تلسکوپ فضایی جیمز وب | قدرتمندترین تلسکوپ ناسا در جستجوی منشا هستی

پروژه ماهواره و تلسکوپ فضایی جیمز وب یکی از مهمترین پروژه‌های علمی در قرن 21 است که به تازگی توسط ناسا به فضا پرتاب شده است. این تلسکوپ قدرتمندترین تلسکوپ فضایی است که تا به حال توسط بشر ساخته شده و قرار است دید بسیار وسیع‌تر و عمیق‌تری از فضا در اختیار دانشمندان قرار دهد.

تلسکوپ فضایی جیمز وب یا JWST، پس از پرتاب 29 روز در فضا در سفر خواهد بود تا به نقطه از پیش تعیین شده برسد. 29 روزی که ناسا آن را یک ماه پر از استرس و نگرانی می‌داند چرا که در طی این 29 روز کوچکترین خطایی می‌تواند کل پروژه را به خطر بیاندازد. در صورتی که تلسکوپ به صورت فیزیکی دچار مشکل شود نیز دیگر هیچ راهی برای تعمیر آن وجود ندارد.

این تلسکوپ به تازگی به فضا پرتاب شد و اکنون در مسیر قرار گرفتن در نقطه از پیش‌تعیین شده خود است. در ویدیوی زیر می‌توانید طرز کار و لحظه پرتاب تلسکوپ جیمز وب را مشاهده کنید:

در ادامه می‌خوانید

هزینه تلسکوپ فضایی جیمز وب

مراحل اولیه طراحی پروژه ماهواره جیمز وب در سال 1996 به اتمام رسیده بود و در آن زمان محققین اعلام کردند، این پروژه 1 میلیارد دلار هزینه دربر خواهد داشت و در نهایت در سال 2007 هم به فضا پرتاب می‌شود. اما همانطور که می‌دانید اینطور نشد. تا سال 2010 این پروژه نزدیک به 5 میلیارد دلار هزینه داشت و قرار بود در سال 2014 ارسال شود.

تا این زمان نگرانی‌های زیادی در مورد این پروژه وجود داشت و اکثرا نسبت به هزینه‌های بالای آن انتقاد داشتند و بر این باور بودند که این پروژه بیشتر منابع ناسا را به خود اختصاص داده و در نهایت دیگر پولی برای سایر پروژه‌های آن‌ها باقی نمی‌گذارد. در سال 2011 کنگره آمریکا حتی پیشنهاد کنسل کردن پروژه جیمز وب را ارائه کرده بود.

در نهایت تلسکوپ فضایی جیمز وب با هزینه 10 میلیارد دلاری ساخته شد و پس از گذراندن تست‌های مختلف در اواخر سال 2021 و پس از تقریبا 30 سال به فضا ارسال شد.

تلسکوپ فضایی جیمز وب به دنبال چیست؟

تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا تقریبا می‌تواند همه چیز را در آسمان رصد کند. البته هدف اصلی آن رسد نوری است که از اولین ستاره‌های جهان ساطع شده است. تخمین‌زده می‌شود این ستاره‌ها بین 100 تا 200 میلیون سال پس از انفجار بیگ‌بنگ بوجود آمده‌اند، یعنی چیزی حدود 13.5 میلیارد سال پیش.

تلسکوپ جیمز وب با هدف شناسایی نور این ستاره‌ها ساخته شده است. این ستاره‌ها آنقدر از ما دور هستند که نوری که از آن‌ها ساتع می‌شود، با وجود اینکه با سرعت 300 هزار کیلومتر در ثانیه حرکت می‌کند، میلیاردها سال در فضا در حال حرکت بوده تا به ما برسد.

تلسکوپ فضایی جیمز وب به گونه‌ای طراحی و ساخته شده تا بتواند این نور را تشخیص دهد. اما چرا نور این ستاره‌ها اینقدر برای ناسا و دیگر دانشمندان اهمیت دارد؟

پس از انفجار بیگ‌بنگ و در ادامه آن بوجود آمدن جهان کنونی، تنها 3 عنصر شیمیایی در جهان وجود داشت. هیدروژن، هلیوم و مقدار بسیار کمی لیتیوم. دیگر عناصر شیمیایی، حتی آن‌هایی که وجودشان برای حیات الزامی است مثل کربن و اکسیژن، بوسیله انفجارهای هسته‌ای که در مرکز این ستاره‌ها بوقوع می‌پیوسته، ایجاد شدند.

پروژه ماهواره جیمز وب به ما کمک می‌کند درک بیشتر و بهتری از منشا حیات پیرامون خود و همچنین حیات خودمان داشته باشیم.

مقایسه تلسکوپ جیمز وب با هابل

اما تلسکوپ فضایی جیمز وب چه تفاوتی با تلسکوپ قبلی ناسا یعنی هابل دارد؟ اولین تفاوت آن‌ها در اندازه‌شان است. جیمز وب یک تلسکوپ بسیار بزرگتر از هابل است.

