وصل تلسكوب جيمس ويب الفضائي إلى منزله الجديد أخيرًا


تلسكوب جيمس ويب الفضائي لديه وصل أخيرًا إلى منزله الجديد. بعد إطلاقه في عيد الميلاد وشهر من التفتح والتجميع في الفضاء ، وصل مرصد الفضاء الجديد إلى وجهته النهائية ، وهي البقعة المعروفة باسم L2 ، في 24 يناير.

لكن التلسكوب لا يمكنه البدء في العلم بعد. لا تزال هناك عدة أشهر من المهام على قائمة مهام Webb قبل أن يصبح التلسكوب جاهزًا لإلقاء نظرة على أقرب ضوء في الكون أو التجسس على الغلاف الجوي للكواكب الخارجية (SN: 10/6/21).

يقول عالم الفلك سكوت فريدمان من معهد علوم تلسكوب الفضاء في بالتيمور ، والذي يدير المرحلة التالية من رحلة ويب: “هذا لا يعني أن هناك شيئًا خاطئًا”. يقول: “كل شيء يمكن أن يسير على ما يرام ، وسيستغرق الأمر ستة أشهر” من الإطلاق حتى تصبح أدوات التلسكوب العلمية جاهزة للعمل.

إليك ما يمكن توقعه بعد ذلك.

الحياة في L2

L2 ، المعروفة تقنيًا باسم نقطة لاغرانج الثانية من الأرض والشمس ، هي بقعة على بعد 1.5 مليون كيلومتر من الأرض في اتجاه المريخ ، حيث تتساوى قوة الشمس وجاذبية الأرض. أزواج من الأجسام الضخمة في الفضاء لها خمس نقاط لاغرانج، حيث تدفع الجاذبية وتسحب من هذه الأجرام السماوية بشكل أساسي تلغي بعضها البعض. يتيح ذلك للأشياء الموجودة في نقاط لاغرانج البقاء في مكانها دون بذل الكثير من الجهد.

التلسكوب ، المعروف أيضًا باسم JWST ، لا يقتصر على الجلوس بإحكام. إنه يدور حول L2 ، حتى عندما يدور L2 حول الشمس. يقول فريدمان إن هذا يرجع إلى أن L2 ليست مستقرة تمامًا. إنها مثل محاولة الحفاظ على توازنك مباشرة فوق كرة السلة. إذا دفعت شيئًا ما عند هذه النقطة بالضبط ، فسيكون من السهل جعله يتجول. الدوران حول L2 بينما يدور L2 حول الشمس في “مدار هالة” أكثر استقرارًا – يصعب السقوط من كرة السلة عندما تكون في حركة مستمرة. لكن الأمر يتطلب بعض الجهد للبقاء هناك.

يقول فريدمان: “JWST والأقمار الصناعية الفلكية الأخرى ، التي يقال إنها في L2 ولكنها في الحقيقة في مدارات هالة ، تحتاج إلى دفع للحفاظ على مواقعها”. “بالنسبة إلى JWST ، سننفذ ما نسميه مناورات الحفاظ على المحطة كل 21 يومًا. نحن نطلق محركات الدفع الخاصة بنا لتصحيح وضعنا ، وبالتالي الحفاظ على مدار هالتنا “.

ستحدد كمية الوقود اللازمة للحفاظ على منزل Webb في الفضاء عمر المهمة. بمجرد نفاد وقود التلسكوب ، تنتهي المهمة. لحسن الحظ ، كان إطلاق المركبة الفضائية شبه مثالي ولم تستخدم الكثير من الوقود في العبور إلى L2. نتيجة لذلك ، قد تكون قادرة على الاستمرار أكثر من 10 سنوات ، كما يقول أعضاء الفريق ، لفترة أطول من التقدير الأصلي من خمس إلى 10 سنوات.

https://www.youtube.com/watch؟v=pY_FScr5824

الوجهة النهائية لـ Webb هي بقعة في الفضاء تسمى L2 ، على بعد 1.5 مليون كيلومتر من الأرض. سوف يدور التلسكوب في الواقع حول L2 حيث يدور L2 حول الشمس (كما هو موضح في هذه الرسوم المتحركة). يساعد هذا “مدار الهالة” الخاص المركبة الفضائية على البقاء في مكانها دون حرق الكثير من الوقود.

يحتوي Webb على ميزة أخرى تساعده على البقاء مستقرًا. يمكن لمجموعة التلسكوب العملاقة التي تشبه حاجب الشمس ، والتي تحمي الأدوات الدقيقة من حرارة وضوء الشمس والأرض والقمر ، التقاط الزخم من تيار الجسيمات المشحونة التي تتدفق باستمرار من الشمس ، مثل الشراع الشمسي. إذا كان الأمر كذلك ، فقد يدفع ذلك Webb بعيدًا عن مساره. لمنع ذلك ، يحتوي التلسكوب على رفرف يعمل كدفة ، كما قال مدير حاجب الشمس في ويب ، جيم فلين ، من نورثروب جرومان في مؤتمر صحفي في 4 يناير.

