مع كل سنتيمتر إضافي من الفتحة ، وكل ثانية إضافية من وقت المراقبة ، وكل ذرة إضافية من فوضى الغلاف الجوي يتم إزالتها من مجال رؤية التلسكوب ، يمكن رؤية الكون بشكل أفضل وأعمق وأوضح.
25 عامًا على هابل
عندما بدأ تلسكوب هابل العمل في عام 1990 ، بشرت بعصر جديد في علم الفلك - الفضاء. لم يعد هناك قتال مع الغلاف الجوي ، ولا مزيد من القلق بشأن الغيوم أو الوميض الكهرومغناطيسي. كل ما كان مطلوبًا هو نشر القمر الصناعي على الهدف وتثبيته وجمع الفوتونات. في غضون 25 عامًا ، بدأت التلسكوبات الفضائية في تغطية الطيف الكهرومغناطيسي بأكمله ، مما سمح لأول مرة بمشاهدة الكون عند كل طول موجي للضوء.
لكن مع زيادة معرفتنا ، زاد فهمنا للمجهول. كلما نظرنا إلى الكون ، كلما أعمق الماضي الذي نراه: مقدار الوقت المحدود منذ الانفجار العظيم ، جنبًا إلى جنب مع السرعة المحدودة للضوء ، يوفر حدًا لما يمكننا ملاحظته. علاوة على ذلك ، فإن تمدد الفضاء نفسه يعمل ضدنا عن طريق تمديد الطول الموجيضوء النجوم وهي تنتقل عبر الكون إلى أعيننا. حتى تلسكوب هابل الفضائي ، الذي يعطينا الصورة الأعمق والأكثر إثارة للكون التي اكتشفناها على الإطلاق ، محدود في هذا الصدد.
عيوب هابل
هابل هو تلسكوب مذهل ، لكن له عدد من القيود الأساسية:
- قطرها 2.4 متر فقط ، مما يحد من دقتها.
- على الرغم من تغطيتها بمواد عاكسة ، فإنها تتعرض باستمرار لأشعة الشمس المباشرة ، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارتها. هذا يعني أنه بسبب التأثيرات الحرارية ، لا يمكن ملاحظة أطوال موجية للضوء أكبر من 1.6 ميكرومتر.
- تركيبة الفتحة المحدودة والأطوال الموجية الحساسة لها تعني أن التلسكوب يمكنه رؤية مجرات لا يزيد عمرها عن 500 مليون سنة.
هذه المجرات جميلة وبعيدة ووجدت عندما كان الكون حوالي 4٪ فقط من عمره الحالي. لكن من المعروف أن النجوم والمجرات كانت موجودة حتى قبل ذلك.
لرؤية هذا ، يجب أن يتمتع التلسكوب بحساسية أعلى. وهذا يعني الانتقال إلى أطوال موجية أطول ودرجات حرارة أقل من تلسكوب هابل. هذا هو سبب بناء تلسكوب جيمس ويب الفضائي.
آفاق العلوم
تم تصميم تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) للتغلب بدقة على هذه القيود: بقطر 6.5 متر ، يجمع التلسكوب 7 أضعاف الضوء من هابل. يفتحالتحليل الطيفي الفائق عالي الدقة من 600 نانومتر إلى 6 ميكرومتر (4 أضعاف الطول الموجي الذي يمكن أن يراه هابل) ، لإجراء ملاحظات في منطقة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة من الطيف بحساسية أعلى من أي وقت مضى. يستخدم JWST التبريد السلبي لدرجة حرارة سطح بلوتو وهو قادر على تبريد أدوات الأشعة تحت الحمراء المتوسطة حتى 7 كيلو.
سيسمح:
- رصد أقدم المجرات التي تشكلت على الإطلاق ؛
- انظر من خلال الغاز المحايد وسبر النجوم الأولى وإعادة تأين الكون ؛
- إجراء تحليل طيفي للنجوم الأولى (المجموعة الثالثة) التي تشكلت بعد الانفجار العظيم ؛
- احصل على مفاجآت مذهلة مثل اكتشاف أقدم الثقوب السوداء الفائقة والكوازارات في الكون.
