تلسكوب ويب الفضائي: رؤية بعيدة. جدا!

وفي هذه الأيام، من المتوقع أن يحل تلسكوب ويب الفضائي محل تلسكوب هابل بعد أكثر من 30 عامًا من التشغيل. إلى أي مدى يمكن للويب أن يصل في المكان والزمان (!)؟ ما الذي يرى ولا تستطيع العين البشرية رؤيته؟ وكيف يمكن أن يساعدنا في اكتشاف أسرار خلق الكون؟

الصحفي: جلعاد يسعور, الشباب جاليليو

انقر للحصول على ورقة هدية رقمية כאן

في 24 أبريل 1990، تم إطلاق تلسكوب هابل الفضائي. على مر السنين، قدم لنا صورًا مذهلة ومكننا من اكتشافات لا تعد ولا تحصى والتي ساهمت في تقدم العلوم. يتم إطلاق تلسكوب فضائي جديد هذه الأيام - التلسكوب الفضائي الذي يحمل اسم جيمس ويب. وبفضله يمكننا إجراء ملاحظات بعيدة تجاه الكون حيث لم يمض وقت طويل بعد الانفجار الكبير، والنظر في الأماكن المخفية التي تولد فيها النجوم من أجل تعميق معرفتنا بعملية تكوينها، ودراسة الكواكب خارج المجموعة الشمسية (الكواكب). الموجودة خارج المجموعة الشمسية).

ما الذي يميز التلسكوب الفضائي وأنه بفضله يمكننا اكتشاف كل هذه الأشياء؟ أولًا، إنها كبيرة، كبيرة جدًا. يبلغ قطر مرآة هابل الرئيسية 2.4 متر. المرآة الرئيسية للتلسكوب هي التي تسمح له بجمع الضوء. وعلى عكس التلسكوبات الأولى التي كانت تصنع بالعدسات، فإن التلسكوبات الحديثة، وخاصة الكبيرة منها، تعتمد على المرايا. كلما كانت المرآة أكبر، زادت قدرة التلسكوب على جمع الضوء. يبلغ قطر مرآة فيب الرئيسية 6.5 متر، مما يعني أنه سيكون قادرًا على جمع ضوء أكثر بكثير من هابل ومراقبة الأجسام الخافتة والبعيدة جدًا.

ومن الخصائص الأخرى له نوع الإشعاع الذي يمكنه امتصاصه. يستطيع الإنسان رؤية الضوء في نطاق الألوان بين الأحمر والبنفسجي - نطاق الضوء المرئي. لكن هذا ليس سوى جزء صغير جدًا من جميع أنواع الإشعاع الموجودة في الطبيعة. كل جسم دافئ، على سبيل المثال، بما في ذلك نحن، يبعث الأشعة تحت الحمراء - الضوء الذي لا نستطيع رؤيته. تتمكن الحيوانات المختلفة من التعرف على هذا الضوء، وعلى سبيل المثال يعرف البعوض كيف يجدنا حتى في الظلام. ماذا عن العنكبوت والبعوض؟ وقبل ذلك سنشرح عن توسع الكون.

النظر إلى الماضي

في نهاية العشرينات من القرن العشرين، أعلن العالم إدوين هابل (الذي سمي باسمه التلسكوب الفضائي) اكتشافه الثوري: الكون يتوسع. ونظر نحو العديد من المجرات في الكون فرأى أنها تبتعد عنا. لقد أدرك أنه كلما كانت المجرة أبعد، كلما زادت سرعة ابتعادها عنا. ما الذي يمكن أن يفسر هذا؟

هل نحن مجرة ​​كريهة للغاية والكل يريد الابتعاد عنا أم أن هذه ظاهرة عامة للكون؟ الخيار الثاني هو الأكثر احتمالا، ولذلك أدرك هابل أن الطريقة الوحيدة التي يمكن بها لأي نقطة في الكون أن ترى بقية الكون يتحرك بعيدا عنها، هي أن الكون نفسه يتوسع.

يمكن تشبيه الكون المتوسع برغيف الخبز المنفوش بالزبيب. فكلما ارتفع الخبز زادت المسافة بين حبات الزبيب، وكل حبات زبيب ترى الأخرى تبتعد عنها. لو كنا زبيباً، كلما نظرنا إلى الزبيب، كلما ابتعدنا بمعدل أعلى، لأن المسافة بيننا مليئة بالعجين المنتفخ. ولو كان هناك خيط يصل بين حبتين من الزبيب قبل الانتفاخ، لكان من أجل الاستمرار في ربطهما يجب أن يطول ويطول طوال الوقت. 

سوف نعود إلى الويب. ومن المخطط أن نشاهده بعيدًا جدًا. في المكان والزمان. وكلما نظر بعيدًا، سيرى مجرات استغرق ضوءها وقتًا أطول للوصول إلينا، وبالتالي فهو في الواقع ينظر إلى الماضي! ومن المخطط أن ننظر إلى ما يزيد عن 13.5 مليار سنة في الزمن، تقريبا إلى بداية الزمن، نحو المجرات الأكثر بعدا عنا، وبالتالي دراسة الكون الشاب بعد الانفجار الأعظم.

والراصد بعيد جدًا، وبالتالي فإن الضوء الذي سيراه يسافر في الكون لمليارات السنين. ينزاح الضوء أيضًا نحو الأحمر لأن الضوء الأزرق يتغير إلى الأحمر والضوء الأحمر يتغير إلى ضوء الأشعة تحت الحمراء (الظاهرة العامة تسمى تأثير دوبلر؛ يعرفها معظمكم من صوت بوق سيارة الإسعاف الذي يتغير من الأعلى إلى المنخفض عندما تمر بك سيارة الإسعاف) .

