جیمز وب تلسکوپی برای آشکار کردن جهان

تلسکوپ فضایی جیمز وب پیچیده ترین و قدرتمندترین تلسکوپ فضایی است که تاکنون ساخته شده است. جهان اولین تصاویر نفس گیر را با این تلسکوپ فضایی دیده است. تصاویر ثبت شده اکتشافات باورنکردنی در زمینه نجوم و اخترفیزیک به دست خواهد آورد که به توضیح بیشتر پیچیدگی های جهان کمک می کند. تلسکوپ ‌های بسیار پیچیده دیگری در مدار قرار گرفته اند (تلسکوپ فضایی هابل و تلسکوپ فضایی اسپیتزر)،  اما به خوبی نسل جدید فناوری فضایی، JWST نیست. تلسکوپ جیمز وب از طریق مشارکت بین‌المللی بین ناسا، آژانس فضایی اروپا (ESA) و آژانس فضایی کانادا (CSA) طراحی و توسعه یافته است.

تلسکوپ جیمز وب چیست؟

تلسکوپ جیمز وب یک تلسکوپ فضایی است که برای شناسایی دورترین و سردترین اجرام در کیهان طراحی شده است. همچنین سیارات بالقوه قابل سکونت دور و سایر رویدادهای کیهانی را تجزیه و تحلیل خواهد کرد. نام این تلسکوپ از یک مدیر ناسا (جیمز ای. وب) گرفته شده است که مأموریت های آپولو، جمینی و مرکوری (1961-1968) را رهبری می کرد. این تلسکوپ در 25 دسامبر 2021  توسط موشک آریان 5 از کورو، گویان فرانسه به فضا پرتاب شد.

تلسکوپ جیمز وب ویژگی های اصلی هابل و اسپیتزر را ترکیب می کند و آن را به قویترین تلسکوپ ساخته شده تا به امروز تبدیل می کند. این تلسکوپ قادر است نور فراتر از طیف مرئی را در محدوده مادون قرمز میانی با استفاده از دوربین های مادون قرمز شناسایی کند. در نتیجه  غبار موجود در فضا مانعی برای گرفتن تصاویر ایجاد نمی کند. به دلیل آرایش آینه ای که دارد، تصاویر باورنکردنی را در فاصله بیش از 18 میلیارد سال نوری ثبت می کند. بطور کلی محدودیت های قبلی نجوم با این تلسکوپ فضایی بشدت کاهش یافته و دانشمندان قادر خواهند بود مطالعات خود را در مورد کیهان دقیق تر کنند.

عناصر مهم تلسکوپ

تلسکوپ فضایی جیمز وب بزرگترین تلسکوپ فضایی است که تاکنون ساخته شده است. وب در مداری به نام لاگرانژ 2 یا L2 به دور خورشید می چرخد. این نقطه در 1.5 میلیون کیلومتری زمین قرار دارد.  این تلسکوپ تقریباً دو برابر اندازه تلسکوپ هابل (طول ۱۳ متر) و تقریباً نصف وزن آن (۶۵۰۰ کیلوگرم) را دارد. شیشه پنج لایه ای جلوی آن در برابر امواج گرمای مستقیم خورشید از آن محافظت می کند. اندازه‌ پایه محافظ خورشید 22 متر در 12 متر است که تقریباً به اندازه یک زمین تنیس است.

آینه اصلی وب 6.5 متر عرض دارد. این آینه از 18 بخش شش ضلعی بریلیوم با روکش طلا تشکیل شده است که می توان آنها را به صورت جداگانه تنظیم کرد. این آینه ها قابلیت گردآوری نور منطقه ای حدود 5.5 برابر بزرگتر از منطقه هابل را دارد.

هابل از طیف مرئی، فرابنفش و مادون قرمز کم تصاویر می گیرد. اما تلسکوپ فضایی جیمز وب اجرام را در محدوده نور قرمز معمولی با طول موج بلند و طیف مادون قرمز میانی تشخیص خواهد داد. این امر امکان تشخیص اجرام آسمانی که خیلی کم نور، دور و قدیمی هستند را می دهد. دمای کاری ایده آل تلسکوپ وب زیر ۲۲۳- درجه سانتی گراد است. با حفظ چنین دمای پایینی، قادر به تشخیص سیگنال های ضعیف در طیف مادون قرمز بدون نفوذ سیگنال های گرمتر اجسام، خواهد بود.

موارد استفاده از تلسکوپ

تلسکوپ فضایی جیمز وب اساساً برای نجوم مادون قرمز گسترده تر طراحی شده است. می تواند اجرام را که 100 برابر کم نورتر از آستانه تلسکوپ هابل هستند رصد کند. جدا از طیف فوق، می تواند نور مرئی قرمز نارنجی و محدوده مادون قرمز میانی را نیز تشخیص دهد. مورد هیجان‌انگیز دیگر این که به اخترشناسان اجازه می‌دهد اجرامی را که قبلاً در خط زمانی کیهان وجود داشته ‌اند و بسیار نزدیک‌تر به انفجار بزرگ بوده اند مشاهده کنند.

