تلسکوپ فضایی جیمز وب | هر آنچه نیاز است بدانید

تلسکوپ فضایی جیمز وب در اکتبر ۲۰۲۱ به فضا پرتاب خواهد شد و به عنوان یکی از شاهکارهای ساخته دست بشر به آغاز جهان خواهد نگریست.

شاید ظاهر این تلسکوپ شما را به یاد Star Destroyers در استار وارز بیاندازد؛ تلسکوپی که تحولی در دانش ما در مورد فضا ایجاد خواهد کرد.

سال ۲۰۰۲ نخستین باری بود که گروهی از آژانس فضایی آمریکا در دیدار با گروهی از آژانس فضایی اروپا از پروژه‌ای بلندپروازانه صحبت کردند؛ ساخت تلسکوپی که راه هابل را ادامه دهد و به آغاز جهان بنگرد: تلسکوپ فضایی جیمز وب.

کاربرد تلسکوپ فضایی جیمز وب چیست و چه تفاوتی با تلسکوپ هابل دارد؟

تلسکوپ فضایی جیمز وب یا JWST که مدت‌ها است انتظار آن را می‌کشیم، در ماه اکتبر سال میلادی جاری (۲۰۲۱) به فضا پرتاب خواهد شد. اهمیت پرتاب و آغاز فعالیت جیمز وب از آن جهت است که با توجه به امکانات جدید این تلسکوپ، تحولی در رصد فضا رخ خواهد داد؛ تحولی که آغازگر فصلی جدید خواهد بود. سایه‌بان خورشیدی تلسکوپ که به اندازه یک زمین تنیس است و آینه اولیه ۶.۵ متری، مانند کشتی درون بطری، در درون موشک قرار می‌گیرد و پرتاب می‌شود. تلسکوپ JWST سی دقیقه پس از پرتاب از راکت جدا شده و در عرض یک روز در فضا مستقر می‌شود.

تلسکوپ فضایی جیمز وب مسئولیت تلسکوپ‌های پیشین مانند تلسکوپ فضایی کپلر، تلسکوپ فضایی اسپیتزر و صد البته تلسکوپ فضایی هابل را برعهده خواهد داشت.

این تلسکوپ پس از پرتاب بیش از ۱.۵ میلیون کیلومتر را طی می‌کند تا به نقطه پایدار جاذبه موسوم به لاگرانژ ۲ (L2) برسد. این نقطه روی خط مستقیم خورشید به زمین قرار دارد و بدین ترتیب JWST در مدار سالانه گردش زمین به دور خورشید مستقر می‌شود.

تلسکوپ فضایی جیمز وب، برخلاف تلسکوپ هابل که به دور زمین می‌چرخد و هر ۹۰ دقیقه در سایه آن قرار می‌گیرد، دیدی بدون مانع از جهان هستی خواهد داشت. اما از سوی دیگر، فاصله بسیار زیاد تلسکوپ از زمین بدین معنا است که ما توانایی سرویس و تعمیر آن را نخواهیم داشت.

تلسکوپ فضایی جیمز وب چه وظیفه‌ای بر عهده دارد؟

تلسکوپ فضایی جیمز وب ۶ ماه پس از پرتاب رصد جهان را آغاز خواهد کرد و بین ۵.۵ تا ۱۰ سال پس از پرتاب در نقطه L2 باقی خواهد ماند. دانشمندان امید دارند که این تلسکوپ بتواند دیدی از اوایل جهان به آن‌ها بدهد؛ اطلاعاتی که پیش از این نداشته‌ایم.

تلسکوپ فضایی جیمز وب یکی از بزرگ‌ترین و قدرتمندترین تلسکوپ‌ها است و انتظار می‌رود بینش جدیدی از هر مرحله از تاریخ جهان، از شکل‌گیری نخستین ابرهای غبار گرفته تا تشکیل منظومه شمسی در اختیار ما قرار دهد.

ناسا (NASA)، اسا (آژانس فضایی اروپا، ESA) و آژانس فضایی کانادا (CSA) که در ساخت این تلسکوپ مشارکت داشته‌اند، تاکید دارند که JWST، جانشین هابل است و نه جایگزین آن:

تلسکوپ فضایی جیمز وب به ما کمک خواهد کرد تا اندازه و ژئومتری جهان را بهتر درک کنیم و بر ماده تاریک، انرژی تاریک و سرنوشت نهایی جهان هستی، نوری از آگاهی خواهد تاباند.

