این مقاله در ابتدا در گفتگو. این نشریه مقاله را در اختیار Space.com قرار داد رای کارشناسان: Op-Ed & Insights.
مارتین بارستو، استاد اخترفیزیک و علوم فضایی، دانشگاه لستر
اگر همه چیز طبق برنامه پیش برود، به زودی وارد دوره جدیدی از نجوم خواهیم شد. تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST)، بزرگترین و گران‌ترین و پیچیده‌ترین تلسکوپ فضایی که تاکنون ساخته شده است، اکنون در فضا است و به سمت هدف نهایی خود می‌رود.
پرتاب 10 میلیارد دلاری تلسکوپ فضایی جیمز وب در کریسمس 2021، که بیش از یک دهه پیش بینی می شد، برای هزاران دانشمند، مهندس، مدیر و کارکنان پشتیبانی که تاکنون این مأموریت را رهبری کرده اند، هیجان انگیز و وحشتناک بوده است. به عنوان رئیس هیئت مدیره مؤسسه علمی تلسکوپ فضایی، که مرکز عملیات JWST را اداره خواهد کرد، نگرانی آنها را به اشتراک گذاشتم. پتانسیل علمی JWST در نهایت بسیار زیاد است و می تواند به برخی از بزرگترین سؤالات در مورد جهان پاسخ دهد.
متصل: تلسکوپ فضایی جیمز وب: مهندسی پشت "نخستین ماشین نوری" شکست نمی خورد
جهان اولیه مرموز
JWST اغلب به عنوان جایگزینی برای تلسکوپ فضایی هابل شارژ می شود، اما من ترجیح می دهم آن را به عنوان جانشین تماشا کنم. هابل بیش از 30 سال است که وجود داشته است و نماهای شگفت انگیزی از کیهان و هزاران نتیجه علمی به ما ارائه کرده است. ما امیدواریم و انتظار داریم که این کار برای سالهای طولانی ادامه یابد.
اما آینه نسبتا کوچک با قطر 2.4 متر در مقایسه با تلسکوپ های زمینی، حساسیت و توانایی آن را برای مشاهده کم رنگ ترین اجرام محدود می کند. علاوه بر این، اگرچه هابل تا حدی توانایی مشاهده در نور مادون قرمز را دارد، اما نمی تواند به طول موج های نور از اولین ستاره ها و کهکشان ها دسترسی پیدا کند. با این حال، JWST قادر به انجام آن خواهد بود. او حتی ممکن است بتواند ستارگان جمعیت III (ستاره‌هایی که از مواد اولیه انفجار بزرگ شکل گرفته‌اند) را ببیند که قبلاً هرگز دیده نشده‌اند.
دانستن زمان شکل گیری اولین ستاره ها بلافاصله پس از انفجار بزرگ و درک چگونگی شکل گیری بلوک های سازنده اولین کهکشان ها یک سوال علمی مهم و یکی از اهداف علمی اصلی JWST است. ما می دانیم که عناصری که برای زندگی و فناوری مدرن ضروری هستند، مانند کربن، سیلیکون و طلا، در نهایت در ستارگان اولیه ایجاد شدند - اما در حال حاضر ما درک خوبی از چگونگی این اتفاق نداریم.
نیاز به تشخیص اجسام کم نور در جهان دور، محرک مهمی در طراحی رصدخانه بود که اندازه، پوشش طول موج و نیاز به خنک نگه داشتن آن را برای به حداقل رساندن نور پس زمینه ناخواسته تعیین کرد.
مطالعه اولین ستاره ها و کهکشان ها تنها برنامه علمی نیست که JWST اجرا خواهد کرد. این رصدخانه به عنوان یک رصدخانه همه منظوره طراحی شده است که در آن ستاره شناسان از سراسر جهان می توانند برای حمایت از تحقیقات خود درخواست زمان بدهند. برای مثال، رصد فروسرخ به JWST اجازه می‌دهد تا از میان ابرها غباری را ببیند که بسیاری از ستاره‌های جوان را که نسبت به نور مرئی مات هستند، می‌پوشاند.
برخلاف هابل، او می‌تواند درست در مهدکودک‌های ستاره‌ای که ستارگان و منظومه‌های سیاره‌ای آنها متولد می‌شوند، ببیند. مشاهدات به سؤالاتی در مورد چگونگی فروپاشی ابرهای غبار و گاز و تشکیل ستارگان و چگونگی تشکیل منظومه های سیاره ای در اطراف آنها پاسخ خواهد داد.
