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El telescopio James Webb ya está en el punto de Lagrange L2 a un 1,5 millones de kilómetros de la Tierra.

Supongamos que tenemos dos objetos masivos ligados gravitacionalmente. Entonces, matemáticamente, los puntos de Lagrange son soluciones para las que un tercer cuerpo, como en este caso JWST, en las que las fuerzas gravitatorias y la fuerza centrífuga están en equilibrio.

Los puntos de Lagrange llevan el nombre del matemático francés Joseph-Louis Lagrange, quien los descubrió en 1772. Hay cinco de estos puntos, pero solamente dos de ellos son estables: L4 y L5. Esto lo saben muy bien los aficionados a la Astronomía, pues los asteroides troyanos son precisamente cuerpos que ocupan esos puntos de Lagrange para el sistema Jupiter-Sol. Sin embargo, si queremos dejar objetos en L1, L2 y L3 entonces hay que corregir sus posiciones continuamente porque estos puntos de Lagrange no son estables, sino metaestables.

L2 es una ubicación, al ser metaestable, con gradiente de gravedad en forma de silla de montar. El punto es estable entre dos picos de gravedad positivos, pero inestable en dirección perpendicular, en donde hay otros dos picos, pero negativos. Ninguna nave espacial está ubicada justamente en el punto L2, precisamente porque no es gravitacionalmente estable. Lo que hay son órbitas alrededor de ese punto: orbitas de halo.

Entonces, ¿por qué se ha enviado enviar al JWST al punto L2, por qué no al L4 o L5 o simplemente a una órbita solar? Al final siempre se trata de un compromiso entre varios factores y la naturaleza de este observatorio que es un telescopio infrarrojo.

El punto L2 esta siempre en un lado que permite al JWST mantener la óptica y los instrumentos perpetuamente sombreados. En L2 se tienen los objetos más brillantes del cielo: el Sol, la Tierra y la Luna, en el mismo lado respecto al observatorio espacial y se puede disponer un gran parasol para bloquear los tres todo el tiempo. Además, en L2 la Tierra está lo suficientemente lejos como para no calentar al JWST debido a su emisión infrarroja.

Esto permite mantener fríos sus espejos e instrumental (recordemos que los cuatro instrumentos científicos de Webb operan a una temperatura de –233 C o 40 K) y aún así acceder a casi la mitad del cielo en un momento dado para realizar observaciones. Para ver todos y cada uno de los puntos del cielo es necesario esperar unos meses y que dé tiempo a viajar a otros lugares de la órbita.

Debido a que L2 es una ubicación de equilibrio gravitorio, aunque sea metaestable, es fácil mantener una órbita de halo allí. Esto minimiza el consumo de combustible. Recordemos que la vida de este observatorio está limitada por el consumo de combustible y este se irá gastando para mantener esta órbita. Cada tres semanas se dará un empujón con los motores para mantenerla. Además, se gasta otro tanto para eliminar momento angular de los volantes de inercia que tratan de compensar el empuje del viento solar.

Hay otros dos factores importantes en este asunto. Uno es la capacidad de comunicación con el centro de control y otro que el JWST necesita de la luz solar para que los paneles solares proporcionen energía a los instrumentos.
JWST no pasa por la sombra de la Tierra o Luna, lo que permite que sus paneles solares siempre proporcionen energía y, a la vez, que sus antenas se comuniquen constantemente con la Tierra.

Las comunicaciones, sobre todo cuando se trata de enviar ingentes cantidades de datos, se resienten si el telescopio está lejos. Esto descarta el uso de una órbita solar, pues esta situaría al observatorio muy lejos de la Tierra en algunos momentos e incluso sin posibilidad de comunicarse cuanto estuviera justo detrás del Sol.

La órbita de JWST alrededor de L2 es más grande que la órbita de la Luna alrededor de la Tierra. Esta órbita es elíptica, con un semieje mayor de unos 800 000 kilómetros y un semieje menor de 400 000 kilómetros, pero estas distancias oscilan en el tiempo y no permanecen constantes. Otra curiosidad es que, pese a que el JWST está más lejos del Sol que la Tierra, tarda lo mismo que esta en completar una vuelta alrededor del mismo, cuando la mecánica kepleriana nos dice que debería tardar más al estar más lejos del Sol.

Los puntos de Lagrange han sido más visitados de lo que en un principio pensaríamos. La primera sonda en viajar a un punto de Lagrange fue la misión International Sun-Earth Explorer 3 de la NASA, que se lanzó en 1978 y que fue a L1. Más tarde, en 1995, la ESA envió el Observatorio Solar y Heliosférico a una órbita alrededor de L1. La primera misión que operó desde L2 fue la WMAP, una misión de la NASA que estudió el fondo cósmico de microondas entre 2001 y 2010. La ESA ha enviado varias naves espaciales a L2, incluido el Observatorio espacial Herschel de astronomía infrarroja.

Además del JWST, actualmente hay otras dos misiones en L2: la misión Gaia de cartografía del cielo de la ESA y el observatorio astrofísico ruso-alemán Spektr-RG. Los tres están en órbitas diferentes, por lo que no hay peligro de que colisionen.

Hay posibles futuras misiones planificadas al punto L2. Una de ellas es el telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA, que, si no es cancelado, está programado para lanzarse en 2027. Además, las misiones Plato y Ariel de la ESA de búsqueda de exoplanetas, programadas respectivamente para lanzarse en 2026 y 2029, también estarían en L2.

Todos las partes desplegables del JWST ya lo han hecho, por lo que se ha puesto fin al mes de terror durante el cual algo podría salir mal y dar al traste con la misión. Desde entonces, los ingenieros han estado ajustando la alineación de los 18 segmentos hexagonales que componen el espejo primario. Queda un tiempo de enfriamiento (el espejo primario todavía está a -211 C de media de los -233 C necesarios) y otro periodo de ajustes y calibración. Las primeras imágenes de ajuste serán borrosas y no se esperan imágenes buenas hasta junio. El ajuste de los espejos será además algo que habrá que hacer de vez en cuando durante el tiempo de vida de la misión.

NOTA:
Desde la NASA han empezado ahora a denominar a este observatorio simplemente Webb sin que hayan dado una explicación. Cuando se denominó a esta misión James Webb, en honor del segundo administrador de la NASA y responsable del proyecto Apolo, se criticó que se usara el nombre de un político en lugar del de un astrónomo. Pero cuando esto parecía olvidado, algunos activistas presionaron hace unos meses para que se cambiara el nombre de la misión por la supuesta homofobia de James Webb. Al final se mantuvo el nombre, pero quizás esta nueva política responda a esta presión.

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Fuentes y referencias:
Web del Webb
Imagen: NASA.