Perché il telescopio spaziale James Webb non ha ancora puntato verso la Terra o la Luna?

Il telescopio spaziale James Webb sta osservando oggetti astronomici di ogni tipo, dai pianeti agli ammassi di galassie. Incuriosisce come, a fronte di innumerevoli immagini raccolte, non ci abbia ancora inviato immagini né della Terra né della Luna. Capiamone la ragione.

Terra
Immagine della Terra dallo spazio. Di immagini simili o migliori prese dal telescopio JWST non ne vedremo mai, essendo per questo telescopio impossibile osservare verso Terra. Credit: NASA

Le immagini di oggetti astronomici prese dal telescopio spaziale James Webb (JWST) sono molto popolari. Non ci si stanca di guardarle e si è sempre in attesa di nuove. Le immagini del JWST spaziano dai pianeti, alle stelle, alle galassie, agli ammassi di galassie, in una lista lunghissima; esse deliziano e stimolano la curiosità. Tuttavia, una domanda sorge spontanea.

Come mai della Terra e della Luna non ci sono ancora arrivate immagini da JWST? Sono trascorsi due anni e mezzo da quando questo telescopio è stato lanciato in orbita. Perché ha raccolto immagini di tutti i tipi di oggetti astronomici ma nessuna della Terra o della Luna?

La risposta è nella sua orbita

Il giorno di Natale del 2021 il telescopio James Webb ha lasciato la Terra a bordo di un razzo Ariane 5 (tra le diverse tipologie è uno dei razzi più affidabili). Partito dallo spazioporto di Kourou nella Guiana Francese, dopo un viaggio di 29 giorni ed un tragitto di circa un milione e mezzo di km, JWST ha raggiunto il famoso punto di Lagrange L2, attorno al quale è entrato in orbita.

I punti di Lagrange sono precise posizioni presenti nello spazio dove le forze agenti su un corpo di massa minore di un sistema di tre corpi, si bilanciano, creando condizioni di equilibrio più o meno stabili. In particolare, il punto L2 ha la caratteristica speciale di permettere a un telescopio (o in generale qualunque satellite) di orbitare attorno al Sole in un anno esatto rimanendo allineato rispetto alla Terra e al Sole.

Nel punto lagrangiano L2 il telescopio JWST rimane sulla congiungente Terra-Sole durante la sua orbita attorno al Sole.

JWST
JWST una volta posizionato nel punto lagrangiano L2 ruota attorno al Sole mantenendo sempre Terra e Sole lungo la stessa congiungente. Credit: NASA

Più precisamente il telescopio compie un’orbita corta attorno ad L2 mentre L2 si muove attorno al Sole. Questa posizione permette al telescopio di volgere sempre le spalle al Sole e di bloccare la luce (e quindi il calore) emessa da questo, come anche di bloccare la luce solare riflessa dalla Terra e dalla Luna.

Il telescopio è infatti munito di uno scudo termico che, bloccando il flusso di calore che lo raggiunge dal Sole, permette al suo specchio e alla strumentazione a bordo di mantenere temperature molto basse.

Perché JWST teme il calore

JWST è un telescopio che opera nell'infrarosso ed è ottimizzato per rilevare radiazione infrarossa. Questo poiché il suo scopo è rilevare (fotografare) la debolissima emissione infrarossa (quindi il tenuissimo calore) degli oggetti astronomici.

JWST
Schema della struttura del telescopio JWST. Lo scudo termico (in rosso) ad elevate temperature, poiché direttamente esposto ai raggi solari, isola termicamente specchio e strumenti (in blu)che rimangono intorno ai -230 C. Credit: NASA

Perché ciò avvenga, tanto lo specchio quanto gli strumenti a bordo (ad esempio la camera NIRCam e la spettrocamera MIRI) devono essere a temperature molto basse - esattamente intorno ai -230 0C. Al contrario, il telescopio se esposto ai raggi del Sole raggiungerebbe temperature intorno agli 85 0C e sarebbe totalmente incapace di osservare (per usare un'analogia sarebbe completamente accecato dall'intensa luce solare e "ustionato" dal suo calore).

Per proteggerlo dalla luce e dal calore solare, il telescopio è munito di uno scudo termico che esposto ai raggi solari ha temperature elevate, ma è isolato termicamente da specchio e strumenti che rimangono freddi.

Lo scudo di JWST è così potente da ottenere un Sun Protection Factor (SPF) di circa 1 milione; cioè riduce di un fattore pari a 1 milione la potenza di qualunque sorgente luminosa posta oltre lo scudo.

Poiché lo scudo deve proteggete specchio e strumenti dalla luce proveniente contemporaneamente dal Sole e dalla Terra, l’unico modo per riuscirci è che Sole e Terra siano sempre allineati nella stessa direzione, circostanza che si verifica appunto nel punto Lagrangiano L2.

L2 è l'unico punto dello spazio che permette a un telescopio di schermare contemporaneamente la luce del Sole e quella riflessa dal sistema Terra-Luna.

Essendo Sole, Terra e Luna sorgenti brillantissime e caldissime per JWST, queste non saranno mai osservate dal telescopio, anzi, saranno sempre posizionate alle spalle dello specchio e nascoste dal suo potente scudo.

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Il video mostra come il telescopio JWST orbiti circolarmente attorno al punto L2 e contemporaneamente, in allineamento con la Terra, attorno al Sole, mostrando a questo lo scudo termico e mantenendo specchio e strumenti in direzione opposta.

Quindi è duplice il motivo per cui ancora il telescopio JWST non ha puntato né Terra, né Luna , né Sole: troppo luminosi e caldi e fisicamente invisibili poiché posizionati dietro lo scudo termico.

Quindi, per chi fosse ancora in attesa magari un giorno di ammirare bellissime immagini di Sole, Terra e Luna prese da JWST, si metta l’anima in pace…anche JWST vorrebbe…ma non può!