أشباح الفضاء السحيق
قال أحدهم ذات مرة: يحتاج مبتكرو هابل إلى إقامة نصب تذكاري في كل مدينة رئيسية على وجه الأرض. لديه الكثير من المزايا. على سبيل المثال ، بمساعدة هذا التلسكوب ، التقط علماء الفلك صورة للمجرة البعيدة جدًا UDFj-39546284. في يناير 2011 ، اكتشف العلماء أنه يقع على مسافة أبعد من حامل الرقم القياسي السابق - UDFy-38135539 - بنحو 150 مليون سنة ضوئية. يقع Galaxy UDFj-39546284 على بعد 13.4 مليار سنة ضوئية منا. أي أن هابل رأى نجومًا كانت موجودة قبل أكثر من 13 مليار سنة ، أي بعد 380 مليون سنة من الانفجار العظيم. من المحتمل ألا تكون هذه الأجسام "حية" لفترة طويلة: لا نرى سوى ضوء النجوم والمجرات التي ماتت منذ زمن طويل.
لكن على الرغم من مزاياها ، فإن تلسكوب هابل الفضائي هو تقنية الألفية الماضية: تم إطلاقه في عام 1990. بالطبع ، خطت التكنولوجيا خطوات كبيرة على مر السنين. إذا ظهر تلسكوب هابل في عصرنا ، لكانت إمكانياته قد تجاوزت النسخة الأصلية بشكل هائل. هذه هي الطريقة التي جاء بها جيمس ويب.
لماذا "جيمس ويب" مفيد
التلسكوب الجديد ، مثل سلفه ، هو أيضًا مرصد مدار بالأشعة تحت الحمراء. هذا يعني أن مهمته الرئيسية ستكون دراسة الإشعاع الحراري. تذكر أن الأجسام المسخنة لدرجة حرارة معينة تنبعث منها طاقة في طيف الأشعة تحت الحمراء. يعتمد الطول الموجي على درجة حرارة التسخين: فكلما زاد طول الموجة ، كلما كان طول الموجة أقصر وزادت كثافة الإشعاع.
ومع ذلك ، هناك اختلاف مفاهيمي واحد بين التلسكوبات. يقع هابل في مدار أرضي منخفض ، أي أنه يدور حول الأرض على ارتفاع حوالي 570 كم. سيتم إطلاق James Webb في مدار هالة عند نقطة L2 Lagrange في نظام Sun-Earth. سوف يدور حول الشمس ، وعلى عكس الوضع مع هابل ، فإن الأرض لن تتدخل فيه. تظهر المشكلة على الفور: كلما كان الجسم بعيدًا عن الأرض ، زادت صعوبة الاتصال به ، وبالتالي ، زادت مخاطر فقدانه. لذلك ، سيتحرك "جيمس ويب" حول النجم بالتزامن مع كوكبنا. في هذه الحالة ، ستكون مسافة التلسكوب من الأرض 1.5 مليون كيلومتر في الاتجاه المعاكس للشمس. للمقارنة ، تبلغ المسافة من الأرض إلى القمر 384403 كيلومترات. وهذا يعني أنه في حالة فشل جهاز James Webb ، فمن المرجح أن يفشل إصلاحه (ما عدا عن بُعد ، مما يفرض قيودًا تقنية خطيرة). لذلك ، فإن التلسكوب الواعد ليس موثوقًا فحسب ، بل موثوقًا للغاية. ويرجع ذلك جزئيًا إلى التأجيل المستمر لموعد الإطلاق.
جيمس ويب لديه اختلاف مهم آخر. ستسمح له المعدات بالتركيز على الأشياء القديمة والباردة جدًا التي لم يتمكن هابل من رؤيتها. بهذه الطريقة سنكتشف متى وأين ظهرت النجوم الأولى والكوازارات والمجرات والعناقيد والعناقيد المجرية الفائقة.
الاكتشافات الأكثر إثارة للاهتمام التي يمكن أن يصنعها التلسكوب الجديد هي الكواكب الخارجية. لنكون أكثر دقة ، نحن نتحدث عن تحديد كثافتها ، مما سيسمح لنا بفهم نوع الجسم الموجود أمامنا وما إذا كان هذا الكوكب يمكن أن يكون صالحًا للسكن. بمساعدة جيمس ويب ، يأمل العلماء أيضًا في جمع بيانات عن كتل وأقطار الكواكب البعيدة ، وهذا سيفتح بيانات جديدة حول مجرة المنزل.