هابل با کمک آیینه 2.4 متری خود نور ستارگان را شناسایی می‌کند اما در مقابل آیینه وب 6.5 متر قطر دارد و می‌تواند 6.25 برابر نور بیشتری جذب کند. همچنین از لحاظ فناوری نیز این دو تلسکوپ قابل مقایسه با هم نیستند. هابل از سال 1990 در مدار زمین قرار گرفته در حالی که جیمز وب با جدیدترین فناوری‌های روز ساخته شده و با درنظر گرفتن تمام ابزارهای همراهش، این تلسکوپ هم اندازه یک زمین تنیس است و ناسا برای جای دادن آن در راکتی که آن را به فضا برد، مجبور شد تلسکوپ را به دو قسمت تقسیم کند.

افزون بر این، از آنجایی که جیمز وب قرار است در نقطه L2 و در فاصله دورتری از زمین قرار بگیرد، می‌تواند دید واضح‌تری از هستی داشته باشد. در حالی که هابل مثل ایستگاه فضایی بین‌المللی در مدار نزدیک زمین، یعنی حدود 400 تا 500 کیلومتری قرار دارد. در حالی که تلسکوپ جیمز وب در فاصله 1.5 میلیون کیلومتری زمین قرار می‌گیرد.

اما دلیل دیگری هم برای قراردادن تلسکوپ در چنین فاصله‌ای وجود دارد. نور فروسرخ معمولا بوسیله حرارت شناسایی می‌شود و هرچقدر حرارت بیشتری وجود داشته باشد، احتمال اینکه در نوری که شما دریافت می‌کنید اختلال بوجود بیاید بیشتر است. به همین دلیل است که آیینه جیمز وب باید تا جای ممکن سرد باشد تا بتواند به بهترین شکل کار کند. به گفته ناسا حداکثر دمای آیینه نباید از منفی 233 درجه سانتی‌گراد پایین‌تر بیاید در نتیجه تلسکوپ علاوه بر زمین، خورشید و ماه باید از حرارتی که تجهیزات خودش تولید می‌کند هم جدا باشد.

وظیفه سپر خورشیدی بزرگ تلسکوپ هم همین است. این سپر خورشیدی برای آنکه بتواند مانع از رسیدن حرارت تجهیزات و همچنین خورشید و زمین به آیینه شود باید درست روبه‌روی آن‌ها قرار بگیرد. خود تلسکوپ به گونه‌ای طراحی شده که سپر خورشیدی روبه‌روی تجهیزات باشد اما حرارت خورشید و زمین چه می‌شود؟ ناسا به همین دلیل نقطه L2 را انتخاب کرده است. این نقطه در مداری قرار دارد که سپر خورشیدی در آن همیشه مقابل زمین و خورشید است و مانع از رسیدن حرارت آن‌ها به آیینه می‌شود.

از آنجایی که این نقطه آنقدر از زمین فاصله دارد که ناسا نمی‌تواند هیچ فضانوردی را به آنجا ارسال کند، برخلاف هابل دیگر خبری از ماموریت‌های تعمیر یا سرویس‌دهی نخواهد بود و هر مشکلی که رخ دهد دیگر نمی‌توان برای حل کردنش کاری انجام داد.

هابل در حال حاضر یک تلسکوپ 30 ساله به حساب می‌آید و قادر به شناسایی برخی طول موج‌های نوری به خصوص طول موج‌های میانی و پایینی نیست. اما چرا این موضوع اهمیت دارد؟ به این دلیل که قدیمی‌ترین کهکشان‌ها و ستاره‌های هستی به دلیل عمر فوق‌العاده زیادشان آنقدر از ما فاصله دارند که نوری که از آن‌ها ساطع می‌شود پایین‌ترین طول موج را دارد.

پروژه ماهواره جیمز وب نیز به طور اختصاصی برای شناسایی همین طول موج‌های پایین طراحی شده است و می‌تواند به اعماق جهان نگاه کرده و نور اولین کهکشان‌ها را شناسایی کند و همچنین اطلاعات جدیدتری از کهکشان خود ما ارائه کند که قبلا چیزی درموردشان نمی‌دانستیم.

برای آنکه درک بهتری از از تفاوت میان این دو داشته باشید به تصویر زیر که توسط هابل از سحابی عقاب گرفته شده و به ستون‌های آفرینش معروف شده توجه کنید. تصویر سمت چپ تصویری است که با نور مرئی گرفته شده و تصویر سمت راست تصویری است که با کمک قابلیت‌های تصویربرداری فروسرخ هابل گرفته شده است.

بله تعداد ستاره‌هایی که با نور مرئی قابل دیدن نیستند، بسیار زیاد است. این تنها یک بخش بسیار کوچک از نور فروسرخ جهان است که با تلسکوپ هابل می‌توانیم ببینیم. به احتمال بسیار زیاد یکی از اولین تصاویری که جیمز وب خواهد گرفت از همین ستون‌های آفرینش خواهد بود تا بتواند قابلیت‌های پیشرفته‌تر خود نسبت به هابل را به رخ بکشد.

