تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) ؛ با وارث هابل آشنا شوید

تلسکوپ فضایی جیمز وب متعلق به سازمان فضایی ناسا، طبق برنامه قرار است در دی ماه 1400 پرتاب شود تا در مورد تاریخ کیهان کاوش کند؛ از بیگ‌ بنگ گرفته تا شکل‌گیری سیارات بیگانه و ماورای تمام آنها.

تلسکوپ جیمز وب بر روی چهار زمینه اصلی تمرکز خواهد کرد؛ نخست یافتن منشاء نخستین پرتو نور کیهان، نحوه تشکیل کهکشان‌ها در کیهان اولیه، تولد ستارگان، منظومه‌های پیش سیاره‌ای و در انتها منشاء حیات در سیارات.

تلسکوپ فضایی جیمز وب بوسیله موشک آریان ۵ (Ariane 5) در گویان فرانسه (در آمریکای جنوبی، نه در اروپا) پرتاب خواهد شد و طی 30 روز میلیون‌ها مایل پرواز خواهد کرد تا به خانه ابدی خودش، در یک نقطه لاگرانژی، برسد. نقطه لاگرانژی محلی بین دو جرم بزرگ آسمانی، در اینجا زمین و خورشید، است که نیروی جاذبه دو جسم یکدیگر را خنثی می‌کنند. این نقاط محلی مناسب برای تلسکوپ‌های فضایی هستند. جیمز وب در نقطه لاگرانژی L2، جایی در ۱.۶ میلیون کیلومتری زمین، مستقر خواهد شد. سابق بر این نیز دو تلسکوپ فضایی هارشل و پلانک نیز به این نقطه اعزام شده بودند.

تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST)

با وارث هابل آشنا شوید

انتظارات بر این است این تلسکوپ ۸.۸ میلیارد دلاری نیز مانند نیای خود، تلسکوپ هابل، بتواند تصاویری حیرت‌آور از اجرام آسمانی به ثبت برسانند، تعداد سرسام‌آوری سیاره فراخورشیدی کشف کند (که شاید برخی از آنها زیست‌پذیر باشند و ما را به وجد آورد) و درک ما را از نحوه شکل گیری کیهان با شواهد جدیدی بسط دهد.

خوشبختانه ستاره شناسان کماکان از وجود تلسکوپ فضایی هابل بهره می‌برند، حتی این امکان وجود دارد که در سال اول ماموریت جیمز وب، این دو تلسکوپ همزمان با هم همکاری داشته باشند. یکی از وظایف تلسکوپ جیمز وب بررسی آن دسته از سیارات فراخورشیدی است که توسط تلسکوپ فضایی کپلر یافته شده بودند. همچنین مواردی که در آینده توسط تلسکوپ های زمینی رصد خواهند شد توسط جیمز وب مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

تلسکوپ جیمز وب در مداری به فاصلۀ ۱.۵ میلیون کیلومتر دورتر از زمین مستقر خواهد شد که تقریبا ۴ برابر دورتر از فاصلۀ زمین تا ماه است. برخلاف هابل که برترین تلسکوپ فضایی امروزی است و به دور سیارۀ زمین می­‌چرخد، تلسکوپ جیمز وب در مداری به دور خورشید خواهد گشت. این سازه بزرگترین، قدرتمندترین و پیچیده‌ترین تلسکوپ فضایی خواهد بود که بشر تاکنون اقدام به ساخت و ارسال آن به ماورای اتمسفر زمین کرده است.

فعالیت‌های علمی تلسکوپ فضایی جیمز وب به چهار مقوله زیر تقسیم می‌شود:

یافتن منشاء نور اولیه و واکاوی یونیزاسیون مجدد

این موضوع برمی‌گردد به مراحل اولیه تشکیل جهان، زمانی که پس از انفجار بزرگ یا بیگ بنگ کیهان شروع به تبدیل شدن به آن چیزی کرد که امروز شاهد آن هستیم. در مراحل اولیه پس از بیگ بنگ، کیهان، دریایی از ذرات الکترون، نوترون و پروتون بود و نور، تا زمانی که محیط این ذرات برای ترکیب شدن به اندازه کافی رو به سردی نرفت، قابل رویت نبود.

