تلسکوپ فضایی جِیمز وب انقلاب کیهانی ناسا
تلسکوپ فضایی جیمز وب James Webb Space Telescope
تلسکوپ جیمز وب، قدرتمندترین تلسکوپی است که تا به حال به فضا پرتاب شده است.
این تلسکوپ برای ایجاد یک تحول انقلابی در زمینه های ستاره شناسی طراحی شده است.
جیمز وب درواقع برای اخترشناسی فروسرخ طراحی شده است.
فروسرخ نوعی از نور محسوب می شود که که برای چشم انسان نامرئی است و طول موج موج بلندتری نسبت به نور مرئی دارد.
این بدان معناست که فروسرخ می تواند از گرد و غبار و گازی که نور مرئی را مسدود می کند عبور کند.
این باعث می شود که تلسکوپ جیمز وب برای مشاهده اجرام دور و پنهان، مانند کهکشان های اولیه و ستاره های در حال تولد مناسب باشد.
منشا نام جیمز وب
برنامه "پروژه رصدخانه" که در ابتدا "تلسکوپ فضایی نسل جدید" نام داشت، در سال ۲۰۰۲ به نام "جیمز وب" نام گذاری شد.
درواقع جیمز وب، نام دومین مدیر ناسا بود که از سال ۱۹۶۱ تا ۱۹۶۸ در این پست خدمت کرد.
ناسا در نامگذاری تلسکوپ جیمز وب سنت شکنی کرده است.
چرا که سُنت ناسا در نام گذاری ماموریت های علمی معمولا استفاده از نام دانشمندان است، نه شخصیت های مسئول و سیاسی.
البته خود ناسا از این تلسکوپ با نام "وب" یاد می کند یا بسیاری از ستاره شناسان آن را با نام اختصاری انگلیسی آن(JWST) صدا می زنند.
جیمز وب، مدیر ناسا
طراحان جیمز وب
اگرچه تلسکوپ "جیمز وب" توسط ناسا مدیریت می شود، اما این تلسکوپ حاصل یک پروژه علمی چند ملیتی است.
آژانس فضایی اروپا یک شریک کلیدی در این پروژه است و پرتاب آن را به عنوان یک کمک بزرگ به ناسا انجام داد.
همچنین اجزای سازنده این تلسکوپ از تعدادی سازمان ها و شرکت های مختلف می آیند.
چندین هزار دانشمند، مهندس و تکنِسیَن از ۱۵ کشور در ساخت و آزمایش تلسکوپ فضایی جیمز وب مشارکت داشته اند.
در مجموع ۲۵۸ شرکت، سازمان دولتی و موسسه دانشگاهی در این پروژه سهیم بوده اند.
یک ایرانی در تیم علمی تلسکوپ جیمزوب
آیرین شیوایی محقق مقطع فوق دکترای علم نجومِ دانشگاه آریزونا و عضو تیم علمی جیمزوب از دانشمندان ایرانی در توسعه وب بوده است.
تاریخچه ساخت جیمز وب
تاریخچه ساخت و توسعه جیمز وب یک داستان طولانی و پر پیچ و خم بوده است.
برنامه ها برای جانشینی "هابل" به دهه ۱۹۹۰ برمی گردد، با این امید که راه اندازی چنین ماموریتی در دهه ۲۰۰۰ انجام شود.
اما به دلیل پیچیدگی و نقص برخی اجزا در آزمایش ها و سپس افزایش هزینه، تاریخ پرتاب به آینده موکول شد.
ساخت جیمزوب 30 سال طول کشید و در سال ۲۰۱۹، به طور کامل مونتاژ شد.
این پروژه ۱۰ میلیارد دلاری سرانجام روز شنبه ۲۵ دسامبر سال ۲۰۲۱ مصادف با ۴ دی ۱۴۰۰ به فضا پرتاب شد.
اهداف تلسکوپ فضایی جیمز وب
* درواقع وب به ما در درک ریشه های هر چیزی که اطراف خود مشاهده می کنیم و این که چگونه به وجود آمده ایم کمک خواهد کرد.
