مردم جهان در انتظار چهره جدید جهان هستی

به گزارش باش خبر وبه نقل از ایسنا، در چند روز گذشته شاهد پرتاب پیشرفته‌ترین تلسکوپ فضایی جهان بودیم؛ تلسکوپی که به فضا رفت تا نخستین روزهای تشکیل جهان یعنی ۱۳میلیارد سال قبل و کمی پس از مِه‌بانگ (Big Bang) را برای بشر به نمایش درآورد.

مقایسه این تلسکوپ با همتای خود یعنی “هابل”، مانند مقایسه یک تلسکوپ دیجیتالی با یک ذره‌بین است؛ بنابراین “جیمز وب”، دید ما را به جهان متحول خواهد کرد. ساخت این تلسکوپ با مشارکت متخصصان ناسا، کانادا و اروپا در سال ۱۹۹۶ آغاز شد و در ساخت آن بیش از دو هزار دانشمند و در مجموع ۱۰ هزار نفر نقش داشتند.

این اَبَر تلسکوپ برای ادای احترام به “جیمز اِدوین وب” دومین مدیر ناسا،‌ تلسکوپ “جیمز وب” نام‌گذاری شده است. این تلسکوپ در ابتدا قرار بود در سال ۲۰۰۷ به فضا پرتاب شود، اما پرتاب آن‌ بارها به تاخیر افتاد تا اینکه در ۲۵ دسامبر ۲۰۲۱، مصادف با چهارم دی ماه جاری به فضا پرتاب شد. در چنین روزی، “وب” به همتای خود “هابل” می‌پیوندد و به رصد آسمان و ترسیم یک مدل سه‌ بعدی از جهان خواهد پرداخت.

مردم جهان در انتظار چهره جدید جهان هستی

“هابل” که سال ۱۹۹۰ به فضا پرتاب شد، در طی بیش از سه دهه فعالیت بیش از یک میلیون تصویر از سحابی‌ها، سیارات و کهکشان‌ها ثبت کرده است و اکنون “جیمز وب”، جایگزینی قدرتمند برای آن خواهد بود؛ اما پیش از آنکه بیشتر در مورد این تلسکوپ پیشرفته بدانیم، کمی در زمان سفر می‌کنیم و به روزهایی می‌رویم که یک اخترشناس ایتالیایی برای اولین بار تلسکوپ خود را به سمت آسمان پُر ستاره گرفت.

“گالیلئو گالیله”، معروف به “پدر اخترشناسی رصدی” یکی از اولین تلسکوپ‌های جهان را ساخت، اما مخترع آن نبود. بسیاری بر این باورند که اولین تلسکوپ جهان توسط “هانس لیپرشی”، عینک‌ساز و فیزیکدان هلندی ساخته شده است. با این حال “گالیله” این اختراع اولیه را بهبود بخشید. “گالیله” پس از آن که در مورد تلسکوپ این فیزیکدان هلندی اطلاعاتی کسب کرد، دست به ساخت اولین تلسکوپ خود زد.

اولین تلسکوپ “گالیله” اجرام دور را سه برابر بزرگ‌تر می‌کرد و پاییز همان سال او تلسکوپی با بزرگنمایی ۲۰ برابری ساخت. “گالیله” با این تلسکوپ در اوایل سال ۱۶۱۰ میلادی اولین کشف‌های قابل توجه را رقم زد و چهار قمر سیاره مشتری را کشف کرد.

مردم جهان در انتظار چهره جدید جهان هستی

تلاش‌های “گالیله” به کشف ناهمواری‌های قمر زمین، فازهای مختلف سیاره زهره و ستارگان زیادی که با چشم غیرمسلح قابل رویت نبودند، انجامید. او از اولین کسانی بود که توانست لکه‌های خورشیدی را بدون آسیب دیدن چشم تماشا کند. او به اثبات حرکت انتقالی زمین به دور خورشید کمک کرد. اگرچه عقاید این دانشمند باعث درگیری او با کلیسا شد. این ستاره‌شناس بیش از ۱۵ سال سکوت کرد و در خفا آزمایش‌های خود را ادامه داد و بار دیگر در سال ۱۶۳۳ به دادگاه فراخوانده و به حبس خانگی محکوم شد و سراجام در سال ۱۶۴۲ نیز درگذشت اما تلاش‌های گالیله زمینه‌ساز ساخت تلسکوپ‌های پیشرفته امروزی بود. در سال ۱۹۹۵، ناسا یک فضاپیمای بی سرنشین به نام گالیله بر قمر مشتری فرود آورد تا مطالعه این قمرها را آغاز کند.