موضوع دیگری که تلسکوپ فضایی جیمز وب به مطالعه آن خواهد پرداخت، اتفاقات رخ داده پس از شکل گیری اولین ستاره هاست. دوره‌ای که از آن تحت عنوان عصر یونیزاسیون مجدد یاد می‌شود، چرا که در آن زمان هیدروژن های خنثی تحت تاثیر تشعشات اولین ستاره‌ها، با جذب یک الکترون به ذراتی با یک بار منفی، و به عبارتی به یون یک بار منفی، تبدیل شدند.

نحوه تشکیل کهکشان‌ها

رصد کهکشان‌ها برای مطالعه چگونگی تشکیل مواد در مقیاس‌های عظیم، راه بسیار مفیدی است که می‌تواند در زمینه چگونگی تکامل کیهان سرنخ هایی به ما بدهد. کهکشان‌های مارپیچی و بیضوی که ما امروزه آنها را مشاهده می‌کنیم در حقیقت، حاصل تکامل اشکال مختلفی از اجرام موجود در میلیاردها سال قبل هستند. اخترشناسان (و البته همه ما) دوست دارند بدانند که نخستین ستارگان و کهکشان‌­ها چگونه شکل گرفتند و در طول زمان تکامل یافتند. ناسا و ESA در این خصوص گفته‌اند:

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.

در همین راستا یکی از اهداف تلسکوپ فضایی جیمز وب، رصد کهکشان‌های اولیه است تا به درک بهتری از نحوه تکامل کیهان برسیم. دانشمندان همچنین در تلاش هستند تا دریابند که اولا چرا امروزه انواع متخلفی از کهکشان قابل رویت هستند و ثانیا نحوه تشکیل و گردهمایی اجزای مختلف کهکشان‌ها چگونه است.

به عبارت زیباتر ما با یک ماشین زمان طرف هستیم. با تلسکوپ جیمز وب ما به گذشته نگاهی می‌اندازیم تا ببینیم نخستین اجرام چگونه شکل گرفته‌اند. به دنبال نوری خواهیم بود که از نخستین لحظه‌های کیهان شروع به ساطع شدند کردند و حالا قرار است جیمز وب آنها را دریافت کند. به نظر این هوش‌از‌سر‌پران‌ترین بخش ماموریت این تلسکوپ فضایی است.

تولد ستارگان و منظومه‌های پیش سیاره‌ای

اجزای اساسی تشکیل سحابی عقاب (Eagle Nebula)، مشهورترین مناطقی هستند که ستارگان در آنها متولد می‌شوند. ابتدا ستارگان درون ابرهای گازی قرار می‌گیرند، در ادامه با رشد بیشتر ستاره، فشار حاصل از تشعشعات آن، گاز‌های مولد خود را پراکنده می‌کند و همین امر می‌تواند موجب تشکیل ابرهای گازی شود که بستر تولد یک ستاره دیگر را مهیا می‌کنند. اما در صورتی که فشار تشعشعات ستاره آنقدر بالا باشد که بیش از اندازه گازها را پراکنده کند، چنین رویدادی رخ نخواهد داد.

با این حال مشاهده ساختار درونی گازها دشوار است. تلسکوپ فضایی جیمز وب با چشمان مجهز به مادون قرمز (فروسرخ) خود، قادر به ردیابی سرچشمه گرما است؛ همان مناطقی که گازهای مولد ستارگان در آنها وجود دارند. این موضوع یک مزیت مهم دارد؛ برخلاف نور فرابنفش و مرئی که تلسکوپ هابل بیشتر با آن­ها کار می‌­کرد، طول موج­‌های بلندترِ نور فروسرخ می­‌تواند به آسانی در گرد و غبار نفوذ کند. در نتیجه کیهان اولیه را بهتر خواهیم دید.

لازم است تا به پدیده‌ی انتقال به سرخ (Red Shift) نیز اشاره کنیم.  در این پدیده نور گسیل‌شده از یک جرم (در سراسر طیف الکترومغناطیس)‌به سمت طول موج قرمز در انتهای طیف می‌رود. این پدیده در اینجا به JWST کمک می‌کند تا گذشته های دورتری را کاوش کند. به عبارت بهتر نوری که از اجرام بسیااار دوردست به زمین می‌رسد، با انبساط کیهان، به سمت انتهای طیف قرمز شیفت می‌کند.

سیارات و منشاء حیات

کشف سیارات فراخورشیدی پیشینه‌ای نه چندان طویل دارد. نخستین بار در سال 1995 سیاره 51Pegasi b مورد شناسایی قرار گرفت. تاکنون حدود 5 هزار سیاره فراخورشیدی (اگزوپلان یا ExoPlanet) کشف شده‌اند. این اصطلاح برای سیارات خارج از منظومه شمسی به کار می‌رود. سیارات فراخورشیدی به دو دسته زمین‌مانندها (یعنی سیارات سنگی) و مشتری‌مانندها (یعنی سیارات گازی مانند زحل، مشتری و نپتون) تقسیم بندی می‌شوند.

