تلسکوپ جیمز وب: سفری به آغاز کیهان و کشف حیات

مقدمه

آیا تا به حال به آسمان شب نگاه کرده‌اید و از خود پرسیده‌اید که اولین ستاره‌های جهان چه شکلی بودند؟ یا اینکه آیا ما در این کیهان بی‌انتها تنها هستیم؟ این پرسش‌ها قرن‌هاست که ذهن بشر را به خود مشغول کرده، اما امروز با تلسکوپ فضایی جیمز وب، نزدیک‌تر از هر زمان دیگری به یافتن پاسخ‌ها هستیم.

تلسکوپ جیمز وب، قدرتمندترین چشم بشر در فضا، با دریافت نوری که میلیاردها سال در راه بوده، دوران نوزادی کیهان را در مقابل چشمان ما قرار می‌دهد. این شاهکار مهندسی که در دسامبر ۲۰۲۱ به فضا پرتاب شد، حاصل ۲۵ سال تلاش، ۱۰ میلیارد دلار سرمایه‌گذاری و همکاری بیش از ۱۵ کشور است.

در این مقاله جامع، شما با تمام ابعاد این رصدخانه فضایی آشنا خواهید شد: از تاریخچه پرفرازونشیب ساختش گرفته تا جدیدترین کشفیاتش در سال ۲۰۲۵، از مقایسه با تلسکوپ هابل تا جستجوی نشانه‌های حیات در سیارات فراخورشیدی. چگونه این تلسکوپ توانسته کهکشان‌های ۱۳.۵ میلیارد ساله را ببیند؟ چرا از فناوری فروسرخ استفاده می‌کند؟ و مهم‌تر از همه، چه کشفیات خیره‌کننده‌ای در سال ۲۰۲۵ به ثبت رسانده است؟

همراه ما باشید تا ببینیم چگونه جیمز وب، درک ما از جهان را برای همیشه تغییر داده و چه آینده‌ای در انتظار این ماشین زمان واقعی است.

جیمز وب: قدرتمندترین چشم بشر در کیهان

تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) بزرگ‌ترین، قدرتمندترین و پیچیده‌ترین رصدخانه فضایی است که تاکنون برای کاوش در اعماق کیهان ساخته شده است. این پروژه یک همکاری بین‌المللی بین ناسا، آژانس فضایی اروپا (ESA) و آژانس فضایی کانادا (CSA) است که به عنوان جانشین علمی تلسکوپ‌های افسانه‌ای هابل و اسپیتزر طراحی شده است.

برخلاف تلسکوپ هابل که عمدتاً نور مرئی و فرابنفش را رصد می‌کند، جیمز وب به طور ویژه برای مشاهده در طیف فروسرخ (مادون قرمز) با طول موج ۰.۶ تا ۲۸.۳ میکرومتر طراحی شده است. این قابلیت منحصربه‌فرد به تلسکوپ اجازه می‌دهد تا از میان ابرهای غبار کیهانی که نور مرئی را مسدود می‌کنند عبور کرده و ستارگان و سیارات در حال شکل‌گیری را مشاهده کند.

ویژگی دیگر جیمز وب، توانایی رصد نور کهکشان‌های بسیار دوری است که به دلیل انبساط جهان دچار پدیده تغییر مکان به سرخ (Redshift) شده‌اند. این یعنی وب می‌تواند نخستین ستاره‌ها و کهکشان‌هایی را ببیند که بیش از ۱۳.۵ میلیارد سال پیش، تنها چند صد میلیون سال پس از مه‌بانگ شکل گرفته‌اند.

آینه عظیم با قطر ۶.۵ متر جیمز وب از ۱۸ بخش شش‌ضلعی با روکش طلا ساخته شده که قدرت جمع‌آوری نور آن تقریباً ۶ برابر هابل است. این تلسکوپ در نقطه لاگرانژی دوم (L2) در فاصله ۱.۵ میلیون کیلومتری از زمین مستقر شده تا از گرما و تداخل نوری زمین، ماه و خورشید در امان بماند.

چهار هدف اصلی علمی جیمز وب عبارتند از:

1. جست‌وجوی نخستین درخشش‌ها: یافتن اولین ستاره‌ها و کهکشان‌های اولیه

2. تکامل کهکشان‌ها: مطالعه چگونگی شکل‌گیری و تکامل کهکشان‌ها

3. تولد ستاره‌ها و منظومه‌ها: نفوذ به درون ابرهای غبار برای مشاهده زایشگاه‌های ستاره‌ای

4. منشأ حیات و سیارات فراخورشیدی: مطالعه جو سیارات دیگر برای جستجوی نشانه‌های حیات

تلسکوپ جیمز وب در واقع مانند یک ماشین زمان عمل می‌کند؛ زیرا با دریافت نوری که میلیاردها سال در راه بوده، تصویری از دوران نوزادی کیهان را در مقابل چشمان دانشمندان قرار می‌دهد.