يهدئ

يرى ويب في ضوء الأشعة تحت الحمراء ، أطوال موجية أطول مما يمكن للعين البشرية رؤيته. لكن البشر يتعرضون بالفعل للأشعة تحت الحمراء كحرارة. تقول عالمة الفيزياء الفلكية إيرين سميث من مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ماريلاند ، وهي عالمة مشروع على ويب: “نحن ننظر أساسًا إلى الكون من خلال الرؤية الحرارية”.

هذا يعني أن أجزاء التلسكوب التي تراقب السماء يجب أن تكون عند حوالي 40 درجة كلفن (-233 درجة مئوية) ، وهو ما يتطابق تقريبًا مع برودة الفضاء. بهذه الطريقة ، يتجنب ويب انبعاث حرارة أكثر من المصادر البعيدة في الكون التي سيرصدها التلسكوب ، مما يمنعها من حجبها عن الأنظار.

تم تبريد معظم Webb منذ أن تم وضع حاجب الشمس للتلسكوب تم الكشف عنها في 4 يناير. يعمل حاجب الشمس المكون من خمس طبقات في المرصد على حجب الحرارة والضوء ، مما يجعل مرايا التلسكوب والأدوات العلمية تبرد من درجة حرارتها عند الإطلاق. قال كيث باريش ، مدير التكليف في ويب ، في بث على شبكة الإنترنت في 4 يناير / كانون الثاني ، إن طبقة حاجب الشمس الأقرب للشمس ستدفأ إلى حوالي 85 درجة مئوية ، لكن الجانب البارد سيكون حوالي -233 درجة مئوية.

قال باريش: “يمكنك غلي الماء على الجانب الأمامي منا ، وعلى الجانب الخلفي منا ، تكاد تصل إلى الصفر المطلق”.

أحد الأدوات ، MIRI ، جهاز منتصف الأشعة تحت الحمراء ، يحتوي على مبرد إضافي لخفضه إلى 6.7 كلن (–266 درجة مئوية) لتمكينه من رؤية أجسام أكثر خفوتًا وبرودة من بقية التلسكوب. بالنسبة لميري ، يقول سميث: “الفضاء ليس باردًا بدرجة كافية”.

محاذاة المرايا

انتهى ويب من فتح مرآته الذهبية التي يبلغ عرضها 6.5 مترًا في 8 يناير ، ليحول المركبة الفضائية إلى تلسكوب حقيقي. لكنها لم تنته بعد. هذه المرآة ، التي تجمع وتركز الضوء من الكون البعيد ، تتكون من 18 قطعة سداسية. ويجب أن يصطف كل جزء من هذه الأجزاء بدقة تبلغ حوالي 10 أو 20 نانومترًا بحيث يحاكي الجهاز بأكمله مرآة واحدة عريضة.

ابتداء من 12 يناير، بدأ 126 محركًا صغيرًا في الجزء الخلفي من الأجزاء الـ 18 في التحرك وإعادة تشكيلها للتأكد من تطابقها جميعًا. ذهبت ستة محركات أخرى للعمل على المرآة الثانوية ، والتي يتم دعمها على ذراع الرافعة أمام المرآة الأساسية.

https://www.youtube.com/watch؟v=Y-N_nkSiZ7o

قبل أن يبدأ تلسكوب جيمس ويب الفضائي في مراقبة الكون ، يجب أن تعمل جميع الأجزاء الثمانية عشر من مرآته الأساسية كمرآة واحدة بطول 6.5 متر. تُظهر هذه الرسوم المتحركة مقاطع المرآة وهي تتحرك وتميل وتنحني لجلب 18 صورة منفصلة لنجم (نقاط ضوئية) معًا في صورة واحدة مركزة.

ستستغرق عملية المحاذاة هذه حتى أبريل على الأقل حتى تنتهي. يعود ذلك جزئيًا إلى أن الحركات تحدث أثناء تبريد المرآة. تغير درجة الحرارة المتغيرة شكل المرايا ، لذا لا يمكن وضعها في محاذاة نهائية إلا بعد أن يتم تبريد مجموعة أدوات التلسكوب العلمية تمامًا.

بمجرد الانتهاء من المحاذاة ، سيرتد الضوء من الفضاء البعيد أولاً عن المرآة الأساسية ، ثم المرآة الثانوية ويصل أخيرًا إلى الأدوات التي ستحلل الإشارات الكونية.

معايرة أدوات العلم

أثناء محاذاة المرايا ، سيتم تشغيل أدوات Webb العلمية. من الناحية الفنية ، هذا هو الوقت الذي يلتقط فيه ويب صوره الأولى ، كما يقول عالم الفلك كلاوس بونتوبيدان ، وهو أيضًا من معهد علوم تلسكوب الفضاء. يقول بونتوبيدان: “لكنهم لن يكونوا جميلين”. سيختبر التلسكوب أولاً تركيزه على نجم ساطع واحد ، مما يجعل 18 نقطة مضيئة منفصلة في نقطة واحدة عن طريق إمالة المرايا.

