Come comunica il telescopio spaziale Webb con la Terra, a 1,5 milioni di km di distanza?

Per comunicare con il più grande telescopio spaziale, il James Webb, situato a 1,5 milioni di chilometri dalla Terra, non c'è magia: le antenne!

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Per comunicare con il più grande telescopio spaziale, il James Webb, situato a 1,5 milioni di chilometri dalla Terra, non c’è magia: si usano segnali radio e antenne!

Il Deep Space Network della NASA ha testato la ricezione dall’antenna ad alto guadagno del telescopio. Il James Webb Space Telescope , lanciato con grande clamore il 25 dicembre, ha percorso 1,5 milioni di chilometri attraverso lo spazio interplanetario per raggiungere il punto di Lagrange L2. Questa destinazione è stata scelta a causa dell’allineamento sull’asse Terra-Sole, che è perfetto per raffreddare il telescopio a soli 40 gradi Celsius sopra lo zero assoluto. Ma i punti di Lagrange consentono soprattutto per definizione di rimanere a una distanza fissa dalla Terra per tutta l’orbita attorno al Sole, il che garantisce comunicazioni stabili durante tutto l’anno.

Come sulla Terra, le telecomunicazioni sono fornite da antenne che operano a determinate frequenze. Il James Webb ne ha quattro: una a bassa frequenza chiamata “medium gain”, che consuma poca energia, garantisce un contatto permanente con la Terra e trasmette i parametri di bordo e la telemetria della sonda; un’altra ad alta frequenza chiamata ad “alto guadagno” che consentirà il trasferimento dei dati scientifici raccolti, poi altre due antenne che verranno utilizzate come backup perché omnidirezionali.

Dal lancio, è l’antenna a guadagno medio che ha assicurato la comunicazione con il satellite e il monitoraggio del suo dispiegamento. Opera in banda S, a 2.27 GHz, e permette il trasferimento dati ad una velocità di 40 kb/s, degna degli inizi di Internet, sicuramente inaccettabile per guardare le tue serie preferite in 4K , ma più che sufficiente per trasmettere dati vitali per sonde spaziali.

Il telescopio ha appena raggiunto la sua destinazione finale e i team di gestione hanno potuto testare per la prima volta la trasmissione dell’antenna principale ad alto guadagno. Le antenne del Deep Space Network di Canberra, in Australia, hanno poi ricevuto con successo il segnale a 25,90 GHz (banda K), che consentirà in seguito di ricevere immagini dalle profondità dell’universo osservabile o i primi dati sulla composizione dell’atmosfera di esopianeti. Poiché la frequenza è più alta, anche la velocità lo è e qui raggiunge i 28 Mb/s, paragonabile a una moderna ADSL!



La velocità raggiunge i 28 Mb/s, paragonabile a una moderna ADSL!
A differenza delle antenne di backup, le due antenne principali non sono omnidirezionali, sono parabole di 20 e 60 centimetri di diametro rispettivamente per l’antenna a guadagno medio e ad alto guadagno.

La parabola, come quelle che si trovano sulla Terra, serve a concentrare l’onda elettromagnetica in un raggio relativamente rettilineo, e a dirigerlo verso la Terra. Se il raggio del segnale fosse perfettamente dritto, il suo diametro sarebbe ancora di 60 cm all’arrivo sulla Terra. In realtà, dopo 1,5 milioni di chilometri percorsi, il raggio ha le dimensioni della Terra stessa!

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Il segnale perde molta forza con la distanza. L’antenna DSS-34 di Canberra, con la sua parabola di 34 metri, ha captato il segnale dall’antenna ad alto guadagno del JWST al momento della scrittura con una potenza di 0,0000000000007 watt!

È oltre un milionesimo di miliardesimo della potenza di un’antenna 5G che usiamo ogni giorno, il che sembra un po’ poco ma l’antenna ricevente, come il resto della Deep Space Network, è stata progettata per ricevere segnali molto più deboli, provenienti da sonde molto più lontane, come le sonde Voyager, che si trovano a diversi miliardi di chilometri da noi. Queste antenne sono così sensibili che il segnale del JWST è effettivamente troppo intenso e sovraccarica il ricevitore! Le squadre devono quindi ridurre volontariamente l’intensità del segnale.

Deep Space Network è una rete di tre centri di comunicazione in tutto il mondo: a Goldstone in California, a Madrid in Spagna e a Canberra in Australia

Ogni centro ha diverse antenne e la loro distribuzione in tutto il globo consente una comunicazione permanente con sonde distanti, indipendentemente dalla rotazione terrestre. Questo sistema di comunicazione è stato creato nel 1959 per le esigenze della missione Pioneer 4, con una prima antenna di 26 metri a Goldstone; è stato uno dei primi radiotelescopi!

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