Quando o James Webb divulgou as primeiras imagens, em julho de 2022, a comparação com o Hubble foi imediata e quase sempre mal formulada. Não se trata de um telescópio melhor que o outro: eles medem coisas diferentes. O Explore o Universo reúne imagens dos dois, e o comparador mostra lado a lado os objetos que ambos fotografaram, com a régua de comprimento de onda de cada um.
A diferença que explica todas as outras
Luz é onda eletromagnética, e o que distingue uma cor de outra é o comprimento dessa onda. O olho humano responde a uma faixa estreita, entre cerca de 380 e 750 nanômetros. Abaixo está o ultravioleta, acima está o infravermelho.
O Hubble cobre de aproximadamente 115 nanômetros, no ultravioleta, a 2,5 micrômetros, no infravermelho próximo. O grosso do trabalho dele fica dentro ou perto da janela visível. O James Webb começa por volta de 600 nanômetros e vai até cerca de 28 micrômetros. Praticamente tudo o que ele registra está fora do alcance do olho.
| Característica | Hubble | James Webb |
|---|---|---|
| Lançamento | Abril de 1990 | Dezembro de 2021 |
| Diâmetro do espelho | 2,4 m | 6,5 m |
| Faixa espectral | Ultravioleta, visível e infravermelho próximo | Infravermelho próximo e médio |
| Onde fica | Órbita da Terra, cerca de 540 km | Ponto de Lagrange 2, 1,5 milhão de km |
| Temperatura de operação | Próxima da ambiente | Abaixo de 233 graus negativos |
| Manutenção por astronautas | Cinco missões realizadas | Impossível pela distância |
Por que o Webb atravessa a poeira
Uma onda só é bloqueada com eficiência por partículas de tamanho comparável ao comprimento dela. Grãos de poeira interestelar têm tipicamente frações de micrômetro, o que é grande em relação à luz visível e pequeno em relação ao infravermelho médio.
O resultado prático aparece em qualquer comparação direta. Nos Pilares da Criação, o Hubble mostra colunas sólidas e pretas, recortadas contra o gás brilhante. O Webb mostra as mesmas colunas semitransparentes, com dezenas de estrelas jovens visíveis dentro e atrás delas. As estrelas sempre estiveram lá; a luz visível simplesmente não saía.
Isso vale para todo berçário estelar. Estrelas nascem dentro de nuvens densas e, justamente na fase mais interessante, ficam invisíveis em luz visível. O Webb foi construído em boa parte para resolver esse problema.
Por que o infravermelho alcança o universo jovem
Existe um segundo motivo, independente da poeira. O universo está em expansão, e enquanto a luz viaja o próprio espaço se estica, esticando a onda junto. Esse deslocamento para comprimentos maiores é o desvio para o vermelho.
Uma galáxia que emitiu luz ultravioleta poucas centenas de milhões de anos depois do Big Bang teve essa luz esticada por mais de treze bilhões de anos. O que chega até nós já não é ultravioleta nem visível: é infravermelho. Um telescópio de luz visível não pode enxergar essas galáxias, por melhor que seja.
É por isso que os recordes de objeto mais distante conhecido passaram a cair com frequência depois de 2022. Não foi só o espelho maior: foi olhar na faixa certa.
O telescópio precisa ser frio
Detectar infravermelho impõe uma exigência que não existe em luz visível: o instrumento não pode brilhar naquilo que ele tenta medir. Todo corpo com temperatura emite infravermelho, inclusive o próprio telescópio.
Por isso o Webb carrega um escudo solar de cinco camadas, com área aproximada de uma quadra de tênis, que mantém os instrumentos abaixo de 233 graus negativos. O instrumento de infravermelho médio precisa ser ainda mais frio e tem refrigeração ativa própria, operando a cerca de 266 graus negativos.
Esse requisito também explica a posição. O Webb fica no ponto de Lagrange 2, um lugar onde ele acompanha a Terra na órbita em torno do Sol mantendo Sol, Terra e Lua sempre do mesmo lado, atrás do escudo. Em órbita baixa, como o Hubble, ele entraria e sairia da luz do Sol a cada 90 minutos, e a variação de temperatura inviabilizaria as medições.