از هابِل به جیمز وب
اکنون سه دهه است که تلسکوپ فضایی "هابل" به خوبی نماهایی از کهکشان های دوردست و جهان باستانی را برای اخترشناسان فراهم کرده است؛ اما از زمان پرتاب آن در سال ۱۹۹۰ و آخرین به روزرسانی آن در سال ۲۰۰۹، حوزه های نجوم و فناوری هر دو تکامل یافته اند و با تغییرات چشمگیری مواجه شده اند. مطمئناً اکنون یک تلسکوپ فضایی بزرگ تر و قدرتمندتر از "هابل" مورد نیاز است و این همان چیزی است که "جیمز وب" برای آن طراحی شده است.
آینه جیمز وب با عرض ۶.۵ متر، بزرگترین آینه ای است که تا به حال به فضا رفته است که با آینه ۲.۴ متری "هابل" فاصله قابل توجهی دارد.
هابل در فاصله 547 کیلومتری سطح زمین چرخش می کند و جیمز وب در فاصله یک و نیم میلیون کیلومتری مدار زمین عمل می کند.
تلسکوپ فضایی جیمز وب(6200 کیلوگرم)، حدود نیمی از جرم تلسکوپ فضایی هابل(12200 کیلوگرم) است.
دمای محیط اطراف هابل در زمان انجام ماموریت باید 30 درجه سانتی گراد و دمای جیمز وب باید منفی 230 درجه باشد.
مدت زمان انجام ماموریت هابل تا به امروزه 32 سال است و مدت زمان ماموریت جیمزوب دست کم به مدت 10 سال است.
هزینه ساخت و نگهداری هابل بیش از 1/5 میلیارد دلار و هزینه جیمز وب حدود 10 میلیارد دلار بوده است.
هابل بیشتر در نور مرئی رصد می کند اما جیمز وب برای تشخیص نور فروسرخ و طول موج های بلندتر، تنظیم شده است.
هابل نمی تواند جزئیات بیشتری درباره مراحل نهایی تشکیل ستاره ها به دست آورد؛ اما وب می تواند.
مقایسه جیمز وب و هابل
مقایسه اندازه آینه جیمز وب و هابل
2.4 m
قسمت های اصلی جیمز وب
ماژول یکپارچه تجهیزات علمی شامل مجموعه چهار ابزار علمی
المنت تلسکوپ اُپتیکال شامل آینه ها و صفحه پشتی
المنت فضاپیما شامل اتوبوس فضاپیما و آفتابگیر
ماژول یکپارچه تجهیزات توان الکتریکی، محاسبات منابع، قابلیت خنک سازی و همچنین پایداری ساختاری تلسکوپ وِب را فراهم می کند.
این قسمت با ترکیب گرافیتی-اپوکسی(محکم و مقاوم در برابر گرما و خوردگی) به زیر ساختار تلسکوپ جیمز وب متصل است.
ماژول یکپارچه تجهیزات علمی دارای چهار ابزار علمی و یک دوربین راهنما است.
درواقع این ابزارها، ابزارهای رصدگر جیمزوب هستند:
دوربین رصد مادون قرمز نزدیک
طیف سنج مادون قرمز نزدیک
ادوات طیف سنج مادون قرمز میانه
حسگر هدایت کامل/ تصویربردار مادون قرمز نزدیک و طیف سنج بی لغزش
*مادون قرمز و فروسرخ معنای یکسانی دارند
ماژول یکپارچه تجهیزات علمی (ISIM)
دوربین رصد مادون قرمز نزدیک
دوربین رصد مادون قرمز نزدیک یاNIRCam یک تصویربردار بسیار دقیق و پیشرفته است که توسط دانشگاه آریزونا با همکاری شرکت لاگهید مارتین طراحی شده و روی ماژول ISIM نصب می شود. وظیفه این بخش، تصویربرداری از نورهای طیف لبه مرئی ۰٫۶ میکرومتر تا نزدیک مادون قرمز 5 میکرومتر است. همچنین به عنوان حسگر هماهنگ کننده عمل می کند تا بتواند هر ۱۸ آینه را به گونه ای تنظیم کند که بتوانند به عنوان آینه ای واحد عمل کنند.