تسمح معدات التلسكوب باكتشاف الكواكب الخارجية الباردة مع درجات حرارة سطح تصل إلى 27 درجة مئوية (متوسط درجة الحرارة على سطح كوكبنا هو 15 درجة مئوية).سيتمكن "جيمس ويب" من العثور على مثل هذه الأجسام الموجودة على مسافة تزيد عن 12 وحدة فلكية (أي المسافة من الأرض إلى الشمس) من نجومها وبعيدًا عن الأرض على مسافة تصل إلى 15 ضوءًا سنوات. الخطط الجادة تتعلق بجو الكواكب. تمكن تلسكوبات سبيتزر وهابل من جمع معلومات حول مائة غلاف غازي. وفقًا للخبراء ، سيكون التلسكوب الجديد قادرًا على استكشاف ما لا يقل عن ثلاثمائة غلاف جوي لكواكب خارجية مختلفة.
هناك نقطة منفصلة تستحق تسليط الضوء عليها وهي البحث عن المجموعات النجمية الافتراضية من النوع الثالث ، والتي يجب أن تشكل الجيل الأول من النجوم التي ظهرت بعد الانفجار العظيم. وفقًا للعلماء ، فهذه مصابيح ثقيلة جدًا ذات عمر قصير ، والتي ، بالطبع ، لم تعد موجودة. كانت لهذه الأجسام كتلة كبيرة بسبب نقص الكربون المطلوب للتفاعل النووي الحراري الكلاسيكي ، حيث يتم تحويل الهيدروجين الثقيل إلى هيليوم خفيف ، ويتم تحويل الكتلة الزائدة إلى طاقة. بالإضافة إلى كل هذا ، سيكون التلسكوب الجديد قادرًا على الدراسة بالتفصيل للأماكن التي لم يتم استكشافها سابقًا والتي تولد فيها النجوم ، وهو أمر مهم أيضًا لعلم الفلك.
- بحث ودراسة أقدم المجرات.
- البحث عن الكواكب الخارجية الشبيهة بالأرض ؛
- الكشف عن المجموعات النجمية من النوع الثالث ؛
- استكشاف "مهد النجوم"
ميزات التصميم
تم تطوير الجهاز من قبل شركتين أمريكيتين - نورثروب غرومان وبيل إيروسبيس. يعد تلسكوب جيمس ويب الفضائي تحفة هندسية. يزن التلسكوب الجديد 6 ، 2 طن - للمقارنة ، يبلغ وزن التلسكوب 11 طنًا ، لكن إذا كان من الممكن مقارنة التلسكوب القديم في الحجم بشاحنة ، فإن التلسكوب الجديد يمكن مقارنته بملعب تنس. يصل طوله إلى 20 مترًا ، ويماثل ارتفاعه ارتفاع مبنى من ثلاثة طوابق. الجزء الأكبر من تلسكوب جيمس ويب الفضائي هو درع شمس ضخم. هذا هو أساس الهيكل بأكمله ، الذي تم إنشاؤه من فيلم بوليمر. على جانب واحد مغطى بطبقة رقيقة من الألومنيوم ، وعلى الجانب الآخر - السيليكون المعدني.
درع الشمس له عدة طبقات. تمتلئ الفراغات بينهما بالفراغ. هذا ضروري لحماية المعدات من "ضربة الشمس". يسمح هذا النهج للمرء بتبريد المصفوفات فائقة الحساسية حتى -220 درجة مئوية ، وهو أمر مهم للغاية عندما يتعلق الأمر بمراقبة الأشياء البعيدة. الحقيقة هي أنه على الرغم من أجهزة الاستشعار المثالية ، لم يتمكنوا من رؤية الأشياء بسبب التفاصيل "الساخنة" الأخرى لـ "جيمس ويب".
في وسط الهيكل مرآة ضخمة. هذه "بنية فوقية" ضرورية لتركيز أشعة الضوء - تقوم المرآة بتقويمها ، مما يخلق صورة واضحة. يبلغ قطر المرآة الرئيسية لتلسكوب جيمس ويب 6.5 مترًا ، وهي تشتمل على 18 كتلة: أثناء إطلاق مركبة الإطلاق ، ستكون هذه الأجزاء في شكل مضغوط ولن تفتح إلا بعد دخول المركبة الفضائية إلى المدار. يحتوي كل جزء على ست زوايا لتحقيق أقصى استفادة من المساحة المتاحة. ويسمح الشكل المستدير للمرآة بأفضل تركيز للضوء على أجهزة الكشف.
لتصنيع المرآة ، تم اختيار البريليوم - معدن صلب نسبيًا من اللون الرمادي الفاتح ، والذي يتميز ، من بين أمور أخرى ، بتكلفة عالية. من بين مزايا هذا الاختيار حقيقة أن البريليوم يحتفظ بشكله حتى في درجات الحرارة المنخفضة جدًا ، وهو أمر مهم جدًا لجمع المعلومات بشكل صحيح.
