¿Hay algún punto en el espacio que el Telescopio Espacial James Webb no pueda captar?

El telescopio espacial James Webb tiene algunos requisitos de posicionamiento muy específicos; el segundo punto de Lagrange y el posicionamiento del escudo térmico están en lo más alto de mi mente.

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¿Estas restricciones eliminan la posibilidad de apuntar el telescopio a cualquier región general del espacio? Por ejemplo, un telescopio colocado en el polo sur nunca puede obtener una imagen de Polaris porque la Tierra siempre obstruye la vista.

Para el JWST, al principio pensé que podría comparar esto con "el cinturón del espacio siempre oculto detrás de la tierra y el sol", pero luego me di cuenta de que parte del espacio no siempre está oculto, sino que simplemente no estaría disponible en un base "rotativa" según la época del año; después de todo, lo que se esconde detrás del sol en enero está en la dirección opuesta durante el verano. Pero mi foo de astronomía es débil y me pregunto si hay otros aspectos del despliegue y la operación que podrían afectar cosas que desconozco.

¿Hay alguna parte del cielo que el JWST nunca podrá captar debido a las limitaciones de su posicionamiento?

No puede visualizar nada dentro de su órbita. La Tierra, Venus, Mercurio, etc. están fuera. Probablemente te des cuenta de esto, pero es posible que desees aclararlo. Tampoco se molestará en mirar directamente a Júpiter y Saturno, ya que sus sensores estarían sobreexpuestos, según tengo entendido. Pero técnicamente podría hacerlo cuando las órbitas son correctas.
¡Oh, interesante! En realidad, no había pensado en eso al redactar la pregunta, por lo que agradezco su comentario. Tiene mucho sentido si se tiene en cuenta que el telescopio no puede apuntar hacia adentro como explica @ Prometheus2508 en su respuesta.
@EricG responde a ¿Puede James Webb tomar fotografías de nuestro sistema solar? ¿De qué manera se diferenciarán o complementarán a los del Hubble? sugieren que en algún momento JWST podría molestarse en mirar directamente a Júpiter y Saturno, aunque no está programado para hacerlo en el primer ciclo, ya que hay observaciones más fundamentales para su razón de ser para hacerlo primero.
@uhoh - Gracias por la corrección. Aparentemente recordé mal la línea "Los brillos infrarrojos muy grandes de Marte, Júpiter y Saturno pueden limitar las observaciones de Webb de estos planetas a un subconjunto de los modos del instrumento" y en mi cabeza generalizado a todos los instrumentos.
@uhoh, en realidad está programado para mirar a Júpiter durante sus primeros 5 meses, y luego, durante el primer ciclo general, está programado para mirar a Júpiter nuevamente , Marte , Saturno y, como bonificación, también Urano y Neptuno .
Bueno, si alguna vez ponemos otro satélite en L1 o L3, entonces este satélite teórico y James Webb en L2 claramente no podrían verse entre sí...
¿Qué estás preguntando realmente, Cory Klein? ¿Puede ver detrás de sí mismo? ¿Puede ver a través de los objetos? ¿Puede ver infinitamente lejos? ¿Qué más hay ahí?
Está bastante claro @CoryKlein, ¿no? ¿Hay alguna parte del cielo nocturno que nunca (o rara vez) podrá mirar porque el sol siempre estará en el camino?
(De hecho, ya ha mirado a Júpiter, ¡como muestra esta publicación de blog de la NASA !)

Respuestas (3)

Aquí hay un artículo realmente genial con imágenes que lo explica mejor que yo. Pero para resumir:

Diagrama de coordenadas del observatorio JWST

Si dibuja una línea entre el JWST y el Sol, puede apuntar hasta 5° hacia el sol o 45° alejándose de él mientras mantiene todas las partes sensibles a la sombra del escudo térmico. Además, puede girar en cualquier dirección alrededor de esa línea. Y (no es realmente relevante para esta pregunta) puede enrollarse hasta aproximadamente 5 ° de lado a lado.

