انعکاس تازه‌ای از آغاز جهان

  تلسکوپ «جیمز وب» پروژه‌ای 10 میلیارد دلاری است که بعد از 25 سال تلاش ابرمغزهای جهان، چند روز دیگر پرتاب می‌شود تا به ابهامات بزرگ بشر درباره آغاز جهان و شکل‌گیری کیهان پاسخ دهد

 
حدود شش  روز دیگر تا لحظه تاریخی پرتاب تلسکوپ جیمز وب بیشتر باقی نمانده، اتفاقی که می‌تواند سرآغاز یکی از بزرگ ترین دستاوردهای علمی بشر و حتی مهم‌ترین آن‌ها باشد. اگر جهان را با عمری حدود 14 میلیارد سال، به‌ عنوان یک مرد 80 ساله تصور کنید، بشر به ‌لطف امکاناتی مثل تلسکوپ هابل و ماهواره شگفت‌انگیزWMAP  چیزی شبیه   نقشه‌ای از کیهان و ماده موجود در آن دارد که درحدود 380 هزار سال بعد از شروع جهان ساطع شده، یعنی وقتی این پیرمرد 80 ساله فقط یکی دو روز سن داشته است. دانش بشر از آغاز زمان، این ‌که عناصر شکل‌دهنده کیهان چیست؟ لبه و مرز دنیا کجاست و تا چه وقت و کجا انبساط دارد، همه وابسته به‌ همین اطلاعاتی است که از ابزارهای قبلی استخراج و تحلیل شده و هر کدام انقلاب‌هایی در فهم ما از کیهان ایجاد کرده است. اما با پرتاب جیمز وب به‌ منظومه شمسی گام بزرگ دیگری برداشته خواهد شد که به ما اجازه می‌دهد تصویری قدیمی‌تر از جهان داشته باشیم و به سوالات بیشتری پاسخ دهیم. این ‌که تخمین دقیق پیدایش کیهان چه زمانی بوده؟ انفجار اولیه چگونه کیهان و ستاره‌ها را شکل داده ؟ توزیع ماده در جهان ما به‌ چه شکلی است و... اتفاقی است که می‌توان آن‌ را انقلاب چهارم کیهان شناسی دانست. در این پرونده گام‌های بزرگ کیهان‌شناسی را تا امروز بررسی می‌کنیم. به اهمیت این موضوع می‌پردازیم که چرا ماموریت تلسکوپ جیمز وب می‌تواند یکی از بزرگ ترین دستاوردهای بشر باشد و در نهایت نکات جالبی خواهید خواند از پروژه 10 میلیارد دلاری این تلسکوپ که 25 سال گروهی از بزرگ ترین ابرمغزهای جهان را به خود مشغول کرده است.

 

تصویری از بی‌نهایت
انقلاب ‌های کیهان شناسی، از کنجکاوی اولیه بشر تا اختراع تلسکوپ و حالا دوران طلایی ابزارهای فوق ‌پیشرفته  

