O mundo ainda está se recuperando do lançamento das primeiras imagens do Telescópio Espacial James Webb (JWST). Estes forneceram uma visão abrangente do tipo de operações científicas que o Webb conduzirá ao longo de sua missão de 20 anos. Eles incluíram a visão mais sensível e detalhada de alguns objetos astronômicos icônicos, espectros de uma atmosfera de exoplaneta e uma visão de campo profundo de algumas das galáxias mais distantes do universo. Desde o seu lançamento, também recebemos vislumbres de objetos no sistema solar capturados pelos instrumentos infravermelhos do Webb.
Enquanto isso, a colaboração do JWST divulgou um relatório completo intitulado "Caracterização do desempenho científico do JWST desde o comissionamento", no qual eles examinaram tudo o que Webb realizou até agora e o que eles antecipam durante a missão. Este artigo apareceu recentemente online e cobre tudo, desde a navegação do telescópio até o desempenho de seus muitos instrumentos. Um detalhe interessante, que não foi divulgado anteriormente, é como Webb sofreu uma série de impactos de micrometeoróides, um dos quais causou "mudança incorrigível" em um segmento de espelho.

A equipe por trás deste estudo inclui pesquisadores das três agências espaciais participantes – NASA, Agência Espacial Européia (ESA) e Agência Espacial Canadense (CSA) – e de muitas agências parceiras da missão. Estes incluem o Space Telescope Science Institute (STScI), o Niels Bohr Institute, o Max-Planck-Institut für Astronomy (MPIA), o UK Astronomy Technology Centre (UK ATC), o National Research Council Canada (NRCC), o Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), o Centro de Astrobiologia (CAB) e muitas empresas aeroespaciais, universidades, institutos de pesquisa e agências em todo o mundo.

O documento que eles compilaram avalia o desempenho do JWST durante o período de comissionamento de seis meses antes de entrar em serviço em 12 de julho de 2022. Isso consistiu em caracterizar o desempenho em órbita do observatório, o design e a arquitetura do JWST e o desempenho previsto de pré-lançamento. Estes foram então comparados com o desempenho da espaçonave, telescópios, instrumentos científicos e sistema terrestre. A Seção 4 do Relatório, Desempenho Óptico, aborda como os vários instrumentos da Webb funcionaram durante o período de comissionamento.

O espelho primário do JWST consiste em dezoito segmentos hexagonais dispostos em uma configuração de favo de mel. Cada segmento é composto de berílio banhado a ouro e todos são alinhados para garantir a mais alta resolução e sensibilidade possível. O desempenho geral é medido em termos de Wavefront Error (WFE), que se refere a como a luz coletada pelos espelhos do telescópio se desvia do comprimento de onda esperado da luz. A extensão geral é determinada pelo cálculo do desvio da luz coletada do erro Root-Mean-Square (RMS)—a média esférica de toda a frente de onda.

Isso é expresso matematicamente usando as unidades do comprimento de onda específico, medido em nanômetros (nm) quando se trata de comprimentos de onda infravermelhos. A seção 4.7 aborda os impactos de micrometeoróides e seu efeito potencial no desempenho óptico de longo prazo do Webb. A avaliação começa lembrando os leitores de que qualquer espaçonave inevitavelmente encontrará micrometeoróides e, em seguida, lista como vários impactos eram esperados durante o período de comissionamento:

"Durante o comissionamento, a detecção de frente de onda registrou seis deformações localizadas na superfície do espelho primário que são atribuídas ao impacto de micrometeoróides. Estas ocorreram a uma taxa (aproximadamente uma por mês) consistente com as expectativas de pré-lançamento. Cada micrometeoróide causou degradação na frente de onda do segmento de espelho impactado, medido durante a detecção de frente de onda regular. Parte da degradação de frente de onda resultante é corrigível por meio de controle regular de frente de onda; parte dela compreende termos de alta frequência espacial que não podem ser corrigidos."

Eles indicam ainda que esses impactos de micrometeoróides foram detectados até agora através da detecção de frente de onda. Five of the six detected impacts had negligible effects, contributing to a combined total of less than 1 nanometer to the overall wavefront error. However, the remaining impact, which occurred between May 22nd and May 24th, caused a "significant uncorrectable change" in the overall figure of segment C3. This segment is located on the lower right side of Webb's primary mirror (when seen from the front), and the effect is illustrated in the Report (see image above).

Luckily, the overall effect was small since only a small portion of the telescope area was affected by it. The mission teams also conducted two realignment steps to correct for the impact, which brought the telescope alignment to a minimum of 59 nm RMS, which is about 5 to 10 nm above the previous best wavefront error RMS values. The authors of the Report also go on to note that "drifts and stability levels" in the telescope typically result in a "telescope contribution" of between 60 (minimum) to 80 nm RMS—at which point, wavefront control is typically performed.

They also explain that it is unknown at this time whether or not the May 2022 impact to segment C3 was rare or something that can be expected to happen frequently throughout JWST's mission. As they state, this is essential if the JWST mission teams hope to determine if the telescope will be more susceptible to damage by micrometeoroids than pre-launch modeling predicted:

"The project team is conducting additional investigations into the micrometeoroid population, how impacts affect beryllium mirrors, and the efficacy and efficiency tradeoffs of potential mitigations such as pointing restrictions that would minimize time spent looking in the direction of orbital motion, which statistically has higher micrometeoroid rates and energies."

To summarize, the impact on the C3 segment raised concerns among the mission controllers. But the upside is that it was nothing they couldn't address and is not expected to affect Webb's long-term science operations. As the Report summarizes:

"The key outcome of six months of commissioning is this:JWST is fully capable of achieving the discoveries for which it was built. JWST was envisioned 'to enable fundamental breakthroughs in our understanding of the formation and evolution of galaxies, stars, and planetary systems'… we now know with certainty that it will. The telescope and instrument suite have demonstrated the sensitivity, stability, image quality, and spectral range that are necessary to transform our understanding of the cosmos through observations spanning from near-earth asteroids to the most distant galaxies."

Moreover, the Report's authors conclude that the JWST's performance has been better than expected, almost across the entire board. In terms of the optical alignment of its mirrors, the point spread function, the time-stability of its imaging, and the fine guidance system that points the observatory, Webb has exceeded expectations. They also indicate that the mirrors are cleaner, and the science instruments have generally provided higher total system throughput than pre-launch expectations. All of this adds up to some optimistic appraisals:

"Collectively, these factors translate into substantially better sensitivity for most instrument modes than was assumed in the exposure time calculator for Cycle 1 observation planning, in many cases by tens of percent. In most cases, JWST will go deeper faster than expected. In addition, JWST has enough propellant on board to last at least 20 years."

The JWST Collaboration stated that further details will be presented in a planned series of papers. These will appear in a special issue of the Publications of the Astronomical Society of the Pacific (PASP) dedicated to the JWST. + Explorar mais

James Webb telescope hit by micrometeoroid:NASA