El resultado neto de esto es que

  • En un momento dado, el telescopio puede ver gran parte del cielo, pero no todo. Hay un cono de 45° que apunta en dirección opuesta al sol y un cono de 85° que apunta hacia él que el telescopio no puede captar.
  • Aunque el telescopio no puede apuntar directamente hacia o desde el sol, 3 meses después, las direcciones que estaban hacia o desde el sol se vuelven perpendiculares al sol y se pueden fotografiar. A medida que completa su órbita alrededor del sol, finalmente puede ver todo el cielo (aunque nunca puede señalar los planetas que orbitan más cerca del sol que él). Cuánto tiempo del año es capaz de ver un objeto depende de su latitud (por encima o por debajo del plano de la eclíptica); consulte esta tabla para conocer los números exactos.
  • Hay dos pequeños parches de cielo de aproximadamente 5 ° rectos "hacia arriba" y "abajo" (alineados con los polos norte y sur del sistema solar) que puede ver durante todo el año; todos los demás parches de cielo solo son visibles durante una parte del año. Estas áreas se denominan " Zonas de visualización continua " .
Aquí hay un gráfico realmente bueno , que está en el mismo sitio del que obtuviste un montón de información. Muestra el número de días observables frente al ángulo de visión. Hay una trama aún mejor que he visto en alguna parte, posiblemente incluso en esta pila en alguna parte, que hace lo mismo pero es un mapa de calor del cielo completo y muestra cuántos días son observables las diferentes zonas (y el hecho de que cada área tiene al menos menos algún tiempo de visualización distinto de cero.
¡Gracias! Entonces, el escudo no se "envuelve" en el sentido de que es imposible apuntar el telescopio lejos del Sol. Me doy cuenta de que esto no es una desventaja grave, porque los astrónomos solo necesitan esperar 3 meses.
Las zonas de visualización continua están en los polos de la eclíptica, no exactamente lo mismo que los polos norte y sur del Sol. La rotación del Sol es irrelevante para la geometría aquí: el plano de la órbita de la Tierra es el factor determinante.
@JyrkiLahtonen si el área de visualización limitada en un momento dado es un problema o no depende de cuál sea el objetivo de observación. Para muchas observaciones, tiene razón en que no importará mucho porque no son sensibles al tiempo; pero cualquier cosa que sea (es decir, fenómenos transitorios como supernovas, fusiones de estrellas de neutrones, cometas interestelares, etc.) tendrá una posibilidad significativa de no ser observable por Webb mientras ocurren.
Muy cierto, @Dan. Será triste si perdemos la oportunidad de grabar algo espectacular por eso. Si hice los cálculos correctamente, un poco menos del 40 por ciento del cielo se puede ver en cualquier instante de tiempo, por lo que el riesgo está ahí.
@JyrkiLahtonen: Para ser justos, eso es similar al Hubble, que siempre tiene ~50% del cielo bloqueado por la Tierra. Además, no se puede apuntar dentro de los 50° del Sol, lo que bloquea entre un 0% y un 18% adicional del cielo dependiendo de si el Hubble está en el lado nocturno o diurno de la Tierra.
Un buen punto @MichaelSeifert Al menos el Hubble estaría en el otro lado de la Tierra lo suficientemente pronto. Es tarde aquí, puede que me esté resfriando y no puedo entenderlo. Eso no ayudará con los objetivos cerca del Sol, pero...
Sospecho que estoy siendo denso, pero tengo problemas para entender cómo el telescopio puede apuntar directamente en la dirección contraria al sol. ¿Es porque la dirección contraria al sol en verano está a 90 grados del sol (dentro/fuera de la página) en otoño/primavera?
@craq, sí, es complejo. El alcance puede apuntar 360 grados tangencialmente a su órbita. Después de 3 meses (25% de una órbita solar), ha dado otros 90 grados alrededor del sol, y esa vista de 360 ​​grados ha girado 90 grados hacia los lados. Entonces, dentro de 90 días, la cámara puede ver todo excepto el sol mismo y los objetos cercanos al sol y cualquier cosa dentro de la órbita solar de la Tierra. Así que se necesita paciencia.
@criggie, creo que necesita viajar unos 170 grados en la órbita para ver todos los objetos. El límite de 85 grados en dirección progresiva necesita... procesar (?) para alcanzar el límite retrógrado de 85 grados.
@ Prometheus2508 ahh buen punto. Miré la "rotación de 360 ​​grados alrededor de la línea del Sol" y no tuve en cuenta que no apuntaba 90 grados a esa línea (como una rueda en un eje)
@Criggie Bueno, esperamos 10 años para que se lanzara, ¿qué son otros 0,25 años para ver una sección del cielo? :)
@Criggie Además, diría que no es la órbita de la Tierra, sino la órbita de la Tierra Sol L2 lo que está fuera del alcance.
¿Por qué no puede apuntar hacia afuera? ¿Por qué el límite de 45°? Parece una restricción extraña...
@ am70 el telescopio está fijado al parasol; tienen que rotar todo como una unidad. Si lo giraran para que apuntara en dirección opuesta al sol, entonces el sol golpearía la parte posterior del espejo y los instrumentos, y eso sería malo. El límite de 45° es todo lo que pueden girar mientras mantienen todas las partes del telescopio inmóviles a la sombra del parasol.
Gracias. Aún así, esto es extraño ... podrían haber agregado un cardán, para que el azimut del telescopio pudiera cambiarse con respecto al protector solar. En cualquier caso sí que tienen un gimbal al gimbal apuntado a tierra
Para una interfaz fija entre el telescopio y el parasol, la orientación actual de "apuntado lateral" tiene dos ventajas que puedo ver. En primer lugar, permite ver más área para el tamaño de protector solar dado en comparación con un telescopio "hacia afuera"; en segundo lugar, permite un espejo más grande para el vehículo de lanzamiento dado (el espejo se asienta verticalmente en el carenado en lugar de cruzarlo). Cambiar el telescopio proporcionaría otro modo de falla y colocaría una carga adicional en el control de actitud para mantener el parasol "inmóvil". mientras el telescopio se movía.