تلسکوپ فضایی هابل که سی سال پیش به فضا پرتاب شد، نخستین ابزار فضایی ما برای رصد جهان بود و دیدی بی‌سابقه از جهان به ما داد. هابل طول موج‌های مرئی، فرابنفش و مادون قرمز نزدیک را رصد می‌کند؛ اما جیمز وب طول موج های قرمز مرئی تا فروسرخ میانه را رصد می‌کند تا اطلاعات بیشتری از آغاز جهان به دست بیاورد.

این امر بدین دلیل است که وقتی نور ساطع شده از اجرام درخشان اولیه، در جهانی در حال انبساط سفر می‌کند، زمانی به ما می‌رسد که طول موج های آن کشیده شده یا به اصطلاح دچار red-shift شده است. این امر بدین معنا است که جهان اولیه تنها در قسمت مادون قرمز طیف قابل رصد است.

چرا تلسکوپ فضایی جیمز وب مهم است؟

بسیاری از دانشمندان باور دارند که سیاره‌ای درست مانند زمین، در جهان هستی وجود دارد و در جستجوی آن هستند. JWST از تمامی پیشینیان خود قوی‌تر است و و نگاهی دقیق‌تر و عمیق‌تر به اعماق فضا خواهد داشت تا سیاره‌های کهکشان های دوردست را کشف کند. تلسکوپ وب ابزاری دارد که به کمک آن می‌توان اتمسفر سیارات را به منظور امکان حفظ حیات بررسی کرد.

البته تلسکوپ‌های بزرگ تری در سطح زمین وجود دارند، اما همانطور که از نام تلسکوپ فضایی جیمز وب بر می‌آید، این تلسکوپ در خارج از جو زمین قرار خواهد گرفت تا دیدی بدون مانع از جهان هستی فراهم کند.

بلیک بولاک، فیزیک اخترشناس و سرپرست سامانه‌های هوایی نورث روپ گرومان می‌گوید:

برای شناخت کهکشان‌های اولیه به آینه بزرگ‌تری احتیاج داشتیم؛ این آینه بزرگ‌تر به فرکانس‌های بالاتر نور خواهد نگریست و آن‌ها را بررسی خواهد کرد. این تلسکوپ باید سرد نیز نگاه داشته شود؛ به همین دلیل سایبانی به اندازه یک زمین تنیس دارد که مانند یک مانع با SPF یک میلیون عمل می‌کند و اجازه عبور هیچ نوری از خورشید را نمی‌دهد.

اما دلیل اهمیت وافر این تلسکوپ فضایی چیست؟

۱)تلسکوپ فضایی جیمز وب قدرتمند است.

بولاک می‌گوید:

تلسکوپ فضایی جیمز وب بزرگ‌ترین و قدرتمندترین تلسکوپی است که تاکنون در فضا قرار گرفته است. تلسکوپ های بزرگی در سطح زمین وجود دارند؛ اما تلسکوپی با این ساختار و پیچیدگی تاکنون در فضا قرار نگرفته است.

تلسکوپ فضایی وب جانشین تلسکوپ فضایی هابل است و در حدود ۱۰۰ برابر از آن قدرتمندتر است و آینه بزرگ‌تری نیز دارد. سطح جمع‌آوری نور بزرگ‌تر به این معنا است که وب بسیار فراتر از توان هابل می‌تواند به گذشته بنگرد. هابل در مداری نزدیک به زمین قرار گرفته است؛ اما جیمز وب در فاصله ۱.۵ میلیون کیلومتری از زمین خواهد بود.

۲)تلسکوپ وب نوعی ماشین زمان محسوب می‌شود.

تلسکوپ فضایی هابل با به کار بردن نهایت توان خود می‌توانست کهکشان‌ها را در زمان نوجوانیشان رصد کند؛ اما با استفاده از تلسکوپ وب، مشاهده این کهکشان‌ها در زمان نوزادیشان امکان پذیر می‌شود. بولاک می‌گوید:

تلسکوپ وب به ما امکان می‌دهد تا به گذشته بنگریم و نخستین اجرام جهان را برای اولین بار ببینیم. همچنین قادر خواهیم بود تا دیگر سیاراتی که به دور دیگر ستاره‌ها می‌چرخند و سیارات فراخورشیدی دوردست را شناسایی کنیم. همچنین می‌توانیم وجود اقیانوس، اتمسفر یا مواد شیمیایی اتمسفرهای این سیارات را بررسی کنیم.

تلکسوپ وب به دانشمندان امکان می‌دهد تا سیارک های دوردست و قمرهای آن‌ها را بررسی کنند تا در مورد نحوه تشکیل و تاریخچه منظومه شمسی به اطلاعات دقیق‌تری دست پیدا کنند.

گروه های پژوهشی امید دارند که با مشخص کردن تاریخچه ی برخی سیارک‌ها در مورد گذشته منظومه شمسی بیشتر بدانند و به اطلاعاتی که تاکنون از سایر تلسکوپ‌ها به دست آورده‌ایم، عمق بیشتری ببخشند.

