در ۲۵ دسامبر، با پرتاب تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) وارد عصر جدیدی از نجوم شدیم. این رویدادی است که پیشبینی شده حدود یک دهه طول می کشد. این بزرگترین و گرانترین و پیچیدهترین تلسکوپی خواهد بود که تاکنون ساخته، آزمایش شده و به فضا پرتاب شده است.
در ماه دسامبر، تلسکوپ ۱۰ میلیارد دلاری (۷٫۵ میلیارد پوند) برای پرواز خود سوخت گرفت و بر روی موشک آریان ۵ در فرودگاه فضایی اروپا در گویان فرانسه نصب شد، که آن را به فضا فرستاد.
این راه اندازی برای هزاران دانشمند، مهندس، مدیر و کارکنان پشتیبانی که JWST را به این نقطه رسانده اند، هم هیجان انگیز و هم وحشتناک بود.
جهان اولیه مرموز
تلسکوپ جیمز وب اغلب به عنوان جایگزینی برای تلسکوپ فضایی هابل نامگذاری می شود. هابل اکنون بیش از ۳۰ سال است که کار می کند و مناظر شگفت انگیزی از جهان و هزاران نتیجه علمی به ما ارائه کرده است. امیدواریم و پیشبینی میکنیم که سالهای دیگر به فعالیت خود ادامه دهد.
اما آینه نسبتا کوچک با قطر ۲٫۴ متر در مقایسه با تلسکوپ های زمینی، حساسیت و توانایی آن را برای رصد کم نورترین اجرام محدود می کند. همچنین، اگرچه هابل توانایی رصد نور مادون قرمز را دارد، اما نمیتواند به طول موجهای نور ستارگان و کهکشانهای اولیه دسترسی پیدا کند. با این حال، تلسکوپ جیمز وب قادر به انجام این کار خواهد بود. حتی ممکن است بتواند ستارگان جمعیت III (ستارههایی که از مواد اولیه انفجار بزرگ شکل گرفتهاند) را ببیند که قبلاً هرگز دیده نشدهاند.
دانستن زمان تشکیل اولین ستاره ها، بلافاصله پس از انفجار بزرگ و درک چگونگی تولید بلوک های سازنده اولین کهکشان ها، یک سوال علمی مهم و یکی از اهداف علمی اولیه JWST است. ما می دانیم که عناصری که برای زندگی و فناوری مدرن مورد نیاز هستند، مانند کربن، سیلیکون و طلا، در نهایت در ستارگان اولیه ایجاد شده اند. اما در حال حاضر درک خوبی از چگونگی این اتفاق نداریم.
نیاز به تشخیص اجسام کم نور در جهان دور، محرک مهمی برای طراحی رصدخانه، تعیین اندازه، پوشش طول موج و نیاز به خنک نگه داشتن آن برای به حداقل رساندن نور نامطلوب پس زمینه بوده است.
مطالعه اولین ستاره ها و کهکشان ها تنها برنامه علمی تلسکوپ جیمز وب نیست. این رصدخانه به عنوان یک رصدخانه همه منظوره در نظر گرفته شده است که ستاره شناسان از سراسر جهان می توانند برای حمایت از تحقیقات خود در آن زمان درخواست کنند. به عنوان مثال، مشاهده در مادون قرمز به JWST اجازه می دهد تا از میان ابرهای غباری که ستارگان بسیار جوان را پوشانده اند، (که در برابر نور مرئی مات هستند) ببیند.
برخلاف هابل، میتواند مستقیماً «پرورشگاه ستارهای» را ببیند، جایی که ستارگان و منظومههای سیارهای آنها در حال تولد هستند. این مشاهدات به سؤالاتی در مورد چگونگی فروپاشی ابرهای غبار و گاز و تشکیل ستارگان و نحوه تشکیل منظومه های سیاره ای در اطراف آنها پاسخ خواهد داد.
