تلسكوب جيمس ويب الفضائي: بحثًا عن أسرار درب التبانة | تلسكوب جيمس ويب الفضائي

أنافي غضون أسابيع قليلة ، بلغت دراسة الروبوت الأكثر طموحًا وتكلفة على الإطلاق 6.8 مليار تلسكوب جيمس ويب الفضائي، سيتم إطلاقه في الفضاء فوق صاروخ أريان 5 الأوروبي العملاق. إن إطلاق هذا المختبر ، الذي عانى عقودًا من التأخير والتكاليف الباهظة – يعد بأن يكون أكثر انطلاقة توتراً في تاريخ استكشاف الفضاء بدون طيار.

مشاهدة – بنيت ناسا بالتعاون مع وكالات الفضاء الأوروبية والكندية – مصممة لإحداث ثورة في دراستنا للكون المبكر واكتشاف الكواكب المحتملة التي تدعم الحياة في مجرتنا. ومع ذلك ، استغرق التخطيط والبناء أكثر من 30 عامًا ، وواجه المشروع تهديدات بالإلغاء والجدل السياسي وغير ذلك. في هذه العملية ، كان لا بد من إلغاء العديد من المشاريع العلمية الأخرى لتلبية سعر المختبر الهائل والمضخم. كمجلة طبيعي >> صفة بعبارة أخرى ، إنه “تلسكوب الأكل الفلكي”.

وفقًا للجدول الزمني الحالي ، عندما يتم إطلاق التلسكوب في الفضاء في 22 ديسمبر ، يتعين على العلماء الآن معرفة ما إذا كانت هذه التضحيات وارتفاع التكاليف لها ما يبررها. يقول دانيال دي سامبور: “هذه بداية جيل” وكالة الفضاء الأوروبية (هو – هي).

تم تصميمه كبديل لتلسكوب هابل الفضائي – لا يزال قيد التشغيل بعد إطلاقه في عام 1990 – لا يزال جيمس ويب أكبر أداة وأكثرها تطورًا مع العديد من الأهداف الطموحة. في البداية ، لن يدرس الجزء المرئي من الطيف الكهرومغناطيسي – مثل الكثير من تلسكوبات هابل ومعظم التلسكوبات الأرضية – ولكنه يجمع الأشعة تحت الحمراء فقط.

تقول البروفيسورة جيليان رايت ، مديرة المملكة المتحدة: “هناك أسباب عديدة لذلك” الفلك مركز التكنولوجيا في ادنبره. “في البداية ، كانت الأشعة تحت الحمراء هي الجزء الصحيح من الطيف الذي يمكن رؤيته من خلال الغبار ، وهو أمر مهم لأن النجوم والكواكب تتشكل في مناطق مغبرة. إذا كنت تريد أن تفهم مكان وكيفية تشكل الأنظمة الشمسية الأخرى ، فيجب على جيمس ويب توفير بيانات مهمة.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن أجواء الكواكب التي تحتوي على مواد كيميائية مثل الميثان ، والتي ترتبط بالعمليات البيولوجية ، تتم دراستها بشكل أفضل من خلال جمع الأشعة تحت الحمراء ، وقد تشير إلى أنها قادرة على الحفاظ على الحياة.

“التحليل الطيفي هو وسيلة مهمة لرؤية إنشاء كواكب واعدة في مجرتنا” ، كما يقول رايت ، الذي كان الباحث الأوروبي الرائد في الفريق الذي طور واحدة من أدوات ويب الأربعة الرئيسية: MIRI أو أداة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة. (الأجهزة الثلاثة الأخرى تقرأ طيف الأشعة تحت الحمراء ولكن بأطوال موجية مختلفة.)

هذا الجزء من نشاط جيمس ويب هو في الأساس شأن محلي ويتضمن النظر إلى النجوم في مجرتنا. ومع ذلك ، يريد علماء الفلك دراسة الكون المبكر من الفترة التي أعقبت ولادة الكون في الانفجار العظيم قبل 13.8 مليار سنة. أي التركيز على المجرات الأبعد. تقدم إعادة دراسة الأشعة تحت الحمراء فوائد كبيرة.

قال مارتن وارد ، الأستاذ بالجامعة من دورهام وهو عضو في اتحاد MIRI للعلوم. “ومع ذلك ، يصبح الضوء خافتًا وأحمر ، وتنظر إلى الكون حتى يصل طوله الموجي إلى جزء الأشعة تحت الحمراء من الطيف. لذلك إذا أردنا دراسة كيفية تشكل النجوم والثقوب السوداء والمجرات الأولى ، فأنت بحاجة إلى تلسكوب يعمل بالأشعة تحت الحمراء.