وفي المستقبل سننظر حتى الآن إلى أن تأثير الانزياح الأحمر سيجعل الضوء، الذي كان في الأصل في نطاق الضوء المرئي، يبدو لنا أنه ينتمي إلى نطاق الأشعة تحت الحمراء. لذلك، مثل البعوض، والنظر في نطاق التردد هذا.

شاهد ولادة النجوم

التركيز على نطاق الأشعة تحت الحمراء سيساعد ويب أيضًا على مراقبة ولادة النجوم. تولد العديد من النجوم في السدم. السديم عبارة عن سحابة ضخمة من المادة (تتكون في معظمها من الهيدروجين والهيليوم) تنهار على نفسها، حتى تصبح كثافة المادة عالية بما يكفي لتكوين نجم. ونظرًا لأن العملية تحدث في قلب السديم، فإن المواد المحيطة تمنع رؤية كل الأحداث في المركز.

على الرغم من أن المادة تتداخل مع الضوء المرئي، إلا أن الأشعة تحت الحمراء تمر عبر السديم دون عوائق تقريبًا. بهذه الطريقة، سيتمكن بيف من رؤية تشكل النجوم.

كيف تطلق عملاقًا إلى الفضاء؟

قلنا أن ويب تلسكوب ضخم، وهو في الواقع أكبر من أي مركبة فضائية. فكيف يمكنك إطلاقه إلى الفضاء؟ للدخول إلى القاذفة، يتم طيها، تمامًا مثل الأوريجامي.

على عكس مرآة هابل الرئيسية، والتي هي مرآة واحدة كاملة، فإن مرآة بيف الرئيسية تتكون من 18 مرآة صغيرة على شكل مسدس، وتشكل جميعها معًا مرآة واحدة كبيرة. عند الإطلاق، يتم طي ست مرايا (ثلاثة على كل جانب)، وهذه هي الطريقة التي تدخل بها إلى منصة الإطلاق. بعد حوالي أسبوعين فقط من الإطلاق، عندما يكون أبعد عنا من القمر، ستنشر أجزاء المرآة الجانبية، وسيتم الانتهاء من المرآة الرئيسية.

بالإضافة إلى ذلك، سيكون مكان بيف في الفضاء مختلفًا تمامًا عن مكان هابل. يدور هابل حول الأرض على ارتفاع 540 كيلومترًا، لكن المسافة بيننا وبين هابل ستكون أكبر بكثير. لماذا؟

كما قلنا، كل جسم ساخن يبعث الأشعة تحت الحمراء. تعتبر الأرض نفسها مصدرًا للكثير من الأشعة تحت الحمراء، وكذلك القمر والشمس. إذا أراد إجراء ملاحظاته من مكان مشابه لمكان هابيل، فكأنه طائر يريد الخروج للاستماع إلى طائر مغرد نادر ولطيف وهادئ من وسط تل أبيب المزدحمة.

ولذلك فإن الهدف هو إطلاق Bev بعيدًا عن الأرض، ولكن ليس بعيدًا جدًا، حتى يتمكن من التواصل معنا بسهولة.

أين يوجد موقف للتلسكوب؟

نقاط لاغرانج للشمس والأرض هي خمس نقاط خاصة في الفضاء، حيث إذا كانت المركبة الفضائية متوقفة، فإنها ستبقى هناك وتدور حول الشمس بنفس السرعة التي تدور بها الأرض حولها. وانطلقت باتجاه نقطة لاغرانج الثانية - L2. وللوصول إليه، ينطلق من الأرض في الاتجاه المعاكس للشمس، ويطير مسافة مليون ونصف المليون كيلومتر. وسوف تستمر الرحلة حوالي شهر.

وهذا يعني أن بيف سيكون أبعد بحوالي 3,000 مرة عن هابل. هناك، عند النقطة L2، سيكون الإشعاع الصادر من الأرض والقمر أضعف بكثير، لكنه لن يختفي تمامًا. وحتى لا يسخن ويحترق بسبب قربه من الشمس يتم تركيب "بطانية" عليه من خمس طبقات وظيفتها حمايته من الشمس والحفاظ على درجة حرارة منخفضة للغاية. ستساعده هذه "البطانية" في الحفاظ على درجة حرارة تقل عن 223 درجة مئوية تحت الصفر. وبهذه الطريقة سيكون الجو باردًا بدرجة كافية بحيث لا يتداخل الإشعاع الحراري الخاص به مع أجهزة الاستشعار الخاصة به التي تقوم بالملاحظات. مثل المرآة، تظل هذه الطبقات الواقية مطوية عند الإقلاع وستفتح بالكامل، بحجم ملعب تنس (!)، بعد حوالي ستة أيام فقط من الإقلاع، أثناء رحلتها إلى النقطة L2. يجب أن تكون العملية بطيئة ولطيفة للغاية، حيث أن سمك كل طبقة هو بضعة ميكرونات، أي أقل من سمك الشعرة.

وهي الخطوة العظيمة التالية التي تسعى البشرية إلى تسلقها في طريقها لفهم الكون وكل ما فيه.

المؤلف طالب ماجستير في الفيزياء في الجامعة العبرية ومدرس في جمعية "الدب الأكبر" لعلم الفلك الرصدي dubagdola.com

تم نشر المقال في عدد يناير 2022 من مجلة جاليليو يونج الشهرية

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• التلسكوب الفضائي – الجيل القادم قادم
• قد تكون المنطقة الباردة في الفضاء من بقايا الانفجار الكبير
• التقط سبيتزر أقدم ضوء في الكون
• بمناسبة إطلاق تلسكوب ويب الفضائي: الصور الخمس الأكثر إثارة للكون من التلسكوب
• تلسكوب جيمس ويب الفضائي – تم إطلاق بديل هابل بنجاح – بث مباشر