0gigante gassoso mwav4WASP-39 b con osservazioni di JWST tramite tecniche di mwav8spettroscopia di assorbimento nell'ambito del programma Early Release Science (ERS). È stata la prima volta che è stata rilevata anidride carbonica su un pianeta al di fuori del sistema solare.cite-ref-54[54]cite-ref-55[55]

• L'11 gennaio 2023 scienziati della NASA hanno annunciato la scoperta di mwawkLHS 475 b, un pianeta di taglia terrestre. Precedentemente candidato da osservazioni compiute dal mwawotelescopio spaziale TESS, si tratta del primo pianeta scoperto dal telescopio James Webb.cite-ref-nasa2023-56-0[56]

• Il 22 febbraio 2023 un gruppo di astronomi annuncia la scoperta di sei massicce galassie che si sono formate da 500 a 700 milioni di anni dopo il mwaxaBig Bang. Si pensa che le galassie abbiano una massa simile alla Via Lattea, ma siano 30 volte più dense; secondo il gruppo di ricerca questa scoperta mette in discussione le teorie sull'evoluzione delle galassie,cite-ref-57[57]cite-ref-58[58] senza confutare il modello del Big Bang.

Lo sviluppo del telescopio James Webb è una collaborazione internazionale delle 3 principali agenzie spaziali: mwa0yNASA, mwa0cESA e mwa0gCSA, oltre a diversi partner privati e accademici. Tra i principali collaboratorimwa0k :

• mwa0wBall Aerospace, responsabile della costruzione dello specchio primario

• mwa04Northrop Grumman Aerospace Systems (NGAS) principale contraente

• mwa1aLockheed Martin, responsabile per la NIRCam

• mwa1iESA, responsabile per il NIRSpec, il mwa1mMIRI e il lancio del Ariane 5

• mwa1uOrbital ATK fornitore dello schermo parasole (mwa1ySunshield)

• mwa1gSpace Telescope Science Institute

• mwa1oUniversità dell'Arizona

• mwa1wJet Propulsion Laboratory (JPL) contributore per il MIRI

• mwa14Agenzia Spaziale Canadese (CSA), responsabile del FSG e NIRISS

• mwa2iGoddard Space Flight Center: direzione, sviluppo, costruzione e collaudo del JWST

• mwa2qMarshall Space Flight Center: collaudo specchio primario

• mwa2yJohnson Space Center: collaudo osservatorio

La NASA ha il coordinamento generale per la missione JWST.

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• mwbbkSito ESA JWST mwbboci.esa.int/jwst

• mwbbwGlossario mwbb0Archiviato il 17 agosto 2016 in Internet Archive. JWST mwbb8jwst.nasa.gov

• mwbce(EN) James Webb Space Telescope Sunshield: Challenges in Analysis of Gossamer Structures (PDF), su ryanfellini.com. URL consultato il 1º gennaio 2021.