تلسکوپ فضایی جیمز وب به عنوان بزرگ‌ترین و پیچیده‌ترین تلسکوپ ساخت بشر چند روز پیش به فضا پرتاب شد. در این مطلب داستان ساخت و ماموریت این تلسکوپ را به زبان ساده بیان می‌کنیم.
این روزها همه از تلسکوپ فضایی جیمز وب صحبت می‌کنند، تلسکوپی که بزرگ‌ترین و پیچیده‌ترین تلسکوپی است که تاکنون توسط ناسا ساخته شده و فناوری‌هایی در آن به کار رفته که تاکنون در هیچ ابزار دیگری مورد استفاده قرار نگرفته است.
زمانی که کارشناسان ناسا از جیمز وب سخن می‌گویند، تنها کلمات باشکوه و تاثیرگذار در بیان آن‌ها دیده می‌شود. آن‌ها می‌گویند تلسکوپ جیمز وب یک ماشین زمان است، ماشین زمانی که قرار است ما را به گذشته کیهان ببرد، قرار است به تعداد زیادی از سوالات ما در زمینه جهان پیرامون‌مان پاسخ دهد و اسرار زیادی را کشف کند.
البته دقیق نمی‌دانیم جیمز وب قرار است چه اطلاعاتی را به ما دهد، درست است که ماموریت جیمز وب برنامه ریزی شده اما همواره تلسکوپ‌های جدیدی که به فضا ارسال می‌شوند، دنیای جدیدی را کشف می‌کنند و اطلاعاتی را به ما می‌دهند که تاکنون آن‌ها را نمی‌دانستیم. بنابراین این یک واقعیت است که حتی کارشناسان ناسا هم نمی‌دانند جیمز وب قرار است چه چیزهایی را کشف کند، شاید نسل جدیدی از بشریت در کیهان پیدا شد و شاید هم راز راهی برای سفر در زمان و مکان!
جیمز وب جانشین تلسکوپ فضایی هابل است، هابل در سال 1990 یعنی حدود 30 سال پیش به فضا پرتاب شد و دستاوردهای بسیار مهمی برای انسان داشت، هابل توانست دو قمر پلوتون را کشف کند، اولین تصاویر یک تلسکوپ نوری از سیاه‌چاله را به ما نشان دهد، نرخ دقیق انبساط جهان را کشف کند، سن جهان و فاصله میان ستارگان را دقیق‌تر اندازه‌گیری کند و اطلاعاتی را برای ستاره‌شناسان بفرستد که شاید برای درک آن‌ها صد‌ها سال زمان نیاز بود.
حال هابل بزرگ و افسانه‌ای به دوران بازنشستگی خود نزدیک شده و کیهان یک مهمان جدید به نام جیمز وب دارد، تلسکوپی که می‌خواهد از دورترین اجرام آسمانی در دورترین نقاط این کیهان اطلاعاتی به دست بیاورد و پس از سال‌ها تجریه و تحلیل آن اطلاعات را به ستاره‌شناسان دهد.
اما بیایید کمی بیشتر با جیمز وب آشنا شویم و برخی اطلاعات اولیه در مورد این تلسکوپ فضایی بزرگ را بدانیم:
نام جیمز وب از کجا آمده؟ جیمز.ای. وب نام دومین مدیر ناسا است که طی سال‌های 1961 تا 1968 در این سازمان فعالیت می‌کرد و نقشی اساسی در پروژه آپولو داشت. نام تلسکوپ فضایی NGST به پاس قدردانی و زنده نگه‌داشتن نام آقای جیمز.ای. وب در سال 2002 به جیمز وب تغییر پیدا کرد.
ابعاد تلسکوپ فضایی جیمز وب چقدر است؟ این سازه با وجود سپر خورشیدی 20 متر طول، 14 متر عرض و بیش از 6 تن وزن دارد. اما خود تلسکوپ درون یک آینه با قطر 6.5 متر جا‌گذاری شده است.
