داستان تلسکوپ فضایی «جیمز وب»

بهرام مبشر*: تلسکوپ فضایی جیمز وب، به تاریخ 25 دسامبر 2021 با موفقیت رهسپار فضا شد. این دستاورد نتیجه 25 سال تلاش شبانه‌روزی مهندسان و دانشمندان است و پایان سال‌ها انتظار برای جامعه انسانی و آغاز دوره جدیدی برای اخترشناسی. تلسکوپ جیمز وب نتیجه همکاری‌های بین‌المللی سازمان‌های فضایی آمریکا، اروپا و کاناداست. جیمز وب را با موشک آریان 5، تنها موشکی که می‌توانست آن را به فضا ببرد، از ایستگاه آژانس فضایی اروپا به مقصد نقطه ال-2 پرتاب کردند. تلسکوپی به سنگینی جیمز وب و با هزینه گزاف ساخت بیش از 10 میلیارد دلار، نیازمند پیشرفته‌ترین فناوری و بلندپرواز‌ترین نگرش علمی است که پس از استقرار در مدار به دنبال پاسخ پرسش‌های مهم خواهد گشت. این دستاورد تنها با یک همکاری بین‌المللی امکان‌پذیر است. گام مهم بعدی، استقرار بادبان‌های خورشیدی بود که دمای تلسکوپ را تا منفی220 درجه سانتی‌گراد بکاهد و به ابزارهای فروسرخ جیمز وب اجازه کار دهد. از آنجایی‌ که این تلسکوپ برای پژوهش در طول‌ موج‌های فروسرخ طراحی ‌شده و چون همه اجرام ازجمله خود تلسکوپ، زمین و جو نور فروسرخ گسیل می‌کنند، بنابراین تلسکوپ و ابزارهای آن باید تا سر‌حد ممکن سرد نگه داشته شوند تا از هرگونه نوفه ناشی از اجرام و تأثیرشان روی‌ داده‌های علمی جلوگیری شود. جیمز وب به جست‌وجوی دوردست‌ترین و کم‌فروغ‌ترین کهکشان‌هایی خواهد پرداخت که بخش زیادی از تابش خود را در فروسرخ گسیل می‌کنند؛ بنابراین باید از هرگونه تابش اضافی در این طول‌ موج پاک‌سازی شود تا بتواند کم‌نورترین سرچشمه‌ها را تمییز دهد. فاصله زیاد جیمز وب از زمین به این کار کمک خواهد کرد؛ زیرا تلسکوپ دور از گرمای تولیدشده زمین خواهد بود. پنج سپر خورشیدی هم نصب‌ شده‌اند تا از تلسکوپ و ابزارهای آن در برابر گرما و تابش خورشید محافظت کنند. هر سپر از سپر زیرین خنک‌تر است و گرما از میان لایه‌های میان سپرها خارج می‌شود. این فرایند به تثبیت دمای تلسکوپ کمک می‌کند. 11 روز پس از پرتاب، آینه دوم (آینه ثانویه) آرایش خود را بازیافت. این رویداد نقطه‌عطف دیگری بود. این آینه باید در شرایط ریزگرانشی و نیز دمای بسیار پایین آرایش می‌یافت؛ آن‌هم با دقتی در حدود نیم میلی‌متر. آینه دوم باید به‌شدت پایدار باشد تا هنگام دَوَران تلسکوپ و مشاهده بخش‌های گوناگون آسمان، حتی در حد چند میلی‌متر هم تغییر راستا ندهد. وظیفه آینه دوم بازتاب نور از آینه نخستین (آینه اولیه) به ابزارهای علمی کاوشی است. نور ستارگان و کهکشان‌ها ابتدا به آینه نخستین برمی‌خورد، آینه دوم نور را بازمی‌تاباند و از آنجا به آشکارسازهای جیمز وب منتقل و به این‌ ترتیب تصویر این اجرام به‌ دست می‌آید. پس از باز‌شدن سپر خورشیدی و آینه دوم، گام مهم بعدی باز‌شدن آینه نخستین بود که از 18 تکه شش‌ضلعی تشکیل و چیده شده است. این آینه چندبخشی که شش‌ و نیم متر است از ماده شیمیایی بریلیوم ساخته ‌شده که در دماهای بسیار پایین تلسکوپ مقاوم است. پیکربندی این قطعه‌ها به دلیل مسائل فنی ناشی از پرتاب تغییر کرده و برای قرار‌گرفتن در محفظه پرتاب شده بود. دلیل برگزیدن آینه‌هایی با ساختار شش‌ضلعی این است که هندسه نهایی آینه اصلی با تقریب بالایی دایره‌ای‌شکل خواهد بود. تمام تکه‌ها بدون آنکه شکافی بینشان باشد، کنار هم چیده شده‌اند. آینه اصلی که دایره‌ای‌شکل است، برای بیشینه مقدار کانونی‌ساز نور در فشرده‌ترین ناحیه