الجيل القادم من التلسكوبات سيكشف لنا أسرار الكون
لم نعرف قط عن الكون أكثر مما نعرفه الآن، وهذه هي المشكلة بالضبط. كل اكتشاف فلكي مهم في الخمسين سنة الماضية - شفق الانفجار الكبير، والأدلة على المادة السوداء، والكواكب التي تدور حول نجوم بعيدة، وأشياء أخرى كثيرة - ساهم في صياغة كمية أكبر وأكثر إرباكا من الأسئلة الكونية: هل توجد حياة على هذه الكواكب؟ الكواكب البعيدة؟ كيف تشكلت النجوم الأولى بعد الانفجار الكبير؟ هل الكون مليء بقوة المادة المضادة، وإذا كان الأمر كذلك، فما هي؟ والسؤال الأكثر إزعاجًا: ماذا فاتنا أيضًا؟
الإجابات على مثل هذه الأسئلة لا تنشأ نتيجة للملاحظة الخاملة. يتم الحصول عليها عن طريق بناء تلسكوبات جيدة حقًا. وفي العقد القادم سوف نفهم ونصمم ونبني الجيل الأول من التلسكوبات التي يتم إنتاجها بمساعدة أجهزة الكمبيوتر. ستفتح هذه التلسكوبات أعينها على السماء، وسيكون لكل منها القدرة على تغيير فهمنا الأساسي للكون. وبعض هذه التلسكوبات لا يشبه التلسكوبات العادية، ولكن لكل منها القدرة على الخروج إلى الكون والكشف عن خصائصه الخاصة وغرابته الرائعة.
سنقدم في هذه السلسلة من المقالات لمحة عن عشرة من أهم الأجهزة وأكثرها جرأة وقوة.
تلسكوب جيمس ويب الفضائي - ملك سماء الليل بلا منازع
الجهة الراعية: ناسا، معهد علوم التلسكوب الفضائي
الموقع: في المدار، على بعد 1.6 مليون كيلومتر من الأرض
التكلفة: 2,500,000,000 دولار
الاكتمال المتوقع: 2011
ومن المرجح أن يتم إطلاق صاروخ أريان في أغسطس 2011، يليه إطلاقه في غينيا الفرنسية. وسيحمل الصاروخ مرآة من البريليوم والذهب عرضها 6.5 متر، سيتم طيها إلى ثلث حجمها، وستتحمل القوى الهائلة التي ستطبق عليها أثناء الإقلاع. المرآة الأساسية لتلسكوب جيمس ويب الفضائي بحجم مرآبين للسيارات، ولا يوجد صاروخ كبير بما يكفي لحملها مفتوحة. بعد وصول أكبر تلسكوب إلى الفضاء على الإطلاق، ستفتح مرآته على شكل مظلة عملاقة تبلغ مساحتها 223 مترًا مربعًا أثناء انجرافه إلى مداره حول نقطة لاغرانج 2، وهي نقطة تقع على بعد 1.6 مليون كيلومتر من الأرض في مكان تكون فيه قوى الجاذبية ضعيفة جدًا.
سيتم وضع التلسكوب على مسافة بعيدة لأن التلسكوب الذي يعمل بالأشعة تحت الحمراء في هذا الموقع لن يستشعر حرارة الأرض. سوف يراقب جيمس ويب الكون باستخدام كاميرا تعمل بالأشعة تحت الحمراء تشبه المنظار الليلي الذي يستخدمه الجنود لتحديد موقع العدو في الظلام، ولكنها أكثر حساسية. وأي حرارة قريبة من التلسكوب ستُنظر إليها على أنها ضوضاء، ولهذا السبب يتم وضعها بعيدًا عن مدار الأرض. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي على حاجب للشمس ومولدات تبريد لتبريد الأجزاء البصرية إلى درجة حرارة لا تتجاوز 37 درجة مئوية فوق الصفر المطلق. وسيكون التلسكوب حساسًا للغاية في نطاق الأشعة تحت الحمراء، بحيث سيكون قادرًا على اكتشاف النجوم والمجرات التي تنبعث منها عددًا صغيرًا فقط من الفوتونات في الساعة.
ما هي النجوم والمجرات التي ستكون مقتصدة جدًا في استخدام فوتوناتها تحت الحمراء؟ تلك البعيدة جدًا في المكان والزمان.
منذ أن أثبت إدوين هابل في عام 1929 أن المجرات تتحرك مبتعدة عن بعضها البعض، كان السباق على التلسكوبات هو البحث بشكل أعمق في الفضاء لرؤية المزيد من المعالم القديمة. جيمس ويب كبير جدًا وبارد جدًا وحساس لدرجة أنه يستطيع اكتشاف أول الأجسام المضيئة التي تم إنشاؤها بعد الانفجار الكبير. إذا حقق جيمس ويب هذا الهدف، فسنصل إلى نهاية الطريق. لن يتمكن أي تلسكوب سيتم بناؤه في المستقبل من مساعدتنا في رؤية النجوم البعيدة في المكان أو الزمان، لأنه لن يكون هناك أي تلسكوب.
إن التقنيات التي سيستخدمها التلسكوب هي ببساطة لا تصدق - من بينها أجهزة الكشف التي يمكنها استشعار فوتون واحد يسافر مسافة مليارات السنين الضوئية ومرآة يمكنها تغيير شكلها بمقدار 10 نانومتر في المرة الواحدة. مرآة جيمس ويب مصنوعة من البريليوم، وهو معدن صلب للغاية يصعب التعامل معه، ولكنه خفيف جدًا لدرجة أنه سمح بإنشاء مرآة بعرض 6.5 متر ووزنها ثلث وزن مرآة هابل الزجاجية التي يبلغ عرضها 2.4 متر. أهم تلسكوب تم إنشاؤه على الإطلاق. سيتم تغطية المرآة بطبقة من الذهب الخالص بسمك ميكرون واحد، وهو عاكس ممتاز للأشعة تحت الحمراء. بالإضافة إلى التقاط أقدم الأجسام، سيقدم جيمس ويب تصورات للمناطق التي تتشكل فيها أنظمة شمسية جديدة، ويكشف الأدلة على وجود المادة المظلمة والطاقة المظلمة، ويجلب صورًا مذهلة لنبتون وأورانوس. وستكون الأداة الرائدة في عصرها، وركيزة علم الفلك كله.