مستوى البحث العلمي في JWST لا يشبه أي شيء في الماضي ، ولهذا السبب تم اختيار التلسكوب ليكون المهمة الرئيسية لناسا في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين.
تحفة علمية
من وجهة نظر فنية ، فإن تلسكوب جيمس ويب الجديد هو عمل فني حقيقي. لقد قطع المشروع شوطًا طويلاً: حدثت تجاوزات في الميزانية ، وتأخيرات في الجدول الزمني ، وخطر إلغاء المشروع. بعد تدخل القيادة الجديدة ، تغير كل شيء. عمل المشروع فجأة كالساعة ، وتم تخصيص الأموال ، وأخذت الأخطاء والفشل والمشاكل في الاعتبار ، وبدأ فريق JWST في التوافق معجميع المواعيد النهائية والجداول الزمنية وأطر الميزانية. ومن المقرر إطلاق الجهاز في أكتوبر 2018 على صاروخ آريان -5. لا يلتزم الفريق بالجدول الزمني فحسب ، بل أمامهم تسعة أشهر متبقية لجميع الحالات الطارئة للتأكد من أن كل شيء معبأ وجاهز لذلك التاريخ.
يتكون تلسكوب جيمس ويب من 4 أجزاء رئيسية.
كتلة بصرية
يشمل جميع المرايا ، ومن بينها المرايا الثمانية عشر الأساسية المقسمة والمطلية بالذهب هي الأكثر فاعلية. سيتم استخدامها لجمع ضوء النجوم البعيد وتركيزه على أدوات التحليل. كل هذه المرايا جاهزة الآن ولا تشوبها شائبة ، وتم وضعها في الموعد المحدد. بمجرد تجميعها ، سيتم طيها في هيكل مضغوط ليتم إطلاقها على بعد أكثر من مليون كيلومتر من الأرض إلى نقطة L2 Lagrange ، ثم يتم نشرها تلقائيًا لتشكيل بنية قرص العسل التي ستجمع الضوء بعيد المدى لسنوات قادمة. هذا شيء جميل حقًا والنتيجة الناجحة للجهود الجبارة للعديد من المتخصصين.
كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة
Webb مجهز بأربعة أدوات علمية كاملة بنسبة 100٪. الكاميرا الرئيسية للتلسكوب هي كاميرا قريبة من الأشعة تحت الحمراء تتراوح من الضوء البرتقالي المرئي إلى الأشعة تحت الحمراء العميقة. سيوفر صورًا غير مسبوقة للنجوم الأولى ، وأصغر المجرات التي لا تزال في طور التكوين ، والنجوم الفتية لمجرة درب التبانة والمجرات القريبة ، ومئات الأجسام الجديدة في حزام كويبر. هي تكونمُحسَّن للتصوير المباشر للكواكب حول النجوم الأخرى. ستكون هذه هي الكاميرا الرئيسية التي يستخدمها معظم المراقبين.
مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة
هذه الأداة لا تقوم فقط بفصل الضوء إلى أطوال موجية منفصلة ، ولكنها قادرة على القيام بذلك لأكثر من 100 كائن منفصل في نفس الوقت! ستكون هذه الأداة بمثابة مطياف Webba عالميًا قادرًا على العمل في 3 أوضاع مختلفة للتحليل الطيفي. تم بناؤه من قبل وكالة الفضاء الأوروبية ، ولكن تم توفير العديد من المكونات ، بما في ذلك أجهزة الكشف وبطارية متعددة البوابات من قبل مركز رحلات الفضاء. جودارد (ناسا). تم اختبار هذا الجهاز وهو جاهز للتثبيت.
أداة منتصف الأشعة تحت الحمراء
سيتم استخدام الجهاز لتصوير النطاق العريض ، أي أنه سينتج أكثر الصور إثارة للإعجاب من جميع أدوات Webb. من وجهة نظر علمية ، سيكون مفيدًا للغاية في قياس أقراص الكواكب الأولية حول النجوم الشابة ، وقياس وتصوير أجسام حزام كايبر والغبار الذي يتم تسخينه بواسطة ضوء النجوم بدقة غير مسبوقة. ستكون الأداة الوحيدة التي يتم تبريدها بالتبريد حتى 7 ك.