علت نام‌گذاری تلسکوپ فضایی جیمز وب چیست؟

نام این تلسکوپ به افتخار جیمز ئی. وب (James E. Webb) انتخاب شده است که دومین مدیر ناسا بود و از سال ۱۹۶۱ تا ۱۹۶۸ این سازمان را رهبری کرد. جیمز وب نقش کلیدی در برنامه‌های فضایی آپولو داشت و به لطف مدیریت هوشمندانه او، ناسا توانست انسان را به ماه برساند.

وب نه تنها یک مدیر توانمند بود، بلکه از پیشگامان حمایت از علم فضایی محض بود. او معتقد بود که کاوش فضایی باید فراتر از رقابت‌های سیاسی، در خدمت گسترش دانش بشری باشد. به همین دلیل، نام‌گذاری این تلسکوپ به افتخار او، نمادی از تعهد ناسا به اکتشافات علمی بلندمدت است.

انتخاب این نام در سال ۲۰۰۲ توسط مدیر وقت ناسا، شان اوکیف، انجام شد تا از میراث یکی از بزرگ‌ترین چهره‌های تاریخ فضانوردی قدردانی شود.

تاریخچه ساخت تلسکوپ جیمز وب

آغاز پروژه (۱۹۸۹-۱۹۹۶): از رویا تا طرح اولیه

تاریخچه تلسکوپ جیمز وب به اواخر دهه ۱۹۸۰ برمی‌گردد، زمانی که دانشمندان درحالی که هنوز تلسکوپ هابل آماده پرتاب نشده بود، درباره جانشین آن فکر می‌کردند. بین سال‌های ۱۹۸۹ تا ۱۹۹۴، پیشنهاد‌های اولیه برای ساخت نسل بعدی تلسکوپ‌های فضایی مطرح شد.

در سال ۱۹۹۶، این پروژه رسماً با نام NGST کلید خورد. در آن زمان، اهداف پروژه بسیار جاه‌طلبانه اما به ظاهر ساده بود: ساخت تلسکوپی با آینه ۸ متری و بودجه تخمینی تنها ۵۰۰ میلیون دلار. البته همان‌طور که بعدها مشخص شد، این برآورد بسیار خوش‌بینانه بود.

دانشمندان می‌خواستند تلسکوپی بسازند که بتواند به دوران‌های بسیار دورتر از توانایی هابل نگاه کند و رازهای کهکشان‌های اولیه را فاش سازد. برای این کار، تمرکز بر طیف فروسرخ ضروری بود، زیرا نور ستاره‌های بسیار دور به دلیل انبساط جهان به این طیف منتقل می‌شود.

بحران‌های بودجه‌ای (۲۰۱۱): آیا پروژه لغو می‌شد؟

در سال ۲۰۰۲، ناسا به پاس خدمات دومین مدیر خود، نام پروژه را به تلسکوپ فضایی جیمز وب تغییر داد. در همان سال، قراردادی ۸۲۴.۸ میلیون دلاری با شرکت TRW برای طراحی آینه ۶.۱ متری منعقد شد. کمی بعد، شرکت نورثروپ گرامن با خرید TRW، پیمانکار اصلی پروژه شد.

اما مسیر ساخت جیمز وب هرگز صاف و ساده نبود. در سال ۲۰۰۵، به دلیل افزایش شدید هزینه‌ها، پروژه تحت بازنگری و طراحی مجدد قرار گرفت که منجر به تأخیرهای قابل توجهی شد.

بحران اصلی در سال ۲۰۱۱ رخ داد. بودجه پروژه از ۵۰۰ میلیون دلار اولیه به بیش از ۸ میلیارد دلار رسیده بود و مجلس نمایندگان ایالات متحده به دلیل هزینه‌های سرسام‌آور و سوءمدیریت، طرح لغو کامل پروژه را پیشنهاد داد.

این خبر مانند یک زنگ خطر در جامعه علمی جهان طنین‌انداز شد. صدها دانشمند، دانشگاه‌ها و سناتورهای آمریکایی به دفاع از پروژه پرداختند و استدلال کردند که لغو جیمز وب نه تنها میلیاردها دلار سرمایه‌گذاری را از بین می‌برد، بلکه رهبری علمی آمریکا در عرصه فضا را به خطر می‌اندازد.