می‌توان گفت “گالیله” آغازگر مسیری بود که امروزه بشریت را قادر به رصد دورترین و حتی کم‌نورترین اجرام آسمانی می‌کند. پیش از آن که بشر بتواند یک تلسکوپ‌ها را به فضا بفرستد، تلسکوپ‌های زمینی زیادی برای رصد آسمان ساخته شدند. از جمله این تلسکوپ‌ها می‌توان به «تلسکوپ بزرگ آفریقای جنوب»، «تلسکوپ کک»، «تلسکوپ بزرگ جزایر قناری»، «رصدخانه آرسیبو»، «آرایه میلی‌متری بزرگ آتاکاما»، «تلسکوپ بزرگ ماژلان» و نیز «تلسکوپسی متری و تلسکوپ بسیار بزرگ اروپایی» اشاره کرد. اگرچه این تلسکوپ‌های زمینی در نوع خود بی‌نظیر هستند و می‌توانند به رصد اجرام آسمانی کمک کنند، اما معایبی نیز دارند. این تلسکوپ‌ها به دلیل حساسیت در برابر عوامل محیطی باید در مناطق مشخصی نصب شوند. رصدخانه‌ها باید در ارتفاعات بالاتری نصب شوند و دور از شهرها نصب شوند تا از نور شهری به دور باشند. علاوه بر آن جو زمین که به حفظ حیات کمک می‌کند باعث ایجاد اختلال در کیفیت تصاویر ثبت شده می‌شود.

ذرات موجود در جو زمین باعث شکست نور می‌شود و این پدیده باعث تار شدن تصاویر به دست آمده می‌شود این در حالی است که تلسکوپ‌های فضایی با چنین مشکلاتی روبه‌رو نیستند و به وسیله آن‌ها می‌توان بهتر فضا را رصد کرد.

اولین مجموعه از تلسکوپ‌های فضایی “رصدخانه نجومی در حال گردش” (Orbiting Astronomical Observatory) نام داشتند.

این مجموعه شامل چهار تلسکوپ فضایی بود که توسط ناسا طی سال‌های‌ ۱۹۶۶ تا ۱۹۷۲ به فضا  ارسال شد. در میان این تلسکوپ‌ها، اولین تلسکوپ فضایی که اولین تصاویر از اجرام کیهانی در نور ماورابنفش را ثبت کرده است نیز وجود دارد. اگرچه دو ماموریت اول با شکست مواجه شد اما پرتاب دو تلسکوپ بعدی موفقیت آمیز بود. این تلسکوپ‌ها OAO-۱، OAO-۲، OAO-B و OAO-۳ نام داشتند.

ابعاد آینه تلسکوپ هابل در برابر جیمزوب

پس از آن نیز تلسکوپ‌های فضایی دیگری ادامه‌دهنده این راه بودند و در سال ۱۹۹۰ تلسکوپ فضایی “هابل” به فضا پرتاب شد.

“هابل” قوی‌ترین تلسکوپ جهان تا پیش از “جیمز وب” است و در سه دهه مشاهدات فضا، این تلسکوپ نگاه ما به جهان را تغییر داده است. این تلسکوپ یکی از مهم‌ترین ماموریت‌های کیهانی ناسا تاکنون بوده که به مدت ۳۱ سال در حال فعالیت است و سیارات فراخورشیدی، کهکشان‌های دور و ماده‌ تاریک را مورد مطالعه قرار داده است. این تلسکوپ بیش از ۱.۵ میلیون رصد انجام داده و بیش از ۱۸ هزار مقاله علمی براساس داده‌های آن منتشر شده است. “هابل” با سرعت ۲۷ هزار و ۳۰۰ کیلومتر بر ساعت مدار زمین را دور می‌زند و در فاصله‌ی ۵۴۷ کیلومتری زمین قرار دارد.

