دانش انسان روز به روز از دنیای اطراف افزایش می‌یابد و این موضوع به دلیل پیشرفت روزافزون فناوری‌ها و ساخت تجهیزات گوناگون است. یکی از این تجهیزات که احتمالاً در سال‌های اخیر نام آن را شنیده‌اید و به یکی از کلیدی‌ترین ابزارهای شناخت ما از کیهان تبدیل گشته، تلسکوپ جیمز وب است.
پیش از این در مقاله گالیله کیست بیان کردیم که تلسکوپ‌های اولیه بسیار ساده و ابتدایی بودند، اما گالیله توانست با نبوغ و دانشی که داشت، نسل جدیدی از تلسکوپ‌ها را برای رصد آسمان و کهکشانها طراحی کند. این مسیر تاکنون نیز ادامه داشته و آخرین نسل تلسکوپ‌های فضایی، در حال شناخت جهان پیرامون ما نه تنها در زمان حال، بلکه در میلیون‌ها سال پیش هستند. در این مقاله قصد داریم به معرفی کامل تلسکوپ جیمز وب و اجزای تشکیل‌دهنده، طرز کار و سایر ویژگیهای مربوط به آن بپردازیم.
تلسکوپ جیمز وب چیست؟
تلسکوپ جیمز وب یکی از قدرتمندترین تجهیزات ناسا است که اگرچه با هزینه بسیار گزافی ساخته و به فضا فرستاده شد؛ اما اهداف بسیار مهمی را به دنبال داشت. این تلسکوپ می‌تواند نقش بسیار مؤثری در شناخت انسان‌ها از پدیده‌های گوناگونی همچون سایر کهکشانها، امکان زندگی و حیات در سیاره‌های دیگر، چگونگی تشکیل منظومه شمسی و از این دست موارد داشته باشد. جیمز وب در واقع نام یکی از مدیران ارشد ناسا بود که تلاش بسیار زیادی در راستای ساخت آپولو در ناسا داشت و نام تلسکوپ نیز بر خلاف انتقاداتی که به آن شد، جیمز وب گذاشته شد و تا اکنون نیز به همین عنوان باقی مانده است.
ممکن است شما عکس تلسکوپ جیمز وب را در کنار تلسکوپ‌های پیشین ناسا دیده باشید. پیش از این نیز تلسکوپ دیگری با عنوان هابل از سمت ناسا به فضا فرستاده شده بود؛ این تلسکوپ در ثبت برخی اجرام کم‌نور و یا دور چالش‌هایی را ایجاد می‌کرد؛ اما با ورود کشفیات تلسکوپ جیمز وب، تغییری شگفت از میزان داده‌ها و اطلاعات ارسال‌شده به زمین از سیاره مشتری، مریخ، زحل و غیره ایجاد شد که قابل‌مقایسه با تلسکوپ هابل نبود. این تفاوت از طول موج‌های قابل پوشش توسط این دو تلسکوپ ناشی می‌شد.
اجزای تشکیل‌دهنده تلسکوپ جیمز وب
در یک نگاه کلی تلسکوپ جیمز وب از بخش‌های گوناگون بسیار زیاد و متنوع تشکیل شده است، اما می‌توان ابزار آن را شامل چهار رکن اصلی دانست که همگی با کمک نور فروسرخ به معرفی کیهان برای ما به‌صورت مرئی خواهند پرداخت. در واقع تلسکوپ جیمز وب با استفاده از قابلیت‌هایی که دارد، امکان مشاهده پدیده‌هایی که تا کنون به‌عنوان پدیده‌های نامرئی شناخته می‌شدند را فراهم می‌نماید.
خیلی از اتفاقات و اجرامی که در حالت عادی و با تلسکوپ‌های نرمال به طور کامل قابل‌بررسی نبوده‌اند را می‌توان با ویژگیهای منحصربه‌فرد تلسکوپ جیمز وب شناخت. در ادامه مهم‌ترین ابزارهای این تلسکوپ که اصطلاحا به آن‌ها ابزارهای علمی چهارگانه گفته می‌شود را بررسی می‌کنیم.
