Desvendando o Endereço Físico do Telescópio James Webb

Abstract

A localização espacial do futuro telescópio James Webb Satellite Telescope (JWST), em uma posição conhecida como L2 em relação ao sistema Sol-Terra, nos remete ao mais celebrado problema da dinâmica, queé o problema de três corpos. Neste trabalho demonstramos o cálculo do posicionamento do telescópio JWST no espaço, cujo lançamento está previsto para ocorrer em 2019. Para isso, consideramos o problema restrito de três corpos, estudando o movimento de grandes massas se movendo sobre atração gravitacional mútua, considerando neste caso que o terceiro corpo (JWST) tem massa desprezível se comparada aos demais. Além de fazer um breve interlúdio histórico, mostramos as forças envolvidas no cálculo da posição do telescópio JWST no espaço, e fornecemos algumas expressões matemáticas simplificadas para tal ponto de Lagrange. Esse estudo envolve o problema da força central explorado em mecânica, o problema dos pontos de lagrange e suas localizações, explorados em astronomia e em dinâmica do sistema solar e a gravitação clássica de Newton. Palavras-chave: Problema restrito de três corpos, pontos de Lagrange, Telescópio JWST.The spatial location of the future James Webb Satellite Telescope (JWST), in a position known as the L2 in relation to the Sun-Earth system, direct us to the most celebrated problem in dynamics, which is the three-body problem. In this work we demonstrate the calculation of the JWST position in space, whose launch is expected to occur in 2019. For this purpose, we consider the body restricted problem, studying the movement of large masses moving over mutual gravitational attraction, considering in this case that the third body (JWST) has negligible mass when compared to the others. In addition to making a brief historical interlude, we show the forces involved in calculating the position of the JWST telescope in space and we provide some simplified mathematical expressions for such a Lagrange point. This study involves the problem of central force explored in mechanics, the problem of lagrange points and their locations, explored in astronomy and dynamics of the solar system and Newton's classical gravitation. Keywords: Three body restrict problem, Lagrangian points, JWST satellite Telescope. IntroduçãoO ano de 2019 promete ser um marco para uma nova era das observações espaciais e o motivo de tanta expectativa deve-se ao lançamento do telescópio espacial JWST (James Webb Space Telescope) previsto para ocorrer entre março e junho desse ano [1]. O JWST foi planejado e construído para ser o grande sucessor dos telescópios espaciais de nova geração, tais como o telescópio Hubble que, foi lançado em abril de 1990 e que em 2017 completou um ciclo de 27 anos marcado por grandes descobertas científicas. O conhecimento mais preciso sobre a idade do universo primitivo, de buracos negros supermassivos, de exoplanetas, do nascimento e de espasmos estelares e ainda sobre a expansão acelerada do universo, devem-seàs observações feitas pelo Hubble [2]. Vale destacar também o papel importante desempenhado pelos antec...

Aplicação do Problema Restrito de Três Corpos no estudo do movimento de astros do sistema solar

“…Quandoȳ = 0 as soluções de equilíbrio da equações 27 são as coordenadas de L 1 , L 2 e L 3 . Métodos para determinar as coordenadas desses pontos podem ser encontrados nas referências [17,18]. No apêndice apresentamos um código para calcular essas coordenadas.…”

“…Como exemplos da relevância de se estudar os pontos de Lagrange podemos citar o telescópio SOHO [19], que faz observações do Sol estacionado em L 1 , a investigação da face oculta da lua quando um satélite é estacionado em L 2 [5], o telescópio James Webb(JWST), no L2 do sistema Sol-Terra, que substituirá o telescópio espacial Hubble, e a utilização de L 4 e L 5 do sistema Terra-Lua para abrigar estações espaciais [17]. A vantagem de colocar um satélite em um dos pontos de Lagrange é que ele permanece estacionário em relação ao referencial não inercial das primárias.…”

“…Nesse caso é possível observar a face oculta da Lua o tempo todo, ou, como no caso do JWST, observar o universo sem se preocupar com a radiação do Sol e da Terra. Mais exemplos de objetos naturais e artificiais nos pontos de Lagrange podem ser vistos na tabela 1 da referência [17]. Além dessas áreas há também o interesse na determinação e análise da estabilidade desses pontos quando são estudados os objetos menores do sistema solar, planetas anões e os asteroides [14,18,21], e também o estudo da troca de material pelo ponto L 1 em sistemas estelares binários [20].…”