O preço é alto: a 1,5 milhão de quilômetros, nenhuma missão tripulada pode chegar até ele. O Hubble foi consertado cinco vezes, incluindo a correção óptica de 1993 que salvou o projeto. Com o Webb, não há segunda chance.
O que o Hubble ainda faz melhor
A parte que costuma ficar de fora das manchetes. O Webb não registra ultravioleta nem luz azul, e há fenômenos que só aparecem ali:
- Estrelas jovens e massivas. Elas são muito quentes e emitem o grosso da energia em ultravioleta. Para estudar populações de estrelas azuis, o Hubble continua sendo o instrumento.
- Gás quente ionizado. Várias linhas de emissão diagnósticas ficam no ultravioleta e no azul.
- Auroras planetárias. As auroras de Júpiter e de Saturno são observadas em ultravioleta, faixa que o Webb não cobre.
- Meio interestelar. A absorção que nuvens de gás produzem na luz de estrelas de fundo é medida sobretudo no ultravioleta.
Por isso os dois seguem operando em paralelo, e várias campanhas científicas usam os dois no mesmo alvo, de propósito.
Espelho maior não é só mais luz
O espelho do Webb tem 6,5 metros de diâmetro contra 2,4 metros do Hubble, o que dá cerca de seis vezes mais área de coleta. Isso importa por dois motivos diferentes, e vale separar os dois porque eles costumam ser confundidos.
O primeiro é sensibilidade. Mais área significa mais fótons por unidade de tempo, então objetos fracos aparecem em exposições mais curtas. O segundo é resolução angular: o menor detalhe que um telescópio consegue separar depende da razão entre o comprimento de onda observado e o diâmetro do espelho.
Aqui está a parte contraintuitiva. Como o Webb observa comprimentos de onda muito maiores, essa vantagem de diâmetro é parcialmente consumida. Nos comprimentos de onda mais longos do instrumento de infravermelho médio, a resolução do Webb é comparável à do Hubble em luz visível, apesar do espelho quase três vezes maior. O ganho enorme do Webb não está em enxergar mais fino: está em enxergar o que simplesmente não chegava antes.
Um espelho de 6,5 metros também não cabe dobrado em foguete nenhum de forma trivial. A solução foram 18 segmentos hexagonais de berílio revestidos de ouro, dobrados durante o lançamento e desdobrados no espaço, com centenas de mecanismos que precisavam funcionar na primeira tentativa. O alinhamento final de cada segmento é feito com precisão de nanômetros, e levou meses.
Como comparar duas imagens sem se enganar
Ao ver duas versões do mesmo objeto, vale conferir três coisas antes de concluir qualquer coisa:
- Os comprimentos de onda de cada canal. É o dado que diz o que cada cor significa. Sem ele, comparar cores não quer dizer nada.
- O campo de visão. Muitas comparações que circulam colocam lado a lado recortes de tamanhos diferentes, o que faz uma parecer muito mais detalhada.
- O tempo de exposição. Uma imagem de dez minutos e outra de vinte horas não são comparáveis, mesmo no mesmo telescópio.
No comparador do ValorFinal, as duas imagens vêm com a régua de comprimento de onda de cada filtro, extraída do metadado que ESA/Hubble e ESA/Webb publicam junto com cada arquivo.
E as cores, mudam também?
Mudam, e por consequência direta da faixa observada. Numa imagem do Hubble feita só com filtros visíveis, o azul da imagem corresponde a luz que era mesmo azul. Numa imagem do Webb, o azul costuma ser o filtro de menor comprimento de onda do conjunto, que pode estar a dois micrômetros no infravermelho e não tem cor nenhuma para o olho humano.
Comparar as duas paletas sem saber disso leva a conclusões erradas, do tipo achar que uma região mudou de temperatura entre uma imagem e outra. A regra e os três tipos de cor estão explicados em por que as fotos do espaço são coloridas.
Em uma frase
O Hubble mostra o universo iluminado; o Webb mostra o universo aquecido. Um vê a superfície das nuvens, o outro vê o que está dentro delas. As duas imagens do mesmo objeto não se contradizem: elas se completam.