Mentre domani il telescopio spaziale Hubble festeggerà i suoi 22 anni di permanenza nello spazio, il suo successore sta già mietendo qualche successo prima ancora di essere messo in orbita. Quello che raccoglierà l’eredità di Hubble è il James Webb Space Telescope (JWST), così chiamato dal nome (in verità poco noto) di un ex direttore della Nasa e sarà il primo di una nuova generazione di osservatori orbitanti. Sarà il telescopio spaziale più potente mai costruito: fornirà immagini delle prime galassie formatesi nel corso dell’evoluzione cosmica ed esplorerà pianeti intorno a stelle lontane. È frutto di un progetto congiunto di Nasa, Esa (Agenzia spaziale europea) e Agenzia Spaziale Canadese.
Un aspetto fondamentale del JWST è la sua innovativa tecnologia, molta della quale ideata, progettata e costruita appositamente per poter vedere molto lontano quindi molto indietro nel tempo. Quel che è interessante – e qui stanno i primi successi – è che alcune delle innovazioni uscite dall’apposito centro della Nasa, il Goddard Space Flight Center di Greenbelt, nel Maryland, vengono già utilizzate con vantaggio in molti altri settori, quali: ottica, aerospace, astronomia, medicina, tecnologie dei materiali.
Nell’industria ottica la ricaduta più interessante è una nuova tecnica per misurare grandi lenti asferiche. Quelle asferiche sono lenti dal profilo complesso, le cui superfici non sono porzioni di una sfera o di un cilindro. Il nuovo metodo unisce diverse misure di una superficie in una singola misura combinando i dati come se le varie parti fossero “cucite” insieme. Per varare il JWST la Nasa ha bisogno di componenti ottici asferici grandi e di alta qualità e la loro misura è un fattore decisivo. Sono stati perciò attivati gruppi di ricerca e sviluppo e piccole imprese come la QED Technology, che hanno sviluppato tecnologie adeguate e hanno anche realizzato una macchina utensile innovativa chiamata “interferometro per cucitura asferica”; un’apparecchiatura che potrà essere applicata a sistemi ottici avanzate in telescopi, microscopi, macchine fotografiche, cannocchiali medici, binocoli e fotolitografia.
Nell’industria aerospaziale e in astronomia, il programma del JWST ha dato occasione alla 4D Technology di ottenere il suo primo contratto commerciale per sviluppare il sistema interferometrico PhaseCam, che misura la qualità dei segmenti di specchio del telescopio in un ambiente criogenico sottovuoto. Questo è un modo nuovo di utilizzare gli interferometri nel settore aerospaziale. Un interferometro è un dispositivo che separa un fascio di luce in due fasci, solitamente per mezzo di riflessioni, per poi sovrapporli per produrre il fenomeno dell’interferenze che viene utilizzata per misurare la lunghezza d’onda, indice di rifrazione e anche distanze. L’interferometria prevede la raccolta della radiazione elettromagnetica con due o più collettori separati da una certa distanza per produrre un’immagine più nitida di quanto ogni singolo telescopio potrebbero ottenere separatamente.
Per testare i segmenti di specchio del JWST, questi sono collocati in un ambiente particolare dove l’aria viene rimossa da una pompa a vuoto e la temperatura è fatta scendere ai livelli di freddo estremo dello spazio profondo che la navicella spaziale dovrà sopportare. Era necessario mettere a punto una nuova tecnica interferometrica dinamica, con esposizioni molto brevi senza vibrazioni, per eseguire le misure con la precisione richiesta. L’interferometro che ne è derivato potrà essere impiegato per valutare i futuri specchi che devono essere testati in camere a vuoto, dove le vibrazioni sono un problema.
Nel settore medico, dalla preparazione del JWST sono derivati nuovi dispositivi di misura del “fronte d’onda”, che possono avere effetti importanti in oculistica. La tecnologia è nata per misurare con precisione i segmenti dello specchio primario del telescopio durante la produzione. Uno dei nuovi dispositivi sviluppati è il sensore Scanning Shack Hartmann; un altro è il rilevatore di “fronte d’onda” e può essere applicato per migliorare le misure sull’occhio umano ottenendo potenziali miglioramenti negli interventi di chirurgia oftalmica e vantaggi nella diagnosi delle malattie oculari: con queste tecniche, gli oculisti hanno ottenuto informazioni dettagliate circa la forma e la “topografia” dell’occhio in pochi secondi, anziché in ore.
Infine, nella scienza e tecnologia dei materiali, gli studi per progettare il JWST hanno aperto nuove possibilità nella misura della resistenza dei materiali compositi. Misurare gli sforzi nei materiali compositi equivale a misurare quanto essi cambiano in determinati ambienti. La nuova tecnica permette di conoscere cambiamenti anche molto piccoli in un profilo di superficie e di fare tutto questo ad alta velocità, consentendo al dispositivo di funzionare anche in presenza di vibrazioni che normalmente offuscano i risultati.
Questi sono solo i primi frutti indiretti del nuovo telescopio; i tecnici del Goddard Space Flight Center sono convinti che in futuro altri comparti industriali potranno beneficiare di altre ricadute tecnologie del JWST. Nel frattempo si intensifica l’attività per arrivare in tempo all’appuntamento del lancio, che attualmente è previsto per il 2018.
Animazione che mostra la sequenza di dispiegamento del telescopio spaziale James Webb.
Credito: Nasa/Northrop Grumman