طیف سنج مادون قرمز نزدیک
طیف سنج مادون قرمز نزدیک یاNIRSpec یک طیف سنج چند جرمی است که توسط آژانس فضایی اروپا طراحی شده است.
می تواند به طور هم زمان، طیف مادون قرمز را با رزولوشن و وضوح پایین، متوسط و بالا اندازه گیری کند.
طیف سنج مادون قرمز میانه
طیف سنج مادون قرمز میانه یا MIRI محدوده طول موج مادون قرمز میانه را از ۵ تا ۲۷ میکرومتر اندازه گیری خواهد کرد.
این قسمت شامل دو دوربین متوسط مادون قرمز و یک طیف سنج تصویربرداری است.
MIRI با همکاری آژانس فضایی اروپا و آزمایشگاه پیش رانش جت ناسا طراحی شده است.
حسگر هدایت کامل / تصویربردار مادون قرمز نزدیک و طیف سنج بی لغزش یا FGS/NIRIS
FGS/NIRIS دارای دو بخش اصلی است: حسگر هدایت کامل(FGS) و تصویربردار و طیف سنج مادون قرمز نزدیک (NIRIS).
توسط آژانس فضایی کانادا طراحی و توسعه داده شده است و می تواند طول موج های بین ۰٫۸ تا ۵ میکرومتر را مشاهده کند.
نگین انگشتری در جیمز وب، آینه آن است.
آینه "جیمز وب" که عنصر نوری تلسکوپ نیز نامیده می شود، از بریلیُم با روکش طلا ساخته شده است که هم قوی و هم سبک است.
آینه دارای روکش طلا برای بازتابندگی مادون قرمز است و این با یک لایه نازک شیشه برای دوام پوشانده شده است.
این آینه از ۱۸ بخش شش ضلعی جداگانه، هر یک به اندازه یک میز بزرگ ساخته شده است.
اگر آینه یکپارچه طراحی می شد اندازه آن برای پرتابگر بسیار بزرگ بود.
قطر هر یک از بخش های آینه ۱.۳۲ متر است.
وزن هر بخش تقریبا 20 کیلوگرم است.
آینه دارای مساحت جمع آوری کل 25.4 متر مربع است.
بیش از ۱۰۰ موتور زیر این آینه قرار دارند تا تنظیمات ظریف لازم را انجام دهند.
المنت تلسکوپ اُپتیکال
روکش طلای یکی از قطعات آینه
لایه ای از طلا به وزن ۴۸.۲۵ گرم با ضخامت ۱۰۰ نانومتر این آینه را پوشانده است.
چنین پوششی، بهترین بازتاب تشعشعات فروسرخ را داراست.
اتوبوس فضاپیما
اتوبوس، حکم قلب و مغز جیمز وب را دارد.
چهار ابزار علمی جیمز وب، در "اتوبوس فضاپیما" قرار خواهند گرفت که جعبه ای است که عمدتاً از کامپوزیت گرافیت ساخته شده است.
اتوبوس 350 کیلوگرمی شامل زیرسیستم های پیشرانش، کنترل وضعیت، نیروی الکتریکی، ارتباطات، داده ها و کنترل های حرارتی است.
این محفظه مجهز به خنک کننده ای است که از هلیوم برای حفظ اجزای آن استفاده می کند.
نمایی از اتوبوس جیمز وب
قسمت سبز رنگ پنل خورشیدی را نشان می دهد که مسئول تولید برق تلسکوپ و ابزارهای آن هستند
قسمت های بنفش، سایبان های رادایاتور هستند که گرمای اضافی را از سیستم های تلسکوپ دفع می کند.