اندرو ریوکین، از اعضای آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جان هاپکینز می‌گوید:

وب به ما امکان می‌دهد تا سیارک‌های بیشتری را با کیفیت بالا رصد کنیم؛ داده‌هایی که با استفاده از تلکسوپ‌های روی زمین قابل دستیابی نیستند.

۳) تلسکوپ فضایی جیمز وب به ما کمک می‌کند تصویری دقیق تر از جهان ترسیم کنیم.

تلسکوپ وب نمی‌تواند به صورت قطعی به ما بگوید که روی سیاره‌ای حیات وجود دارد؛ اما با ترسیم تصویر و نقشه‌ای دقیق تر از جهان، می‌تواند شواهدی ارائه کند که به عنوان مثال در یک سیاره فراخورشیدی اقیانوس وجود دارد. این امر به دانشمندان کمک می‌کند تا پژوهش‌های گسترده‌تری را برای دیتای دریافتی طراحی و اجرا کنند.

وب طول موج های فروسرخ را پایش خواهد کرد که اهیمت زیادی دارد؛ چرا که ستاره‌ها و سیارات تازه تشکیل شده در پس غبارهایی که نور مرئی را جذب می‌کند، پنهان شده‌اند، اما طول موج فروسرخ از این ابرهای غبار عبور می‌کند.

۴) تلسکوپ فضایی جیمز وب می‌تواند به ما کمک کند تا زمین بعدی را بیابیم.

گرچه برنامه‌هایی برای ساخت پایگاه‌های فضایی در دیگر سیارات منظومه شمسی مانند مریخ وجود دارد؛ اما یافتن زمینی دیگر در دیگر منظومه‌ها نیز امری حیاتی محسوب می شود. دانشمندان در تلاش هستند تا ذات انرژی تاریک در جهان را بررسی کنند و به کنه این اجرام قدیمی پی ببرند. شناسایی سیاراتی که به دور دیگر خورشید‌ها می‌چرخند، ما را در مسیر یافتن زمین بعدی یاری می‌کند.

۵) این تلسکوپ فضایی جهشی بزرگ محسوب می‌شود.

تلسکوپ جیمز وب این پتانسیل را دارد تا تمامی دانش ما را از نو بازنویسی کند؛ چرا که به طرز غیر قابل باوری دید و درک ما را از جهان تغییر خواهد داد. به واسطه این تلسکوپ فضایی قادر خواهیم بود چشم اندازی بهتر از جهانی که در آن زندگی می‌کنیم، داشته باشیم.

نورث روپ گرومان که وظیفه ساخت آینه‌های تلسکوپ را بر عهده داشته است، باید جهت انجام این کار، زمینی بزرگ‌تر را تهیه می‌کردند؛ چرا که تاکنون آینه‌ای به این عظمت و دقت ساخته نشده است.

تلسکوپ فضایی جیمز وب چه چیزی را کشف خواهد کرد؟

آینه بزرگ تر JWST می‌تواند ۶ برابر بیشتر از هابل نور جمع‌آوری کند و میدان دید آن ۱۵ برابر بیشتر از میدان دید دوربین و طیف سنج فروسرخ نزدیک هابل (NICMOS) است.

هدف اولیه تلسکوپ فضایی جیمز وب کاوش لحظات پس از بیگ بنگ یا به اصطلاح «پایان عصر تاریک» است؛ زمانی که جهان با نخستین نور از ستاره‌های تازه ایجاد شده روشن شد. این تلسکوپ باید قادر باشد تا ۱۰۰-۲۵۰ میلیون سال پس از بیگ بنگ را رصد کند. علاوه بر این، مانند هابل، تولد و شکل‌گیری کهکشان‌ها، تاثیرات سیاه‌چاله‌ها و منشا حیات را نیز بررسی خواهد کرد.

دانشمندان امیدوارند که تلسکوپ فضایی جیمز وب به ما در دریافت اندازه و ژئومتری جهان، ماده تاریک و انرژی تاریک و سرنوشت نهایی جهان هستی کمک کند.

رزولوشن بالای JWST دیدی بهتر از کهکشان راه شیری و کهکشان‌های همسایه به ما خواهد داد و آن طور که ESA بیان کرده است:

جیمز وب کاری را که هابل آغاز کرد، در ابعادی وسیع‌تر ادامه خواهد داد.

رزولوشن بالای این تلسکوپ فضایی به داشنمندان امکان می‌دهد تا نحوه شکل‌گیری سامانه‌های سیاره‌ای را نیز رصد و بررسی کنند.