جیمز وب در چه روزی به فضا پرتاب شد؟ جیمز وب در روز 25 دسامبر 2021 از پایگاه گویان فرانسه توسط موشک آریان 5 به فضا پرتاب شد.
ساخت جیمز وب چند سال طول کشید؟ طرح ساخت تلسکوپ جیمز وب چندی پس از پرتاب تلسکوپ هابل آغاز شد، اما زمان ساخت خود تلسکوپ به سال 1996 باز می‌گردد که تا انتهای سال 2016 ادامه داشت؛ البته طراحی جیمز وب یک بار در سال 2005 به طور کامل تغییر کرد، به این ترتیب تلسکوپ فعلی جیمز وب در مدت زمان 11 سال ساخته شد و از سال 2016 تاکنون بخش‌های مختلف آن مورد آزمایش قرار گرفته است.
ماموریت جیمز وب چند سال طول می‌کشد؟ جیمز وب برای ماموریتی حداقل 10 ساله به فضا پرتاب شد و ساخت تلسکوپ جایگزین آن از همین حالا آغاز شده است. البته با توجه به سوخت جیمز وب احتمالا این تلسکوپ بیش از 10 سال و حتی شاید 20 سال بتواند فعال بماند.
سوخت تلسکوپ فضایی جیمز وب چیست؟ پنج پنل خورشیدی بزرگ بر روی بدنه تلسکوپ به همراه رانشگر موشک که سوخت آن از ترکیب هیدرازین و دی‌نیتروژن تتراکسید به دست آمده، منبع انرژی مورد نیاز جیمز وب هستند.
هزینه ساخت تلسکوپ فضایی جیمز وب چقدر بود؟ هزینه این پروژه با طراحی مجدد و تاخیر در پرتاب، حدود 10 میلیارد دلار برآورد شده است.
کدام سازمان‌ها تلسکوپ فضایی جیمز وب را ساختند؟ ناسا، با مشارکت آژانس فضایی اروپا ESA و آژانس فضایی کانادا CSA این تلسکوپ را طراحی و تولید کردند.
بخش‌های اصلی تلسکوپ جیمز وب
تلسکوپ فضایی جیمز وب از بخش‌های مختلفی طراحی شده است که در ادامه آن‌ها را مرور می‌کنیم:
آینه اصلی: آینه اصلی تلسکوپ، یکی از مهم‌ترین بخش‌های آن است. این آینه از 18 شش‌ضلعی از جنس بریلیوم و روکش طلا ساخته شده، این آینه در مجموع 6.5 متر قطر دارد که به طور قابل توجهی از آینه 2.4 متری تلسکوب هابل بزرگ‌تر است.
ابزارهای علمی
دوربین فروسرخ: حساس‌ترین بخش تلسکوپ که نور فروسرخ را دریافت می‌کند.
طیف‌سنج فروسرخ: این ابزار نور ستارگان و کهکشان‌ها را به طیف‌های رنگی مختلف تقسیم می‌کند. این قطعه می‌تواند نور 100 کهکشان را به طور همزمان تجزیه و تحلیل کند.
ابزار فروسرخ میانی: این قطعه طول موج‌هایی را که انتشارات مولکولی در آن قوی‌تر است، از دورترین و سردترین اجسام تشخیص می‌دهد.
طیف‌سنج بدون شکاف: این ابزار برای تفکیک‌پذیری تصاویر زاویه‌ای به شدت بالا که ممکن است سیاره‌ای درون آن باشد به کار می‌رود.
تلسکوپ فضایی جیمز وب جانشین هابل می‌شود
بخش عمده درک ما از تلسکوپ فضایی جیمز وب زمانی معنا پیدا می‌کند که بتوانیم آن را با هابل مقایسه کنیم تا بتوانیم میزان پیشرفت جیمز وب را بیشتر لمس کنیم.