 
آسمان همیشه برای بشر جذاب و پر از سوال بوده، عمر کنجکاوی بشر درباره آسمان به اندازه عمر تفکر است، بشر از اولین گام‌هایی که توانست دانش را به ‌لطف زبان منتقل کند در پی هم‌افزایی درباره آسمان شگفت ‌انگیزی بود که بالای سرش می‌دید و چون نتیجه‌ای نمی‌گرفت به سمت ساختن اسطوره و افسانه رفت. به ‌مرور دانشمندان شرقی، به ‌ویژه مردم ایران زمین توانستند گام‌های بزرگی را در رصد و درک بهتر آسمان و حرکت اجرامش بردارند اما تلاش قابل تقدیر و شگفت‌انگیز آن‌ها نیازمند ابزارهای قدرتمندی بود که بتواند محاسبات را قوت بخشد. کیهان شناسی یعنی مطالعه کائنات، از تولد ستاره تا سرنوشت احتمالی کیهان و این علم با ظهور تلسکوپ‌ها اولین انقلاب بزرگ علمی را به ‌خود دید. کپرنیک و گالیله گام‌های بزرگی در کیهان‌شناسی برداشتند و انقلاب‌شان با قوانین نیوتن که اصول حاکم بر حرکت اجرام را فرمول‌بندی کرد، تکمیل شد. قوانین نیوتن درباره حرکت، نوع انتقال اجرام آسمانی را قانونمند و پیش‌بینی پذیر کرد اما همچنان تصور بشر از جهان پیرامونش نواقص جدی داشت. انقلاب بعدی در کیهان‌ شناسی سال‌ها بعد رخ داد، ادوین هابل تصور رایج مبنی برسکون جهان را زیر سوال برد و نشان داد کهکشان‌ها با سرعت قابل توجهی در حال دورشدن از هم هستند و به تعبیری جهان در حال انبساط است. این موضوع با نسبیت عام اینشتین مبنی بر این‌ که ساختار فضا و زمان تخت و خطی نیست مطابقت داشت و حالا همه می‌دانستند فضا و زمان دینامیک و خمیده است. به ‌این‌ها تلاش امثال جرج گاموف و همکارانش را برای طرح نظریه «انفجار اولیه» اضافه کنید که توضیحی بر انبساط جهان و دور شدن اجرام آسمانی از هم بود. اما انقلاب سوم در فاصله زمانی کوتاهی از قبلی رخ داد و چیزی نبود جز استفاده از ماهواره‌های فضایی، تلسکوپ‌های پیشرفته و آشکارسازهای امواج گرانشی  که به کمک آن‌ها بشر توانست عمق بیشتری از کیهان را مشاهده کند و به ‌رازهای شگفت‌انگیزی پی ببرد. یکی از دستاوردهای انقلاب سوم کیهان‌ شناسی که بشر را وارد سال‌های طلایی کیهان‌شناسی کرد رصد امواج گرانشی ناشی از انفجار اولیه بود. مجموع این‌ دستاوردها نشان داد جهان ما در حال گسترش است و شتاب انبساط آن کند هم نخواهد شد و کم کم در ادامه این انبساط سردتر و سردتر خواهد شد تا این ‌که به‌ پایان برسد. هابل و کوبه دو تلسکوپی بودند که چشم‌اندازهای بزرگی پیش پای بشر گشودند اما در مسیر دوران طلایی کیهان شناسی این ماهواره WMAP بود که شگفتی‌های آفرینش را به ‌تصویر کشید. اما حالا می‌دانیم جیمز وب از این هم پیشتر خواهد رفت. آیا با این تلسکوپ دوران طلایی به اوج خودش می‌رسد یا انقلاب چهارم را رقم خواهد زد؟ 

 

 انعکاس خلقت با WMAP
پیش از تلسکوپ جیمز وب، این WMAP بود که توانست با دقتی شگفت‌‌انگیز تصویری از ابتدای جهان را ثبت کند که مجله تایم آن را «انعکاس خلقت» خواند