يمكن أن تعمل المراصد الأرضية عند أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء ، ولكن بالنسبة لرصد الجودة الأولية ، يجب أن تكون التلسكوبات مرتفعة بالفعل فوق الغلاف الجوي الدافئ والرطب للأرض ، مما يحجب معظم الأشعة تحت الحمراء التي تصل إلينا من الفضاء. لسوء الحظ ، أدى وضع مثل هذا التلسكوب في المدار إلى تأخيرات لا حصر لها حيث كافح آلاف العلماء والمهندسين للتغلب على الحواجز التقنية التي فرضها تصميم جيمس ويب الطموح.

تتمثل إحدى المشكلات في أنه بمجرد تشغيل التلسكوب ، لا يمكن الوثوق بالمساعدة البشرية. لا يزال هابل يطير في مدار أرضي منخفض ، حيث كان رواد الفضاء على متن مكوك الفضاء قادرين على تعديله وخدمته. لكن المركبة الفضائية هبطت قبل عقد من الزمان ، لذلك تم تصميم جيمس ويب للعمل دون أي مساعدة من البشر.

بدلاً من ذلك ، سيتم إطلاقه في مدار حول الشمس بقوة الجاذبية والجاذبية لكوكبنا إلى منطقة تسمى النقطة طويلة المدى الثانية (L2) على بعد 1 متر من الأرض. يلغي كل منهما الآخر في الشمس. هنا يمكن وضع التلسكوب في نفس الموضع تقريبًا ، حيث سيعمل بشكل مستمر 24 ساعة في اليوم. بالإضافة إلى ذلك ، سيتم حرق محركات الغاز الصغيرة للتأكد من أن المركبة في L2.

في LockRange 2 ، من الأسهل الحفاظ على حرارة جيمس باردة. تم تصميم التلسكوب ليعمل عند 40 درجة مئوية تقريبًا فوق الصفر المطلق (حوالي -233 درجة مئوية) بحيث لا تولد أجهزته إشارات حرارية زائفة يمكنها امتصاص الأشعة تحت الحمراء الخافتة المتلقاة من الطرف الآخر للكون. سيكون التلسكوب بعيدًا عن كوكب موطنه الحار محميًا بدرع سميك من خمس طبقات يمنع الإشعاع من الشمس والأرض ، ويتم تبريد MIRI بواسطة ثلاجة هيليوم سائل ، يجب أن يكون James Webb باردًا منذ عقود. يعتقد المصممون.

لكن أولاً ، يجب أن تعبر المراقبة رحلة محفوفة بالمخاطر. في البداية هناك خطر حدوث عطل في المشغل. وصل آريان 5 إلى إجمالي 111 مصعدًا منذ عام 1996 ، نجح 106 منها. الأهم من ذلك ، أن الصاروخ تعرض لإخفاقات في مخطط التطوير ، والآن يتم تصنيفه على أنه الصاروخ الأكثر موثوقية. ومع ذلك ، فمن المرجح أن تفشل عندما تقلع من ميناء عيسى الفضائي في كرو بغيانا الفرنسية. بالنظر إلى مقدار المال والوقت والجهد المبذول بالفعل في المشروع ، فإنه لا يزال يمثل فرصة رهيبة.

هذه أيضا مجرد البداية. خلال الأشهر العديدة من السفر إلى منزله الجديد في LoCrange 2 ، سيتوسع التلسكوب ببطء أثناء انتقاله في الفضاء. تعمل الصفائح الكبيرة من الأغشية الرقيقة المتقشرة التي تم إطلاقها لأول مرة كمظلات عملاقة للحفاظ على برودة التلسكوب. التالي هو المرآة الرئيسية لجيمس ويب ، وهي قلب التلسكوب الذي يجمع الأشعة تحت الحمراء من جميع أنحاء الكون. إنه أكبر بسبع مرات من زجاج هابل – وهو أكبر من أن يتناسب كجسم. كما قال رايت: “إنها حقيقة بسيطة وهي أن وضع أجسام كبيرة في الفضاء أكثر صعوبة من إطلاق أجسام صغيرة. وهذا تحد تقني كبير للتلسكوب.