دوربین فروسرخ نزدیک (NIRCam)
این دوربین که نام انگلیسی آن مخفف Near-Infrared Camera است، به‌عنوان دوربین اصلی تلسکوپ به شمار می‌رود. این ابزار همان‌طور که از نام آن برمی‌آید، به بررسی طول موج‌های نزدیک فروسرخ می‌پردازد.
با استفاده از این دوربین، می‌توان از قدیمی‌ترین تا جوان‌ترین ستاره‌ها و سیارات منظومه‌ها را مشاهده کرد و اطلاعات مناسبی برای تحلیل بیشتر دانشمندان جمع‌آوری کرد. قدرت زوم تلسکوپ جیمز وب به حدی بالاست که مشاهده‌ی دورترین نقاط کهکشانها را نیز ممکن می‌سازد.
طیف‌نگار فروسرخ نزدیک (NICSpec)
نام انگلیسی این طیف‌نگار مخفف Near-Infrared Spectrograph است. طیف‌نگار از آن‌جایی که وظیفه ثبت طیف‌ها را دارد، از این قابلیت برخوردار است که در یک زمان واحد، اطلاعات و داده‌های چندین ستاره را ثبت کرده و به مرکز کنترل، ارسال کند. برای این کار، طیف‌نگار نور را در طی فرایندی به ذرات ریز سازنده آن تبدیل میکند. این طیف‌نگار نیز می‌تواند تنها با قابلیت تشخیص طول موج‌هایی نزدیک به طول موج فروسرخ به رصد و بررسی همزمان منظومه‌ها برای آشنایی با سیاره مریخ، عطارد، زحل و سایر اجرام آسمانی همچون ستاره‌ها و غیره بپردازد.
ابزار فروسرخ میانی
ابزار فروسرخ میانی که به آن MIRI گفته می‌شود، مخفف‌شده Mid_Infrared Instrument است. این ابزار به‌نوعی طیف‌نگار و دوربین است که می‌تواند موارد گوناگونی همچون مشخصات و ویژگیهای ستاره تولیدشده، بررسی دنباله‌دارهای بی‌نور و هر جرم دیگری در فضا را رصد کند. در این ابزار تجهیزاتی با عنوان کرونوگراف به کار رفته است که به آن تاج‌نگار نیز می‌گویند. تاج‌نگار یا کرونوگراف این امکان را فراهم میکند که در هنگام تصویربرداری از برخی منظومه‌ها و سیارات با جلوگیری از تابش نور بسیار زیاد برخی از اجرام، تصاویر خوب و باکیفیتی ثبت شود.
حسگرها
حسگرهای موجود در تلسکوپ دو دسته‌‌اند، یکی از آن‌ها با عنوان حسگرهای دقیق یا FGC و دیگری با عنوان حسگر تصویری فروسرخ نزدیک و طیف‌نگار بی‌شکاف یا NIRISS نام‌گذاری شده‌اند. دوربین هدایتگر FGC به تعیین جهت تلسکوپ کمک میکند. عملکرد NIRISS را می‌توان تقریبا مشابه با دوربین فروسرخ نزدیک دانست؛ چرا که این ابزار نیز به تصویربرداری و رصد اجرام گوناگون در طیف‌های پرنور تا کم‌فروغ می‌پردازد و این کار را با کمک طول موج‌های فروسرخ انجام می‌دهد.
طرز کار تلسکوپ جیمز وب
تلسکوپ جیمز وب چگونه کار میکند؟ این سوالی است که پس از آشنایی با این تلسکوپ و شناخت ویژگی‌ها و قابلیت‌های منحصربه‌فرد آن در ذهن ما ایجاد می‌شود. در واقع تلسکوپ جیمز وب با دارا بودن طیف‌نگار NIRSpec به‌عنوان اولین و اصلی‌ترین طیف‌نگار آن، می‌تواند در ابعاد مختلف به جمع‌آوری حجم زیادی از داده‌ها بپردازد. تحلیل اطلاعات ارسالی از این تلسکوپ به دانشمندان از طریق تجزیه نور توسط طیف‌نگاری که گفته شد، امکان‌پذیر می‌گردد.