مطياف بدون شق بالقرب من الأشعة تحت الحمراء (NIRISS)
سيسمح لك الجهاز بإنتاج:
- التحليل الطيفي بزاوية واسعة في أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء القريبة (1.0 - 2.5 ميكرومتر) ؛
- مطيافية grism لجسم واحد فيالمدى المرئي والأشعة تحت الحمراء (0.6 - 3.0 ميكرون) ؛
- قياس التداخل لإخفاء الفتحة عند أطوال موجية من 3.8 - 4.8 ميكرومتر (حيث من المتوقع ظهور النجوم والمجرات الأولى) ؛
- تصوير واسع النطاق لمجال الرؤية بأكمله.
تم إنشاء هذه الأداة بواسطة وكالة الفضاء الكندية. بعد اجتياز اختبار التبريد ، سيكون جاهزًا أيضًا للاندماج في حجرة أجهزة التلسكوب.
درع الشمس
لم يتم تجهيز التلسكوبات الفضائية بها. يعد استخدام مواد جديدة تمامًا أحد أكثر الجوانب المخيفة في كل عملية إطلاق. بدلاً من تبريد المركبة الفضائية بالكامل بسائل تبريد قابل للاستهلاك لمرة واحدة ، يستخدم تلسكوب جيمس ويب تقنية جديدة تمامًا ، وهي عبارة عن حاجب شمسي من 5 طبقات سيتم نشره لعكس الإشعاع الشمسي من التلسكوب. سيتم توصيل خمس صفائح بطول 25 مترًا بقضبان من التيتانيوم وتركيبها بعد نشر التلسكوب. تم اختبار الحماية في عامي 2008 و 2009. فعلت النماذج الكاملة التي شاركت في الاختبارات المعملية كل ما كان من المفترض القيام به هنا على الأرض. هذا ابتكار جميل
إنه أيضًا مفهوم مذهل: ليس فقط لحجب ضوء الشمس ووضع التلسكوب في الظل ، ولكن للقيام بذلك بطريقة تشع كل الحرارة في الاتجاه المعاكس لاتجاه التلسكوب. ستصبح كل طبقة من الطبقات الخمس في فراغ الفضاء باردة أثناء تحركها بعيدًا عن الطبقة الخارجية ، والتي ستكون أكثر دفئًا قليلاً من درجة الحرارة.سطح الأرض - حوالي 350-360 كلفن ، يجب أن تنخفض درجة حرارة الطبقة الأخيرة إلى 37-40 كلفن ، وهي أبرد مما كانت عليه في الليل على سطح بلوتو.
بالإضافة إلى ذلك ، تم اتخاذ احتياطات مهمة للحماية من البيئة القاسية للفضاء السحيق. من الأشياء التي يجب أن تقلق بشأنها هنا حصى صغيرة بحجم الحصى ، وحبيبات رمل ، وبقع من الغبار وحتى أصغر منها تطير عبر الفضاء بين الكواكب بسرعات تصل إلى عشرات أو حتى مئات الآلاف من الكيلومترات في الساعة. هذه النيازك الدقيقة قادرة على إحداث ثقوب مجهرية صغيرة في كل ما تصادفه: المركبات الفضائية وبدلات رواد الفضاء ومرايا التلسكوب وغير ذلك. إذا كانت المرايا لا تحتوي إلا على خدوش أو ثقوب ، مما يقلل بشكل طفيف من كمية "الضوء الجيد" المتاح ، فإن الدرع الشمسي يمكن أن يتمزق من حافة إلى أخرى ، مما يجعل الطبقة بأكملها عديمة الفائدة. تم استخدام فكرة رائعة لمحاربة هذه الظاهرة
تم تقسيم الدرع الشمسي بالكامل إلى أقسام بحيث إذا كان هناك فجوة صغيرة في واحد أو اثنين أو حتى ثلاثة منها ، فلن تتمزق الطبقة أكثر ، مثل صدع في الزجاج الأمامي لسيارة أجرة. السيارات. التقسيم سيبقي الهيكل بأكمله سليمًا ، وهو أمر مهم لمنع التدهور
المركبة الفضائية: أنظمة التجميع والتحكم
هذا هو المكون الأكثر شيوعًا ، مثل جميع التلسكوبات الفضائية والبعثات العلمية. في JWST ، إنها فريدة من نوعها ، ولكنها أيضًا جاهزة تمامًا. كل ما تبقى للمقاول العام للمشروع ، نورثروب غرومان ، هو إكمال الدرع وتجميع التلسكوب واختباره. ستكون الآلة جاهزة لـإطلاق في 2 سنوات.