ممکن مجهز به آشکارسازهایی است که زیر آینه نصب‌ شده‌اند. برای استقرار این قطعه‌ها در چینشی درست آن ‌هم 12 و نیم میلی‌متر از بدنه اصلی تلسکوپ، از شش موتور مکانیکی نصب‌شده پشت قطعه‌های آینه استفاده‌ شده که حرکت‌ها را کنترل می‌کند. این مرحله از جا‌گیری آینه هم کامل شده و درواقع تلسکوپ به‌زودی آماده مشاهده آسمان است. در زمان نگارش این مقاله (3 بهمن 1400) 28 روز از پرتاب می‌گذرد. طی چند ساعت آینده جیمز وب به مدار نهایی خود در یک‌ و نیم میلیون کیلومتری زمین خواهد رسید و در تمام عمر کاری خود در همین مدار باقی خواهد ماند. پس از استقرار در مدار فرایند هم‌خط‌کردن آینه آغاز و دستیابی به چینش اپتیکی نهایی سه ماه به درازا خواهد کشید. این فرایند با جابه‌جایی هر‌یک از 18 قطعه شش‌ضلعی آینه به‌ اندازه کمتر از یک ده‌هزارم ستبرای موی انسان صورت می‌پذیرد. انجام این کار در چنین دما و مداری چالشی سترگ است. برای هم‌خط و کانونی‌کردن آینه اصلی هر‌یک از 18 قطعه آن با ستاره‌ای درخشان هدف‌گیری می‌شوند. در نهایت موقعیت آینه یکپارچه بهینه می‌شود تا تصویری روشن و واضح از ستاره به دست آید. هم‌زمان با هم‌خط‌شدن آینه‌ها سه ابزار آشکارسازی نصب‌شده روی تلسکوپ را هم می‌آزمایند و تا دمای عملیاتی سرد می‌شوند. این کار برای اطمینان از عملکرد ابزارهاست. آینه و ابزارها باید تا دمای منفی 220 درجه سانتی‌گراد سرد شوند. این مرحله هم به‌زودی شروع می‌شود، سپس واسنجی (کالیبراسیون) ابزارها در دستور کار قرار می‌گیرد. اگر کل فرایندها همچون هم‌خط‌کردن آینه، واسنجی ابزارها و سردسازی طبق برنامه پیش رود، انتظار داریم نخستین سری از داده‌های علمی را در حدود ماه می/ژوئن 2022 (برابر با خرداد/تیر 1401) دریافت کنیم. بدون شک جیمز وب نگرش ما را نسبت به گیتی دگرگون خواهد کرد. این تلسکوپ می‌تواند دورترین کهکشان‌ها را در زمانی که گیتی فقط 200 میلیون سال قدمت داشته، آشکارسازی کند. جیمز وب می‌تواند خاستگاه اصلی باز -یونش گیتی پس از دوره تاریکی را که در حدود یک میلیارد سال پس از مهبانگ بود بررسی کند. همچنین می‌تواند در شناخت فرایند شکل‌گیری نخستین ستارگان و کهکشان‌ها نقش‌آفرینی کند. دلیل اصلی عملیاتی‌کردن تلسکوپ در طول‌ موج فروسرخ هم همین است. جیمز وب می‌تواند به دنبال سیارات فراخورشیدی در منطقه زیست‌پذیر اطراف ستاره مادر باشد؛ آنها را بیابد و با طیف‌سنجی جو سیارات در پی یافتن عناصر شیمیایی عامل زیست باشد. جیمز وب می‌تواند از گردوغبار موجود در کهکشان‌ها نورگیری کند که در شکل‌گیری ستارگان نقش دارند. در پایان چند کلمه کوتاه با دانشجویان و جوانان کشورم دارم. تاریخچه جیمز وب تاکنون نمونه بارزی است از آنچه گونه بشر می‌تواند به سرانجام برساند؛ مثالی ملموس از ژرف‌اندیشی، رؤیاهای بزرگ و ریسک‌های حساب‌شده. بدون شک این پروژه مخاطرات فراوانی دارد همراه با چالش‌های زیاد، اما پاداش‌های بزرگی هم در پی دارد. ما به‌ندرت شاهد پیشرفت برخی پروژه‌ها در زمان واقعی هستیم که ظرفیت تغییر دیدگاه ما نسبت به طبیعت را هم دارند. ما به‌ اندازه کافی بلنداقبال بوده‌ایم که در طول زندگی خود چنین مواردی را ببینیم. جیمز وب یکی از این پروژه‌هاست و به همین دلیل است که آن را با شما به اشتراک می‌گذارم و بابت آن هیجان‌زده‌ام. آسمان بی‌کرانه است و این فقط آغاز راه است.

* استادتمام کیهان‌شناسی رصدی در دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید