التكلفة جعلت السفر إلى الفضاء يبدو رخيصًا.
جيمس ويب خليفة هابل، مسبار أمل جديد. ظل البشر ينظرون إلى النجوم منذ آلاف السنين، ولكن منذ ما يزيد قليلاً عن 30 عامًا تم إطلاق تلسكوب هابل الفضائي، وبدأنا في إلقاء نظرة جيدة حقًا على ما يوجد هناك. تعرض هابل لأكثر من عقد من النكسات قبل إطلاقه في عام 1990. ثم بعد أن اتخذ موقعه حول الأرض، أدرك علماء الفلك أن شيئًا ما لم يكن صحيحًا. استغرق الأمر من المهندسين ثلاث سنوات أخرى لإصلاح خطأ في التصنيع ترك إحدى المرايا مشوهة بمقدار جزء من المليون من المتر. في النهاية ، كان هذا النقص كافياً لجعل مرايا التلسكوب عديمة الفائدة بشكل فعال. كان الانتظار الطويل يستحق كل هذا العناء. أتاح هابل عشرات الاختراقات في علم الفلك. كما أنها أخذت صوراً جميلة. تتضمن نسخة حديثة من صورتها الشهيرة “حقل هابل العميق” مجرات على بعد 13 مليار سنة ضوئية، مما يجعلها أبعد الأشياء التي تم تصويرها على الإطلاق.
تطلق ناسا ما تسميه “خليفة” هابل: تلسكوب جيمس ويب الفضائي. مثل تلسكوب هابل، تم تصميم تلسكوب ويب أيضًا لأخذ قياسات فائقة الدقة لـ “الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي المنبعث من الأجسام المضيئة الأولى [والتي] تم شدها أو” انزياحها نحو الأحمر “بسبب التوسع المستمر للكون ويصل اليوم كضوء الأشعة تحت الحمراء .”
الكون البعيد بيس هدف جيمس ويب الوحيد
سوف يدرس تلسكوب جيمس ويب خليفة هابل أيضًا الكائنات الأقرب إلى منزلنا، مثل الكواكب والأجسام الأخرى في نظامنا الشمسي بهدف تحديد المزيد عن أصلها وتطورها. سيراقب تلسكوب جيمس ويب أيضًا الكواكب الخارجية الموجودة في المناطق الصالحة للسكن لنجومهم، للبحث عن علامات القابلية للسكن، وللتعرف على تركيباتها الكيميائية.
بمعنى ما، يشترك تلسكوبات هابل وويب في نفس المهمة العامة. وفقًا لوكالة ناسا، كانت “أهداف ويب العلمية مدفوعة بنتائج من هابل”. إن الرؤى المستمدة من تلك النتائج، جنبًا إلى جنب مع الابتكارات التكنولوجية ، تعني أن تلسكوب جيمس ويب هو نوع مختلف تمامًا من التلسكوب. بالإضافة إلى كونها أكبر وأقوى بكثير، ستشغل الأداة الجديدة مدارًا مختلفًا وتستخدم أنواعًا مختلفة من الأدوات لاكتشاف أنواع مختلفة من الضوء (مع بعض التداخل). معًا ، تمنح التغييرات تلسكوب جيمس ويب قدرة رائعة – يجب أن تكون قادرة على رؤية المجرات وهي تولد في الأيام الأولى للكون.
ولكن هناك مشكلة: إذا حدث خطأ ما ، فلا يوجد ما يمكن لأي شخص فعله للمساعدة.
مقالة ذات صلة: تلسكوب جيمس ويب، كل ما تحتاج معرفته عنه هنا
جيمس ويب خليفة هابل، آلة زمنية أفضل
تحتوي سماء الليل على تاريخ الكون. ذلك لأن الفضاء كبير جدًا لدرجة أن موجات الضوء – أسرع شيء في الكون المعروف – يمكن أن تستغرق وقتًا طويلاً للوصول إلى وجهتها. إذا كان جسم ما قريبًا ، فسيراه مراقب على الأرض كما يبدو في تلك اللحظة. عرضنا للقمر أقل من ثانيتين قديم. لكن عندما ننظر إلى ما وراء النظام الشمسي، فإن رؤيتنا تشبه كبسولة زمنية. خذ Big Dipper، على سبيل المثال. أقرب نجم في الكوكبة يربط الكأس بالمقبض. في الوقت الحالي، نرى هذا النجم كما ظهر قبل 58 عامًا، في عام 1963. يقع أبعد نجم في نهاية المقبض، والذي نراه كما ظهر قبل 124 عامًا ، في عام 1897. أبعد جسم (وأقدم) مرئي لـ العين المجردة هي التوهج الجماعي لنجوم تريليون أو نحو ذلك التي تشكل مجرة أندروميدا، الجار الأقرب لمجرة درب التبانة. إذا سار عالم فلك فضائي في مكان ما في تلك المجرة بالخارج الآن واستخدم تلسكوبًا قويًا للغاية للنظر إلى الأرض، فلن يرى أي دليل على البشر المعاصرين (أو أي بشر على الإطلاق). ذلك لأن الموجات الضوئية التي تصل إلى مراياها كانت ستمضي 2.5 مليون سنة الماضية تتنقل عبر الفضاء.