تلسکوپ فضایی وب در جهت عمل به وظایف مشخص شده، چهار ابزار اصلی خواهد داشت:

طیف‌سنجی فروسرخ نزدیک (NIRSpec) که می‌تواند به صورت همزمان ۱۰۰ جرم را رصد کند.
دوربین فروسرخ نزدیک (NIRCam)
دوربین و طیف‌سنج تلفیقی فروسرخ میانه (MIRI) به همراه یک سرد کننده که دمای دستگاه را منفی ۲۶۶ درجه سانتی گراد نگه می‌دارد؛
سیستم هدایتی و تصویربردار میدان وسیع (FGS/NIRISS) که شامل تنظیماتی برای رصد سیاره‌های فراخورشیدی است.

در حال حاضر، پروژه‌های متنوعی برای بهره بردن از JWST تعریف شده است. یکی از این پروژه‌ها، رصد و بررسی اتمسفر سیارات فراخورشیدی سنگی و احتمالا زیست‌پذیر در سامانه ۷ سیاره‌ای (TRAPPIST-۱) است که ۳۹ سال نوری از زمین فاصله دارد.

این سامانه سیاره‌ای توسط تلسکوپ فضایی اسپیتزر کشف شده است. این تلسکوپ فضایی که در ژانویه ۲۰۲۰ بازنشسته شد، امواج فروسرخ را رصد می‌کرد.

تلسکوپ فضایی جیمز وب به احترام مدیر ناسا که ناظر بر آغاز پروژه آپولو بود، نامگذاری شده است و ساخت آن تاکنون، یک چهارم قرن به طول انجامیده است. دانشمندان امید دارند که تلسکوپ در تاریخ تعیین شده، اکتبر ۲۰۲۱، پرتاب شود.

تفاوت‌های تلسکوپ جیمز وب و هابل چیست؟

فاصله از زمین

هابل: ۵۷۰ کیلومتر

جیمز وب: ۱.۵ میلیون کیلومتر

امواج رصدشده

هابل: نور مرئی، فرابنفش، فروسرخ نزدیک (۰.۱-۲.۵ میکرون)

جیمز وب: نور مرئی تا فروسرخ میانه (۰.۶-۲۸.۵ میکرون)

اجرام رصد شده

هابل: کهکشان‌های کودک

جیمز وب: کهکشان‌های نوزاد

وزن

هابل: ۱۲۲۴۶ کیلوگرم

جیمز وب: ۶۵۰۰ کیلوگرم

قطر آینه اصلی

هابل: ۲.۴ متر

جیمز وب: ۶.۵ متر

اندازه

هابل: ۱۳.۲*۴.۲ متر

جیمز وب: ۲۲*۱۲ متر (فقط سایه بان)

اندازه تلسکوپ اصلی

هابل: مشابه اتوبوس مدرسه

جیمز وب: برابر با نیمی از بوئینگ ۷۳۷

دما

هابل: ۲۱ درجه سانتی گراد

جیمز وب: منفی ۲۳۰ درجه سانتی گراد

پس از پرتاب وب، چه تلسکوپی توسعه خواهد یافت؟

ناسا پروژه‌های بلندپروازانه‌ای برای ساخت تلسکوپ‌های دیگر در سر دارد. به عنوان نمونه، ناسا تصمیم دارد طرح اولیه ساخت تلسکوپ در داخل یکی از دره‌های نیمه تاریک ماه را تامین بودجه کند. نیمه تاریک ماه، بخشی از ماه است که رو به زمین نیست و دیدی کم‌نظیر از آن سوی کیهان دارد؛ دیدی که جو غلیظ و امواج رادیویی ساطع از کره زمین بر آن تاثیری ندارد.

در حوزه تلسکوپ‌های فضایی، در حال حاضر تلسکوپی با عنوان تلسکوپ پیمایشی مادون قرمز میدان وسیع (WFIRST) در حال توسعه است و تا سال ۲۰۲۵ پرتاب خواهد شد. آینه این تلسکوپ در حدود ۲.۴ متر و هم اندازه آینه تلسکوپ هابل خواهد بود؛ اما وظیفه آن متفاوت است. این تلسکوپ به چشم‌اندازی وسیع‌تر می‌نگرد و تلاش خواهد کرد تا دیدی کلی‌تر از جهان هستی به دست آورد. لنز زاویه باز دوربین ۲۸۸ مگاپیکسلی این تلسکوپ میدان دیدی ۱۰۰ برابر میدان دید هابل را به ارمغان می‌‌آورد و به این تلسکوپ امکان می‌دهد تا کهکشان راه شیری و دیگر کهکشان‌ها را در زمانی بسیار سریع پایش کند.