آفتابگیر یا سپر خورشیدی
به منظور حفظ جیمز وب در شرایط مناسب برای مشاهده سیگنال های فروسرخ ضعیف، این تلسکوپ باید سرد نگه داشته شود. در واقع باید در دمای بسیار سرد یعنی زیر ۵۰ درجه کلوین(منهای ۳۷۰ درجه فارنهایت یا منفی ۲۲۳ درجه سانتیگراد) نگه داشته شود. هر دمای گرمتری به این معنی است که تلسکوپ حساسیت حیاتی مورد نیاز خود را از دست می دهد و حتی ظریف ترین تغییرات دما نیز می تواند کارایی آینه را از بین ببرد. خوشبختانه جیمز وب در بالای خنک کننده های خود برای همین منظور مجهز به یک آفتابگیر بزرگ است.
آفتابگیر یا سپر خورشیدی جیمز وب دارای پنج لایه است که از یک لایه نازک از جنس پلی آمید ساخته شده است، به همراه پوشش درونی آلومینیم در یک طرف و سیلیکون در طرف دیگر سپر.
آفتابگیر پنج لایه جیمز وب به اندازه یک زمین تنیس باز می شود.
نمایی از سپر خورشیدی
تلسکوپ فضایی جیمز وب و رمزگشایی از "ماده تاریک"
ماده تاریک با وجود اینکه بخش قابل توجهی از جهان هستی را اشغال کرده اما تاکنون مشاهده نشده است.
ماده تاریک ماده ای است که واکنشی نسبت به نور نشان نمی دهد.
تصور می شود حدود ۲۷ درصد کل ماده موجود جهان شناخته شده را تشکیل می دهد.
وزن آن نسبت به ماده مرئی حدود شش برابر بیشتر است.
تلسکوپ فضایی جیمز وب نمی تواند مستقیماً ماده تاریک را ببیند؛
اما می تواند اثرات آن را بر روی ماده معمولی و قابل مشاهده مطالعه کند و به برخی از سوالات اصلی در مورد ماده تاریک پاسخ دهد.
سوخت جیمز وب
تلسکوپ فضایی جیمز وب دارای10 پیشران(موتور) است:
8 پیشران کوچک برای کنترل وضعیت(جهت صحیح تلسکوپ در فضا) و 2 پیشران بزرگ برای تغییر مدار تلسکوپ.
موتورها از سوخت هیدرازین (159 لیتر در زمان پرتاب) و دی نیتروژن تتراکسید به عنوان اکسید کننده (79.5 لیتر) استفاده می کنند.
سوخت هیدرازین یک مایع بی رنگ، بی بو و غیر سمی است. دی نیتروژن تتراکسید هم یک مایع بی رنگ و دودزا است.
این دو مایع در موتورها با هم مخلوط می شوند تا نیروی پیشران ایجاد کنند.
این سوخت برای 10 سال کافی است.
پیشران ها به تلسکوپ اجازه می دهند تا به سمت اجرام مختلف در فضا نشانه برود و تصاویری با وضوح بالا از آنها بگیرد.
مدار جیمز وب
جیمز وب به دور زمین نمی چرخد، بلکه در نقطه ای به نام "نقطه لاگرانژ" می چرخد که کشش های گرانشی زمین و خورشید با هم برابر می شوند و یکدیگر را خنثی می کنند. به طور مشخص، این تلسکوپ در میان زمین و خورشید در مدار L2 در سمت دور زمین از خورشید مستقر خواهد شد. در این نقطه، جیمز وب همیشه در سایه زمین خواهد بود و ابزارها، مشاهده و خوانش واضح تری از کیهان خواهند داشت.
یکی از معایب این مدار این است که از آنجایی که ۱.۵ میلیون کیلومتر از زمین فاصله دارد(سه برابر فاصله زمین تا ماه)، برای تعمیراتی مانند آنچه هابل تجربه کرد بسیار دور خواهد بود. این مدار نیز ذاتاً ناپایدار است، به این معنی که جیمز وب باید ایستگاه عملیات حفظ جایگاه انجام دهد و به طور مداوم سرعت خود را هر سال چند متر در ثانیه اصلاح و تنظیم کند.
انیمیشن مدار جیمز وب
پرتاب جیمز وب
تلسکوپ فضایی جیمز وب، شنبه ۲۵ دسامبر ۲۰۲۱ (۴ دی 1400) از بندر فضایی آژانس فضایی اروپا واقع درگویان فرانسه به فضا پرتاب شد.