در نهایت، کنگره آمریکا با فشار جامعه علمی، بودجه تکمیل پروژه را تا سقف ۸ میلیارد دلار (فقط برای بخش ساخت) تأیید کرد و پروژه از نابودی نجات یافت. این تصمیم یکی از لحظات سرنوشت‌ساز در تاریخ اکتشافات فضایی بود.

پرتاب تاریخی (۲۵ دسامبر ۲۰۲۱): از گویان فرانسه به اعماق فضا

پس از غلبه بر بحران‌های مالی، مراحل ساخت و آزمایش با سرعت بیشتری ادامه یافت:

• در نوامبر ۲۰۱۵، مونتاژ ۱۸ بخش آینه اصلی آغاز شد و در فوریه ۲۰۱۶ به پایان رسید.

• در نوامبر ۲۰۱۶، ساخت کامل تلسکوپ نهایی شد و وارد فاز فشرده آزمایش‌های محیطی و لرزشی گردید.

• در سال ۲۰۱۸، حادثه‌ای غیرمنتظره رخ داد: هنگام تمرین باز شدن سپر خورشیدی، پارگی‌هایی در لایه‌ها ایجاد شد که باعث تأخیر مجدد شد.

• در سال ۲۰۲۰، شیوع ویروس کووید-۱۹ بار دیگر سرعت کار را کاهش داد و پرتاب از مارس ۲۰۲۱ به دسامبر همان سال موکول شد.

سرانجام در ۲۵ دسامبر ۲۰۲۱ (۴ دی ۱۴۰۰)، لحظه تاریخی فرا رسید. تلسکوپ جیمز وب با موشک آریان ۵ از پایگاه فضایی گویان فرانسه به فضا پرتاب شد. میلیون‌ها نفر در سراسر جهان این لحظه را زنده تماشا کردند و نفس‌های خود را حبس کرده بودند.

پس از پرتاب موفق، یک فرآیند ۲۹ روزه و بسیار پیچیده آغاز شد: جیمز وب باید در حین سفر به سمت نقطه L2، خودش را مانند یک اورگامی باز می‌کرد. این فرآیند شامل ۳۴۴ نقطه شکست تک‌عضوی بود که اگر حتی یکی از آن‌ها با خطا مواجه می‌شد، کل مأموریت شکست می‌خورد.

خوشبختانه، همه چیز طبق برنامه پیش رفت. سپر خورشیدی باز شد، آینه‌ها به جای خود قرار گرفتند و در نهایت جیمز وب در فاصله ۱.۵ میلیون کیلومتری زمین مستقر شد.

این پروژه که در ابتدا با بودجه‌ای اندک تصور می‌شد، در نهایت با هزینه‌ای بالغ بر ۱۰ میلیارد دلار و مشارکت بیش از ۱۵ کشور به سرانجام رسید تا به قدرتمندترین چشم بشر در اعماق کیهان تبدیل شود.

مشخصات فنی و طراحی منحصربه‌فرد جیمز وب

در ادامه، مهم‌ترین ویژگی‌های فنی و طراحی تلسکوپ فضایی جیمز وب را به‌صورت خلاصه و قابل‌فهم مرور می‌کنیم؛ ویژگی‌هایی که این رصدخانه را به پیشرفته‌ترین ابزار اخترشناسی تاریخ بشر تبدیل کرده‌اند.

مشخصات کلیدی

آینهٔ اولیه
آینهٔ اصلی JWST قطری مؤثر حدود ۶.۵ متر دارد و از ۱۸ قطعهٔ شش‌ضلعی ساخته شده است. این قطعات از فلز بریلیم ساخته و با لایه‌ای بسیار نازک از طلا پوشانده شده‌اند تا بازتاب نور در طیف فروسرخ بهینه شود. طراحی قطعه‌ای آینه امکان تا شدن درون موشک و باز شدن دقیق آن در فضا را فراهم کرده است.

سطح جمع‌آوری نور
سطح مؤثر جمع‌آوری نور آینه حدود ۲۵ متر مربع است؛ بیش از شش برابر تلسکوپ هابل، که به JWST اجازه می‌دهد نور بسیار ضعیف اجرام دوردست را ثبت کند.

بازهٔ طول‌موج عملیاتی
جیمز وب در بازه‌ای حدود ۰.۶ تا ۲۸.۵ میکرومتر فعالیت می‌کند و فروسرخ نزدیک تا فروسرخ میانی را پوشش می‌دهد؛ بازه‌ای حیاتی برای مشاهده جهان اولیه و اجرام سرد.