برخی از آنها به دلیل فاصله‌شان از خورشیدی که در منظومه دارند، قابل سکونت به نظر می‌رسند. اما این‌ها اجرامی هستند که دانشمندان اطلاعات کمی درباره آنها دارند. در دهه گذشته شمار زیادی از سیارات فراخورشیدی کشف شده‌ که بار اعظم این کشفیات بر دوش تلسکوپ فضایی کپلر بوده است. مطالعه اتمسفر این سیارات به روش‌های اسپکترومتری (طیف‌سنجی) انجام خواهد شد.

سنسورهای قدرتمند تلسکوپ فضایی جیمز وب، قادر است با دقت زیادی به مشاهده عمیق‌تر این سیارات، در موارد مانند تصویربرداری از اتمسفر سیاره، بپردازد. پی بردن به ساختار اتمسفر و شرایط شکل گیری این سیارات، می‌تواند در جهت پیش بینی زیست پذیر بودن یا نبودن این سیارات به دانشمندان کمک‌ کند.

جیمز وب مانند تلسکوپ های فضایی پیشین، از روش گذر (Transit) برای مطالعه این سیارات استفاده می‌کند؛ این روش به طور خلاصه به شناسایی و مطالعه ویژگی‌های یک سیاره از طریق کم و زیاد شدن روشنایی آن، که حاصل از بازتاب نور ستاره میزبان آن در حالتی است که سیاره از بین ستاره میزبان خود و تلسکوپ عبور می‌کند. به بیان ساده روش گذر رصد یک خورشید گرفتگی کوچک و فراتر از منظومه شمسی است.

اما ما در جو این سیارات به دنبال چه هستیم؟ جواب کوتاه: متان (CH4) و کربن‌دی‌اکسید (CO2). حالا چرا؟ چون حیاتی که بر روی زمین می‌شناسیم مبتنی بر کربن (Carbon Based) است. آیا ممکن است حیاتی مبتنی بر عنصری دیگر، مثلا سیلیکون (Si) باشد؟ شاید. اما چون نمونه از چنین حیات احتمالی نداریم، جستجو به دنبال آن هم غیرممکن است. در نتیجه تنها گزینه موجود، جستجوی حیاتی شبیه به حیات خودمان است.

ابزارها و تجهیزات

تلسکوپ فضایی جیمز وب با این ابزارهای علمی تجهیز می‌شود:

• دوربین مادون قرمز نزدیک (NIRCam): توسط دانشگاه آریزونا برای تشخیص نور گسیل شده از ستارگان موجود در کهکشان راه شیری و ماورای آن تهیه شده است. این ابزار همچنین در تشخیص نور گسیل شده از آن دسته از ستارگان و کهکشان‌هایی که در دوران اولیه حیات کیهان به سر می‌بردند، کارایی دارد. دوربین مادون قرمز نزدیک، به کورونوگراف‌هایی، برای ممانعت از ورود نور اجرام درخشان، مجهز است تا بدین وسیله اجرام کم‌نورتر موجود در اطراف، مانند سیاره‌ها، قابل مشاهده شوند.
• طیف سنج مادون قرمز نزدیک (NIRSpec): می‌تواند بطور همزمان ۱۰ جرم سماوی را مشاهده کند. برای جستجوی اولین کهکشان‌های تشکیل شده در مراحل اولیه حیات کیهان، پس از بیگ بنگ، کاربرد دارد. طیف سنج مادون قرمز نزدیک، با همکار سازمان فضایی اروپا (ESA) و مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا ساخته شده است.

• ابزار مادون قرمز متوسط (MIRI): تصاویر شگفت‌انگیزی از اجرام فضایی دوردست ثبت خواهد کرد. مانند آنچه در تصویر بردار نجومی تلسکوپ هابل بود. طیف سنجی که در این ابزار تعبیه شده است، به محققان این اجازه را می‌دهد تا در مطالعه اجرام دوردست کیهان، به داده‌هایی فیزیکی دقیقی دست پیدا کنند. MIRI در تشخیص کهکشان‌های دوردست، دنباله دار‌های کم‌نور، اجرام موجود در کمربند کوئیپر و شکل گیری ستارگان کاربرد خواهد داشت. این ابزار با همکاری کنسرسیوم سازمان فضایی اروپا (ESA) و آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا (JPL) تهیه شده است.

