يعد تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) ثاني أكبر مراصد ناسا. على خطى تلسكوب هابل الفضائي ومختبر كومبتون لأشعة غاما ومختبر شاندرا إكس وتلسكوب سبيتزر الفضائي. تجمع JWST بين صفات اثنين من سابقاتها ، مع التركيز على ضوء الأشعة تحت الحمراء مثل Spitzer ، مع وضوح ممتاز مثل Hubble. الائتمان: NASA، SkyWorks Digital، Northrop Grumman، STScI

يوم الاثنين ، 24 يناير ، يخطط المهندسون لإصدار التعليمات ناساس تلسكوب جيمس ويب الفضائي لإكمال الحرق النهائي للتصحيح ، سيضع خط عرض آخر للشمس والأرض على بعد مليون ميل تقريبًا من الأرض أو مداره المطلوب ، ويسمى اختصارًا “L2”.

رياضياً ، تعتبر نقاط لاغرانج حلولاً لما يعرف بـ “مشكلة الأجسام الثلاثة المحرمة”. أي جسمين ضخمين مهمين من الناحية الجاذبية في الفضاء يشكلان خمسة مواقع محددة – نقاط لوكرينج – تكون قوى الجاذبية وقوة الطرد المركزي لحركة جسم ثالث صغير ، مثل مركبة فضائية ، في حالة توازن. يتم تصنيف نقاط لاغرانج من L1 إلى L5 ويتم تمثيلها بأسماء جسدي الجاذبية اللذين يشكلانها (الأكبر أولاً).

نقاط Lockrange المرتبطة بنظام الأرض الشمسية. نقاط Lockrange هي مواضع في الفضاء حيث تكون قوى الجاذبية لنظامي الجسم ، مثل الشمس والأرض ، في حالة توازن ، مما يسمح للمركبة الفضائية بالبقاء في موضعها مع استهلاك منخفض للوقود. رمز صغير يمثل مركبة الفضاء WMAP التابعة لناسا والتي تدور حول L2 ، على بعد حوالي 1.5 مليون كيلومتر من الأرض. الائتمان: NASA / WMAP Science Group

على الرغم من أن جميع نقاط LoCrange هي نقاط جاذبية ، إلا أنها ليست كلها ثابتة تمامًا. L1 و L2 و L3 هي مواقع “ثابتة ميتا” مع منحدرات جاذبية على شكل سرج ، تشبه نقطة في منتصف خط منحدر بين قمتين أعلى قليلاً وهي نقطة منخفضة وثابتة بين قمتين ، لكنها لا تزال أعلى من الوديان على جانبي التلال ، نقطة غير مستقرة. تم إصلاح L4 و L5 ، كل نقطة مثل سلسلة طويلة عالية من التلال أو منخفض ضحل أو وعاء في منتصف جبل.

https://www.youtube.com/watch؟v=eS3y1NqnMNs

لماذا ترسل الحرارة إلى مدار الشمس والأرض L2؟ لأن هذا هو المكان المثالي لمختبر الأشعة تحت الحمراء. في Sun-Earth L2 ، تكون الشمس والأرض (والقمر) دائمًا على جانب واحد من الفضاء ، مما يسمح للويب بتظليل بصرياتها وأدواتها التلسكوبية بشكل دائم. هذا يسمح لهم بالتبريد من أجل حساسية الأشعة تحت الحمراء ، على الرغم من أنه يمكنهم الوصول إلى ما يقرب من نصف السماء في أي وقت لإجراء عمليات المراقبة. (شاهد الفيديو أدناه). لمشاهدة كل نقطة في السماء بمرور الوقت ، عليك الانتظار بضعة أشهر للسفر لمسافة أبعد حول الشمس وكشف السماء التي كانت “خلف” الشمس.

