Espelhos Webb/NASA

Espelho primário do Telescópio Espacial James Webb na NASA Goddard. O espelho secundário é o espelho redondo localizado no final das longas lanças, que são dobradas em sua configuração de lançamento. Os espelhos do Webb são cobertos por uma camada microscopicamente fina de ouro, que os otimiza para refletir a luz infravermelha, que é o comprimento de onda primário da luz que este telescópio observa. Foto: NASA/Chris Gunn

Um dos objetivos científicos do Telescópio Espacial James Webb é olhar para trás no tempo, quando as galáxias eram jovens. Webb faz isso observando galáxias muito distantes, a mais de 13 bilhões de anos-luz de nós. Para ver objetos tão distantes e fracos, Webb precisa de um grande espelho. A sensibilidade de um telescópio, ou quantos detalhes ele pode ver, está diretamente relacionada ao tamanho da área do espelho que coleta a luz dos objetos observados. Uma área maior coleta mais luz, assim como um balde maior coleta mais água em uma chuva do que um pequeno.

Os cientistas e engenheiros do Telescópio Webb determinaram que um espelho primário de 6,5 metros (21 pés e 4 polegadas) de diâmetro é o necessário para medir a luz dessas galáxias distantes. Construir um espelho desse tamanho foi desafiador, mesmo para uso no chão. Um espelho tão grande nunca havia sido lançado ao espaço!

Se o espelho de 2,4 metros do Telescópio Espacial Hubble fosse dimensionado para ser grande o suficiente para Webb, seria muito pesado para ser lançado em órbita. A equipe Webb teve que encontrar novas maneiras de construir o espelho para que fosse leve o suficiente - apenas um décimo da massa do espelho do Hubble por unidade de área - mas muito forte.

A equipe do Telescópio Webb decidiu fazer os segmentos do espelho de berílio, que é forte e leve. Cada segmento pesa aproximadamente 20 kg (46 libras).

A equipe do Telescópio Webb também decidiuconstruir o espelho em segmentos sobre uma estrutura que se dobra , como as folhas de uma mesa rebatível, para que possa caber em um foguete. O espelho então se desdobraria após o lançamento. Cada um dos 18 segmentos de espelho em forma hexagonal tem 1,32 metros (4,3 pés) de diâmetro, plano a plano. (O espelho secundário de Webb tem 0,74 metros de diâmetro.)

A forma hexagonal permite um espelho segmentado aproximadamente circular com "alto fator de enchimento e simetria sêxtupla". O alto fator de enchimento significa que os segmentos se encaixam sem folgas. Se os segmentos fossem circulares, haveria lacunas entre eles. A simetria é boa porque só precisa haver 3 prescrições ópticas diferentes para 18 segmentos, 6 de cada (veja o diagrama acima à direita). Finalmente, uma forma geral de espelho aproximadamente circular é desejada porque focaliza a luz na região mais compacta dos detectores. Um espelho oval, por exemplo, daria imagens alongadas em uma direção. Um espelho quadrado enviaria muita luz para fora da região central.

Cada um dos espelhos de Webb tem uma designação individual. A, B ou C denota qual das três prescrições de espelho é um segmento. As fotos mostram a versão de voo de cada espelho do telescópio!

Uma vez no espaço, fazer com que esses espelhos se concentrem corretamente em galáxias distantes é outro desafio. Atuadores, ou minúsculos motores mecânicos, fornecem a resposta para alcançar um único foco perfeito. Os segmentos do espelho primário e o espelho secundário são movidos por seis atuadores que são fixados na parte de trás de cada peça do espelho. Os segmentos primários do espelho também possuem um atuador adicional em seu centro que ajusta sua curvatura. O espelho terciário do telescópio permanece estacionário.

Lee Feinberg, Webb Optical Telescope Element Manager da NASA Goddard explica: "Alinhar os segmentos do espelho primário como se fossem um único espelho grande significa que cada espelho está alinhado a 1/10.000 da espessura de um cabelo humano. O que é ainda mais incrível é que os engenheiros e cientistas que trabalham no telescópio Webb literalmente tiveram que inventar como fazer isso."

Esses diagramas mostram a parte de trás dos espelhos e dos atuadores. Crédito: ASU/NASA