جرم کلی هنگام پرتاب
جرم کل تلسکوپ در زمان پرتاب حدود ۶,۲۰۰ تا ۶,۵۰۰ کیلوگرم بوده که شامل سازه، ابزارها و ذخیره سوخت می‌شود.

محل استقرار در فضا
JWST در مدار هاله‌ای اطراف نقطه لاگرانژی دوم زمین–خورشید (L2)، در فاصله حدود ۱.۵ میلیون کیلومتری زمین قرار دارد؛ موقعیتی که پایداری حرارتی و دید رصدی پیوسته را ممکن می‌سازد.

طراحی‌های منحصربه‌فرد و فنی

آینهٔ بخش‌بندی‌شده و کنترل موج‌جبهه
هر قطعه آینه به عملگرهای بسیار دقیق مجهز است که امکان تنظیم نانومتری موقعیت و انحنا را فراهم می‌کنند. این سامانه باعث می‌شود ۱۸ قطعه مانند یک آینهٔ واحد و با وضوح نزدیک به حد پراش (diffraction-limited) عمل کنند.

سپر خورشیدی پنج‌لایه
سپر خورشیدی عظیم JWST با ابعاد تقریبی ۲۱ × ۱۴ متر، از پنج لایه مادهٔ کاپتون ساخته شده و تابش حرارتی خورشید، زمین و ماه را مسدود می‌کند. این سپر دمای ابزارهای نزدیک‌فروسرخ را به حدود ۳۵ تا ۴۰ کلوین می‌رساند.

سامانهٔ سرمایش پیشرفته MIRI
ابزار فروسرخ میانی (MIRI) به یک خنک‌کنندهٔ فعال مجهز است که دمای آن را به حدود ۶ تا ۷ کلوین کاهش می‌دهد؛ شرطی ضروری برای آشکارسازی سیگنال‌های بسیار ضعیف فروسرخ.

ابزارهای علمی اصلی
چهار ابزار علمی پیشرفته، توان رصدی JWST را شکل می‌دهند:

• NIRCam: تصویربرداری فروسرخ نزدیک

• NIRSpec: طیف‌سنجی فروسرخ نزدیک با امکان رصد هم‌زمان صدها جرم

• MIRI: تصویربرداری و طیف‌نگاری فروسرخ میانی

• FGS/NIRISS: هدایت دقیق و قابلیت‌های ویژه طیف‌نگاری و تصویربرداری

فناوری Microshutter در NIRSpec
شبکه‌ای از دریچه‌های میکروسکوپی امکان می‌دهد طیف صدها جرم آسمانی به‌طور هم‌زمان ثبت شود؛ قابلیتی منحصربه‌فرد که JWST را از تمام تلسکوپ‌های پیشین متمایز می‌کند.

دقت تفکیک بالا
در طول‌موج‌های نزدیک‌فروسرخ، وضوح زاویه‌ای JWST بهتر از حدود ۰.۱ ثانیه قوسی است و در برخی کانال‌ها تا حدود ۱.۱ میکرون به حد پراش می‌رسد.

در مجموع، طراحی تلسکوپ جیمز وب نتیجه دهه‌ها پیشرفت در مهندسی اپتیک، کنترل حرارتی و فناوری فروسرخ است؛ مجموعه‌ای هماهنگ که همگی برای یک هدف ساخته شده‌اند: دیدن جهانِ سرد، دور و نخستین.
این مشخصات فنی، جیمز وب را نه فقط یک تلسکوپ، بلکه یک رصدخانه فضایی بی‌رقیب برای پاسخ به بنیادی‌ترین پرسش‌های کیهان‌شناسی کرده‌اند.

جیمز وب در مقابل هابل: مقایسه دو نسل اکتشاف

تفاوت‌های اساسی: طیف نور، قدرت و موقعیت

تلسکوپ فضایی هابل از سال ۱۹۹۰ تا به امروز، دید ما از جهان را به طرز شگفت‌انگیزی تغییر داده است. اما جیمز وب نه برای رقابت، بلکه برای تکمیل و گسترش یافته‌های هابل طراحی شده است. بیایید تفاوت‌های کلیدی این دو غول نجوم را بررسی کنیم:

۱. طیف نوری:

• هابل: عمدتاً در نور مرئی، فرابنفش و بخش کوچکی از فروسرخ نزدیک (۰.۱ تا ۱.۷ میکرومتر) کار می‌کند

• جیمز وب: کاملاً بر طیف فروسرخ نزدیک و میانی (۰.۶ تا ۲۸.۳ میکرومتر) متمرکز است

این تفاوت به جیمز وب اجازه می‌دهد از میان ابرهای غبار کیهانی که نور مرئی را مسدود می‌کنند عبور کند و اجرام پنهان را مشاهده کند.

۲. اندازه آینه:

• هابل: آینه یکپارچه با قطر ۲.۴ متر

• جیمز وب: آینه بخش‌بندی‌شده با قطر ۶.۵ متر (مساحت جمع‌آوری نور تقریباً ۶ برابر)

آینه بزرگ‌تر یعنی جمع‌آوری نور بیشتر و توانایی رصد اجرام کم‌نورتر و دورتر.

۳. موقعیت مکانی:

• هابل: در مدار نزدیک زمین در ارتفاع ۵۵۰ کیلومتری

• جیمز وب: در نقطه لاگرانژی L2 در فاصله ۱.۵ میلیون کیلومتری

موقعیت هابل به فضانوردان اجازه داده که ۵ بار آن را تعمیر و ارتقا دهند، اما جیمز وب به دلیل دوری، غیرقابل تعمیر است.

۴. دما:

• هابل: در دمای معمولی کار می‌کند

• جیمز وب: باید در دمای زیر ۵۰ کلوین (منفی ۲۲۳ درجه) باقی بماند

۵. حساسیت: جیمز وب می‌تواند اجرامی را ببیند که تا ۱۰۰ برابر از اجرامی که هابل می‌بیند کم‌نورترند.

توانایی جیمز وب در رصد نخستین دوره‌های تاریخ کیهان

یکی از پرسش‌های کلیدی درباره تلسکوپ جیمز وب این است که چگونه می‌تواند اجرامی را مشاهده کند که به نخستین دوره‌های شکل‌گیری جهان تعلق دارند. پاسخ این توانایی در پدیده‌ای فیزیکی به نام انتقال به سرخ (Redshift) نهفته است.

با انبساط مداوم جهان، خودِ فضا کشیده می‌شود و نوری که از کهکشان‌های بسیار دور به سمت ما حرکت می‌کند، در مسیر خود دچار کشیدگی طول موج می‌شود. در نتیجه:

• طول موج نور افزایش می‌یابد

• نور از بازهٔ مرئی خارج می‌شود

• و به ناحیهٔ فروسرخ طیف الکترومغناطیسی منتقل می‌گردد

هرچه یک کهکشان دورتر باشد و نور آن مدت زمان بیشتری در فضای در حال انبساط حرکت کرده باشد، مقدار انتقال به سرخ آن بیشتر است و بخش بزرگ‌تری از نورش در فروسرخ قرار می‌گیرد.

بر همین اساس:

• تلسکوپ هابل عمدتاً قادر به رصد کهکشان‌هایی است که چند میلیارد سال پس از آغاز جهان شکل گرفته‌اند.

• تلسکوپ جیمز وب می‌تواند کهکشان‌هایی را مشاهده کند که در نخستین چندصد میلیون سال پس از مهبانگ پدید آمده‌اند، یعنی زمانی که جهان هنوز در مراحل ابتدایی تکامل خود بوده است.

به این ترتیب، جیمز وب امکان مشاهده نور اجرامی را فراهم می‌کند که میلیاردها سال در فضا سفر کرده‌اند و تصویری از وضعیت کیهان در گذشته‌های بسیار دور را در اختیار ما می‌گذارند؛ گذشته‌ای که پیش از این از دسترس ابزارهای رصدی خارج بود.

ارتباط تلسکوپ‌های جیمز وب با هابل؛ مکمل یا جایگزین؟

تلسکوپ جیمز وب جایگزین هابل نیست، بلکه مکمل جانشین علمی آن به شمار می‌آید. تفاوت این دو مفهوم مهم است:
جانشین به معنای ادامه‌دهنده مسیر علمی با فناوری پیشرفته‌تر است، نه حذف ابزار قبلی. به همین دلیل، ناسا و شرکای بین‌المللی از ابتدا تأکید کرده‌اند که هابل و جیمز وب مکمل یکدیگرند، نه رقیب.