WFIRST طراحی شده است تا سه موضوع اصلی را بررسی کند:

سیارات فراخورشیدی
ماده تاریک/ انرژی تاریک
شکل گیری ستاره‌ها و سیارات

این تلسکوپ در مکانی مشابه جیمز وب قرار خواهد گرفت.

تلسکوپ فضایی جیمز وب چه زمانی به فضا پرتاب خواهد شد؟

تاکنون چندین بار تاریخ پرتاب تلسکوپ جیمز وب تغییر کرده است. طبق آخرین اخبار، JWST در تاریخ ۳۱ اکتبر سال میلادی جاری (۲۰۲۱) به فضا پرتاب خواهد شد تا ماموریت خود را آغاز کند.

راکت اروپایی Ariane-5 وظیفه حمل تلسکوپ به مکان تعیین شده را بر عهده دارد. راکت آریان-۵ به پایان مسیر کاری خود نزدیک می‌شود. تنها ۸ راکت از این نمونه باقی مانده است که یکی از آن‌ها وظیفه حمل یکی از گران‌ترین و پر زحمت‌ترین پروژه‌های فضایی را بر عهده خواهد داشت.

پرتاب راکت حامل تلسکوپ وب از پایگاه فضایی کورو در گویان فرانسه خواهد بود.

سوالات متداول

تاکنون چه هزینه‌ای صرف پروژه تلسکوپ وب شده است؟

تاکنون ۱۰ میلیارد دلار برای طراحی و ساخت این پروژه صرف شده است.

تلسکوپ فضایی جیمز وب چگونه راه هابل را ادامه خواهد داد؟

هابل در طول سی سال عمر شگفت انگیز خود داده‌هایی بی نظیر را به دست آورد. با این حال، سوالاتی وجود دارد که پاسخ به آن‌ها نیازمند استفاده از دستگاهی پیشرفته‌تر است.

به عبارت دیگر، هابل سوالاتی را ایجاد کرد که جیمز وب پاسخ آن‌ها را به دست خواهد آورد. هابل به دلیل اندازه آینه اولیه و طول موجی که رصد می‌کند، نمی‌تواند برای این سوالات پاسخی بیابد. به عنوان مثال، داده‌های به دست آمده از هابل نشان داد که برای پاسخ به سوالات خود، باید به کهکشان‌های اولیه بنگریم و برای این کار، به تلکسوپ فروسرخ نیاز خواهیم داشت.

هابل، خود راه و سوی ساخت جانشین خود را تعیین کرده است.

آیا تلسکوپ فضایی جیمز وب گذشته و کهکشان‌های اولیه را رصد خواهد کرد؟

بله. با توجه به سرعت محدود نور و ابعاد بسیار وسیع فضا، نور ساطع شده از کهکشان‌های نخستین، راه بسیار زیادی را طی می‌کند تا نهایتا به ما برسد. جیمز وب به ما امکان می‌دهد تا به گذشته بنگریم، به زمانی که جهان هنوز جوان بود. گرچه این کهکشان‌ها فاصله بسیار زیادی از ما دارند، اما هنگامی که آن‌ها را رصد می‌کنیم، هنوز جوان هستند و نور ساطع شده از آن‌ها به سبب انبساط جهان هستی، به سمت طول موج های سرخ متمایل شده و اصطلاحا Redshift شده‌اند.

به عبارت دیگر، نوری که از کهکشان‌های جوان ساطع شد، نور مرئی یا فرابنفش بوده است؛ اما انبساط جهان باعث افزایش طول موج و انتقال آن به فروسرخ شده است. به همین دلیل است که JWST طول موج های فروسرخ را رصد می‌کند.

آیا می‌توان به گذشته‌ای دورتر نگریست؟ آیا JWST می‌تواند بیگ بنگ را رصد کند؟

هابل به ما امکان می‌دهد تا برخی کهکشان‌های جوان را در زمانی که جهان ۵۰۰ میلیون سال عمر داشت، رصد کنیم. علاوه بر این، آزمایش‌های تابش زمینه مانند WMAP یا ماموریت پلانک نیز می‌تواند تابش زمینه کیهانی را شناسایی کند که مربوط به ۳۰۰۰۰۰ سالگی جهان هستی است.

بنابراین فاصله زمانی بین سیصد هزار سال و ۵۰۰ میلیون سال است که برای ما در هاله‌ای از ابهام قرار دارد. تلسکوپ فضایی جیمز وب ساخته شده است تا به همین فاصله زمانی بنگرد. سوال این است که کهکشان‌های اولیه چه زمانی تشکیل شدند؟

چگونه می‌توان تلسکوپی ساخت که جواب این سوالات را در اختیار ما قرار دهد؟

اول از همه، باید طول موجی که تلسکوپ رصد خواهد کرد را مشخص کرد. با توجه به تغییر طول موج در اثر انبساط جهان، مشخص می‌شود که JWST باید طول موج های فروسرخ و در رنج طول موج ۱۰-۲۰ میکرون را رصد کند.