 اجسام Redshift فقط پرتوهای مادون قرمز ساطع می کنند که فقط از طریق تلسکوپ های فروسرخ قابل تجزیه و تحلیل هستند. اجسام سردتر و تیره تر نیز نور مادون قرمز ساطع می کنند. تلسکوپ هابل برای چنین طیف مادون قرمزی طراحی نشده است. تلسکوپ های زمینی روی زمین نیز دارای اشکالات شدیدی هستند زیرا جو ما لایه دیگری از رقیق شدن نور را ایجاد می کند. هنگامی که نور دور به اتمسفر نفوذ می کند، پرتوهای مادون قرمز ضعیف تر به شدت شدت خود را از دست می دهند که عملاً غیرقابل تشخیص می شود.

بنابراین، تلسکوپ جیمز وب بهترین مکان را برای رصد جهان پهناور (مدار زمین) دارد. این می تواند از عوارض ناخواسته ناشی از آب، متان و سایر ترکیبات موجود در جو جلوگیری کند. این تلسکوپ همچنین می‌تواند بسیاری از اجرام منظومه شمسی، از جمله تمام ماهواره‌ها، سیارات، سیارک‌ها و دنباله‌دارها را بررسی کند.

اهداف تلسکوپ فضایی جیمز وب

تلسکوپ فضایی جیمز وب مطمئنا راه را برای بسیاری از اکتشافات بزرگ در کیهان شناسی، اخترفیزیک و ستاره شناسی هموار خواهد کرد. در اینجا برخی از اهداف طولانی مدت JWST آورده شده است.

تشخیص نور از اولین کهکشان ها و سیارات تشکیل شده پس از انفجار بزرگ

پس از انفجار بزرگ، کل جهان در حالت انبساط قرار دارد. بنابراین اولین کهکشان ها و ستاره ها بدون شک دورترین اجرام در جهان شناخته شده هستند. قانون هابل بیان می کند که هر چه اجسام دورتر باشند، سریعتر از ما دور می شوند. بنابراین، نور از قدیمی ترین اجرام آسمانی همیشه به قرمز منتقل می شود. تلسکوپ های معمولی نمی توانند چنین اجرام کم نوری را تشخیص دهند. برای تشخیص آنها باید به باند فروسرخ نگاه کنیم. تلسکوپ جیمز وب به طور هدفمند برای رصد اجرام پنهان در طیف مادون قرمز طراحی شده است.

مشاهده شکل گیری کهکشان ها

از اهداف دیگر تلسکوپ جیمز وب مطالعه و مشاهده شکل گیری کهکشان ها است. طبق داده ‌های فعلی، ما نمی ‌توانیم هیچ منطقه ‌ای را که کهکشان  ‌های کوچک در آن شکل می‌ گیرند شناسایی کنیم. به عبارت دیگر، چنین مناطقی ممکن است دور از دسترس حساس ترین رصدخانه های فعلی باشند. از طریق تلسکوپ وب، اخترشناسان امیدوارند عواملی را که بر شکل و اندازه کهکشان‌ ها تأثیر می‌ گذارند، تجزیه و تحلیل کنند. در واقع رازهای پشت ساختار کهکشان های میله ای، نامنظم، بیضی و مارپیچی روشن خواهد شد.

تشکیل ستاره در سحابی ها

ستارگان معمولاً از یک سحابی ایجاد می شوند. سحابی منطقه ای با غبار و ذرات گاز با چگالی بالا است. جریان ‌های عظیمی از ذرات غبار اطراف ستاره‌ های کوچک را احاطه کرده‌اند که نور مرئی معمولی ساطع شده را مسدود می ‌کند. مادون قرمز از سد گرد و غبار نفوذ می کند. بنابراین، رصدخانه های قدرتمند مادون قرمز مانند تلسکوپ جیمز وب باید بتوانند آنها را رصد کنند.

رصد سیارات خارجی

دو مورد دیگر از اهداف اصلی تلسکوپ جیمزوب یافتن منشا زمین و چگونگی تکامل حیات است. هر دو به طور مستقیم با تکامل سیارات مرتبط هستند. یافتن ترکیب ذرات در اطراف ستارگان که در آن سیارات ایجاد می شوند بسیار مهم است. رصدخانه های فوق حساس مانند JWST قادر خواهند بود تصاویر مادون قرمز از سیارات را ثبت کنند. جستجوی اشکال حیات بیگانه یکی از ماموریت های پنهان آن است. کاوش کامل در سیارات خارجی به درک چگونگی تکامل حیات کمک خواهد کرد. JWST برای بررسی دنباله دارها و دیگر اجرام سرد که ممکن است سرنخ هایی از منشا حیات داشته باشند، به اندازه کافی قدرتمند است.