بعد بعض التعديلات النهائية ، سيعمل التلسكوب “كما نريده ويقدم صورًا جميلة للسماء لجميع الأجهزة” ، كما يقول فريدمان. “وبعد ذلك يمكنهم البدء في أداء عملهم.”

وتشمل هذه الأدوات نيركام، الكاميرا الأساسية التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء القريبة والتي ستغطي نطاق الأطوال الموجية من 0.6 إلى 5 ميكرومتر. ستكون NIRCam قادرة على تصوير أقدم النجوم والمجرات كما كانت عندما تشكلت قبل 12 مليار سنة على الأقل ، بالإضافة إلى النجوم الشابة في مجرة ​​درب التبانة. وستكون الكاميرا أيضًا قادرة على رؤية الأجسام الموجودة في حزام كايبر على حافة النظام الشمسي ومجهزة بمادة كوروناجراف ، والتي يمكنها حجب الضوء من النجم للكشف عن تفاصيل الكواكب الخارجية الباهتة التي تدور حوله.

التالي هو NIR، مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة ، والذي سيغطي نفس نطاق أطوال موجات الضوء مثل NIRCam. ولكن بدلاً من جمع الضوء وتحويله إلى صورة ، ستقسم NIRSpec الضوء إلى طيف لمعرفة خصائص الكائن ، مثل درجة الحرارة والكتلة والتركيب. تم تصميم مقياس الطيف لمراقبة 100 كائن في نفس الوقت.

ميري، أداة منتصف الأشعة تحت الحمراء ، هي أبرد ما يمكن ملاحظته في أطول أطوال موجية ، من 5 إلى 28 ميكرومتر. يحتوي MIRI على كاميرا وجهاز طيف ، مثل NIRCam و NIRSpec ، سيظلان حساسين للمجرات البعيدة والنجوم الوليدة ، ولكنه سيكون أيضًا قادرًا على اكتشاف الكواكب والمذنبات والكويكبات.

والأداة الرابعة تسمى اف جي اس / نيريس، هو جزئين. FGS هي كاميرا ستساعد التلسكوب في تحديد نقطة التلسكوب بدقة. وسيتم استخدام NIRISS ، الذي يرمز إلى مصور الأشعة تحت الحمراء القريبة ومقياس الطيف غير المشقوق ، على وجه التحديد لاكتشاف وتمييز الكواكب الخارجية.

https://www.youtube.com/watch؟v=mA_WQlp0oZE

يتم تخزين الأدوات العلمية لتلسكوب جيمس ويب الفضائي خلف المرآة الأساسية (كما هو موضح في هذه الرسوم المتحركة). يضرب الضوء القادم من الأشياء البعيدة المرآة الأساسية ، ثم المرآة الثانوية الموجودة أمامها ، والتي تركز الضوء على الأدوات.

أهداف العلم الأولى

يقول بونتوبيدان إن الأمر سيستغرق خمسة أشهر أخرى على الأقل بعد الوصول إلى المستوى الثاني للانتهاء من معايرة كل تلك الأدوات العلمية. عند الانتهاء من كل هذا ، يكون لدى فريق ويب Webb خطة سرية للغاية لإصدار أول صور ملونة كاملة.

يقول بونتوبيدان: “هذه صور تهدف إلى أن تثبت للعالم أن المرصد يعمل ومستعدًا للعلم”. “بالضبط ما سيكون في هذه الحزمة ، هذا سر.”

يعود سبب السرية جزئيًا إلى أنه لا يزال هناك بعض عدم اليقين بشأن ما سيكون التلسكوب قادرًا على النظر إليه عندما يحين الوقت. إذا استغرق إعداد الأجهزة وقتًا أطول من المتوقع ، فسيكون Webb في جزء مختلف من مداره وستكون أجزاء معينة من السماء خارج نطاق الرؤية لفترة من الوقت. يقول بونتوبيدان إن الفريق لا يريد أن يعد بشيء محدد ثم يكون مخطئًا.

ولكن أيضًا ، “من المفترض أن تكون مفاجأة” ، كما يقول. “لا نريد إفساد تلك المفاجأة.”

ومع ذلك ، فإن أولى مشروعات ويب العلمية ليست قيد التكتل. في الأشهر الخمسة الأولى من الملاحظات ، سيبدأ Webb سلسلة من مشاريع علوم النشر المبكر. ستستخدم هذه كل ميزة في كل أداة للنظر في مجموعة واسعة من الأهداف الفضائية ، بما في ذلك كل شيء من كوكب المشتري إلى المجرات البعيدة ومن تكوين النجوم إلى الثقوب السوداء والكواكب الخارجية.

مع ذلك ، حتى العلماء حريصون على الصور الجميلة.

يقول سميث: “أنا متحمس جدًا لرؤية تلك الصور الأولى ، فقط لأنها ستكون مذهلة”. “بقدر ما أحب العلم ، من الممتع أيضًا أن أتعجب.”



المصدر

ندى عبدالرحمن
مهتمة في العلوم والفضاء خاصةً محبة للتقنية اعمل كاتبة في موقع اراود