التطور المذهل لتلسكوبات الأشعة تحت الحمراء التابعة لناسا

لقد فتح تلسكوب ويب نافذة جديدة على الكون، ولكنه يعتمد أيضًا على مهمات منذ 40 عامًا، بما في ذلك سبيتزر والقمر الصناعي لعلم الفلك بالأشعة تحت الحمراء.

في 25 ديسمبر، ناسا وسيحتفل بالذكرى السنوية الثانية لإطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائي – أكبر وأقوى مرصد فضائي في التاريخ. لقد ألهم وضوح صوره العالم، وبدأ العلماء في استكشاف المكافأة العلمية التي يعود بها.

يمتد نجاح ويب إلى أربعة عقود من بناء التلسكوبات الفضائية التي تكتشف ضوء الأشعة تحت الحمراء (وهو غير مرئي للعين المجردة) – وخاصة عمل تلسكوبين متقاعدين من وكالة ناسا مع احتفالات سنوية كبيرة في العام الماضي: شهد شهر يناير الذكرى الأربعين منذ إطلاقه. القمر الصناعي لعلم الفلك بالأشعة تحت الحمراء (IRAS)، صادف شهر أغسطس الذكرى العشرين لتلسكوب سبيتزر الفضائي.

ناسا تلسكوب جيمس ويب الفضائي بناءً على أربعة عقود من العمل من خلال التلسكوبات الفضائية التي تكشف الأشعة تحت الحمراء، وأبرزها تلسكوبان آخران متقاعدان من وكالة ناسا: القمر الصناعي لعلم الفلك بالأشعة تحت الحمراء (IRAS) وتلسكوب سبيتزر الفضائي. الائتمان: ناسا/جي بي ال-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا

ويظهر هذا التقليد بوضوح في صور وكالة ناسا لمنطقة Rho Obituary، وهي إحدى أقرب مناطق تشكل النجوم إلى الأرض. كان ايراس هناك تم إطلاق أول تلسكوب يعمل بالأشعة تحت الحمراء في مدار الأرض، فوق الغلاف الجوي، مما يحجب معظم الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء. تحجب سحب الغاز والغبار الكثيفة الموجودة على Rho Ophiuchi الضوء المرئي، لكن رؤية IRAS بالأشعة تحت الحمراء جعلته أول مرصد يخترق تلك الطبقات ويكشف عن النجوم حديثة الولادة في أعماقها.

وبعد مرور عشرين عامًا، مكنت اكتشافات سبيتزر العديدة بالأشعة تحت الحمراء علماء الفلك من تحديد أعمار أكثر دقة للعديد من النجوم في المنطقة، مما يوفر رؤى حول كيفية القيام بذلك. النجوم الشباب الكون كله مخلوق. تُظهِر رؤية ويب الأكثر تفصيلاً بالأشعة تحت الحمراء النفاثات المنبعثة من النجوم الشابة وأقراص المواد المحيطة بها، وهي مكونات الأنظمة الكوكبية المستقبلية.

غالبًا ما تنبعث سحب الغاز والغبار في الفضاء – مثل Rho Ophiuchi الموضح هنا – من ضوء الأشعة تحت الحمراء الذي لا يمكن للعين البشرية اكتشافه. قام IRAS، وهو أول تلسكوب يعمل بالأشعة تحت الحمراء في مدار حول الأرض، بتصوير المنطقة في عام 1983 وكشف عن ميزات مخفية سابقًا، بما في ذلك النجوم المتكونة حديثًا في أعماق الغبار. مصدر الصورة: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا

مثال آخر هو فم السمكة الكبيرة، وهو نجم محاط بحطام مشابه لحزام الكويكبات. قبل أربعين عامًا، كان هذا القرص أحد الاكتشافات الرئيسية لـ IRAS لأنه يشير بقوة إلى وجود كوكب واحد على الأقل، في الوقت الذي لم يتم فيه اكتشاف أي كواكب خارج المجموعة الشمسية حتى الآن. وأظهرت ملاحظات سبيتزر اللاحقة أن القرص يتكون من قسمين – الجزء الخارجي البارد والجزء الداخلي الساخن – وكشفت عن المزيد من الأدلة على وجود الكواكب.