زیستگاه سیارات فراخورشیدی
هنگامی که بیش از 20 سال پیش اولین طرح های JWST مورد بحث قرار گرفت، هیچ سیاره ای به جز سیاره های منظومه شمسی خودمان شناخته نشد. از آن زمان، ستاره شناسان هزاران سیاره را کشف کرده اند که به دور ستاره های دیگر در کهکشان ما (سیاره های فراخورشیدی) می چرخند. بخش قابل توجهی از برنامه پایش JWST به مطالعه جو آنها اختصاص خواهد یافت. پوشش طول موج JWST به ویژه برای مطالعه مولکول‌ها در اتمسفر سیارات فراخورشیدی و پس‌زمینه مادون قرمز کم از فضا مناسب است، که به آن برتری قابل توجهی نسبت به تلسکوپ‌های زمینی می‌دهد.
دو تکنیک در دسترس است. یکی از این واقعیت استفاده می کند که سیارات می توانند از مقابل ستاره مادر خود عبور کنند (به نام گذر) و باعث کاهش نوری که از آن می بینیم ایجاد می کند. با تجزیه و تحلیل نور پراکنده شده در طول موج با دقت زیاد قبل و در حین عبور، می توانیم جو سیاره را مطالعه کنیم تا بفهمیم از چه مولکولی تشکیل شده است. تکنیک دیگری از ابزار ویژه ای به نام تاج نگار استفاده می کند تا نور ستاره مادر را مسدود کند تا امکان تصویربرداری مستقیم از سیاره و مطالعه جو یا سطح آن را فراهم کند. این می تواند کمک کند که آیا یک سیاره برای زندگی مناسب است یا خیر، شاید نیاز به تحقیقات بیشتر باشد و روزی کاوشگرهای کوچک فضایی به آنجا بفرستند.
هدف نهایی یافتن سیاره ای شبیه به زمین است، اما این امر مستلزم ترکیبی بسیار خوشحال کننده از شرایط است، زیرا احتمالاً در چهارماه خورشیدی نادر و در مقایسه با ستاره مادر بسیار کم رنگ هستند. به احتمال زیاد، JWST غول های گازی مانند مشتری و زحل یا غول های یخی مانند اورانوس و نپتون را در منظومه شمسی خودمان مطالعه خواهد کرد. هیچ یک از منظومه‌های سیاره‌ای شناخته‌شده شبیه ما نیست، سیارات غول‌پیکر زیادی در مدارهای نزدیک‌تر از سیاره‌های ما قرار دارند و اتمسفرشان گرم‌تر می‌شود و شرایط آب و هوایی پویاتر است.
علاوه بر مطالعه سیارات خارج از منظومه شمسی، JWST قادر خواهد بود منظومه سیاره ای خانه ما را مشاهده کند. حساسیت بالای آن امکان شناسایی و شناسایی دنباله دارها و دیگر اجرام یخی در دورافتاده ترین مناطق منظومه شمسی را فراهم می کند. در چنین مکان دورافتاده‌ای، این اجرام تا حد زیادی نسبت به شکل‌گیری خود تغییری نکرده‌اند و ممکن است حاوی شواهدی از منشأ زمین، به‌ویژه منبع آب آن باشند، که ممکن است نتیجه بمباران چنین اجسامی در ابتدای زندگی آن باشد.
JWST همچنین قادر خواهد بود تمام سیاراتی را که خارج از مدار خورشیدی زمین هستند رصد کند و جو آنها و تغییرات آب و هوای فصلی آنها را مطالعه کند.
طرح‌ها و ایده‌های دقیق برای آنچه که کشف خواهد شد، توجیه اصلی هزینه ساخت یک تلسکوپ جاه‌طلب و تغییردهنده بازی مانند JWST است. اما اکتشافاتی وجود خواهد داشت که هیچ کس نمی تواند پیش بینی کند. زمانی که هابل به فضا پرتاب شد، ایده سیارات فراخورشیدی تا حد زیادی علمی تخیلی بود، اما مطالعه سیارات فراخورشیدی یکی از وظایف اصلی آن شد. من نمی دانم چه علم شگفت انگیزی در انتظار ما با JWST است.
این مقاله توسط The Conversation با مجوز Creative Commons بازنشر شده است. مقاله اصلی را بخوانید.
تمام سوالات و بحث های Expert Voices را دنبال کنید - و بخشی از بحث شوید - در فیس بوک و توییتر. نظرات بیان شده متعلق به نویسنده است و لزوماً منعکس کننده نظرات ناشر نیست.