10 سنوات من الاكتشاف
إذا سارت الأمور على ما يرام ، ستكون البشرية على أعتاب الاكتشافات العلمية العظيمة. حجاب الغاز المحايد الذي حجب رؤية النجوم والمجرات الأقدم حتى الآن سيتم القضاء عليه من خلال قدرات الأشعة تحت الحمراء لشبكة الويب وبسطوعها الهائل. سيكون التلسكوب الأكبر والأكثر حساسية على الإطلاق ، بمدى طول موجي ضخم من 0.6 إلى 28 ميكرون (العين البشرية ترى 0.4 إلى 0.7 ميكرون). من المتوقع أن تقدم عقد من الملاحظات.
وفقًا لوكالة ناسا ، ستتراوح حياة مهمة Webb من 5.5 إلى 10 سنوات. إنه محدود بكمية الوقود اللازمة للحفاظ على المدار وعمر الإلكترونيات والمعدات في بيئة الفضاء القاسية. سيحمل تلسكوب جيمس ويب المداري الوقود لمدة 10 سنوات كاملة ، وبعد 6 أشهر من الإطلاق ، سيتم إجراء اختبار دعم الطيران ، والذي يضمن 5 سنوات من العمل العلمي.
ما الخطأ الذي يمكن أن يحدث؟
العامل المحدد الرئيسي هو كمية الوقود الموجودة على متن الطائرة. عندما ينتهي ، سينجرف القمر الصناعي بعيدًا عن نقطة L2 Lagrange ، ويدخل في مدار فوضوي في المنطقة المجاورة مباشرة للأرض.
تعال مع هذا ، يمكن أن تحدث مشاكل أخرى:
- تدهور المرايا ، والذي سيؤثر على كمية الضوء المجمّع ويخلق آثارًا للصورة ، لكنه لن يضر بالتشغيل الإضافي للتلسكوب ؛
- فشل جزء أو كل الشاشة الشمسية مما سيؤدي إلى زيادةدرجة حرارة المركبة الفضائية وتضييق نطاق الطول الموجي القابل للاستخدام إلى الأشعة تحت الحمراء القريبة جدًا (2-3 ميكرومتر) ؛
- تعطل نظام تبريد أداة Mid-IR ، مما يجعلها غير قابلة للاستخدام ولكن لا تؤثر على الأجهزة الأخرى (0.6 إلى 6 ميكرومتر).
أصعب اختبار ينتظر تلسكوب جيمس ويب هو الإطلاق والإدخال في مدار معين. تم اختبار هذه المواقف واستكمالها بنجاح.
ثورة في العلم
إذا كان تلسكوب جيمس ويب يعمل ، فسيكون هناك ما يكفي من الوقود لتشغيله من 2018 إلى 2028. بالإضافة إلى ذلك ، هناك إمكانية لإعادة التزود بالوقود ، مما قد يطيل عمر التلسكوب لعقد آخر. تمامًا كما كان هابل يعمل منذ 25 عامًا ، يمكن أن توفر JWST جيلًا من العلوم الثورية. في أكتوبر 2018 ، ستطلق مركبة الإطلاق Ariane 5 إلى مدار مستقبل علم الفلك ، والذي أصبح جاهزًا ، بعد أكثر من 10 سنوات من العمل الشاق ، ليؤتي ثماره. اقترب موعد مستقبل التلسكوبات الفضائية
