El Telescopio Espacial James Webb y el punto de Lagrange L2

Por @Wicho — 27 de diciembre de 2021

Durante su camino hacia el punto de Lagrange L2 del sistema Sol–Tierra el Telescopio Espacial James Webb tiene que sobrevivir a un complejo proceso de despliegue para poder entrar en servicio. Pero su viaje hacia el punto L2 también tiene su complicación debido al hecho de que el Webb no puede frenar en caso de que se le impartiera demasiada velocidad.

A la sombra (y al frío)

Webb necesita estar en el punto L2 porque es un telescopio destinado para detectar señales muy débiles en el infrarrojo. Para ello cuenta con su parasol, una maravilla de la ingeniería que la NASA dice que tiene el equivalente a un factor de protección solar de un millón. Así, el lado del telescopio que apunta al Sol estará a unos 85 ºC mientras que el lado contrario estará a unos -233 ºC; y el instrumento MIRI estará unas decenas de grados más frío porque además cuenta con su propio sistema de refrigeración.

Pero para que el parasol pueda hacer bien su tarea hay que asegurarse de que cualquier posible fuente de calor que pueda interferir con las señales que busca el Webb quede del lado adecuado. Igual que cuando vas a la playa e intentas protegerte con una sombrilla. Y de ahí el haber enviado el Webb al punto de Lagrange L2: una vez allí el parasol puede estar apuntando siempre hacia la Tierra y el Sol mientras el Web hace sus observaciones.

El punto L2 tiene la ventaja añadida de que el Webb tiene siempre la Tierra a la vista igual que la Tierra lo tiene a él, lo que permite comunicaciones 24/7 con él.

Cinco puntos «sin gravedad»

Los puntos de Lagrange son, simplificando bastante el asunto, cinco puntos en los que la fuerza gravitatoria de dos cuerpos que orbitan entre si se anula mutuamente de tal forma que un tercer objeto, siempre que tenga una masa despreciable respecto a los otros dos, puede permanecer en uno de ellos puntos indefinidamente. O casi.

Esto es así en lo que respecta a los puntos L4 y L5 y por eso con el transcurso del tiempo se han ido «aparcando» en ellos asteroides que orbitan los puntos L4 y L5 del sistema formado por el Sol y la Tierra. Pero la posición de los puntos L1, L2 y L3 varía ligeramente con el tiempo, así que si no se hace nada al respecto los objetos que están en ellos terminan por ser expulsados de ellos. En el caso del Webb en caso de que se desplazara un poco hacia la Tierra comenzaría a acercarse cada vez más a ella; o por el contrario podría suceder lo contrario y empezar a alejarse. Afortunadamente estos desplazamientos se pueden corregir fácilmente con los motores de a bordo. Y como «casi no hay gravedad» se gasta muy poco combustible en las maniobras de corrección.

Otras misiones activas que están en el punto L2 ahora mismo son el telescopio Gaia, que está elaborando el mapa más preciso de nuestra galaxia que hayamos tenido nunca; y el observatorio de rayos X Spektr-RG. En el pasado también «vivieron» allí Herschel, que hasta el lanzamiento del Webb era el mayor telescopio de infrarrojos que hubiéramos enviado jamás al espacio; y Planck, que estudiaba la radiación de fondo de microondas.

Sin frenos y a lo loco (bueno, no)

Pero el Webb tiene el problema de que sólo tiene motores en su lado caliente, el que apunta hacia la Tierra y el Sol. No se pueden montar motores en el lado en el que está el telescopio porque su escape contaminaría los espejos. Y no se puede dar la vuelta al telescopio porque entonces el Sol churruscaría los instrumentos. Mala idea cualquiera de las dos.

Así que el Ariane 5 que lanzó el Webb hacia el punto L2 –situado aproximadamente a un millón y medio de kilómetros de la Tierra en dirección opuesta al Sol– estaba programado para dejarlo un poco corto de velocidad. Igual que lo estaba la primera maniobra de corrección de trayectoria que hizo en su primer día completo en el espacio. E igual que lo estuvo la segunda maniobra de corrección de trayectoria, ejecutada 60 horas después del lanzamiento. E igual que lo estarán todas las demás maniobras de corrección de trayectoria o de posición que haga en su misión. La idea es quedarse siempre un poco cortos para que el Webb, con el tiempo, tienda a «caer» hacia la Tierra hasta el siguiente impulso de sus motores.

De hecho el Webb alcanzó su velocidad máxima mientras estaba conectado al cohete. Después de la separación la velocidad comenzó a disminuir hasta la maniobra de corrección de trayectoria, cuando volvió a aumentar, aunque sin alcanzar la velocidad inicial. Pero de nuevo en cuanto se apagaron los motores la velocidad empezó a disminuir de nuevo. Así es que el Webb va a alcanzar la altitud de la Luna en unos 2 días y medio, lo que supone un ~25% de su viaje en términos de distancia, pero sólo un ~8% en tiempo. Pero necesitará el 92% de tiempo restante para recorrer el otro 75% de la distancia hasta el punto L2. Una vez allí el Webb no se quedará quieto en el punto L2 sino que orbitará alrededor de él en lo que se conoce como una órbita halo tal y como se puede ver en la animación de arriba.

De hecho el factor limitador de la duración de la misión del Webb –descartando fallos– es el combustible que lleva a bordo; por eso Thomas Zurbuchen, el director adjunto de la NASA para misiones científicas, ha dicho que si el Webb llega al punto L2 y de despliega correctamente y empieza a funcionar verán la posibilidad de diseñar una misión que lo reposte para prolongar su vida.

Cabría suponer que si Webb orbita el Sol más lejos que la Tierra debería tardar más tiempo que nuestro planeta en dar la vuelta al Sol, con lo que perdería su posición. Pero resulta que el equilibrio de la atracción gravitatoria combinada del Sol y la Tierra en el punto L2 hará que el Webb siga el ritmo de la Tierra mientras gira alrededor del Sol, manteniéndolo en su sitio. Todo ventajas.

Se puede seguir en tiempo real el camino del Webb hacia el punto L2 y todo el proceso de despliegue en Where is Webb?; también empezará a haber en breve datos de temperatura.

También hay dos cuentas en Twitter en las que se pueden seguir sus actividades. Una es @NASAWebb, gestionada por la NASA; la otra es @ESA_Webb gestionada por la Agencia Espacial Europea (ESA).

(Gracias por tu apoyo al L2, Ander).

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