للتغلب على مشكلة الحجم ، ابتكر مصممو جيمس ويب مرآة مصنوعة من زجاج البريليوم المطلي بالذهب في 18 سداسيًا. تتمدد هذه الزهرة مثل الزهرة وتتجمع تلقائيًا لتشكل زجاجًا بطول 6.5 مترًا (21 قدمًا).

يجب أن تعمل جميع العمليات التي تمدد هذا التجميع الذاتي الآلي بطريقة غير مسبوقة بشكل لا تشوبه شائبة ، وتستغرق حوالي ستة أشهر حتى تكتمل. عندها فقط سيكتشف علماء الفلك ما إذا كان جيمس ويب سيكون أحد أعظم الاختراقات التكنولوجية في القرن الحادي والعشرين أو كارثة لابتلاع الدولارات. وكما يقول توماس جوربوسن ، المدير المساعد للعلوم في وكالة ناسا: “الأشخاص الذين ليسوا قلقين أو خائفين بشأن هذا لا يفهمون ما نحاول القيام به.”

قدم فاي هانتر من شركة إيرباص ، والذي كان مدير مشروع أداة MIRI منذ 10 سنوات ، وجهة نظر مختلفة حول التحذير والتأخير الذي أثر على التلسكوب. يقول: “كنت أذهب إلى المدرسة الثانوية عندما تم قبول فكرة تلسكوب جيمس ويب”. “الآن أنا التايلاندية ، مدير مشروع ناجح ولم يتم إطلاق التلسكوب بعد.”

ومع ذلك ، في العملية التي يشارك فيها أكثر من 200 مهندس وعالم في MIRI وحدها ، تؤكد Hunter على العناية والاهتمام لضمان أن المراقبة التي تتم مرة واحدة في المدار تعمل بشكل صحيح. وأضاف: “تم توفير المكونات من قبل الاتحاد الأوروبي وتم تجميعها في مختبر رذرفورد أبليتون في ميري أوكسفوردشاير”.

“ثم تم وضعها في غرف تجريبية ، حيث تمتص كل الهواء ، وخفضت درجة الحرارة إلى المستوى الذي يمكن أن يواجهه التلسكوب في الفضاء. هذا الأمر ، لكن الأمر يستحق الجهد المبذول.

كان للتأخير الذي دام عقودًا في قضية جيمس ويب عواقب أخرى. منذ أن تم تسميتها لأول مرة في عام 2002 ، انتقلت السياسة إلى الأمام. بحلول عام 2021 ، سيجد العديد من العلماء أن الاسم غير مناسب ، حيث اتهم جيمس ويب – المدير التنفيذي السابق لوكالة ناسا – جيمس ويب بطرد المثليين والمثليات جنسياً من وكالة ناسا في الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي. هناك وكالة الفضاء نفى مثل هذه الطلبات، على الرغم من أن الجدل من المرجح أن يستمر.

يبقى أن نرى ما سيكتشفه جيمس ويب. حدد هابل ، خلال ثلاثة عقود من عمله ، عمر الكون قبل 13.8 مليار سنة. تحديد معدل تمدد الكون ؛ أظهر أن كل مجرة ​​كبيرة تقريبًا ترتكز على ثقب أسود في مركزها.

هذه المرة ، يتوقع علماء الفلك المزيد. كان أحد معتقداتهم هو تصوير المجرات الأولى التي تشكلت بعد الانفجار العظيم ، لفهم كيفية تولد النجوم وتكوينها ، واستكشاف إمكانية الحياة على أنظمة الكواكب. كل هذا كان لا بد من القيام به في عقد من الزمن لأقصى عمر لجيمس ويب. ومن المتوقع أن ينفد الوقود بعد 10 سنوات ولن يتمكن التلسكوب من وضع نفسه على L2. ثم ستختفي بالتأكيد – لتصبح أغلى قطعة قمامة في الفضاء تم بناؤها على الإطلاق.

يقول وارد: “ملاحظة مكلفة ومعقدة مثل ملاحظة جيمس ويب من غير المرجح إعادة بنائها لفترة طويلة جدًا”. “المراصد الكبيرة مثل هذه تشبه أشجار عيد الميلاد. وهي مزودة بمجموعة متنوعة من الأدوات المتصلة مثل الفقاعات. في المستقبل ، يمكن توقع تفضيل شركات الفضاء التلسكوبات الصغيرة والرخيصة ذات الشخصيات الأكثر تحديدًا. لذا نعم ، في بطريقة ما ، قد يكون هذا آخر عيد ميلاد لعلم الفلك الفضائي.