پس از ارسال هابل به فضا، اولین تصاویر با کیفیت از کهکشان‌ها ثبت و به زمین فرستاده شد، در واقع در همان زمان هم ستاره‌شناسان نمی‌دانستند که هابل قرار است چه چیزی را ثبت کند. هابل تصاویری از هزاران کهکشان که قبلا دیده نشده بودند را به زمین فرستاد. در آن زمان عمر زمین به مقدار 13 میلیارد و 700 میلیون سال تخمین زده شد.
هابل توانایی این را داشت که نور مرئی، نور فرابنفش و مقداری از نور فروسرخ را ببیند، نور فرابنفش توسط کهکشان‌هایی که 13 میلیارد سال پیش وجود داشتند پخش و انبساط پیدا می‌کند، اما زمانی که این نور با موج کوتاه در این مسافت حرکت می‌کند به نور فروسرخ با موج بلند تبدیل می‌شود.
به همین دلیل هابل قدرت این را نداشت که اجسام خیلی دور را ببیند، اما جیمز وب برای دریافت نور فروسرخ تولید شده و قادر خواهد بود نور دورترین اجسامی که در کیهان وجود داشته را دریافت کند. جیمنز وب می‌تواند اجسامی را ببیند که 10 تا 100 برابر از اجسامی که توسط هابل ثبت می‌شدند، تاریک‌تر هستند.
تمرکز بر روی فروسرخ
جیمز وب یک تلسکوپ بزرگ‌تر با حساسیت بیشتر برای دریافت نور با طول موج بلند است، در واقع جیمز وب نقص‌های هابل را برطرف می‌کند و ما را به جایی می‌برد که هابل نمی‌توانست آن جا را ببیند.
جیمز وب قدرتمندترین تلسکوپ فروسرخ چند منظوره است که تاکنون ساخته شده، حساسیت و قدرت این تلسکوپ به مقداری است که اگر جیمز وب بر روی زمین باشد و یک زنبور در کره ماه، جیمز وب می‌تواند گرمای تولید شده توسط زنبور را تشخیص دهد.
اهمیت نور فروسرخ که هابل قدرت ثبت آن را نداشت به این دلیل است که ما را قادر می‌سازد تا نادیده‌ها را ببینیم. در کیهان فضاهای تاریک و غبارآلود بسیاری وجود دارند، فضایی که محل ستارگان مرده و خاموش شده هستند، ستاره‌هایی که سرد شده‌اند و نور فروسرخ از خود تولید می‌کنند.
جیمز وب وظیفه‌اش آن است که در میان این نورهای مرئی و غبار موجود در کیهان، بخش‌های تاریک و ناشناخته را کشف کند، مانند یک دوربین دید در شب که همه چیز را به ما نشان می‌دهد.
تلسکوپ فضایی جیمز وب برای دیدن نور فروسرخ به دو شاخصه اصلی نیاز دارد: 1- تاریکی 2- سرما
زمانی که شما می‌خواهید اجسامی با نور کم را مشاهده کنید، باید از منابع نور فاصله بگیرید، به طور مثال درون شهر به دلیل وجود نور زیاد، ستاره‌ها دیده نمی‌شوند اما در بیرون شهر به دلیل عدم وجود نور مصنوعی، آسمان پرستاره دیده خواهد شد. از طرفی برای دریافت نور فروسرخ لازم است تا تلسکوپ دمای بسیار پایینی داشته باشد، اتفاقی که به دلیل گرمای خورشید غیرممکن به نظر می‌رسد.
سپر خورشیدی
تلسکوپ جیمز وب بر روی 5 لایه از جنس کیتون قرار گرفته، این 5 لایه نور و گرمای خورشید را دفع می‌کنند تا به تلسکوپ و آینه‌اش هیچ نور و گرمایی از سمت خورشید نرسد. این 5 لایه سپر خورشیدی نام دارند و بیش از 2 هزار وات تابش خورشید به پشت این سپر برخورد می‌کند اما تنها دو صدم وات اجازه عبور پیدا خواهد کرد.