جیمز وب، سوار بر موشک "آریان ۵" سفر رویایی خود را آغاز کرد.
تلسکوپ جیمز وب با ارزش ترین محموله ای است که تا به امروز روی یک راکت آریان قرار گرفته است.
خوشبختانه، این راکت به بسیار قابل اعتماد بودن شهرت دارد.
لحظه پرتاب جیمز وب
از آنجا که ابعاد آینه این تلسکوپ بزرگ تر از آن چیزی بود که روی موشک آریان جای گیرد ، مهندسان ناسا بخش های مختلف آن را به صورت اوریگامی و به گونه ای کنار هم قرار دادند تا بتوانند امکان انتقال آن به فضا را فراهم کنند. بر اساس این طراحی که برای نخستین بار مورد استفاده قرار گرفت، تلسکوپ جیمز وب پس از رسیدن به فضا و طی فرآیندهایی جداگانه، بخش های مختلف خود را باز و مستقر می کند.
جیمز وب که پرتاب شد، آفتابگیر آن در طول دو هفته آغازین پرواز، به مرور باز شد تا مساحتی به اندازه طول یک زمین تنیس را پوشش دهد.
در حالی که "جیمز وب" در مدار خود می چرخد، سپر خورشیدی همیشه بین آینه و جهت تابش نور خورشید قرار می گیرد.
باز شدن آینه های جیمز وب یکی دیگر از جنبه های استقرار پیچیده آن بود.
در مجموع، این فرآیندها یک ماه طول کشید که ناسا آن را "۲۹ روز روی لبه" نامیده است.
در طول این مدت، جیمز وب به سمت مقصد نهایی در حال حرکت بود.
انیمیشنی از نحوه باز شدن ابزار جیمز وب
جیمز وب به مقصد رسید
تلسکوپ فضایی جیمز وب پس از گذشت ۳۰ روز از پرتاب به مقصد نهایی خود یعنی نقطه لاگرانژ ۲ رسید.
پس از گذشت پنج تا شش ماه تمامی تجهیزات علمی "وب" کالیبره و آماده کار می شوند.
و از این زمان به بعد، تلسکوپ فضایی "جیمز وب" کار خود را با رصد آسمان آغاز می کند.
جمع آوری داده ها و ارائه نخستین تصاویر در سال ۲۰۲۲ آغاز خواهد شد.
نخستین تصویر هیجان انگیزجیمز وب منتشر شد
در تاریخ 21 تیرماه 1401، ناسا بالاخره از نخستین تصویر تمام رنگی جیمز وب رونمایی کرد.
این تصویر، عمیق ترین و واضح ترین تصویر مادون قرمز از جهان های دور را تا به امروز نمایش می دهد.
این تصویر مربوط به خوشه کهکشانی SMACS 0723 است که در فاصله ۴.۶ میلیارد سال نوری از ما قرار دارد.
این تصویر گرفته شده مربوط به نور ستارگان در 13 میلیارد سال قبل است.
تصاویر بعدی که از تلسکوپ فضایی "جیمز وب" منتشر شد
سحابی کارینا: این سحابی یک منطقه تشکیل ستاره است که در آن ستارگان جدید در حال تشکیل هستند.
سحابی حلقه جنوبی: این یک سحابی سیاره ای است که توسط یک ستاره در حال مرگ ایجاد شده است.
پنجگانه استفان: این گروهی از پنج کهکشان است که در حال تعامل با یکدیگر هستند.
تلسکوپ جیمز وب از حلقه اینشتین که در فاصله تقریبی ۱۲ میلیارد سال نوری از ما قرار دارد، تصویری را ثبت کرد.
وجود حلقه های اینشتین، علاوه بر زیبایی، به ما این امکان را می دهد که کهکشان هایی را که مشاهده آن ها تقریباً غیرممکن است، مطالعه کنیم.
اینشتین این فرآیند را پیش بینی کرده بود و از این رو نام او را به آن اختصاص داده اند.