قابلیت سکونت در سیاره فراخورشیدی
زمانی که بیش از ۲۰ سال پیش اولین طرحهای JWST مورد بحث قرار گرفت، هیچ سیارهای به جز سیارههای منظومه شمسی خودمان شناخته نشد. از آن زمان، ستاره شناسان هزاران سیاره را کشف کرده اند که به دور ستاره های دیگر در کهکشان ما (سیاره های فراخورشیدی) می چرخند. بخش قابل توجهی از برنامه مشاهده جیمز وب به مطالعه جو آنها اختصاص داده خواهد شد. پوشش طول موج JWST بهویژه برای مطالعه مولکولها در اتمسفر سیارات فراخورشیدی و پسزمینه مادون قرمز کم از فضا تنظیم شده است و به آن برتری قابل توجهی نسبت به تلسکوپهای مبتنی بر زمین میدهد.
دو تکنیک در دسترس است. یکی از این واقعیت استفاده می کند که سیارات می توانند از مقابل ستاره والد خود (که گذر نامیده می شود) عبور کنند و نوری را که ما از آن می بینیم ایجاد کنند. با تجزیه و تحلیل نور، که بر اساس طول موج تجزیه می شود، با دقت زیادی قبل و در حین عبور، می توانیم جو سیاره را بررسی کنیم تا از چه مولکولی تشکیل شده است.
تکنیک دیگری از ابزار خاصی به نام “کروناگراف” استفاده می کند تا نور ستاره مادر را مسدود کند تا تصویربرداری مستقیم از سیاره و مطالعه جو یا سطح آن امکان پذیر شود. این می تواند به آشکار شدن اینکه آیا یک سیاره برای زندگی مناسب است یا خیر، کمک کند. شاید تحقیقات بیشتر و ارسال یک روزه کاوشگرهای فضایی کوچک به آنجا را تضمین کند.
هدف نهایی یافتن سیاره ای شبیه به زمین است. اما به ترکیب بسیار خوش شانسی از شرایط نیاز دارد، زیرا احتمالاً در همسایگی خورشیدی نادر و در مقایسه با ستاره مادر بسیار کم نور هستند. به احتمال زیاد، JWST “غول های گازی” مانند مشتری و زحل یا “غول های یخی” مشابه اورانوس و نپتون را در منظومه شمسی خودمان مطالعه خواهد کرد. هیچ یک از منظومه های سیاره ای شناخته شده شبیه سیستم ما نیست. سیارات غول پیکر زیادی در مدارهای نزدیکتر از سیاره ما قرار دارند و جو آنها گرمای شدیدتر و شرایط آب و هوایی پویاتر دارند.
علاوه بر مطالعه سیارات خارج از منظومه شمسی، JWST قادر خواهد بود منظومه سیاره ای خانه ما را مشاهده کند. حساسیت زیاد آن امکان شناسایی و شناسایی دنباله دارها و دیگر اجرام یخی در بیرونی ترین مناطق منظومه شمسی را فراهم می کند. در چنین مکان دورافتادهای، این اجرام تا حد زیادی از زمان شکلگیری خود تغییری نکردهاند و ممکن است حاوی سرنخهایی از منشأ زمین، بهویژه منبع آب آن باشند، که ممکن است نتیجه بمباران چنین اجسامی در اوایل عمر آن باشد.
جیمز وب همچنین قادر خواهد بود تمام سیاراتی را که خارج از مدار زمین به خورشید قرار دارند، رصد کند و جو آنها و تغییرات آب و هوای فصلی آنها را مطالعه کند.
طرحها و ایدههای دقیق برای آنچه که کشف خواهد شد، توجیهی ضروری برای هزینه ساخت یک تلسکوپ جاهطلب و تغییردهنده بازی مانند JWST است. اما اکتشافاتی وجود خواهد داشت که هیچ کس نمی تواند پیش بینی کند. زمانی که هابل به فضا پرتاب شد، ایده سیارات فراخورشیدی تا حد زیادی علمی تخیلی بود، با این حال مطالعه سیارات فراخورشیدی یکی از وظایف اصلی آن شد.