تلسکوپ هابل همچنان:

• در مدار نزدیک زمین فعال است

• در نور مرئی و فرابنفش رصد می‌کند

• تصاویر واضح و نزدیک به دید انسان از کیهان ثبت می‌کند

• برای بررسی پدیده‌های متغیر و پویا، مانند طوفان‌های سیاره‌ای یا انفجارهای ستاره‌ای، بسیار مناسب است

در مقابل، تلسکوپ جیمز وب:

• به دوران‌های بسیار اولیه کیهان نگاه می‌کند

• قادر است از میان ابرهای غبار کیهانی عبور کند

• ترکیب شیمیایی ستارگان، کهکشان‌ها و سیارات فراخورشیدی را تحلیل می‌کند

• جزئیات بی‌سابقه‌ای از جو سیارات فراخورشیدی ارائه می‌دهد

همکاری در عمل

در بسیاری از پروژه‌های علمی، این دو تلسکوپ هم‌زمان به کار گرفته می‌شوند. برای مثال، هابل یک کهکشان را در نور مرئی تصویربرداری می‌کند و جیمز وب همان کهکشان را در طول‌موج فروسرخ بررسی می‌کند. ترکیب این داده‌ها، تصویری کامل‌تر و عمیق‌تر از ساختار، سن و ترکیب آن کهکشان به دانشمندان می‌دهد.
هابل و جیمز وب مانند دو ابزار دید متفاوت عمل می‌کنند؛ یکی جهان را در نوری که برای ما آشناست نشان می‌دهد و دیگری لایه‌های پنهان کیهان را آشکار می‌کند. کنار هم، این دو تلسکوپ نه‌تنها تصویر زیباتری، بلکه درک عمیق‌تری از تاریخ و ساختار جهان در اختیار ما می‌گذارند.

تصاویر گرفته شده توسط جیمز وب

اولین تصاویر تمام‌رنگی

پس از پرتاب موفقیت‌آمیز در دسامبر ۲۰۲۱ و گذراندن مراحل کالیبراسیون و تنظیم دقیق آینه‌ها، جیمز وب فعالیت‌های علمی خود را در ژوئیه ۲۰۲۲ آغاز کرد.

در ۱۲ ژوئیه ۲۰۲۲، ناسا و شرکای بین‌المللی آن، نخستین تصاویر تمام‌رنگی این تلسکوپ را رسماً منتشر کردند. این تصاویر شامل:

۱. زمینه ژرف SMACS 0723: این تصویر عمیق‌ترین و دقیق‌ترین نمای فروسرخ از جهان اولیه را که تا آن زمان ثبت شده بود، به نمایش گذاشت. در این یک تصویر، هزاران کهکشان دیده می‌شوند که برخی بیش از ۱۳.۵ میلیارد سال قدمت دارند.

۲. سحابی کارینا (Carina Nebula): تصویری خیره‌کننده از یک زایشگاه ستاره‌ای که نشان می‌دهد ستارگان نوزاد چگونه از ابرهای غبار متولد می‌شوند.

۳. سحابی حلقه جنوبی (Southern Ring Nebula): تصویر دقیقی از یک ستاره در حال مرگ که لایه‌های گاز خود را به فضا پرتاب کرده است.

۴. گروه کهکشانی استفان (Stephan's Quintet): تصویری از پنج کهکشان که در حال برخورد و تعامل با یکدیگر هستند.

این تصاویر نه تنها زیبا بودند، بلکه سرشار از داده‌های علمی ارزشمند بودند که درک ما از کیهان را برای همیشه تغییر دادند.

چگونه تصاویر مادون قرمز به رنگ تبدیل می‌شوند؟

یک سؤال رایج این است: اگر جیمز وب در طیف فروسرخ که برای چشم انسان نامرئی است کار می‌کند، پس چرا تصاویرش رنگی هستند؟

پاسخ این است که رنگ‌ها مصنوعی و انتخابی هستند. فرآیند تولید این تصاویر به شرح زیر است:

۱. ثبت داده در طیف فروسرخ: دوربین‌های جیمز وب داده را در طول موج‌های مختلف فروسرخ (که چشم انسان نمی‌بیند) جمع‌آوری می‌کنند.

۲. تخصیص رنگ: دانشمندان به هر طول موج، یک رنگ قابل مشاهده اختصاص می‌دهند:

• طول موج‌های کوتاه‌تر (فروسرخ نزدیک) → آبی یا سبز

• طول موج‌های میانی → زرد یا نارنجی

• طول موج‌های بلندتر (فروسرخ دور) → قرمز

۳. ترکیب تصاویر: چندین تصویر با فیلترهای مختلف گرفته می‌شود و سپس روی هم قرار می‌گیرند تا یک تصویر تمام‌رنگی ایجاد کنند.

هدف: این رنگ‌ها نه تنها برای زیبایی بصری، بلکه برای تمایز علمی هستند. رنگ‌های مختلف نشان می‌دهند که کدام بخش‌ها گرم‌ترند، کدام سردتر، کدام بخش‌ها دارای گاز و غبار بیشترند و کدام ستارگان جوان‌تر یا پیرتر هستند.