دوربین‌های “هابل”، تصاویر را به رنگ خاکستری ثبت می‌کنند، اما ناسا به آن‌ها رنگ می‌بخشد. به طور معمول این کار را برای مشخص کردن ویژگی‌ها و مواد شیمیایی مختلف انجام می‌شود.

“هابل” به رصد اجرامی می‌پردازد که ممکن است دیگر وجود نداشته باشند. برخی از اجرامی که “هابل” آن‌ها را رصد می‌کند، در فاصله ده‌ها سال نوری از زمین قرار دارند. زمانی که جرمی در فاصله ۱۰ سال نوری را تماشا می‌کنیم، گویی سوار بر ماشین زمان به سال‌ها قبل و به کنار جرم کیهانی مورد نظر سفر کرده‌ایم و آن را همانگونه که در گذشته بوده است، رویت می‌کنیم و اکنون انتظار می‌رود که “جیمز وب”، ما را به ۱۰۰ تا ۲۵۰ میلیون سال پس از تولد جهان ببرد.

این تلسکوپ، نور اجرامی که در فاصله صدها سال نوری از زمین قرار دارند را دریافت و داده‌های آن را به زمین می‌رساند. این کار به دانشمندان در درک فرآیندهایی که در نخستین سال‌های تشکیل جهان رخ داده است کمک می‌کند و حتی شاید درک ما از ساختار جهان را متحول کند. علاوه بر آن تلسکوپ فضایی “جیمزوب” قادر به رصد سیارات و  اجرامی که خارج از منظومه شمسی ما وجود دارند می‌پردازد و برای مثال چگالی آن‌ها و ترکیبات جو آن‌ها را برای درک نوع جرم آسمانی مورد نظر و احتمال وجود حیات در آن بررسی می‌کند.

به گفته‌ متخصصان، تلسکوپ فضایی “جیمز وب” قادر به کاوش اتمسفر بیش از ۳۰۰ سیاره فراخورشیدی گوناگون استاما این تلسکوپ چگونه کار می‌کند؟

این رصدخانه گردان فروسرخ به کاوش تشعشعات اجرام فضایی می‌پردازد. و طول موج‌های ۰.۶ تا ۲۸.۵ میکرون را پوشش می‌دهد. به یاد داشته باشید که همه‌ی جامدات و مایعات زمانی که تا دمای خاصی گرم می‌شوند، انرژی در طیف مادون قرمز منتشر می‌کنند. در میان طول موج اشعه منتشر شده و دما ارتباط معکوسی وجود دارد یعنی هرچه دما بالاتر باشد طول موج تشعشعات منتشر شده کوتاه‌تر و بالعکس هرچه دما کمتر باشد طول موج تشعشعات منتشر شده بلندتر است. تجهیزات حساس “وب” می‌توانند سیارات سردی که دمای سطح آن‌ها به ۲۷ درجه سانتی‌گراد می‌رسد را مورد مطالعه قرار دهند. این دما با دمای سیاره ما که به طور متوسط ۱۵ درجه سانتی‌گراد دما دارد بسیار متفاوت است.

یکی از ویژگی‌های مهم این تلسکوپ جدید آن است که “جیمزوب” در مدار خورشید قرار خواهد گرفت و مانند “هابل” در مدار زمین نخواهد بود. این مدار متفاوت از ایجاد اختلال توسط زمین در عملکرد آن جلوگیری می‌کند. “وب” در نقطه‌ای به نام لاگرانژ ۲ در فاصله بین ۳۷۴ هزار تا ۱.۵ میلیون کیلومتری از زمین قرار خواهد گرفت.