دستاوردهای جیمز وب

اخترشناسان با مطالعه اولین تصاویر منتشر شده جیمز وب، قدیمی ترین کهکشان که تاکنون تصویربرداری شده است را پیدا کردند. قدمت  این کهکشان با نام GLASS-z13، تنها 300 میلیون سال پس از انفجار بزرگ است. آخرین کهکشان کشف شده GN-Z11 نام دارد که توسط هابل در سال 2016 کشف شده بود. سن GLASS-z13 حدود 100 میلیون سال از GN-Z11 پیشی گرفته است. هر چه اجسام دورتر از ما باشند، مدت بیشتری طول می کشد تا نور آنها به ما برسد، و بنابراین نگاه کردن به جهان دور به معنای دیدن گذشته عمیق است.

اگرچه GLASS-z13 در اولین دوره کیهان وجود داشته است، سن دقیق آن ناشناخته باقی مانده است، زیرا می تواند در هر زمانی از 300 میلیون سال اول شکل گرفته باشد.

اعتقاد بر این است که جرم کهکشان باستانی GLASS-z13 بیش از یک میلیارد خورشید است. با وجود چنین جرم بزرگی، اما از نظر اندازه کوچکتر از کهکشان راه شیری است. عرض کهکشان راه شیری حدود 100 هزار سال نوری است، در حالی که عرض کهکشان GLASS-z13 تنها چند هزار سال نوری است. دانشمندانی که متوجه کهکشان باستانی شدند، یک کهکشان دیگر به نام GLASS z-11 را در همان نزدیکی پیدا کردند. هم سن و سال رکورددار قبلی یعنی GN-Z11 است. اندازه آنها بسیار کوچک است: GLASS-z13 حدود 1600 سال نوری وسعت دارد و GLASS z-11  2300 سال نوری است.

دیگر تصاویر منتشر شده

تصویر بالا سمت چپ، به قدرت مطلق و توانایی های بی نظیر تلسکوپ 10 میلیارد دلاری جیمز وب اشاره دارد. دو عکسه متفاوت از سحابی حلقه جنوبی گرفته شده است. عکس سمت چپ با نوری نزدیک به مادون قرمز و سمت راستی با نور مادون قرمز میانی  تلسکوپ جیمز وب گرفته شده است. دانشمندان گفته‌ اند این رصدخانه قادر است تصاویر را عمیق‌تر و با جزئیات بیشتری نسبت به هر تلسکوپی که پیش از آن ساخته شده است ثبت کند. در نتیجه می‌تواند درک بشر را از جهان متحول سازد.

یکی دیگر از تصاویر در مجموعه ارسال شده، “صخره های کیهانی” در سحابی کارینا است. سحابی کارینا در کهکشان راه شیری یافت می شود، اما فقط در آسمان نیمکره جنوبی قابل مشاهده است. این کهکشان حدود 8500 سال نوری از زمین فاصله دارد. تصویر ثبت شده از آن در نگاه اول مانند صخره های کوهستانی به نظر می رسد. اما چیزی که می بینید لبه یک ابر غباری است که توسط بادهای خورشیدی به عقب رانده می شود. در درون ابر، مهدکودک های ستاره ای قرار دارند که در آن ستارگان جدید در حال شکل گیری هستند.

در تصویری دیگر تلسکوپ وب یک سیاره فراخورشیدی WASP-96b، سیاره ای خارج از منظومه شمسی که در سال 2014 کشف شد، را نشان می داد. WASP-96b، در فاصله بیش از 1000 سال نوری از زمین قرار دارد. به گفته ناسا، تقریباً نیمی از جرم مشتری را دارد و اساساً از گاز تشکیل شده است. در حالی که WASP-96b خیلی داغ است و قابل سکونت نیست، طیف وب وجود بخار آب را در جو سیاره نشان داد. مشاهدات وب از سیارات فراخورشیدی، از جمله با ابزارهایی که به اندازه کافی حساس هستند، می تواند به هدایت جستجو برای حیات بالقوه فراتر از زمین کمک کند.

پنج کهکشان استفان گروهی از کهکشان ‌ها هستند که در یک رقص کیهانی با برخورد و انفجار ستاره‌ های جدید به وجود آمده‌اند. (نقاط قرمز رنگ در تصویر).  چهار کهکشان از این مجموعه در حال برخورد با یکدیگر هستند، باید بتوان به راحتی ستاره‌ های مجاور را از طریق میخ‌ های پراششان شناسایی کرد. کهکشان سمت چپ، NGC 7320، در فاصله 40 میلیون سال نوری به ما بسیار نزدیکتر است. در حالی که بقیه حدود 290 میلیون سال نوری از ما فاصله دارند.

منابع:

• https://www.fi.edu/blog/What-Is-JWST
• https://www.asc-csa.gc.ca/eng/satellites/jwst/about.asp
• https://byjus.com/physics/james-webb-space-telescope/
• https://artsandculture.google.com/story/what-is-the-james-webb-space-telescope-nasa/_gVxzu3pcbyygw?hl=en
• https://universemagazine.com/en/james-webb-discovered-the-oldest-galaxy-in-the-universe/
• https://www.cnbc.com/2022/07/12/first-batch-of-james-webb-space-telescope-images-and-data-released-by-nasa.html