بنابراین، تصاویر جیمز وب هم هنر هستند و هم علم: زیبایی بصری که با داده‌های علمی دقیق ترکیب شده است.

نقش تصاویر در انقلاب علم نجوم

تصاویر جیمز وب نه تنها آثار هنری خیره‌کننده هستند، بلکه ابزارهای علمی قدرتمند هستند که نجوم را متحول کرده‌اند:

۱. دیدن درون غبار: با عبور از ابرهای غبار کیهانی که نور مرئی را مسدود می‌کنند، جیمز وب به دانشمندان اجازه داده تا:

• زایشگاه‌های ستاره‌ای را از نزدیک ببینند

• فرآیند تولد ستارگان را مستقیماً مشاهده کنند

• دیسک‌های سیاره‌ای در حال شکل‌گیری را رصد کنند

۲. مشاهده جو سیارات فراخورشیدی: برای اولین بار، دانشمندان می‌توانند:

• ترکیب شیمیایی جو سیارات دیگر را تشخیص دهند

• آب، متان، دی‌اکسید کربن و گازهای دیگر را شناسایی کنند

• به دنبال نشانه‌های حیات بگردند

۳. کشف پدیده‌های جدید:

• شفق‌های قطبی در مشتری و نپتون

• جت‌های عظیم ستاره‌ای که چندین سال نوری امتداد دارند

• کهکشان‌های بسیار دور که نظریه‌ها را به چالش می‌کشند

۴. تأیید نظریه‌ها یا رد آن‌ها: تصاویر جیمز وب نشان داده‌اند که:

• برخی مدل‌های شکل‌گیری کهکشان‌ها اشتباه بودند

• سیاره‌ها می‌توانند در شرایطی شکل بگیرند که فکر نمی‌کردیم ممکن باشد

• جهان اولیه پیچیده‌تر از آنچه تصور می‌شد بوده است

۵. الهام‌بخشی برای نسل آینده: تصاویر زیبای جیمز وب دانش‌آموزان و علاقه‌مندان را به علم، فناوری، مهندسی و ریاضیات ترغیب می‌کنند و نسل آینده دانشمندان را پرورش می‌دهند.

تصاویر جیمز وب مانند یک عینک مادون قرمز جادویی هستند؛ در حالی که تلسکوپ‌های قبلی فقط دیوارهای مه‌آلود غبار را می‌دیدند، جیمز وب با این عینک می‌تواند مستقیم به درون این دیواره‌ها نگاه کند و نوزادان ستاره‌ای را در حال متولد شدن تماشا کند.

آینده تلسکوپ جیمز وب؛ چشم‌انداز سال‌های پیش رو

عمر عملیاتی تلسکوپ جیمز وب

در طراحی اولیه، عمر مأموریت تلسکوپ جیمز وب حداقل ۵ سال و هدف‌گذاری مطلوب آن ۱۰ سال در نظر گرفته شده بود. با این حال، پرتاب بسیار دقیق موشک آریان ۵ باعث شد تلسکوپ برای رسیدن به مدار عملیاتی خود سوخت کمتری مصرف کند.

بر اساس برآوردهای جدید ناسا، جیمز وب می‌تواند بیش از ۲۰ سال فعال بماند و حتی تا دهه ۲۰۴۰ میلادی به مأموریت علمی خود ادامه دهد.

عوامل محدودکننده طول عمر

با وجود این چشم‌انداز مثبت، چند عامل می‌توانند عملکرد بلندمدت تلسکوپ را تحت تأثیر قرار دهند:

۱. سوخت مانوری: مهم‌ترین محدودیت عملیاتی برای حفظ موقعیت و جهت‌گیری دقیق در مدار L2.
۲. برخورد ریزشهاب‌سنگ‌ها: برخورد ثبت‌شده در مه ۲۰۲۲ نشان داد که این خطر وجود دارد، هرچند آسیب ایجادشده جزئی بود.
۳. فرسایش تدریجی سامانه‌های الکترونیکی: تابش‌های کیهانی در بلندمدت می‌توانند باعث افت کارایی آشکارسازها شوند.

با این حال، برنامه‌ریزی مأموریت به‌گونه‌ای انجام شده که حداکثر بهره‌ی علمی در طول عمر تلسکوپ حاصل شود.

اولویت‌های علمی در سال‌های آینده

جیمز وب در ادامه‌ی مأموریت خود بر برخی از بنیادی‌ترین موضوعات کیهان‌شناسی تمرکز خواهد داشت:

1.       مطالعه ماده تاریک: تحلیل حرکت کهکشان‌ها و پدیده‌ی عدسی گرانشی برای درک بهتر ساختار نامرئی کیهان.