الفضاء ضخم جدًا وفارغ جدًا لدرجة أن بعض الموجات الضوئية التي بدأت تنتقل في الأيام الأولى للكون لا تزال قوية. تظهر المجرات الأبعد في “حقل هابل شديد العمق” كما لو كانت قد ظهرت قبل أكثر من 13 مليار سنة عندما كان عمر الكون حوالي 800 مليون سنة. إذا كان عمر الكون الآن 40 عامًا، يمكن أن يرى هابل الأشياء كما ظهرت عندما كان الكون واحدًا.
لا يزال أغلب تاريخ الكون مجهولاً لنا
جيمس ويب خليفة هابل، أكبر، أقوى، أبعد وأبرد
يختلف تصميم تلسكوب جيمس ويب اختلافًا كبيرًا عن تصميم مسبار هابل، وهذه الاختلافات تجعله قويًا للغاية. صاغها كبير علماء المشروع جون ماثر بهذه الطريقة في علم الفلك، “إذا كان هناك نحلة تحوم في الفضاء على مسافة من القمر ، يمكن لتلسكوب جيمس ويب رؤية ضوء الشمس الذي يعكسه والحرارة التي ينبعث منها.”أحد الاختلافات الرئيسية هو المرآة الأساسية. يبلغ قطرها 6.5 متر، وتحتوي مرآة ويب على أكثر من ستة أضعاف مساحة التجميع مقارنة بمرآة هابل. مرآة التلسكوب الجديدة مطلية بالذهب لأنها تعكس الضوء الأحمر بشكل أفضل من الأسطح البديلة. وهي تتألف من 18 شكلًا سداسيًا مرتبة مثل قرص العسل، لذا يمكن طيها داخل صاروخ، وفقًا لوكالة ناسا. إنها أكبر مرآة يتم إطلاقها في الفضاء على الإطلاق، ولا يوجد صاروخ في الخدمة حاليًا به مساحة شحن كافية لحمله في تكوين منتشر بالكامل.
بمجرد أن يصبح التلسكوب في الفضاء، سوف يقضي حوالي ثلاثة أسابيع في نشر حاجب الشمس والمرآة ببطء. يتم تثبيت كل من الأشكال السداسية على سلسلة من المحركات التي يمكنها إجراء تعديلات دقيقة للغاية على زاويتها وموضعها الفرديين. ستستغرق فترة التشغيل بأكملها حوالي ستة أشهر، وستشمل نشر المرآة، والتبريد إلى درجات حرارة التشغيل، ومحاذاة المرآة، ومعايرة الجهاز.
أدوات تلسكوب جيمس ويب
سيكون لدى Webb أربع أدوات لتحليل الضوء الذي تم جمعه وتركيزه بواسطة المرآة. ثلاثة منهم يكتشفون الضوء بطول موجة يتراوح بين 0.6 و 5 ميكرون، طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة. كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRCam) هي جهاز التصوير الرئيسي لـ Webb. إنه مزود بسلسلة من فقرات التاج، والتي تساعد الكاميرا في تعتيم الأشياء عن طريق حجب الضوء عن الأجسام الأكثر سطوعًا. بفضل فيزياء الضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء، سيكون NIRCam قادرًا على رؤية بعض الجسيمات والكشف عن الأشياء التي حجبتها سحب الغبار. يقوم مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRSpec) بتحليل الضوء عن طريق تقسيمه إلى الألوان المكونة له. في حين أن أجهزة الطيف ليست بأي حال من الأحوال تقنية جديدة، فإن NIRSpec لديها “مصفوفة ميكروشاتر” مصممة خصيصًا تمكنها من تحليل ما يصل إلى 100 كائن في نفس الوقت. يعد مطياف الأشعة تحت الحمراء القريب (NIRISS) جهازًا متخصصًا يهدف إلى التقاط صور واضحة بشكل خاص للأجسام شديدة السطوع. وهي مجهزة بقناع فتحة، مما يمنحها القدرة على التقاط صور للأجسام الساطعة بدقة أكبر من أجهزة التصوير الأخرى.
أداة جديدة ستساعد في فتح آفاق الكون
سيستخدم التلسكوب الجديد أداة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (MIRI) للتعمق في ماضي الكون. تم تصميم MIRI لالتقاط صور ومخططات طيفية للضوء في أطوال موجية متوسطة للأشعة تحت الحمراء، تتراوح بين 5 و 28 ميكرون. سترى MIRI الضوء الأحمر من النجوم أثناء تشكلها، والمجرات البعيدة، والأجسام الخافتة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها باستخدام الأدوات الأخرى.