Hay restricciones no solo en la dirección sino también en la distancia.

El JWST es sensible a longitudes de onda de 0,6 a 28 µm. El JWST no pudo observar ningún objeto temprano muy lejano con un desplazamiento hacia el rojo a longitudes de onda más largas por encima de 28 µm.

Las cosas detrás del centro galáctico probablemente también sean imposibles de ver.

El JWST puede apuntar desde 85 grados hasta 135 grados a lo largo del plano orbital. 0 grados es hacia el sol y 90 grados es tangente a la elipse orbital. Esto mantiene al Sol y la Tierra en el ángulo presentado por el parasol sin importar el ángulo de orientación. En cualquier momento, el JWST solo puede obtener imágenes de algo que se encuentra dentro de este campo; por supuesto, cosas externas que deben esperar hasta que la órbita del telescopio las muestre.

El telescopio tendría que girar sobre el eje definido por un vector desde el Sol a través de la Tierra para ver cualquier cosa "por encima" o "por debajo" de la eclíptica. Supongo que no hay problema para lograr esto.

¿Cómo influye el campo de visión en esto? Si entiendo correctamente, creo que un área más o menos con forma de reloj de arena, centrada en el Sol y alineada con el eje fuera del plano de la eclíptica, está fuera de la vista. Si pudiera dibujar bien...
@Ludo Creo que entiendo lo que estás describiendo, pero creo que está mal. JWST no apunta hacia afuera, sino hacia los lados de la línea a dibujada desde el sol hasta L2. jwst-docs.stsci.edu/files/97976947/97976951/1/1596073033309/… Gira completamente sobre la línea del sol, formando un anillo de ángulos observables en cualquier punto de la órbita. Al girar ese anillo alrededor de la órbita, puede mirar casi cualquier cosa. No puede ver una región en forma de cono definida por la órbita Tierra-Sol L2 y formando dos conos simétricos con un paso de 5 grados por encima y por debajo de la eclíptica.
@ Prometheus ---- ¿puede aclarar "No puede ver una región en forma de cono definida por la órbita L2 de la Tierra-Sol y formando dos conos simétricos con un paso de 5 grados por encima y por debajo de la eclíptica". ? Entiendo que JWST puede apuntar a cualquier punto de la esfera celeste durante una media órbita de 6 meses.
@ Prometheus2508 Sí, tienes razón; pensando más en ello, de hecho no es una cosa parecida a un reloj de arena. Sin embargo, no estoy seguro de cómo se ve la forma del espacio no observable. No creo que sea una esfera centrada en el sol, pero no estoy seguro.
@Woody Es el volumen de espacio que el telescopio no puede mirar (sin tener en cuenta ninguna distancia mínima de enfoque). Dibuje la órbita Tierra-Sol L2, dibuje una línea tangente a esa elipse en algún punto arbitrario. Esa línea es el ángulo de visión de 90 grados para el marco de referencia JWST. Su parasol está diseñado para soportar un ángulo de visión mínimo de 85 grados, así que dibuje esa línea, luego imagine girarla sobre el punto L2. Cualquier cosa del lado del sol de esa superficie no se puede ver desde ese punto. Considere cómo esa superficie se mueve a través de todos los puntos orbitales. Cualquier punto que no caiga nunca en el antisol de esa superficie es inobservable.
@ Prometheus2508 --- Tienes razón. Además, el telescopio no está articulado con el escudo, por lo que no puede mirar hacia el sol más de 45* o el Sol se freiría el trasero. Entonces, en un momento dado, JWST solo puede ver alrededor de un tercio de la esfera celeste. Pero 3 meses después, tiene un giro de 90* en su órbita y tiene un pedazo de cielo completamente nuevo para mirar.
"El telescopio necesitaría rotar sobre el eje definido por un vector desde el Sol a través de la Tierra para ver cualquier cosa 'por encima' o 'por debajo' de la eclíptica". Yo pensaría que el eje sería tangente a la órbita.
@Acumulación El eje de rotación es el eje que se mantiene fijo. Si girara alrededor de un eje tangente a la órbita, giraría el parasol fuera de la cobertura solar.
¿Hay algún punto en el espacio que el Telescopio Espacial James Webb no pueda captar?
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