از سوی دیگر، با توجه به ضعیف بودن امواج دریافتی، باید از آینه‌ای بزرگ تر برای تلسکوپ استفاده کرد.

با محاسبه طول موج هدف و اندازه آینه مورد نیاز، سایر موارد طراحی تلسکوپ به راحتی مشخص می‌شود. چالشی که در اینجا ایجاد شد، اندازه بسیار بزرگ آینه تلسکوپ بود؛ به صورتی که آینه کامل در فضاپیما قرار نمی‌گیرد. بنابراین دانشمندان مجبور بودند آینه‌ای بسازند که «تا» می‌شود. به دلیل همین ویژگی است که تلسکوپ فضایی جیمز وب تلسکوپی خاص با شکلی منحصر به فرد محسوب می‌شود.

آیا نحوه کار تلسکوپ فضایی جیمز وب مانند تلسکوپ‌های روی زمین است؟

بله، نحوه کارکرد هر دو تلسکوپ مشابه است. تلسکوپ جیمز وب از نوع انعکاسی است و دقیقا مانند تلسکوپ‌های انعکاسی روی زمین کار می‌کند. البته شکل تلکسوپ کمی متفاوت است؛ زیرا لوله ندارد و به جای آن سایه‌بان دارد.

این سایه‌بان در قسمتی از تلسکوپ قرار می‌گیرد که رو به منابع روشن امواج فروسرخ، در اینجا خورشید، ماه و زمین، است و به صورت موازی با آینه قرار می‌گیرد.

تلکسوپ جیمز وب به لوله نیازی ندارد؛ چرا که این لوله جرم اضافه‌ای محسوب می‌شود که پرتاب تلسکوپ را با چالش‌های بیشتری روبرو می‌کند. به جای آن، تلسکوپ آینه‌ای به اصطلاح برهنه دارد که نور لازم برای ۴ ابزار متفاوت نصب شده (دوربین و طیف سنج) روی تلسکوپ را جمع‌آوری می‌کند.

تلکسوپ هابل به دور زمین می‌چرخد. JWST در چه مکانی در فضا قرار می‌گیرد و مدار آن به چه شکل خواهد بود؟

تلسکوپ فضایی جیمز وب باید از منبع‌های نوری و گرمایی فروسرخ بسیار دور باشد تا تداخلی در روند کاری آن ایجاد نشود. بنابراین وب در فاصله ۱.۵ کیلومتری زمین و در نقطه لاگرانژ دوم یا L2 قرار خواهد گرفت. جوزف لوییس لاگرانژ، در اواخر قرن هجدهم میلادی، این نقاط را در مدارهای هر دو جسمی که به دور یک دیگر می‌گردند، کشف کرد.

اگر تلسکوپ وب در فاصله ۱.۵ کیلومتری از کره زمین قرار بگیرد، از منبع های فروسرخ فاصله لازم را خواهد داشت و توسط آن‌ها «کور» نخواهد شد.

جیمز وب به دور زمین نخواهد گشت؛ اما مدار زمین در چرخش به دور خورشید را دنبال خواهد کرد. به عبارت دیگر، جیمز وب نیز به دور خورشید خواهد گشت.

چگونه می‌توان مطمئن شد که JWST از دماهای بالا یا برخورد بقایای فضایی مانند میکرومتروئیدها در امان خواهد بود؟

از آنجا که JWSP در مدار L2 قرار دارد، دما چندان مسئله مشکل‌سازی نخواهد بود. تلسکوپ‌هایی که به دور زمین می‌چرخند، به صورت مداوم از سایه زمین خارج و در معرض نور خورشید قرار می‌گیرند و سپس دوباره به سایه زمین وارد و از نور خورشید دور می‌شوند؛ امری که به تفاوت دما در ماهواره یا تلسکوپ منجر می‌شود که مشکلات خاص خود را ایجاد خواهد کرد. اما از آنجا که در مدار L2 دما تقریبا پایدار است، مشکلی از نظر دما برای تلسکوپ وب ایجاد نخواهد شد.

از طرف دیگر، از آنجا که JWST در فاصله‌ای زیاد از زمین قرار می‌گیرد، محافظت سپر مغناطیسی زمین را از دست داده و در معرض تابش کیهانی قرار می‌گیرد.