العديد من التلسكوبات، بما في ذلك ناسا تلسكوب هابل الفضائيثم قام بدراسة فم السمكة الكبيرة، وفي وقت سابق من هذا العام، أعطت صور ويب للعلماء رؤية أوضح لبنية القرص. وكشف عن حلقتين من الصخور والغاز لم يسبق لهما مثيل في القرص الداخلي. يجمع عمل أجيال من التلسكوبات ويبرز قصة فم السمكة الكبيرة بشكل واضح.

تم تصوير رو أوبيوتشي بواسطة تلسكوب سبيتزر الفضائي التابع لناسا. كان لدى سبيتزر مجال رؤية أوسع ودقة أفضل من سابقاته، حيث قدم هذه الصورة التفصيلية للمنطقة ومزيد من المعلومات حول تكوين النجوم. مصدر الصورة: NASA/JPL-Caltech/Harvard-Smithsonian CfA

المسح الفلكي بالأشعة تحت الحمراء البعيدة

عندما تم إطلاق IRAS في عام 1983، لم يكن العلماء متأكدين مما ستكشفه المهمة. ولم يتمكنوا من توقع استخدام الأشعة تحت الحمراء في نهاية المطاف في جميع مجالات علم الفلك. تطور المجراتال دورة حياة النجومال مصدر للغبار الكوني واسع الانتشارأجواء الكواكب الخارجية، د حركات الكويكبات وغيرها من الأجسام القريبة من الأرضوأيضا طبيعة أحد أعظم الألغاز الكونية في التاريخ، الطاقة المظلمة.

لقد مهدت IRAS المسرح تحت القيادة الأوروبية مختبر الفضاء بالأشعة تحت الحمراء (ISO) ومختبر هيرشل الفضائي؛ ال القمر الصناعي AKARI بقيادة اليابان; مستكشف المسح بالأشعة تحت الحمراء واسع النطاق التابع لناسا (WISE)، ومرصد SOFIA (مرصد الستراتوسفير لعلم الفلك بالأشعة تحت الحمراء) التابع لناسا، بالإضافة إلى العديد من الأجهزة الأخرى. المراصد المحمولة بالبالون.

كشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا عن رو أوبوتشي بشكل لم يسبق له مثيل، ليظهر لعلماء الفلك ميزات جديدة لمنطقة تشكل النجوم في هذه الصورة المذهلة لعام 2023. يعتمد ويب على تراث التلسكوبات التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء مثل IRAS وSpitzer. حقوق الصورة: ناسا، وكالة الفضاء الأوروبية، وكالة الفضاء الكندية، STScI، كلاوس بونتوبيدان (STScI)

وقال مايكل ويرنر، عالم الفيزياء الفلكية في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا (JPL) في جنوب كاليفورنيا: “إن ضوء الأشعة تحت الحمراء ضروري لفهم من أين أتينا وكيف وصلنا إلى هنا على المقاييس الفيزيائية الفلكية الكبيرة والصغيرة”. وعمل كعالم في مشروع سبيتزر. نحن نستخدم الأشعة تحت الحمراء للنظر إلى الوراء عبر الزمان والمكان لفهم ما تشكل.تساعدنا الأشعة تحت الحمراء على دراسة تكوين وتطور النجوم والكواكب، وتخبرنا عن تاريخ نظامنا الشمسي.

مفهوم الفنان للقمر الصناعي لعلم الفلك بالأشعة تحت الحمراء الموجود في المدار (IRAS). الائتمان: ناسا / مختبر الدفع النفاث

بالنسبة لسبيتزر

إذا كان IRAS عبارة عن مكتشف للمسار، فقد تم تصميم سبيتزر للغوص عميقًا في عالم الأشعة تحت الحمراء. كان لدى ويب بالفعل العديد من الأهداف الكوكبية في عامه الأول درس مع سبيتزر، والتي سعت إلى تحقيق مجموعة واسعة من الأهداف العلمية، نظرًا لمجال رؤيتها الواسع ودقتها العالية نسبيًا. خلال مهمته التي استغرقت 16 عامًا، كشف سبيتزر عن عجائب جديدة من حافة الكون (بما في ذلك بعض العجائب). أبعد المجرات التي تم رصدها على الإطلاق في ذلك الوقت كان نظامنا الشمسي (على سبيل المثال حلقة جديدة حول زحل) وتفاجأ الباحثون أيضًا عندما اكتشفوا أن التلسكوب كان الأداة المثالية دراسة الكائنات الفضائية (كواكب خارج مجموعتنا الشمسية)، وهو أمر لم يتوقعوه عند بنائه.