 
ماهواره WMAP در سال 2001 به ‌‌فضا پرتاب شد و در فوریه 2003 توانست جهان را بهت زده کند، چون خروجی دو سال کارش از جهان 14 میلیارد ساله ما،تصویری تنها 380 هزار سال پس از انفجار بزرگ بود. تصاویری حیرت ‌‌انگیز از تابش ریزموج ناشی از انفجار اولیه که مجله تایم آن ‌‌را «انعکاس خلقت» نامید. دستاورد WMAP گذار کیهان‌‌شناسی از نظریه‌‌ها به علوم دقیق و عینی‌‌تر بود. حالا بهتر می‌‌شد فهمید عمر جهان چقدر است و چگونه ساخته شده و تا کجا ادامه دارد. علت این‌‌ که ماهواره‌‌هایی چون WMAP تصویری از کودکی و حتی به ‌‌زودی نوزادی جهان را ثبت می‌‌کنند این است که آسمان شب مانند ماشین زمان عمل می‌‌کند. همان ‌‌طور که می‌‌دانید سرعت شگفت‌‌انگیز نور که برای ما انسان‌‌ها دست‌‌ نیافتنی است در برابر عظمت جهان آفرینش بسیار ناچیز است. پس ما با ابزارهای پیشرفته‌‌مان نور ستارگانی را می‌‌بینیم که میلیاردها سال قبل به ‌‌این شکل بودند نه الان و تازه نورشان به ‌‌ما رسیده است. برای این‌‌ که ذهنیت جالب‌‌تری از ماجرا داشته باشید بد نیست بدانید هربار که به ماه نگاه می‌‌کنید در اصل به تصویر یک دقیقه قبلش نگاه کردید و هربار که خورشید را می‌‌بینید در اصل نوری را می‌‌بینید که حدود 8 دقیقه قبل از خورشید به سمت ما آمده است. حالا تصور کنید وقتی نور ستاره‌‌ای بعد از حدود 14 میلیارد سال به ما رسیده پس فاصله آن با ما چقدر است و جهان در این فاصله که نور تازه به ‌‌ما رسیده چقدر بزرگ تر شده است. با این حساب وقتی WMAP یا در آینده جیمز وب، تصویری از دورترین نقطه جهان را برای ما ثبت می‌‌کنند، ما در اصل با چندین میلیارد سال قبل چشم در چشم شده‌‌ایم. بر اساس همین اطلاعات که از WMAP  به ‌‌دست آمده است سن کیهان را 7/13 میلیارد سال تخمین می‌‌زنند اما عمر جهان تنها چیزی نیست که ابزارهای فوق پیشرفته برای بشر مشخص می‌‌کنند. WMAP نشان داد که ماده قابل مشاهده در جهان تنها 4 درصد از مجموع تمام ماده و انرژی جهان را تشکیل می‌‌دهد و 96 درصد از آن منشأ ناشناخته‌‌ای دارد. براساس یافته‌‌های WMAP ،  23درصد جهان از ماده‌‌ای عجیب و ناشناخته به ‌‌نام «ماده ‌‌تاریک» ساخته شده که با وجود داشتن وزن و حضور در تمام کیهان، اما کاملاً نامرئی است. این ماده تاریک آن ‌‌قدر زیاد است که تنها در کهکشان راه‌‌ شیری، وزن آن بیش از 10 برابر مجموع وزن ستاره‌‌های مرئی است و وجود آن براساس اعوجاجی که در نور ستارگان ایجاد می‌‌کند، قابل تشخیص است. با این حساب است که ماموریت مهم جیمز وب را در ادامه مسیری که تلسکوپ‌‌هایی چون هابل و WMAP داشتند بهتر درک می‌‌کنیم چون رازهای کیهان بسیار زیاد است.

 

 جاه‌‌‌طلبانه ‌‌‌ترین پروژه علمی بشر
دستاوردهای تلسکوپ‌‌‌ های قبلی سوالات زیادی برای دانشمندان ایجاد کرد و ضرورت طراحی یک تلسکوپ جدید را با قابلیت ‌‌‌های متفاوت بالا برد؛ نتیجه کار شد جیمز وب
تلسکوپ فضایی جیمز وب که به آن تفجو هم می‌گویند جانشین اصلی تلسکوپ هابل است که برای پاسخ به سؤالات  مهم درباره کیهان و اکتشافات مهم در همه زمینه های نجوم طراحی شده است. در ادامه با ویژگی‌‌‌ها و ماموریت این تلسکوپ فضایی بیشتر آشنا خواهید شد.   جیمز وب فضایی دورتر از زمین، از شکل گیری ستارگان و سیارات تا تولد اولین کهکشان ها در اوایل جهان را به ما نشان خواهد داد و ساخت آن یک مشارکت بین المللی بین ناسا، ESA و CSA (آژانس فضایی کانادا و آژانس فضایی اروپا) است و به افتخار جیمز ای. وب، که از سال ۱۹۶۱ تا ۱۹۶۸ به ‌عنوان مدیر ناسا مشغول کار بوده و نقش مهمی در برنامه فضایی آپولو داشته، به این اسم نام‌گذاری شده ‌است.قرار است این تلسکوپ روی یک پرتابگر به نام آریان 5 از فرودگاه فضایی اروپا در گویان فرانسه پرتاب شود.