به این ترتیب خود تلسکوپ همواره در سمت سرد باقی خواهد ماند، بخشی که باید برای دریافت نور فروسرخ، دمای منفی 220 درجه سانتی‌گراد داشته باشد.
تلسکوپ جمع شونده
تلسکوپ فضایی جیمز وب به نوعی طراحی شده که جمع می‌شود. ابعاد این تلسکوپ آنقدر بزرگ است که به طور کامل درون یک راکت قرار نمی‌گرفت، به همین علت سپر خورشیدی و آینه‌های آن جمع می‌شوند. پس از پرتاب و آزادسازی جیمز وب بیرون از جو زمین، ابتدا پنل خورشیدی آن باز شد، زیرا این تلسکوپ نیاز به تامین انرژی از نور خورشید داشت.
سپس طی 29 روز، بخش‌های مختلف جیمز وب مانند آینه و سپر خورشیدی کشیده و باز می‌شوند، عملیاتی که پیچیدگی بسیاری دارد. جیمز وب پس از 6 ماه به هزار و 600 کیلومتری زمین می‌رسد و در یک مدار شروع به گردش خواهد کرد.
غیرقابل تعمیر
تلسکوپ فضایی جیمز وب غیرقابل تعمیر است، زیرا انسان برای تعمیر به آن دسترسی نخواهد داشت. تلسکوپ هابل در دور زمین گردش دارد و به همین دلیل فضانوردان می‌توانند به این تلسکوپ رسیده و آن را تعمیر کنند. اما جیمز وب به سمت ماه و انتهای منظومه شمسی فرستاده شده، زیرا باید از نور خورشید دور باشد و به این ترتیب برای تعمیر به آن دسترسی نخواهیم داشت.
در واقع جیمز وب به طوری ساخته شده که به تعمیر نیاز ندارد و خیلی از بخش‌های آن می‌توانند خود را تعمیر کنند اما اگر یک بخش به طور کامل از کار بیفتد، هیچ راهی برای تعمیر آن نیست.
ماموریت‌های اصلی جیمز وب
تا کنون اشاره کردیم که جیمز وب به نوعی طراحی شده تا بتواند ستاره‌های درحال مرگ و پیر کیهان را پیدا کند و بر اساس آن در مورد گذشته هستی اطلاعاتی به دست بیاورد. اما ماموریت اصلی جیمز وب آن است که داده‌هایی را در خصوص شرایط کیهان در یک میلیارد سال ابتدایی پس از بیگ‌بنگ جمع‌آوری کند، اطلاعاتی که ممکن است تمام تفکرات و نظریه‌های ما در مورد آغاز کیهان را تغییر دهد.
همچنین نحوه شکل‌گیری ستاره‌ها و منظومه‌ها و کهکشان‌ها از دیگر موضوعاتی است که جیمز وب برای به دست آوردن اطلاعات آن‌ها ساخته شده و توانایی تحلیل این اطلاعات را دارد.
مورد دیگر که برای ستاره‌شناسان اهمیت دارد، شناخت سیاره‌های پیرامون منظومه شمسی است تا جستجو برای حیات و خواستگاه زندگی در این سیارات ادامه پیدا کند.
جیمز وب برای آینده
جیمز وب نقطه عطف فناوری فضایی در قرن 21 حساب می‌شود، البته قطعا در آینده تلسکوپ‌های فضایی قدرتمندتر و پیشرفته‌تر ساخته خواهند شد اما در نقطه‌ای که ما ایستاده‌ایم، جیمز وب یک دستاورد علمی بی‌نظیر است که نمی‌توان آن را با هیچ چیز دیگری مقایسه کرد. امیدواریم جیمز وب ما را با دنیاهای ناشناخته و حقیقت‌های کشف نشده آشنا سازد.