تُظهر هذه الصورة انطباعًا فنيًا عن تلسكوب سبيتزر الفضائي. تُظهر الخلفية صورة بالأشعة تحت الحمراء من سبيتزر لمستوى مجرة ​​درب التبانة. الائتمان: ناسا / مختبر الدفع النفاث

«مع أي تلسكوب، أنت لا تأخذ البيانات من أجلها؛ قال شون كاري، المدير السابق لمركز سبيتزر للعلوم في IPAC، وهو مركز معالجة البيانات والعلوم في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا: “إنك تطرح سؤالاً محددًا أو سلسلة من الأسئلة”. “الأسئلة التي يمكننا طرحها مع ويب أكثر تعقيدًا وتنوعًا بسبب المعرفة التي اكتسبناها من التلسكوبات مثل سبيتزر وIRAS.”

المفهوم الفني لتلسكوب جيمس ويب الفضائي. الائتمان: ناسا

على سبيل المثال، قال كاري: “لقد درسنا الكواكب الخارجية مع سبيتزر وهابل، واكتشفنا ما يمكنك فعله باستخدام تلسكوب الأشعة تحت الحمراء في هذا المجال، وما هي أنواع الكواكب الأكثر إثارة للاهتمام، وما الذي يمكنك تعلمه عنها. لذلك عندما بدأ الويب، قفزنا فيه. خارج كوكب الأرض القراءة في البداية.”

ستساعد بعثة ناسا للمقياس الطيفي الضوئي لتاريخ الكون وعصر إعادة التأين ومستكشف الجليد (SPHEREx) علماء الفلك على فهم كيفية تشكل الكون ومدى شيوع المواد اللازمة للحياة في أنظمة الكواكب في مجرتنا. الائتمان: معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا

يمهد ويب الطريق لمهمات الأشعة تحت الحمراء المستقبلية. ستواصل مهمة ناسا القادمة SPHEREx (مقياس الطيف الضوئي لتاريخ الكون وعصر إعادة التأين ومستكشف الجليد) والرائد التالي للوكالة، تلسكوب نانسي غريس الروماني الفضائي، استكشاف الكون بالأشعة تحت الحمراء.

مفهوم الفنانة لتلسكوب الفضاء الروماني نانسي جريس. المصدر: مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا

المزيد عن المهام

IRAS هو مشروع مشترك بين وكالة ناسا والوكالة الهولندية لبرامج الفضاء الجوي ومجلس أبحاث العلوم والهندسة في المملكة المتحدة. تمت إدارة المهمة بواسطة مختبر الدفع النفاث (JPL) لصالح وكالة ناسا. يدير معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا مختبر الدفع النفاث لصالح وكالة ناسا.

حتى تقاعده في يناير 2020، كان مختبر الدفع النفاث يدير مهمة تلسكوب سبيتزر الفضائي لصالح مديرية العمليات العلمية التابعة لناسا في واشنطن. تم إجراء الأنشطة العلمية في مركز سبيتزر للعلوم في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. كانت عمليات المركبة الفضائية موجودة في شركة لوكهيد مارتن الفضائية في ليتلتون، كولورادو. يتم أرشفة البيانات في أرشيف علوم الأشعة تحت الحمراء الذي يديره IPAC في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا.

يعد تلسكوب جيمس ويب الفضائي من أهم مختبرات علوم الفضاء في العالم. يحل ويب ألغاز نظامنا الشمسي، وينظر إلى ما هو أبعد من ذلك إلى عوالم بعيدة حول نجوم أخرى، ويستكشف الهياكل والأصول الغامضة لكوننا ومكاننا فيه. WEB هو مشروع دولي يقوده شركاء ناسا، وكالة الفضاء الأوروبية.وكالة الفضاء الأوروبية) وCSA (وكالة الفضاء الكندية).