James Webb funcionará a -233ºC en el espacio

El telescopio James Webb funcionará a temperaturas muy cercanas al cero absoluto. ¿Cómo han podido probarlo en la Tierra?

La temperatura teórica más baja posible, también conocida como cero absoluto, se sitúa en los −273,15 °C. Cuando un objeto alcanza esta temperatura, su nivel de energía interna es el más bajo posible, sus moléculas dejan de moverse por completo, y no puede enfriarse más.

El observatorio James Webb, que estará colocado a un millón y medio de kilómetros de la Tierra, operará a temperaturas muy cercanas a ese cero absoluto. Está listo para que su espejo funcione a -233ºC, la temperatura media de Plutón (por si alguien estaba pensando elegir este planeta para mudarse). James Webb tiene que estar tan frío para poder captar señales térmicas extremadamente débiles, las que podrá recibir de las primeras estrellas y galaxias que se formaron en el origen del universo.

El lugar donde se va a colocar el  telescopio James Webb permite forzar una extrema peculiaridad térmica. Una parte del telescopio recibe la radiación del Sol, la otra cara, sin embargo, está siempre a su sombra.

La diferencia de temperatura entre una cara y la otra es tan extrema que en la NASA lo explican así: «La diferencia de temperatura entre las partes caliente y fría del telescopio es enorme -casi se podría hervir agua en el lado caliente, y ¡congelar el nitrógeno en el lado frío!”. Una parte se separa de la otra por un “paraguas”, una especie de sombrilla que establece un muro de contención térmica.

Pero vamos a centrarnos en el frío. James Webb operará a -233º C. ¿Cómo ha podido probar que funcionará?

Las cámaras de vacío térmico

Las operaciones que debe llevar a cabo James Webb tienen que ser compatibles con exponerse a temperaturas muy frías, de unos -233ºC. Como es imposible que exista un lugar en la Tierra con esta temperatura, los científicos han usado cámaras térmicas de vacío para recrear este clima y ponerle a prueba.

Las pruebas se hicieron en dos fases, en dos cámaras de vacío térmico espacial. La imagen superior de este reportaje da una idea de sus dimensiones.

Las cámaras de vacío permiten recrear diferentes ambientes espaciales, controlando los parámetros físicos del sistema, como la presión total, la composición de los gases, la radiación, y también la temperatura. Es decir, dentro de estas cámaras de vacío, es posible recrear, por ejemplo, el clima de Marte, o, en este caso el «clima» del L2, el punto donde estará colocado James Webb.

Para someterle a las pruebas, primero hay que lograr que el instrumento esté en el vacío, como una lata de conservas. Una vez logrado, la cámara cuenta con sistemas que permiten refrigerarlo y calentarlo a temperaturas máximas y mínimas, utilizando gases como el  nitrógeno y el helio.

La cámara es un espacio cilíndrico, de unos 27 metros de diámetro y 40 metros de altura, y utiliza nitrógeno y helio líquidos para bajar la temperatura y simular el ambiente espacial.

Las bombas de vacío consiguen que en el interior aproximadamente una milmillonésima parte de la presión atmosférica normal de la Tierra

Para replicar el vacío del espacio, hay que drenar la atmósfera de la cámara.  Para lograrlo se utilizan bombas  mecánicas masivas, que son esencialmente versiones grandes de las aspiradoras de las que la gente usa en casa. Consiguen eliminar el más mínimo rastro de aire en la cámara, hasta conseguir aproximadamente una milmillonésima parte de la presión atmosférica normal de la Tierra.

Una vez conseguido el vacío,  toca jugar con las temperaturas imposibles. El telescopio James Webb estuvo sometido a una amplia gama de temperaturas frías y calientes, que van de -148 grados centígrados hasta unos sofocantes 102 grados centígrados.

Tras 116 días de tortura térmica,  James Webb salió ileso de la cámara de vacío

Esta variación de temperaturas garantiza que la nave sobreviva a las condiciones extremas que realmente experimentará en el espacio. Tras 116 días de tortura térmica, el corazón del Telescopio Espacial James Webb, el Módulo de Instrumentos de Ciencia Integrada (ISIM) y sus instrumentos sensibles, emergieron ilesos de la cámara de vacío  en octubre de 2014. Funcionaba.

La mitad del observatorio Webb, conocido como el «elemento de la nave espacial», completó esta prueba en las instalaciones de Northrop Grumman, el principal socio industrial de la misión. La otra mitad de Webb, que consta del telescopio y los instrumentos científicos, completó con éxito sus pruebas de vacío térmico en el Centro Espacial Johnson de la NASA.