خليفة هابل: تلسكوب جيمس ويب الفضائي

• 24 نوفمبر 2021
• كتبه: أحمد موسى
• فلك

يشهد هذا العام حدثًا تاريخيًّا للبشرية سيحدث ثورة في فهمنا للكون. تلسكوب جيمس ويب الفضائي، أكبر التلسكوبات وأكثرها تعقيدًا، يُطلق أخيرًا في ديسمبر 2021. تلسكوب ويب هو نتاج تعاون مشترك بين وكالة ناسا (NASA)، ووكالة الفضاء الأوروبية (ESA)، ووكالة الفضاء الكندية (CSA). وهو مرصد يعمل بالأشعة تحت الحمراء بُني ليصبح خليفة لتلسكوب هابل ويوسع اكتشافاته. لفهم كيف يعمل تصميم تلسكوب ويب لتأدية الغرض منه، سنناقش جزئين من أجزائه الرئيسية: المرايا والواقيات من الشمس.

عُرض مقترح هذا التلسكوب في البداية في عام 1996. في البداية، سمي بتلسكوب فضاء الجيل التالي؛ وأطلق عليه الاسم الحالي في عام 2002، نسبة إلى مدير ناسا السابق جيمس ويب. كانت الخطة الأصلية هي إطلاق تلسكوب ويب في عام 2007، ولكن أدت أحداث مؤسفة إلى تأخير تلو الأخر؛ أولًا عام 2011، ثم عام 2014، ثم عام 2018، ثم في النهاية تم تأجيله إلى التاريخ الحالي. خلال هذه السنوات، تضخمت الميزانية كذلك من 500 مليون دولار إلى 9 مليارات دولار.

من المفترض أن يكشف التلسكوب ويب عن الضوء من 100 مليون إلى 250 مليون سنة بعد الانفجار العظيم*. لذلك، فإنه يحتاج إلى أن يكشف عن الضوء الذي انتقل من أبعد النجوم والمجرات الأولى منذ 13.6 مليون سنة. عندما يحدث ذلك، سنكون قادرين على رؤية كيف كانت بالضبط في ذلك الوقت.

ومع ذلك، إذا كانت هذه النجوم والمجرات تصدر ضوءًا مرئيًّا، فلماذا اختار العلماء ضوء الأشعة تحت الحمراء لتلسكوب ويب؟ لأنه مع امتداد المسافة بين هذه الأجسام –وفقًا لنظرية أينشتاين في النسبية العامة– يتحول الضوء المنبعث إلى أطوال موجية أطول (مدى الأشعة تحت الحمراء القريبة والمتوسطة). وكلما كانت الأجسام بعيدة، زادت هذه التحولات.

على عكس مرايا هابل التي يبلغ طولها 2.4 مترًا، فإن مرايا ويب يبلغ طولها 6.5 مترًا – الاختلاف موضح في الصورة 1. يحدد حجم المرآة حساسية التلسكوب؛ فالمرآة الأكبر تسمح برؤية مزيدًا من التفاصيل. ومع ذلك، فإن استخدام المرايا الكبيرة أمر صعب حتى على الأرض، وهي المرة الأولى التي يطلق مثل هذا الحجم في الفضاء. في مواجهة هذا التحدي، كان على فريق ويب إيجاد طريقة لبناء مرايا خفيفة وقوية في الوقت نفسه؛ هذه الطريقة كانت استخدام البريليوم. فيتميز البريليوم بخفة وزنه وقوة تحمله، بالإضافة إلى قدرته على الحفاظ على شكله عبر مدى كبير من درجات الحرارة. لمعرفة مزيد عن صناعة المرآة، شاهد هذا الفيديو.

التحدي الآخر هو تركيب مثل تلك المرايا الكبيرة في الصاروخ؛ فكان الحل هو طي المرايا. فالمرآة الأساسية مصنوعة من فراغات قابلة للطي سداسية الشكل تفتح بعد الإطلاق. اختير الشكل السداسي لأنه يجعل المرآة المجزأة شبه دائرية، ويعطي عامل تعبئة عالي، مما يعني أن الأجزاء تتلاءم معًا بدون فجوات. كذلك يركز هذا الشكل على نقطة مضغوطة واحدة للكاشفات. وأخيرًا، بعد ضبط فراغ المرآة بدقة، تطلى المرآة بطلاء ذهبي لتحسين انعكاس المرآة لضوء الأشعة تحت الحمراء. يمكنكم معرفة مزيد عن عملية طلاء الذهب هنا. الفيديو.

في الكشف عن ضوء الأشعة تحت الحمراء، تُعد الأجسام الباعثة للحرارة مصدرًا للتداخل؛ ومن ثمَّ يجب أن تبقى المرآة شديدة البرودة. تشمل مصادر الحرارة المحتملة المرصد نفسه والأجرام السماوية الأخرى المحيطة، مثل الشمس والأرض والقمر. للقضاء على هذا التداخل، وضع حاجب للشمس خماسي الطبقات بين التلسكوب والمركبة الفضائية الرئيسية كما هو موضح في الصورة 3. لمزيد من الحماية، وضعت المرايا بشكل يجعلها ثابتة بين هذه الأجسام والتلسكوب. يحافظ حاجب الشمس على بيئة مستقرة للمرايا من حيث الحرارة، مما يسمح لها بالحفاظ على المحاذاة الصحيحة عندما يتغير اتجاهها. يمكنك مشاهدة هذا الفيديو لرؤية اختبارات تدشين حاجب الشمس.https://www.youtube.com/watch?v=PVAe9Ovca5Q&t=60s

*يمكنكم الاطلاع على المقال «الانفجار العظيم؛ بداية كل البدايات» عدد شتاء 2014 من مجلة كوكب العلم.

المراجع

forbes.com
spacenews.com
jwst.nasa.gov/content/about/index.html
jwst.nasa.gov/content/about/index.html
jwst.nasa.gov/content/science/firstLight.html
jwst.nasa.gov/content/observatory/ote/mirrors/index.html
jwst.nasa.gov/content/observatory/sunshield.html