نقاط لاگرانژی مناطق فضایی هستند که به دلیل اینکه برآیند کشش گرانشی اجرام اطراف، صفر است و یکدیگر را خنثی می‌کنند، اجرام آسمانی به جای حرکت در فضا، در جای خود آرام می‌گیرند. نقاط لاگرانژی پنج نقطه میان دو جرم بزرگ هستند که در آن نیروی جاذبه دو جرم همدیگر را خنثی می‌کند. غالباً ماهواره‌های رصدی (تلسکوپ‌های فضایی) در نقاط لاگرانژی میان زمین و خورشید قرار می‌گیرند.

فاصله “وب” از زمین چهار برابر فاصله زمین تا ماه خواهد بود؛ به همین دلیل طراحی آن باید قابل اعتماد و مناسب باشد. البته این به معنای سنگین وزن بودن تلسکوپ نیست. تلسکوپ “جیمز وب” ۶.۲ تن وزن دارد که در مقایسه با “هابل” ۱۱ تنی، بسیار سبک‌تر است. طراحی این تلسکوپ مشابه یک کندوی عسل است. این طراحی بیشترین سطح بازتابنده برای رصد را برای “وب” فراهم می‌کند و کمترین فضای از دست رفته را در میان آینه‌ها دارد. شش محرک (actuator) در پشت هر آینه وجود دارد که می‌توانند آینه را با سرعت بسیار آرام حرکت دهند و بهترین جهت‌گیری را برای تلسکوپ فراهم کنند.

یکی از قطعات قابل توجه این تلسکوپ آینه اصلی آن است. قطر این آینه ۶.۵ متر و سطح گردآوری (collecting area) آن ۲۵ متر مربع است. این آینه‌ها ساختاری بزرگ شبیه به یک کندوی عسل تشکیل می‌دهند که از ۱۸ بخش شش ضلعی تشکیل شده است. قطر هر یک از بخش‌های این آینه ۱.۳۲ متر است و هر یک در زمین ۲۰ کیلوگرم وزن دارند. این بخش‌ها از آن جهت شش ضلعی طراحی شده‌اند، زیرا اگر دایره‌ بودند، فضای خالی بیشتری بین هر قطعه با قطعه دیگر ایجاد می‌شد. آینه “هابل” در مقایسه با وب سه برابر کوچک‌تر بوده و اندازه آن ۲.۴ متر است و مساحت رویه (surface area) آن هفت برابر کوچک‌تر است.

این سازه بزرگ، نور دورترین نقاط کهکشان را دریافت کرده و تصاویری واضح و بدون اختلال ایجاد می‌کند. اولین بخش از  آینه‌های “وب” اواخر سال ۲۰۱۵ بر روی آن نصب شد و این آینه تا فوریه سال ۲۰۱۶ کامل نشد.

نوع خاصی از فلز بریلیوم (Be) در ساخت آن به کار رفته که به حفظ ظاهر آن در دماهای پایین کمک می‌کند. این ماده در دمای بسیار پایین تغییر شکل نمی‌دهد. شاید این سوال برایتان پیش بیاید که چرا آینه‌های جیمز وب طلایی رنگ هستند. علت آن وجود لایه‌ای از طلا به وزن ۴۸.۲۵ گرم یا ۱.۷ اونس با ضخامت ۱۰۰ نانومتر بر روی این آینه‌ها است. چنین پوششی بهترین بازتاب تشعشعات فروسرخ را داراست و برای رسیدن به بهترین بازدهی از طلا استفاده شده است. گفته می‌شود تلسکوپ “جیمز وب” قادر به بازتاب کردن ۹۸ درصد پرتوها است و این به دلیل پوشش طلای آن است.

این تلسکوپ، آینه کوچک دیگری به نام آینه دوم نیز دارد. آینه دوم “جیمز وب” ۰.۷۴ متر است. این آینه نور را از آینه اصلی دریافت کرده و آن را به تجهیزات دیگر می‌رساند.