الأجهزة العلمية
ستكون مراجعة التلسكوب الواعد غير مكتملة إذا لم نركز على أدواته الرئيسية:
ميري. هذا جهاز متوسط الأشعة تحت الحمراء. يتضمن كاميرا وجهاز قياس الطيف. يتضمن MIRI عدة صفائف من أجهزة الكشف عن الزرنيخ والسيليكون. بفضل مستشعرات هذا الجهاز ، يأمل علماء الفلك في التفكير في الانزياح الأحمر للأجسام البعيدة: النجوم والمجرات وحتى المذنبات الصغيرة. يُطلق على الانزياح الأحمر الكوني انخفاض في ترددات الإشعاع ، وهو ما يفسره المسافة الديناميكية للمصادر عن بعضها البعض بسبب توسع الكون. الأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أنه لا يتعلق فقط بإصلاح هذا الكائن البعيد أو ذاك ، بل يتعلق بالحصول على كمية كبيرة من البيانات حول خصائصه.
تعد كاميرا NIRCam ، أو الكاميرا القريبة من الأشعة تحت الحمراء ، هي وحدة التصوير الرئيسية للتلسكوب. NIRCam عبارة عن مجمع من مستشعرات الزئبق والكادميوم والتيلوريوم. نطاق عمل جهاز NIRCam هو 0.6-5 ميكرون. من الصعب حتى تخيل الأسرار التي ستساعد NIRCam على كشفها. يريد العلماء ، على سبيل المثال ، استخدامه لإنشاء خريطة للمادة المظلمة باستخدام ما يسمى بطريقة عدسة الجاذبية ، أي العثور على جلطات من المادة المظلمة من خلال مجال جاذبيتها ، والتي يمكن ملاحظتها من خلال انحناء مسار الإشعاع الكهرومغناطيسي القريب.
NIR بدون مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة ، سيكون من المستحيل تحديد الخصائص الفيزيائية للأجسام الفلكية ، مثل الكتلة أو التركيب الكيميائي. يمكن أن توفر NIRSpec التحليل الطيفي متوسط الدقة في نطاق الطول الموجي 1-5 ميكرومتر والتحليل الطيفي منخفض الدقة بأطوال موجية 0.6-5 ميكرومتر. يتكون الجهاز من العديد من الخلايا ذات التحكم الفردي ، مما يسمح لك بالتركيز على كائنات محددة ، "تصفية" الإشعاع غير الضروري.
FGS / نيريس. وهو عبارة عن زوج يتكون من مستشعر تصويب دقيق وجهاز تصوير بالأشعة تحت الحمراء القريبة مع مطياف بدون شق. بفضل مستشعر التوجيه الدقيق (FGS) ، سيكون التلسكوب قادرًا على التركيز بأكبر قدر ممكن من الدقة ، وبفضل NIRISS ، يعتزم العلماء إجراء الاختبارات المدارية الأولى للتلسكوب ، والتي ستعطي فكرة عامة عن حالتها. ويعتقد أيضًا أن جهاز التصوير سيلعب دورًا مهمًا في مراقبة الكواكب البعيدة.
من الناحية الرسمية ، يعتزمون تشغيل التلسكوب لمدة خمس إلى عشر سنوات. ومع ذلك ، كما تبين الممارسة ، يمكن تمديد هذه الفترة إلى أجل غير مسمى. ويمكن لـ "جيمس ويب" أن يزودنا بمعلومات مفيدة ومثيرة للاهتمام أكثر بكثير مما يمكن لأي شخص أن يتخيله. علاوة على ذلك ، من المستحيل الآن حتى تخيل نوع "الوحش" الذي سيحل محل "جيمس ويب" ، ومقدار تكلفة بنائه.
مرة أخرى في ربيع عام 2018 ، ارتفع سعر المشروع إلى 9.66 مليار دولار بشكل لا يمكن تصوره. للمقارنة ، تبلغ الميزانية السنوية لوكالة ناسا حوالي 20 مليار دولار ، وكان هابل في وقت الإنشاء تبلغ قيمته 2.5 مليار دولار. بمعنى آخر ، لقد سجل جيمس ويب بالفعل في التاريخ باعتباره أغلى تلسكوب وواحد من أغلى المشاريع في تاريخ استكشاف الفضاء. فقط البرنامج القمري ومحطة الفضاء الدولية والمكوكات ونظام تحديد المواقع العالمي GPS تكلف أكثر. ومع ذلك ، فإن "جيمس ويب" أمامه كل شيء: قد يرتفع سعره أكثر. وعلى الرغم من مشاركة خبراء من 17 دولة في بنائه ، إلا أن نصيب الأسد من التمويل لا يزال يقع على عاتق الولايات المتحدة. من المفترض أن يستمر الأمر على هذا النحو.