• سنسور دقیق هدایت/ تصویربردار مادون‌قرمز نزدیک و طیف سنج بدون شکست (FGS/NIRISS): ابزاری است که توسط سازمان فضایی کانادا (CSA) ساخته شده و خود از دو ابزار ساخته شده است. مؤلفه FGS موظف است تا تلسکوپ جیمز وب در مسیر مطالعاتی‌اش، از مسیر مستقیم خود خارج نشود. NIRSS مسئول واکاوی کیهان برای کشف اولین پرتو‌های نور گسیل شده و همچنین بررسی ویژگی‌های سیارات بیگانه است.

تلسکوپ فضایی جیمز وب، دارای یک صفحه خورشیدی با اندازه‌ای در حدود یک زمین تنیس است. همچنین بزرگترین آینه پرتاب شده با اندازه‌ی ۶.۵ متر در آن تعبیه شده است. این دو ساختار در موشک حمل کننده قرار نخواهند داشت، بلکه پس از مستقر شدن در فضا، از درون تلسکوپ برافراشته خواهند شد.

دانشمندان به طور مشخص، در مورد یک نامزد پشتیبانی از حیات به نام TRAPPIST-۱e مشکوک هستند که شرایط جوی مشابه با زمین ن

بیشتر بخوانید: 

با بهترین و شگفت‌انگیزترین سیارات فراخورشیدی که تاکنون کشف شده‌اند آشنا شوید

خست‌زیستی یا آرکئن (Archean) دارد که ۲.۵ تا چهار میلیارد سال پیش در زمین حاکم بود. در حالی که تاکنون هیچ فرضی در مورد ترکیب لایه ابر یا مه این دنیای بیگانه وجود ندارد، محققان دریافتند که جیمز وب ممکن است تنها به پنج تا ۱۰ گذر مشترک که از طریق منشور طیف‌نگار نزدیک به فروسرخ تلسکوپ (NIRSpec) سنجیده می‌شود، برای تایید نشانه‌های قوی نیاز داشته باشد. اما این تنها در صورتی اتفاق می‌افتد که اتمسفر این سیاره صاف باشد و فشار لایه ابر یا مه آن بین ۱۰۰ تا ۶۰۰ میلی‌بار(۰.۱ تا ۰.۶ فشار جوی زمین در سطح دریا) باشد.

پیتر روملر، مدیر پروژه در آژانس فضایی اروپا (ESA) به بی‌بی‌سی توضیح داد:

شما احتمالاً انیمیشن‌هایی درباره نحوه باز شدن این تلسکوپ در فضا دیده‌اید، اما آن بصورت تاشده به کورو آمد. ما در اینجا تجهیزات لازم برای اجرای عملیات استقرار در مدار را نداریم، بنابراین آزمایشات ما تنها محدود است به روشن کردن آن و بررسی تجهیزات الکتریکی آن تا ببینیم آیا همه چیز خوب است.

پرسش های متداول

تلسکوپ جیمز وب چگونه کار می‌کند؟

تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا به گونه‌ای طراحی‌شده که بتواند جهان را در زیر نور فروسرخ که برای چشم انسان نامرئی است، مشاهده نماید. این تلسکوپ پس از راه‌اندازی، نور فروسرخی را که به درون گردوغبار نفوذ کرده جمع‌آوری می‌کند و مرکز کهکشانی ما را با جزئیات بی‌سابقه‌ای نشان می‌دهد.

تلسکوپ جیمز وب کی پرتاب می‌شود؟

تلسکوپ فضایی جیمز وب اکنون در تاسیساتی در گویان قرار دارد. به گفته‌ی ناسا هنگامی که متخصصین در حال اتصال این تلسکوپ به آداپتور موشک مورد نظر بودند که قرار بود پس از آن به مرحله بالایی موشک آریان ۵ متصل شود و در نهایت به مدار برود یکی از سیم‌های اتصال آزاد شد و این تلسکوپ تکان شدیدی خورد. به همین دلیل تاریخ پرتاب جیمز وب از 18 دسامبر (27 آذر) به 22 دسامبر (1 دی) موکول شد.

منیع : Space

پخش زنده پرتاب تلسکوپ فضایی جیمز وب را در تکراتو از دست ندهید. نظرات خود در خصوص این ماموریت را با ما در میان بگذارید. در کامنت‌ها!