  از هابل تا تلسکوپ فضایی نسل بعدی
تلسکوپ فضایی جیمز وب در ابتدا «تلسکوپ فضایی نسل بعدی» یا NGST نام داشت زیرا این تلسکوپ در ادامه اکتشافات علمی آغاز شده توسط تلسکوپ فضایی هابل ساخته‌ شده‌ است. اکتشافات هابل و سایر تلسکوپ ها، انقلابی در نجوم ایجاد و سوالات جدیدی را مطرح کرده است که نیازمند تلسکوپ جدید، متفاوت و قدرتمندتری است. وب همچنین فناوری های جدیدی مانند آینه اولیه سبک وزن و قابل استقرار را دارد که راه را برای ماموریت های آینده هموار می‌کند.  

  چرا جیمز وب از هابل بهتر است؟
وب به گونه‌‌‌ای طراحی شده است که عمق فضا را رصد کند تا اولین ستارگان و کهکشان‌‌‌های تشکیل شده در کیهان را ببیند و به اعماق ابرهای گرد و غبار نگاه کند تا شکل گیری ستارگان و سیارات را مطالعه کند.برای انجام این کار، وب یک آینه اولیه بسیار بزرگ تر از هابل خواهد داشت (2.7 برابر قطر یا حدود 6 برابر مساحت) که به آن قدرت جمع‌‌‌آوری نور بیشتری می‌‌‌دهد. همچنین دارای ابزارهای مادون قرمز با پوشش طول موج طولانی‌تر و حساسیت بهبود یافته نسبت به هابل خواهد بود. این ویژگی‌ها باعث خواهد شد که وب بسیار دورتر از زمین قرار گیرد و دمای عملیاتی بسیار سرد (حدود منفی 200 درجه)، نشانه گیری ثابت و کارایی رصدی بالاتری نسبت به هابل که در مدار زمین می‌چرخد، داشته باشد.

 صفر تا 100 ماموریت وب
ساخت تلسکوپ جیمز وب در سال ۱۹۹۶ برای پرتاب در سال ۲۰۰۷ آغاز شد اما  این پروژه تأخیرهای زیاد و هزینه‌های بالایی داشت و در سال ۲۰۰۵ طراحی دوباره شد. ساخت وب در اواخر سال ۲۰۱۶ تکمیل شد و در مرحله آزمایش قرار گرفت. در ماه مارس ۲۰۱۸، ناسا پس از انفجار آفتاب‌گیر تلسکوپ در زمان شبیه‌سازی پرتاب، ارسال را به تأخیر انداخت و ارسال جدید برای ۲۰۲۱ برنامه‌ریزی شد. ناسا تاریخ جدید پرتاب تلسکوپ فضایی جیمز وب را 22 اکتبر ۲۰۲۱ اعلام کرد. تاکنون این پروژه 10 میلیارد دلار هزینه برای ناسا به همراه داشته ‌است.Webb به گونه ای طراحی شده است که طول عمر ماموریت خود را حداقل 1.2 تا5 سال پس از پرتاب داشته باشد. طول عمر هر تلسکوپ در نهایت با مقدار سوختی که برای حفظ مدار استفاده  شده و عملکرد مناسب در مدار فضاپیما و ابزار محدود می‌‌‌شود. با توجه به تمام شرایط محاسبه شده، وب برای یک عمر 10 ساله سوخت دارد.این تلسکوپ داده‌‌‌های علمی و مهندسی را با استفاده از فرستنده رادیویی با فرکانس بالا به زمین ارسال می‌کند. آنتن ‌های رادیویی بزرگ که بخشی از شبکه فضایی عمیق ناسا هستند، سیگنال‌ها را دریافت می کنند و به مرکز علوم و عملیات وب در موسسه علمی تلسکوپ فضایی در بالتیمور ارسال خواهند کرد و در آن جا مطالعه و بررسی خواهند شد.

 

منبع: خراسان

26 آذر, 1400 18:56