Una delle sfide più ardue nell’assemblare un telescopio è quella di allinearlo con precisione ottica. Se l’allineamento non è corretto, tutte le immagini risultano sfocate. Questo diventano particolarmente complesso quando l’assemblaggio avviene nello spazio, come dimostra il Telescopio Spaziale James Webb (JWST).
Rispetto al Telescopio Spaziale Hubble, il JWST non presenta un singolo specchio primario. Per poter essere collocato nel razzo di lancio è stato necessario piegarlo e assemblarlo dopo il lancio. Per questa ragione e altre, il riflettore primario del JWST è costituito da un insieme di 18 segmenti esagonali. Ogni segmento è largo solo 1,3 metri, ma quando è allineato correttamente, funziona efficacemente come uno specchio unico di 6,5 metri. Questo metodo costituisce un modo efficace per costruire un telescopio spaziale di dimensioni maggiori, ma implica che l’assemblaggio dello specchio debba essere messo a fuoco nello spazio.
Per ottenere ciò, ogni segmento di specchio è dotato di un insieme di attuatori che possono spostare il segmento lungo sei assi di allineamento. Vengono messi a fuoco usando una tecnica di fase del fronte d’onda. Poiché la luce si comporta come un’onda, quando due fasci di luce si sovrappongono, le onde creano un pattern di interferenza. Quando gli specchi sono correttamente allineati, le onde di luce provenienti da ciascun segmento di specchio si allineano, creando un focus nitido.
Un confronto tra gli specchi primari dell’Hubble e del JWST. Credito: utente di Wikipedia Bobarino
Per il JWST, la sua Near Infrared Camera (NIRCam) è dotata di una camera per il fronte d’onda. Per allineare gli specchi, il team del JWST punta la NIRCam verso una stella e poi sposta intenzionalmente gli specchi fuori allineamento. Questo dà alla stella un aspetto sfocato e diffuso. Il team quindi riposiziona gli specchi per mettere a fuoco la stella, allineandoli correttamente.
Questo processo è stato effettuato per allineare gli specchi subito dopo il lancio del JWST. Tuttavia, a causa di vibrazioni e variazioni di temperatura, i segmenti di specchio tendono lentamente a disallinearsi. Non di molto, ma abbastanza per necessitare di un riallineamento occasionale. Per mantenere la situazione sotto controllo, il team esegue tipicamente un controllo di errore del fronte d’onda ogni due giorni. C’è anche una piccola camera puntata verso l’assemblaggio degli specchi, permettendo al team di scattare un “selfie” per monitorare le condizioni degli specchi.
Il JWST è stato progettato per mantenere un errore del fronte d’onda di 150 nanometri, ma il team è riuscito a mantenere un errore di 65 nanometri. Si tratta di un allineamento straordinariamente stretto per un telescopio spaziale, che consente al JWST di catturare immagini sbalorditive delle galassie più distanti nell’universo osservabile.
Puoi scoprire di più su questa tecnica sul Blog NASA.