برای این که تلسکوپ فضایی جیمز وب بتواند در طول مأموریت اجرام متعدد و گوناگونی را رصد کند، طیف‌نگار آن طوری تنظیم شده است که در طی فرایند طیف‌نگاری از برخی اجرام و اجسام با فاصله بیشتر به جمع کردن نور کافی بپردازد تا پس از دریافت اطلاعات بتواند طیف دقیق و صحیحی را ثبت کند.
آن‌چه تا این قسمت گفته شد، وظایف و عملکرد تلسکوپ بود؛ اما این که تلسکوپ چگونه به شروع این وظایف می‌پردازد، مراحلی از زمان پرتاب تا قرارگیری آن بدون محافظ و به گونه‌ای که برنامه‌ریزی‌شده است را شامل می‌شود. سرعت تلسکوپ جیمز وب بسیار بالا بوده و تنها چند روز پس از پرتاب، به ساختار اصلی خود در فضا رسیده است.
- در اولین مرحله که حدود 30 دقیقه از پرتاب تلسکوپ می‌گذرد، صفحات خورشیدی آن به آرامی باز می‌شوند.
- در مرحله بعد که حدود 48 ساعت بعد از پرتاب رخ می‌دهد، صفحه‌هایی که وظیفه نگهداری از حفاظ‌های خورشیدی را داشتند نیز جدا می‌گردند.
- تلسکوپ دارای نوعی برج نگهدارنده است که در روز چهارم دچار حرکت رو به بالا می‌شود.
- یکی از موضوعاتی که در فضا محدودیت‌های بسیاری برای تلسکوپ وب ایجاد میکند، فشار ناشی از خورشید است که بزرگی آن نیز بسیار زیاد بوده و ممکن است تلسکوپ برای پایداری خود در این فشار دچار مشکل شود، از همین رو وجود دریچه‌ها در این موقعیت بسیار کمک‌کننده است.
- 5 روز پس از پرتاب تلسکوپ، پوشش‌هایی که وظیفه نگهداری از حفاظ‌های خورشیدی را داشتند، جدا و رها می‌شوند.
- پس از جدا شدن پوشش‌ها، در روزهای بعد یعنی ششم و هفتم، حفاظ‌ها به دلیل جدا شدن پوشش‌ها در برابر فشار خورشیدی مقاوم نبوده و در نتیجه هر 5 لایه باز شده و از هم جدا می‌گردند.
- پس از این نوبت به باز شدن پایه آینه‌هاست. ابتدا پایه آینه دوم که کوچک‌تر است در روز دهم رها می‌شود و سپس بعد از گذشت سه روز، صفحه‌های کناری آینه اصلی نیز باز و جدا شده و در نهایت تلسکوپ به ساختار اصلی و دقیق آن می‌رسد.
مأموریت و اهداف تلسکوپ جیمز وب
تلسکوپ فضایی جیمز وب با اهداف مهمی به فضا پرتاب شد که به تمامی سختی‌های این پروسه و هزینه‌های بسیار زیاد ساخت و انجام عملیات، می‌ارزید. چهار مورد به‌عنوان اهداف اصلی و کلیدی این مأموریت به شمار می‌روند که در ادامه بیان می‌شوند.
ثبت اطلاعات و تصاویر تشکیل کیهان
این تلسکوپ بی‌نظیر با توانایی‌های فوق‌العاده‌ای که دارد، می‌تواند به میلیون‌ها سال پیش بازگشته و اتفاقاتی که از اولین نور جهان یعنی رویداد مهبانگ رخ داده است را مشاهده کند. این قابلیت که از ویژگیهای فروسرخ این تلسکوپ به وجود آمده است، می‌تواند اتفاقات و پدیده‌های عظیمی همچون پیدایش کهکشان‌های اولیه را برای انسان به تصویر کشیده و باورپذیر کند. این در حالی است که آخرین تصاویر به‌دست‌آمده از پیدایش کهکشانها به 380 هزار سال بعد از مهبانگ برمی‌گردد که توسط دو ماهواره مایکروویو COBE و WMAP ارسال شده است. این تلسکوپ همچنین به اطلاعات جامعی در مورد یونیزاسیون، چگونگی و زمان وقوع آن دست خواهد یافت.
