O telescópio James Webb 

Por Lorran Batista Gonzaga

James Webb é o telescópio mais poderoso já construído. Feito para investigar o universo primordial o poderoso JWST foi lançado no ano de 2021. Com sua capacidade sem precedentes de observar a luz infravermelha a ferramenta cosmológica não apenas superou as expectativas técnicas, mas também desafiou paradigmas científicos estabelecidos há décadas. O JWST possui características técnicas extraordinárias para operar no espaço. Seu espelho principal, o maior já lançado ao cosmos, é tão grande que precisa ser dobrado como um origami para caber no foguete durante o lançamento. Além disso, o telescópio é protegido por um escudo térmico de cinco camadas, do tamanho de uma quadra de tênis, que bloqueia a luz e o calor do Sol, da Terra e da Lua, oferecendo uma proteção equivalente a um filtro solar de FPS 1 milhão. Graças a essa tecnologia avançada, o Webb tem uma precisão incrível: seria capaz de enxergar algo tão pequeno quanto uma moeda a uma distância de quase 40 quilômetros, revelando detalhes cósmicos nunca antes observados.

O espelho primário do Telescópio Espacial James Webb (JWST) é uma estrutura revolucionária composta por 18 segmentos hexagonais individuais, totalizando um diâmetro de aproximadamente 6,5 metros. Cada segmento é fabricado em berílio, um material leve e resistente, capaz de manter estabilidade estrutural em temperaturas extremamente baixas, próximas a -223°C, condições críticas para operação no infravermelho. A superfície de cada segmento é revestida com uma fina camada de ouro, com cerca de 100 nanômetros de espessura, otimizada para refletir eficientemente a radiação infravermelha, essencial para captar sinais de objetos distantes no universo. A precisão de fabricação é impressionante: a rugosidade superficial não ultrapassa 20 nanômetros, garantindo que a luz coletada seja focada com máxima fidelidade.  

Cada segmento do espelho primário é ajustável remotamente por meio de atuadores micrométricos, permitindo alinhamentos precisos após o lançamento. Esse sistema de controle ativo compensa imperfeições térmicas ou mecânicas, assegurando que os 25,4 m² de área coletora mantenham uma curvatura parabólica ideal. O espelho secundário, posicionado diante do primário, é convexo e também construído em berílio revestido de ouro, com 0,74 metros de diâmetro. Sua função é redirecionar a luz refletida pelo primário para o espelho terciário, localizado no centro do sistema óptico.  

O espelho terciário, menor e fixo, integra o subsistema óptico posterior (Aft Optics Subsystem), direcionando a luz para os instrumentos científicos. Além dele, um espelho de direcionamento fino (Fine Steering Mirror) compensa vibrações ou desvios mínimos, estabilizando a imagem durante observações. Todo o conjunto óptico opera em sincronia com sensores de frente de onda, que monitoram e corrigem distorções em tempo real, um processo vital para manter a resolução angular de aproximadamente 0,1 arcossegundos.  

A escolha do berílio como material base deve-se à sua combinação única de leveza, rigidez e baixa expansão térmica, crucial para um telescópio que opera em ambientes criogênicos. O revestimento de ouro, aplicado por deposição a vapor, maximiza a reflexão em comprimentos de onda infravermelhos, onde o JWST atua com maior eficiência. Durante testes na Terra, os espelhos foram submetidos a simulações de vácuo térmico e ambientes de microgravidade, validando sua resistência e funcionalidade.  

Integrados aos instrumentos como NIRCam, MIRI e NIRSpec, os espelhos do JWST permitem observações desde o infravermelho próximo até o médio, desvendando fenômenos como a formação das primeiras galáxias e a composição de exoplanetas. Projetado para operar no ponto Lagrangeano L2, a 1,5 milhão de quilômetros da Terra.

As câmeras do Telescópio Espacial James Webb (JWST) representam um conjunto de instrumentos de alta tecnologia projetados para capturar e analisar a radiação infravermelha com sensibilidade sem precedentes. A Near-Infrared Camera (NIRCam), principal câmera de imageamento no infravermelho próximo, opera em comprimentos de onda entre 0,6 e 5 micrômetros. Seus detectores são compostos por matrizes de mercúrio-cádmio-telúrio (HgCdTe), resfriados a -233°C para reduzir o ruído térmico. Com um campo de visão equivalente a 2,2 × 2,2 minutos de arco, a NIRCam é capaz de detectar objetos extremamente fracos, como as primeiras galáxias formadas após o Big Bang, graças à sua resolução angular de 0,03 arcossegundos por pixel. Além da imagem direta, ela incorpora coronógrafos para bloquear a luz de estrelas brilhantes, permitindo a observação de exoplanetas e discos protoplanetários.  

Complementando a NIRCam, o Mid-Infrared Instrument (MIRI) estende a capacidade observacional para o infravermelho médio, cobrindo faixas entre 5 e 28 micrômetros. Seus detectores de arsenieto de índio e antimônio (Sb-InAs) exigem resfriamento adicional a -266°C, alcançado por um sistema criogênico mecânico independente. O MIRI combina uma câmera de alto contraste com um espectrômetro, possibilitando não apenas imagens detalhadas de regiões de formação estelar envoltas em poeira, mas também análises químicas de atmosferas planetárias e núcleos galácticos. Sua óptica inclui filtros sintonizáveis e coronógrafos de quatro quadrantes, essenciais para estudos de objetos próximos a fontes luminosas.  

O Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec), embora focado em espectroscopia, integra módulos de imageamento para selecionar alvos. Utilizando uma matriz de microobturadores — 248 mil minúsculas portas controláveis individualmente —, ele realiza espectroscopia multiobjeto, analisando simultaneamente até 100 fontes em um único campo. Essa tecnologia permite mapear a composição química e a dinâmica de aglomerados estelares ou galáxias distantes com eficiência inédita. Já o Fine Guidance Sensor (FGS), acoplado ao instrumento NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph), atua como um sistema de navegação de precisão, gerando imagens de referência em tempo real para estabilizar o telescópio durante longas exposições.  

Cada câmera foi submetida a testes rigorosos em ambientes simulando o vácuo espacial e temperaturas extremas, garantindo robustez contra variações térmicas e radiação cósmica. A calibração fina dos detectores envolveu ajustes nanométricos nas posições dos pixels, assegurando que a luz coletada pelos espelhos seja convertida em dados científicos com fidelidade. A integração desses instrumentos à óptica do JWST permite observações sincronizadas: enquanto a NIRCam mapeia estruturas em grande escala, o MIRI penetra em nuvens de poeira interestelar, e o NIRSpec decifra assinaturas espectrais de elementos como água, metano e dióxido de carbono.  

Projetadas para operar em conjunto, as câmeras do JWST utilizam algoritmos de processamento embarcado para corrigir distorções, compensar efeitos de difração e otimizar o fluxo de dados transmitidos à Terra. A combinação de imageamento de amplo campo, espectroscopia de alta resolução e sensibilidade a comprimentos de onda inacessíveis a telescópios anteriores posiciona o JWST como uma ferramenta revolucionária para explorar desde a formação de sistemas planetários até a evolução química do universo primordial. Sua arquitetura modular e redundância crítica garantem que, mesmo em um ambiente hostil a 1,5 milhão de quilômetros da Terra, a missão continue redefinindo os limites da astronomia observacional.