Il telescopio James Webb come un gigantesco origami dispiegato nello spazio

Partito il giorno di Natale a bordo di un Ariane 5, il James Webb Space Telescope (JWST) ha portato in L2 (a 1,5 milioni di km dalla Terra, dove la combinazione delle forze garantisce la stabilità orbitale) il meglio della tecnologia e dell'inventiva della comunità astrofisica statunitense, europea e canadese. Ogni persona coinvolta nel mastodontico progetto ha investito anni della sua vita per contribuire a risolvere le immani difficoltà che la missione ha dovuto superare. Più volte in pericolo di essere cancellata per i continui ritardi, accompagnati da aumenti dei costi, quando ha preso il volo è stata un intrigante argomento di conversazione sulle tavole natalizie delle famiglie dei componenti della comunità astronomica Italiana ed europea. Impossibile resistere alla tentazione di partecipare al lancio così a lungo atteso!

"Trois-deux-unité-top ..." I motori si accendono. Si vede la fiammata. "Décollage", dice il direttore di volo della base europea di Kourou.

"Décollage, lift-off, from the tropical rain forest" ha precisato il commentatore della NASA, evidentemente divertito dall’utilizzo della parola francese al posto del più americano lift-off, mentre il razzo si infilava nelle nuvole.

C'era curiosità, trepidazione, ma anche sollievo. Finalmente si chiudeva una fase del progetto e si poteva guardare al futuro. In effetti JWST indagherà il passato remoto del nostro Universo, dal momento che è stato progettato per spingersi nell'infrarosso lontano dove è possibile vedere l'emissione delle prime galassie che si sono formate qualche centinaio di milioni di anni dopo il Big Bang. Infatti, a seguito dell'espansione dell'Universo, la luce delle loro antiche stelle è "scivolata" dal visibile, dove è stata emessa, all'infrarosso. Prima di mettersi all’opera, però, il telescopio, che era partito ripiegato come un gigantesco (e costosissimo) origami spaziale, si doveva aprire seguendo una sequenza di oltre 300 manovre di dispiegamento.

L'abbiamo ammirato splendere al Sole qualche decina di minuti dopo il lancio quando la telecamera montata sul razzo vettore, che aveva esaurito il suo compito e si era staccato, ha ripreso il parallelepipedo scintillante che stava iniziando il suo lungo viaggio. È la prima, e l'unica, immagine del telescopio in orbita.

Immagine del telescopio spaziale James Webb subito prima dell'apertura dei suoi pannelli solari. Crediti: NASA.

E l'origami ha iniziato ad aprirsi davanti ai nostri occhi estendendo il pannello solare, il primo tassello necessario per garantire l'energia necessaria alle manovre. A questo punto il lanciatore Ariane5 salutava il suo carico che aveva immesso perfettamente in traiettoria tanto che la NASA ha stimato che, non dovendo fare correzioni di rotta, JWST potrà risparmiare carburante e questo allungherà la vita della missione ben oltre le più ottimistiche previsioni. La durata della missione è adesso il doppio del previsto e si parla di 20 anni! Complimenti ad Ariane5 e a tutta la squadra di lancio! Poi il telescopio è sparito, ma sappiamo che il giorno dopo è stata la volta dell'antenna ad alto guadagno che deve mantenere le comunicazioni tra il telescopio e il centro di controllo a Baltimora.

Poi si sono aperti, uno per volta i 5 strati del parasole in kapton che deve tenere il telescopio perennemente in ombra in modo che sia al gelo, condizione necessaria per poter svolgere le osservazioni in infrarosso. A questo punto è stato posizionato lo specchio secondario che deve ricevere il segnale dal telescopio primario e rimandarlo al terziario e da lì al piano focale. Anche se a vedere l'animazione la manovra non sembra molto impressionante, gli esperti erano molto in ansia perché se lo specchio secondario non fosse andato al suo posto, la missione sarebbe miseramente fallita.

Per fortuna tutto è andato secondo i piani ed è stato possibili procedere all'apertura dei due set di 3 specchi ciascuno che erano stati ripiegati a fianco della parte principale dello specchio primario (che è composto da 18 esagoni di berillio dorato).

Ci sono voluti 14 giorni per aprire, un passo alla volta, l'origami. Tutte le fasi si sono potute seguire alla pagina "Where is Webb?" della NASA.

Sappiamo che tutto è al suo posto grazie ai dati che riceviamo dai molteplici sensori montati sul telescopio tuttavia moltissimi hanno chiesto alla NASA come mai non ci siano immagini di questi momenti epocali per la missione.

La risposta è molto semplice. Su JWST non ci sono telecamere per immortalare le sequenze della complicata procedura di dispiegamento per l'ottimo motivo che, una volta aperto il parasole, il telescopio è al buio e non sarebbe stato facile ottenere immagini. Ci sarebbero volute telecamere costruite apposta, capaci di lavorare al buio e a temperature bassissime e il loro funzionamento avrebbe ulteriormente complicato una sequenza di operazioni già non semplice. Non si può dire che non ci avessero provato, ma il tentativo di aggiungere delle telecamere al modello di volo aveva dimostrato l'impraticabilità dell'idea. Quindi il capitolo telecamere è stato archiviato. Qualcuno aveva proposto un satellite CubeSat fotografo ma è parsa una complicazione inutile di una missione già di incredibile complessità. Meglio i sensori che saranno poi usati per monitorare lo stato dello strumento durante la sua vita orbitale.

Dopo il dispiegamento ci sono state due settimane dedicate agli specchi (i 18 esagoni del primario e lo specchio secondario) che hanno dovuto essere alzati di circa 12 mm dalla posizione di lancio a quella operativa. Il lavoro viene svolto dagli attuatori che sono progettati per controllare la forma dello specchio con movimenti minuscoli, precisi alla decina di nanometri. Quindi il processo di sollevamento è lentissimo, un millimetro al giorno. Per gli attuatori, è di gran lunga lo spostamento più grande da fare durante la missione.

Ora che il telescopio è stato inserito nella sua orbita intorno ad L2 e tutte le componenti hanno raggiunto la gelida temperatura richiesta, si può procedere all'allineamento dei 18 specchi esagonali che compongono lo specchio primario, un lavoro certosino che va fatto con esattezza assoluta (utilizzando tutta la precisione degli attuatori) per avere uno specchio all’altezza delle aspettative. Ogni esagono ha 7 attuatori per metterlo "in forma" e ognuno deve trovare la posizione ottimale.

Quando l'ottica sarà a punto, verranno accesi gli strumenti che dovranno essere accuratamente verificati. Ci vorrà qualche mese di pazienza ma poi le immagini ci saranno, eccome.