https://www.youtube.com/watch؟v=HGKH0TmwZsM

أيضًا ، في L2 ، تكون الأرض بعيدة بدرجة كافية بحيث لا تسخن درجة حرارة الغرفة التقريبية المنبعثة منها. أيضًا نظرًا لأن L2 هو موقع توازن الجاذبية ، فمن الأسهل على الويب الحفاظ على المدار هناك. ضع في اعتبارك أن الالتفاف حول L2 أبسط وأسهل وأكثر كفاءة من العيش بدقة على L2. أيضًا ، من خلال الدوران حول L2 بالضبط ، لا يحجب Webb الشمس عن الأرض ، وهو أمر ضروري للاستقرار الحراري وتوليد الطاقة. في الواقع ، مدار ويب Webb حول L2 أكبر من مدار القمر حول الأرض! يعد L2 مناسبًا أيضًا للبقاء على اتصال مع مركز نشاط العمل على الأرض من خلاله شبكة الفضاء السحيق. بما في ذلك الرصدات الفضائية الأخرى WMAPو هيرشل، و بلانك للأسباب نفسها ، تدور الشمس والأرض حول L2.

بشكل عام ، كان الحصول على مركبة فضائية إلى Sun-Earth L2 أمرًا بسيطًا للغاية ، لكن هندسة Webb أضافت القليل من التحريف. تصف كارين ريتشن ، كبيرة مهندسي ديناميكيات الطيران في Webb ، إحضار Webb إلى L2 والاحتفاظ به هناك:

“فكر في رمي الكرة مباشرة في الهواء بأقصى ما تستطيع ؛ يبدأ بسرعة كبيرة ، لكنه يتقدم ببطء حيث يتم سحب الجاذبية نحو الأرض ، ويتوقف في النهاية عند ذروته ثم يعود إلى الأرض. تمامًا مثل إعطاء كرة يدك طاقة لتتخطى بضعة أمتار فوق سطح الأرض ، أعطى صاروخ آريان 5 طاقة الويب لتقطع 1.1 مليون كيلومتر ، لكن لا توجد طاقة كافية للهروب من قوة الجاذبية الأرضية. مثل الكرة ، تتباطأ الشبكة ، وإذا سمحنا لها ، فسوف تتوقف في النهاية وتسقط نحو الأرض. على عكس الكرة ، لن تعود الشبكة إلى سطح الأرض ، ولكنها ستكون في مدار إهليلجي للغاية يبلغ 300 كيلومتر نقطة الحضيض و 1،300،000 كيلومتر من الأوج. إذا تم تطبيق الدفع مرة واحدة كل ثلاثة أسابيع من محركات الصواريخ الصغيرة على الويب ، فسوف يدور حول L2 ويدور مرة كل ستة أشهر.

“إذن لماذا لم يعطي آريان المزيد من الطاقة للحرارة ولماذا تحتاج الحرارة إلى تصحيح المسار؟ لو مُنِحَت آريان ويب طاقة أكثر بقليل مما تحتاجه لحمل L2 ، لكانت قد سارت أسرع كثيرًا عندما وصلت إلى هناك وتجاوزت المدار العلمي المطلوب. قم بمناورات كبح كبيرة عن طريق الدفع باتجاه الشمس لتقليل سرعة الويب. لا يكلف هذا اللهب الكبير الكثير من الطاقة فحسب ، بل إنه مستحيل أيضًا لأنه يجب تدوير الويب 180 درجة لتوجيهه نحو الشمس ، مما سيعرض بصرياته وأدواته التلسكوبية مباشرة للشمس ، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارتها. حقًا نذوب الهياكل والغراء الذي يربطهم معًا. يعد تحميل التلسكوبات في التلسكوب كوسيلة لدفع الكبح المباشر أمرًا مستحيلًا لعدد من الأسباب ولم يكن أبدًا خيارًا للتصميم.

“لذلك ، طلبت شبكة آريان طاقة كافية من الصاروخ للتأكد من أننا لم نضطر أبدًا إلى القيام بحرق رجعي ، ولكنها تتطلب احتراقًا من المرصد لإحداث فرق بدقة ووضعه في المدار المطلوب. لقد كان أصغر منه كان يجب أن يكون ، تاركًا المزيد من الوقود للعمل المطول!

-كارين ريتشين ، كبيرة مهندسي ديناميكيات الطيران على شبكة الإنترنت ، مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا

يمكن رؤية تمزق مفصل للمدار الحراري هنا.