دانشمندان به صورت تقریبی تعداد و اندازه میکرومتروئیدهایی که در طول زندگی این تلکسوپ به آن برخورد خواهد کرد را محاسبه کرده‌اند. آن‌ها همواره این نکته را در نظر داشته‌اند که قابلیت‌ها و ساختار تلسکوپ فضایی جیمز وب باید به قدری قوی باشد که کل زمان ماموریت را تاب بیاورد. به همین دلیل، تلسکوپ وب به گونه‌ای ساخته شده است که از همان ابتدا بسیار قوی‌تر از مقدار مورد نیاز باشد تا وقتی زمان پایان ماموریت فرا می‌رسد، همچنان به وظایف خود عمل کند.

برخلاف هابل، JWST پس از پرتاب قابل تعمیر یا نگهداری نخواهد بود؛ آیا این امر مشکلی اساسی برای ماموریت ایجاد می‌کند؟

در کل تاریخ ماموریت‌های فضایی، تنها یک جسم فضایی ساخته شد که بتوان آن را در فضا تعمیر کرد: تلسکوپ فضایی هابل.

تمامی ماهواره‌ها با این پیش فرض ساخته شده‌اند که امکان تعمیر آن‌ها در فضا وجود ندارد. این پیش فرض در مورد تلسکوپ جیمز وب نیز صدق می‌کند. تلسکوپ وب آنقدر در فاصله دوری از زمین قرار دارد که نمی‌توان فضانوردان را به آن نقطه فرستاد تا در صورت نیاز، تلسکوپ را تعمیر کنند. رباتی که توانایی تعمیر چنین دستگاه پیشرفته‌ای را داشته باشد نیز وجود ندارد. بنابراین باید نهایت دقت در طراحی و ساخت جیمز وب به کار رود.

به عنوان مثال، دانشمندان در ساخت وب این نکته را در نظر داشته‌اند که اگر موتورهایی که مسئول در جای خود قرار دادن قطعات هستند، از کار بیفتند، بیش از یک مکانیزم برای راه اندازی آن‌ها وجود داشته باشد.

البته این مورد برای تمامی ماهواره‌ها به غیر از هابل صدق می‌کند؛ آن‌ها با این فرض که قابل تعمیر در فضا هستند، ساخته نمی‌شوند.

تمامی قطعات و مکانیزم‌ها در زمین آزمایش می‌شوند تا صحت کارکرد آن‌ها تایید شود.

اگر سی سال به عقب بازگردیم و هابل را با فناوری امروز بسازیم، آیا عملکرد هابل متفاوت از عملکرد امروز آن می‌شد؟

در آن زمان، مفهوم تلسکوپ و سرویس و تعمیر آن در هم آمیخته بودند. به نوعی می‌توان گفت که شاتل‌های فضایی و هابل در کنار یک‌دیگر توسعه پیدا کردند. همواره بحثی وجود داشته است که ساخت یک هابل دیگر و ارسال آن به فضا ارزان‌تر بوده است یا تعمیر هابل کنونی و تاکنون جوابی نهایی برای آن به دست نیامده است.

در حال حاضر و با درنظر گرفتن فناوری‌های روز دنیا می‌توان گفت که اگر اکنون تلسکوپ فضایی هابل ساخته می‌شد، شاید نیازی به قرار دادن ویژگی «تعمیرپذیری» در هابل نبود؛ بلکه امکان داشت تا هوشمندی را در درون خود دستگاه ایجاد کرد. در دنیای امروز می‌توان فضاپیماهای هوشمندتری ساخت و شاید در آینده بتوان فضاپیماهایی با قابلیت خود-تعمیری تولید کرد.

منظور از قابلیت «خود تعمیری» فقط هوش مصنوعی و نرم افزار هوشمند در پس فضاپیما نیست؛ بلکه حتی موادی که قابلیت خود-ترمیمی دارند نیز در این جا مدنظر است. به عبارتی، فرض کنید که فضاپیما یا ماهواره از موادی ساخته شده است که برخورد میکرومتروئید را تشخیص می‌دهند و خود را در محل برخورد ترمیم می‌کنند. مفهومی که گرچه اکنون مانند داستان‌های علمی تخیلی است؛ اما ممکن است روزی به حقیقت تبدیل شود.