اگرچه رصد حلقه های اینشتین اتفاقی نادر است، اما بی سابقه نیست. هابل پیش از این تصاویری از حلقه های دیدنی اینشتین گرفته بود.
"جیمز وب" تصاویری از کهکشان مارپیچی فانتوم ثبت کرده است که مانند هیچ تلسکوپی که قبلاً این کار را انجام داده نیست.
کهکشان فانتوم در فاصله ۳۲ میلیون سال نوری از زمین و رو به روی سیاره ما قرار دارد.
کهکشان فانتوم یک کهکشان فعال است و در مرکز آن یک سیاهچاله غول پیکر وجود دارد.
تلسکوپ "جیمز وب" اولین تصاویر مستقیم خود را از یک سیاره فراخورشیدی خارج از منظومه شمسی به ثبت رساند.
سیارات فراخورشیدی سیاراتی هستند که به دور خورشیدهای دیگری غیر از خورشید ما می چرخند.
به ما کمک می کنند تا بفهمیم ما در جهان، منحصر به فرد هستیم یا سیارات دیگری مانند زمین وجود دارند.
تصاویر این سیاره فراخورشیدی از طریق چهار فیلتر نوری مختلف دیده می شود.
این تصاویر، یک غول گازی را نشان می دهند، سیاره ای بدون سطح سنگی که نمی تواند قابل سکونت باشد.
جیمزوب تصاویر بسیار زیبا و حیرت انگیزی از "مشتری" بزرگ ترین سیاره منظومه شمسی منتشر کرد.
تصویر منتشر شده توسط ناسا، مشتری و نورهای شمالی و جنوبی آن را نشان می دهد.
این تصویر از ترکیبی از چندین عکس گرفته شده توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب تشکیل شده است.
جیمز وب قدیمی ترین کهکشانی که تا به حال مشاهده شده را کشف کرد.
تصویر جدیدی از یک کهکشان دور به دنیا نشان داده است که نور آن ۱۳.۵ میلیارد سال طول کشید تا به جیمز وب برسد.
در اینجا نمایی نزدیک از ابر میان ستاره ای رو اوفیوچی(Rho Ophiuchi) را مشاهده می کنیم.
مجموعه ابر«رو اوفیوچی» مجموعه ای از ابرهای میان ستاره ای است.
این ابر میان ستاره ای در فاصله ی تخمینی حدود ۴۶۰ سال نوری از زمین قرار دارد.
و یکی از نزدیک ترین مناطق ستاره ساز به منظومه شمسی به شمار می رود.
460 سال نوری برابر با 4.355 × 10^15 کیلومتر است.
جیمز وب چگونه گذشته را می بیند؟
نور خورشید 8 دقیقه طول می کشد تا به ما برسد بنابراین ما خورشید را آنطور که هشت دقیقه پیش بود می بینیم.
اگر خورشید ناپدید شود هشت دقیقه طول می کشد تا متوجه شویم.
نور از یک ستاره دور ممکن است سال ها طول بکشد تا به ما در این سوی فضا برسد بنابراین ما آن را مانند سال های دور می بینیم.
مثلا نور نزدیکترین ستاره خارج از منظومه شمسی 4 سال طول می کشد تا به ما برسد.
نور اولین ستاره ها، میلیاردها سال پیش سفر خود را آغاز کرد. بنابراین جیمزوب آن ستارگان را همانطور که میلیاردها سال پیش بودند، می بیند.
ماموریت اولیه جیمز وب قرار است ۱۰ سال طول بکشد.
رانشگرهای جیمز وب، سوخت کافی برای دوام ۱۰ ساله را دارند.
علاوه بر این، به دلیل طراحی خاص جیمز وب و فاصله بسیار زیاد آن از زمین به این معنی است که جیمز وب مانند هابل، قابل تعمیر یا ارتقا نیست.
پایان
منابع:
وبسایت ناسا
خبرگزاری ایسنا
دانشنامه انگلیسی و فارسی ویکیپدیا
باشگاه خبرنگاران
روزنامه دنیای اقتصاد
تسنیم نیوز
خبرآنلاین
عصر ایران