ارتباط با سایر کهکشانها
همه ما می‌دانیم کهکشان راه شیری چیست و این که کهکشان‌های دیگری نیز در دنیا وجود دارند که ممکن است صدها برابر بزرگ‌تر از کهکشان راه شیری باشند، اما از وجود آن‌ها بی‌خبر باشیم. یکی از دیگر اهدافی که تلسکوپ جیمز وب در طول مأموریت خود دنبال میکند، برقراری ارتباط و ثبت اطلاعات سایر کهکشان‌های اطراف حتی در دورترین فواصل است که با ویژگیهای منحصربه‌فرد این تلسکوپ امکان‌پذیر می‌شود.
این تلسکوپ می‌تواند اطلاعات بسیار مهمی از شناخت کهکشانها نه تنها در زمان حال، بلکه از میلیون‌ها سال پیش برای انسان‌ها بفرستد. علاوه بر این‌ها این ابزار قدرتمند وظیفه کشف ارتباطات کهکشانها با یکدیگر و شناخت ماده تشکیل‌دهنده هر کهکشان و مواردی از این دست را دارد.
درک تولد ستاره‌ها و منظومه‌های سیاره‌ای
درک تولد سیاره‌ها و منظومه‌های سیاره‌ای توسط تلسکوپ‌های قبلی همچون هابل امکان‌پذیر نبود، چون این تلسکوپ قابلیت مشاهده اجرام و اجسام قرارگرفته در گردوغبار را ندارد. در مقابل، ناسا با از بین بردن این کاستی در جدیدترین تلسکوپ ساخته‌شده‌اش این احتمال را فراهم کرده است که تا چندی دیگر، انسان بتواند روند تشکیل منظومه‌های سیاره‌ای و ستاره‌ها را متوجه شود.
شناخت سیارات منظومه شمسی
اگرچه این تلسکوپ توانایی شناخت و دریافت داده از دورترین کهکشانها را دارد، اما از منظومه شمسی و محل زایش زمینی که بر روی آن زندگی می‌کنیم نیز غافل نبوده و به آشنایی با سیاره زحل، مشتری، عطارد و سایر سیاره‌های این منظومه نیز می‌پردازد. با این هدف، تصاویر تلسکوپ جیمز وب می‌تواند چگونگی حرکت و چرخش سیارات و از جمله آن‌ها زمین را توجیه کند.
جمع‌بندی
در این مقاله با تلسکوپ جیمز وب به‌عنوان یکی از پیشرفته‌ترین فناوری‌های ساخت تجهیزات فضایی آشنا شدیم. این تلسکوپ نه تنها شناخت دقیق سیارات منظومه شمسی را برای انسان به همراه خواهد داشت، بلکه به شناخت ما از کهکشان‌های دیگر از زمان تولد تا به امروز نیز کمک خواهد کرد. درک پدیده مهبانگ از طریق مشاهده تصاویر و اطلاعات آن از اهداف مهم این تلسکوپ است که می‌تواند تحولی عظیم و شگفت‌انگیز در ذهن انسان‌ها و فهم آن‌ها از جهان پیرامون ایجاد کند. اگر شما نیز به موضوعات فضایی و کهکشانها علاقه‌مندید یا می‌خواهید بیشتر بدانید که تلسکوپ جیمز وب کجاست؛ می‌توانید با مطالعه داستان علمی کودک و نوجوان و کتاب‌های مربوط به نجوم، با مفاهیم مربوط به این حوزه با زبانی ساده‌تر آشنا شوید.