آیا JWST برای برخی از سوالات مهم ستاره‌شناسی و کیهان‌شناسی مانند سیارات فراخورشیدی یا ماده تاریک پاسخی فراهم خواهد کرد؟

سیارات فراخورشیدی یا Exoplanets از جمله جذاب‌ترین موضوعات حال حاضر در حوزه ستاره‌شناسی هستند. زمانی که ساخت تلسکوپ فضایی وب آغاز شد، ۲ سیاره فراخورشیدی شناسایی شده بودند. در حال حاضر، دانشمندان می‌دانند که تعداد زیادی از سیارات فراخورشیدی وجود دارند که مشابه زمین هستند. تلسکوپ وب با استفاده از روش طیف‌سنجی گذری اتمسفر این سیاره‌ها را بررسی خواهد کرد. در این روش هنگامی که سیاره فراخورشیدی بین ما و ستاره میزبان خود قرار می‌گیرد، طیفی از نور ستاره به دست می‌آید. سپس هنگامی که سیاره از بین ما و ستاره اش عبور می‌کند، دوباره طیفی از نور ستاره به دست می‌آید. با استفاده از این روش می‌توان ترکیب اتمسفر سیاره را یافت. دانشمندان به دنبال ترکیباتی مانند آب و متان و دسته‌ای دیگر از ترکیبات شیمیایی هستند که می‌توانند نشان دهنده احتمال سکونت پذیری سیاره باشند.

جیمز وب برای بررسی دقیق تر ابرهای غبار کیهانی، محل تولد ستارگان در کهکشان راه شیری مانند سحابی جبار نیز به کار خواهد رفت. اشعه فروسرخ می‌تواند برای بررسی این ابرهای غبار که جلوی نور مرئی را می‌گیرند، به کار رود.

در نهایت از آنجا که به واسطه تلکسوپ فضایی جیمز وب، مشاهده تاریخی کاملی از جهان هستی امکان‌پذیر می‌شود، می‌توان نحوه تشکیل کهکشان‌ها در طول زمان کیهانی را مشاهده کرد.

تلسکوپ وب در بررسی انرژی تاریک نیز به کار خواهد آمد. دانشمندان احتمالا از وب برای بررسی ثابت هابل استفاده خواهند کرد. در حال حاضر بین ثابت هابل به دست آمده از تابش زمینه کیهانی و مقدار به دست آمده در مطالعات ابرنواخترها اختلاف وجود دارد. با استفاده از JWST می‌توان این اختلاف را حل و مقدار دقیق را اندازه گیری کرد.

تلسکوپ فضایی جیمز وب با هدف بررسی ماده تاریک، کهکشان‌ها را در طول زمان کیهانی بررسی کرده و منحنی‌های چرخش آن‌ها را مشاهده خواهد کرد تا به مقدار ماده تاریک آن‌ها پی ببرد. باید دید که آیا یافته‌ای بیشتر از یافته‌های مطالعات با نور مرئی به دست خواهد آمد یا خیر.

آیا تلسکوپ جیمز وب مانند تلسکوپ فضایی هابل، تصاوری اعجاب انگیز ثبت خواهد کرد؟

بله، تلسکوپ فضایی جیمز وب به گونه‌ای طراحی شده است که پراش آن در حد دو میکرون باشد؛ این مقدار پراش به این معنا است که تصاویری که جیمزوب در محدوده فروسرخ نزدیک ثبت خواهد کرد، به وضوح تصاویری خواهد بود که تلسکوپ فضایی هابل ثبت کرده است.

پراش تلسکوپ هابل در حدود نیم میکرون تنظیم شده بود. اگر نتیجه کار این دو تلسکوپ را در کنار هم قرار دهیم، هر دو تصویر به یک اندازه واضح خواهند بود.

البته لازم به ذکر است که تلسکوپ فضایی جیمز وب و تلسکوپ فضایی هابل جنبه‌های مختلفی از فیزیک را روایت خواهند کرد؛ زیرا هابل نور مرئی را مطالعه کرده است و جیمز وب امواج فروسرخ را بررسی خواهد کرد. اگر چه وضوح جزییات به یک اندازه خواهد بود، اما نتیجه دو چیز متفاوت را نشان خواهد داد.

شیوع ویروس کرونا و قرنطینه بر روند ساخت تلسکوپ جیمز وب چه تاثیری گذاشته است؟

برخی از دانشمندان به صورت حضوری و برخی به صورت دورکاری فعالیت‌های خود را انجام می‌دهند. قطعات تلسکوپ در مرکز پارک فضایی نورث رپ گرامان در جنوب کالیفرنیا قرار دارد و ادغام و آزمایش قطعات با در نظر گرفتن پروتکل‌های بهداشتی و فاصله‌گذاری اجتماعی در حال انجام است و کار پیش می‌رود.

دانشمندان و کارمندان انستیتو علوم تلسکوپ‌های فضایی، آژانس فضایی اروپا و آژانس فضایی کانادا دورکار هستند و از منزل خود کارها را پیش می‌برند. امور مربوط به توسعه نرم افزارها و امور اداری از خانه انجام می‌شود.

در واقع، فعالیت های مربوط به ساخت تلسکوپ در جریان هستند؛ گرچه سرعت انجام کار پایین آمده است.