رحلة طويلة وتحديات متعددة
أحد الأسباب التي تجعل تلسكوب الأشعة تحت الحمراء مفيدًا للغاية هو أن كل شيء في الكون يُصدر ضوء الأشعة تحت الحمراء. هذا أمر جيد لعلماء الفلك لأنه يعني أنه لا يتعين على الجسم أن يحترق بشكل ساطع حتى يمكن رؤيته. ولكنه أيضًا يمثل تحديًا هائلاً لأن الإشارة التي يبحث عنها تلسكوب جيمس ويب يمكن أن تغرق بسهولة بفعل الحرارة من مصادر أخرى. لهذا السبب من المهم بشكل خاص أن يظل تلسكوب جيمس ويب خليفة هابل باردًا. هذا هو خط دفاعها الأول هو مدارها. بدلاً من الدوران حول هابل الشبيه بالأرض ، سوف يدور ويب حول نقطة تبعد حوالي مليون ميل عن الأرض، ويبقى بعيدًا عن الشمس قدر الإمكان.
يتبع مدار ويب مسارًا خاصًا حول نقطة لاغرانج الثانية التي تبقيها على الجانب الليلي من الأرض وتتتبع مسارها مع الأرض أثناء التحرك حول الشمس. سيحافظ هذا المدار على أكبر مصادره للأشعة تحت الحمراء القريبة – الشمس والأرض والقمر – على نفس الجانب ويضمن بقاءه بعيدًا عن ظلال كل من الأرض والقمر. يسمح هذا المدار أيضًا لـتلسكوب جيمس ويب خليفة هابل بالاستحمام باستمرار في ضوء الشمس. لأجل توليد الطاقة باستخدام مجموعة شمسية على الجانب المواجه للشمس من المركبة الفضائية.
أثناء رحلته إلى هذا الموقع، سينشر تلسكوب جيمس ويب خليفة هابل أيضًا واقيًا من الشمس بحجم ملعب تنس مصمم لحماية “الجانب البارد” للأداة من دفء الشمس. خمس طبقات من مادة تسمى كابتون ستحافظ على الجانب البارد باردًا مثل 36 درجة كلفن (-394 درجة فهرنهايت). على النقيض من ذلك، يظل هابل مريحًا بشكل مدهش عند 70 درجة فهرنهايت (21.1 درجة مئوية).
أمل البشرية في فتوحات فضائية جديدة
يعتبر مدار Webb البعيد ضروريًا لجمع البيانات التي يحتاجها لتحقيق أهدافه العلمية، مثل مشاهدة تشكل النجوم والمجرات الأولى. ولكن الأمر يأتي بتكلفة. كما كتبت مارينا كورين في ذي أتلانتيك، “إذا حدث خطأ ما ، يمكن للمهندسين فقط إرسال الأوامر، وليس طاقمًا للمساعدة”. زار رواد الفضاء هابل خمس مرات للإصلاحات والتحديثات.
بعد 14 عامًا من التأخير، واجه Webb الكثير من الصعوبات في الانطلاق مثل سابقيه. تاريخ إطلاقه كان نتاج مشاكل أحدث. بما في ذلك “حادث” أرسل اهتزازات عبر الماكينة بأكملها و”مشكلة اتصال بين المرصد ونظام مركبة الإطلاق”.
سوف يقضي Webb الأشهر الستة الأولى في تجميع نفسه ببطء وتهدئة. بعد ذلك، سيوجه مرآتها المصنوعة من قرص العسل الذهبي إلى الفضاء، بعيدًا عن الأرض والشمس. وتبدأ في اكتشاف موجات ضوئية أتت من مكان سحيق تحتوي على بيانات قديمة عن تاريخ الكون، من بين أشياء أخرى. يعرف الباحثون ما الذي يبحثون عنه، لكنهم لا يعرفون ما الذي سيجدونه. أظهر هابل، على الرغم من مشاكله السابقة، العديد من الاكتشافات غير المتوقعة. بما في ذلك دليل على وجود عنصر غير متوقع في نجم قديم. في العام الماضي فقط، استخدم الباحثون الأداة لفحص إحدى أقدم المجرات ولم يعثروا على نوع النجوم التي كانوا يتوقعونها. تشير هذه النتائج إلى أن المجرات يجب أن تكون قد تشكلت في وقت أبكر بكثير مما اعتقده علماء الفلك. وأيضًا في وقت أبكر بكثير مما يمكن استكشافه باستخدام تلسكوب هابل الفضائي. ولكن ليس تلسكوب جيمس ويب.
بفضل مرآته العملاقة وأدواته الحديثة، “سيفتح صندوق الكنز الخاص بسماء الأشعة تحت الحمراء الرائعة، غير المرئي للعين البشرية”. “نحن نعلم أين سننظر، يمكننا تخمين ما سنجده، وستكون هناك مفاجآت.”