2.     بررسی انرژی تاریک: اندازه‌گیری دقیق فاصله و سرعت کهکشان‌های دوردست برای فهم شتاب انبساط جهان.

3.    پیدایش سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم: بررسی مراحل اولیه شکل‌گیری این اجرام در کیهان آغازین.

4.      شکل‌گیری نخستین ستاره‌ها (جمعیت III): جست‌وجوی غیرمستقیم اولین نسل ستارگان جهان.

5.     بررسی جو سیارات فراخورشیدی: تحلیل ترکیب شیمیایی و جست‌وجوی نشانگرهای زیستی بالقوه.

تلسکوپ‌های آینده و ادامه مسیر جیمز وب

برنامه‌های فضایی به جیمز وب محدود نمی‌شوند و نسل‌های بعدی رصدخانه‌ها از هم‌اکنون در حال طراحی هستند:

1.       تلسکوپ فضایی رومن: مأموریتی با میدان دید گسترده برای نقشه‌برداری بزرگ‌مقیاس کیهان.

2.     رصدخانه‌های فضایی نسل بعد: مفاهیم تلسکوپ‌هایی با آینه‌های ۱۰ تا ۱۵ متری برای تصویربرداری مستقیم از سیارات شبیه زمین.

3.    تلسکوپ‌های زمینی غول‌پیکر: رصدخانه‌هایی با آینه‌های ۳۰ تا ۴۰ متری که مکمل مشاهدات فضایی خواهند بود.

تلسکوپ جیمز وب آغازگر مرحله‌ای نوین در اخترشناسی است؛ مرحله‌ای که در آن، بررسی کیهان آغازین، ساختارهای پنهان و امکان وجود حیات فراتر از منظومه شمسی با دقتی بی‌سابقه ممکن شده است. این مأموریت، پایه‌ی علمی رصدخانه‌های آینده را بنا می‌کند و افق‌های تازه‌ای در شناخت جهان پیش روی بشر می‌گشاید.

 نتیجه‌گیری

تلسکوپ فضایی جیمز وب فراتر از یک دستگاه علمی است؛ این تلسکوپ نماد جاه‌طلبی، پشتکار و کنجکاوی بی‌پایان بشر در کشف ناشناخته‌هاست. پس از ۲۵ سال تلاش مستمر، ۱۰ میلیارد دلار سرمایه‌گذاری، و همکاری بیش از ۱۵ کشور، این شاهکار مهندسی سرانجام به ما اجازه داد به دوران‌هایی از کیهان نگاه کنیم که هیچ‌گاه قبلاً امکان‌پذیر نبود.

از کشف کهکشان‌های نوزاد که تنها چند صد میلیون سال پس از مه‌بانگ شکل گرفته‌اند، گرفته تا جستجوی نشانه‌های حیات در سیارات فراخورشیدی، جیمز وب در حال نوشتن فصل جدیدی در تاریخ اکتشافات بشری است. کشفیات سال ۲۰۲۵ نشان داده که جهان بسیار پیچیده‌تر و شگفت‌انگیزتر از آنچه تصور می‌کردیم است.

این تلسکوپ به ما یادآوری می‌کند که ما بخشی از یک جهان عظیم هستیم که هنوز بسیاری از رازهای آن کشف نشده‌اند. هر تصویر جدید، هر کشف تازه، دری به سوی فهم بهتر از خودمان و جایگاهمان در کیهان باز می‌کند.

چرا هر انسانی باید درباره جیمز وب بداند؟ زیرا این تلسکوپ ما را به ریشه‌های خودمان متصل می‌کند، به ما یادآوری می‌کند که شاید تنها نیستیم، نسل آینده دانشمندان را الهام می‌بخشد، و زیبایی بی‌کران جهان را نشان می‌دهد. جیمز وب یک پل است: پلی بین گذشته و حال، بین زمین و ستارگان، بین دانسته‌ها و ناشناخته‌ها.

این فقط آغاز است. جیمز وب تازه شروع به کار کرده و در سال‌های آینده، کشفیات شگفت‌انگیز بیشتری در انتظار ما است. ما شاهد یک انقلاب علمی هستیم و خوشبختانه همه می‌توانیم بخشی از این سفر حماسی به اعماق کیهان باشیم. آینده اکتشاف فضایی روشن است، و جیمز وب راه را برای نسل‌های بعدی هموار می‌کند.

سوالات متداول

منابع

James Webb Space Telescope - science