. با این وجود باید گفت، بزرگ‌ترین قطعه “جیمز وب”، آینه اصلی آن نیست، بلکه آفتاب‌گیر یا محافظ خورشیدی آن است. این محافظ ۲۰ متر طول و  هفت متر عرض دارد و از پنج لایه بسیار نازک از فیلم “پلی‌آمید کپتون” (kapton polyimide film) ساخته شده است که از آینه‌ها و تجهیزات این تلسکوپ در برابر اشعه‌های خورشید محافظت می‌کند و تجهیزات فوق حساس آن را تا دمای منفی ۲۲۰ درجه سانتی‌گراد خنک نگه می‌دارد؛ در غیر این صورت ممکن است در رَصدهای “جیمز وب” اختلال ایجاد شود، زیرا تشعشات فروسرخ به خودی خود گرم هستند و اگر تلسکوپ نیز گرم باشد قادر به تشخیص این پرتوها نخواهد بود. «کپتون» از چهار عنصر کربن، نیتروژن، اکسیژن و هیدروژن تشکیل شده است اما عنصر اولیه آن کربن است.

هر لایه از این محافظ خورشیدی تنها یک هزارم اینچ ضخامت دارد، یعنی حدود یک چهارم نازک‌ترین تار مویی که وجود دارد. این محافظ خورشیدی از تلسکوپ “جیمز وب” در برابر نور خورشید، زمین و ماه محافظت می‌کند. هر یک از لایه‌ها اندازه‌ای معادل یک زمین تنیس دارد و این سازه یکی از پیچیده‌ترین بخش‌های تلسکوپ است. این آفتابگیر مانند یک چتر نجات جمع و بسته‌بندی می‌شود و درون موشک حمل‌کننده تلسکوپ قرار می‌گیرد و پس از آن زمانی که “وب” به فضا رسید، باز می‌شود.

اندازه هر یک از لایه‌ها از پایین به بالا کمی کوچک‌تر می‌شود. ناسا در بسیاری از مأموریت‌ها از «کپتون» استفاده کرده است، نه تنها به دلیل آن که این ماده از فضاپیماها در برابر گرما و تشعشعات محافظت می‌کند، بلکه به آن دلیل که این ماده رسانای بسیار خوبی است. این محافظ در عرض دو هفته باز و بسته می‌شود و به لُطف عایق‌های حرارتی فوق‌العاده‌اش می‌توان در یک سمت آن پَنکیک پخت و در سمت دیگر  آن، آب در لحظه یخ می‌زند!

بخش سوم این تلسکوپ پیشرفته، رایانه‌ مرکزی آن است که عملیات‌های تلسکوپ را کنترل می‌کند. از تجهیزات علمی تلسکوپ “جیمز وب” می‌توان به دوربین نزدیک به فروسرخ “NIRcam” اشاره کرد. انتظار می‌رود این دوربین، قدیمی‌ترین ستاره‌های کهکشان و سیارات نزدیک به آن‌ها را رصد کند و علاوه بر آن نقشه‌ای از ماده‌ی تاریک جهان بسازد.

دومین مورد از تجهیزات علمی “جیمز وب”، طیف‌نگار نزدیک به فروسرخ است که به جمع‌آوری داده‌هایی از ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی اجرام کیهانی می‌پردازد. تجهیز MIRI امکان مشاهده تولد ستارگان و جستجوی سیاره رازآلود نهم را در منظومه شمسی فراهم می‌کند. سیاره ۹ نام موقتی یک سیاره‌ی یخی بزرگ احتمالی با جرم تقریبی ۱۰ برابر زمین و قطری حدود ۱۳ هزار تا ۲۶ هزار کیلومتر (نزدیک به ۲ تا ۴ برابر قطر زمین) در ناحیه بیرونی منظومه شمسی است.

چهارمین مورد از تجهیزات علمی تلسکوپ “جیمز وب”، تصویرگر نزدیک به فروسرخ و طیف‌نگار بدون شکاف (near infrared imager and slitless spectrograph) یا دوربین NIRISS است که هدف آن یافتن سیارات فراخورشیدی و اولین نور از اجرام کیهانی دور دست است. آخرین نمونه از تجهیزات علمی “وب” حسگر هدایت خوب (fine guidance sensor)  یا FGS است که به ثبت تصاویری با وضوح بالا کمک می‌کند و مکان “جیمز وب” را هر ثانیه ۱۶ بار به روزرسانی کرده و عملکرد آینه‌های آن را کنترل می‌کند