طرز کار تلسکوپ جیمز وب

همانطور که پیشتر گفتیم تلسکوپ فضایی جیمز وب دارای یک آیینه با قطر 6.5 متر است. این آیینه از 18 بخش شش ضلعی ساخته شده از بریلیوم با پوششی از طلا تشکیل شده است. تصاویری که توسط آیینه تلسکوپ گرفته می‌شود با کمک چهار ابزار مختلف مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرند.

این 4 ابزار شامل یک دوربین NIRCam یا دوربین نزدیک مادون قرمز، یک طیف‌نگار نزدیک مادون قرمز، یک ابزار میان فروسرخ که از یک دوربین و یک طیف‌نگار ساخته شده، تصویربردار نزدیک مادون قرمز/حسگر نازک‌بین راهنما و طیف‌نگار بدون شکاف (FGS/NIRISS) می‌شود.

این 4 ابزار این امکان را به جیمز وب می‌دهند تا به اعماق فضا و زمان دسترسی پیدا کند. اگر همه مراحل راه‌اندازی تلسکوپ با موفقیت انجام شوند، جیمز وب می‌تواند اشیای کیهانی که 10 میلیارد بار نور کمتری از ضعیف‌ترین ستاره‌ای که در آسمان شب بدون تلسکوپ می‌توانید ببینید دارند را شناسایی کند. این تلسکوپ همچنین قادر است جزییاتی به اندازه یک سکه را از فاصله 40 کیلومتری تشخیص دهد.

اما برای آنکه جیمز وب به طور کامل عملیاتی شود و بتواند از این قابلیت‌هایش استفاده کند ابتدا باید پروسه راه‌اندازی آن که یک ماه از زمان پرتاب طول می‌کشد با موفقیت انجام شود. یکی از مهمترین مراحل، باز شدن سپر خورشیدی تلسکوپ بود که در روز 1 ژانویه و با اعلام ناسا با موفقیت به اتمام رسید.

سیستمی که مسوول بازکردن این سپر خورشیدی است دارای 140 مکانیسم رهاسازی، 70 لولا، 40 قرقره، 90 کابل و 8 موتور است و شاید پیچیده‌ترین سیستم نصب شده روی تلکسوپ باشد. در حقیقت بیشترین نگرانی هم از همین سیستم بود با این حال تمام این اجزا توانستند با موفقیت سپر خورشیدی عظیم تلسکوپ را باز کنند.

مرحله مهم بعدی، پیاده‌سازی آیینه 18 تکه‌ای است. برای موفقیت آمیز بودن این مرحله و عملیاتی شدن تلسکوپ، 18 تکه آیینه باید با دقت 150 نانومتر با هم تراز باشند. به همین دلیل ناسا اعلام کرده این تکه‌های مختلف برای بالاتر بردن دقت حرکتشان، با سرعتی کمتر از سرعت رشد چمن‌های یک زمین حرکت می‌کنند. با این همه به گفته دانشمندان ناسا حتی پس از این مرحله هم حدود 300 مرحله دیگر وجود دارد که باید همگی با موفقیت انجام شوند.

حالا اگر تمام این مراحل موفقیت‌آمیز باشند، تقریبا 6 ماه طول خواهد کشید تا جیمز وب بتواند تمام سیستم‌هایش را عملیاتی کند. ناسا پیش‌بینی کرده تلسکوپ در فصل تابستان به طور کامل وارد مدار شود. در آن صورت جیمز وب تا حداقل 5 سال آینده با توجه به پروژه‌های مختلفی که توسط دانشمندان از سرتاسر جهان پیشنهاد شده، به کاوش در هستی خواهد پرداخت.

ناسا همچنین یک صفحه جداگانه در وبسایت خود برای تلکسوپ ایجاد کرده و اطلاعات تکمیلی در مورد آن را ارائه می‌کند. شما همچنین در هر لحظه و با مراجعه به این قسمت می‌توانید از مدت زمانی که از ارسال تلسکوپ گذشته، فاصله آن تا زمین، فاصله باقی مانده تا L2، سرعت حرکت، دمای نقطه مقابل خورشید و دمای نقطه پشت به خورشید مطلع شوید.

سوالات متداول

سخن پایانی

ماهواره جیمز وب پروژه ای است که پس از 30 سال بالاخره به مراحل عملیاتی خود نزدیک شده و حالا باید صبر کنیم و ببینیم پروسه راه اندازی و قرارگرفتن آن در مدار از قبل تعیین شده تا چه اندازه موفقیت‌آمیز خواهد بود. در صورتی که تمامی این مراحل بدون مشکل انجام شوند، تلسکوپ فضایی جیمز وب می‌تواند یکی از انقلابی‌ترین پروژه‌های علمی در تاریخ باشد.