عملکرد تلسکوپ فضایی جیمز وب در سال اول خود چگونه بود؟

باورکردنی نیست که تقریبا سال پیش بود که با نزدیک شدن به عید بزرگ کریسمس، ستاره شناسان و هواداران فضایی در سراسر جهان گرد هم آمدند تا بلاخره پرتاب تلسکوپ فضایی جیمز وب را تماشا کنند. اگرچه این تلسکوپ یک قطعه مهندسی شگفت انگیز بود، اما حواشی اطراف این تلسکوپ هم کم نبود. از بودجه بسیار زیاد و عقب افتادن از برنامه گرفته تا نامگذاری به نام مدیر سابق ناسا که به همجنس‌گرا‌هراسی متهم شده است. اما به‌راستی عملکرد تلسکوپ فضایی جیمز وب در سال اول خود چگونه بود؟

• نگاه تلسکوپ فضایی جیمز وب به جو یک سیاره فراخورشیدی
• انتخاب تلسکوپ جیمز وب و موشک SLS به عنوان اختراعات برتر توسط TIME

خلاصه عملکرد تلسکوپ فضایی جیمز وب

علی‌رغم بحث‌ها در مورد نام‌گذاری و تاریخچه تلسکوپ، یک چیز در سالی که گذشت کاملاً روشن شده است. این‌که توانایی علمی JWST قابل توجه است. این تلسکوپ با شروع عملیات علمی خود در ژوئیه 2022، به اخترشناسان این امکان را داده است که به‌موجب کشفیات این تلسکوپ دیدگاه‌های جدیدی را دریافت کنند و اسرار زیادی در مورد طیف وسیعی از موضوعات فضایی کشف کنند.

اما مهم‌ترین هدف JWST یکی از جاه‌طلبانه‌ترین پروژه‌ها در تاریخ اخیر نجوم است: نگاه کردن به برخی از اولین کهکشان‌ها، که در زمان جدید بودن جهان شکل گرفتند.

از آنجایی که نور برای رسیدن به ما در زمین زمان زمان زیادی را طی کرده است، اخترشناسان با نگاه کردن به کهکشان‌های بسیار دور، در واقع می‌توانند به گذشته نگاه کنند تا اولین کهکشان‌های تشکیل شده بیش از 13 میلیارد سال پیش را ببینند.

اگرچه در میان اخترشناسان بر سر صحت برخی از اولین کشف‌های کهکشان‌های اولیه بحث‌هایی وجود داشت (به‌این دلیل که ابزار JWST به طور کامل کالیبره نشده بود) بنابراین گمان‌های زیادی وجود داشت که دورترین کهکشان‌ها دقیقاً چه سنی داشتند. یافته‌های اخیر از این ایده که JWST کهکشان‌هایی را از 350 میلیون سال اول پس از انفجار بزرگ شکل گرفته‌اند را مشاهده کرده است را قوت بخشیده‌اند.

این موضوع این کهکشان‌ها را به اولین کهکشان‌هایی تبدیل می‌کند که تا به حال مشاهده شده‌اند، و شگفتی‌هایی درخشان‌تر از آنچه انتظار می‌رفت در انتظارشان بود. این بدان معناست که چیزهای بیشتری در مورد چگونگی شکل‌گیری کهکشان‌ها در جهان اولیه برای ما وجود دارد.

این کهکشان‌های اولیه با استفاده از بررسی‌ها و تصاویر میدان عمیق شناسایی می‌شوند که از وب برای مشاهده تکه‌های بزرگ آسمان که ممکن است در نگاه اول خالی به نظر برسند، استفاده می‌کنند. این مناطق اجرام درخشانی مانند سیارات منظومه شمسی ندارند و دور از مرکز کهکشان ما قرار دارند و به اخترشناسان این امکان را می‌دهند تا به اعماق فضا نگاه کنند تا این اجرام بسیار دور را ببینند.

تلسکوپ فضایی جیمز وب توانست برای اولین بار دی اکسید کربن را در جو یک سیاره فراخورشیدی شناسایی کند و اخیراً مجموعه‌ای از ترکیبات دیگر را در جو سیاره WASP-39b نیز کشف کرده است، از جمله این ترکیبات می‌توان به بخار آب و دی اکسید گوگرد اشاره کرد. این نه تنها به این معنی است که دانشمندان می‌توانند ترکیب جو سیاره را ببینند، بلکه می‌توانند نحوه تعامل جو با نور ستاره میزبان سیاره را نیز ببینند، زیرا دی اکسید گوگرد در اثر واکنش های شیمیایی با نور ایجاد می‌شود.

اگر بخواهیم سیاراتی شبیه زمین پیدا کنیم و به جستجوی حیات بپردازیم، یادگیری در مورد اتمسفر سیارات فراخورشیدی بسیار مهم است. ابزارهای نسل قبلی می‌توانند سیارات فراخورشیدی را شناسایی کرده و اطلاعات اساسی مانند جرم یا قطر آنها و فاصله آنها از ستاره خود را تعیین کنند. اما برای درک اینکه بودن در یکی از این سیارات چگونه خواهد بود، باید جو آنها را هم مطالعه کنیم. با داده‌های JWST، اخترشناسان قادر خواهند بود به دنبال سیارات قابل سکونت بسیار فراتر از منظومه شمسی ما بگردند.

البته که این فقط سیارات دور نیستند که توجه تلسکوپ فضایی را به خود جلب کرده‌اند. این تلسکوپ برای مطالعه سیارات منظومه شمسی ما از جمله نپتون و مشتری استفاده شده است و به زودی برای مطالعه اورانوس نیز مورد استفاده قرار خواهد گرفت. با نگاه کردن به محدوده مادون قرمز، JWST توانست ویژگی‌هایی مانند شفق‌های قطبی مشتری و نمایی واضح از لکه قرمز بزرگ آن را تشخیص دهد. و دقت بالای تلسکوپ به این معنی است که می‌تواند اجرام کوچک را حتی در برابر روشنایی سیارات (مانند نشان دادن حلقه‌های کمتر دیده شده مشتری) نیز ببیند. همچنین واضح‌ترین تصویر از حلقه‌های نپتون در بیش از 30 سال گذشته نیز توسط همین تلسکوپ گرفته شده است.

یکی دیگر از تحقیقات مهم دیگری که این تلسکوپ فضایی در سال جاری انجام داد، در مورد سیاره مریخ بود. مریخ بهترین سیاره خارج از زمین است که در خارج از زمین مورد مطالعه قرار گرفته است و در طول سال‌ها میزبان مریخ نوردها، مدارگردها و فرودگرهای متعددی بوده است. این بدان معناست که ستاره شناسان درک نسبتاً خوبی از ترکیب جوی آن دارند و شروع به یادگیری در مورد سیستم آب و هوای آن می کنند. همچنین مطالعه مریخ برای تلسکوپ فضایی حساسی مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب دشوار است زیرا بسیار روشن و نزدیک است. اما این عوامل آن را به میدان آزمایشی عالی برای دیدن توانایی تلسکوپ جدید تبدیل کردند.

JWST از دوربین‌ها و طیف‌نگارهای خود برای مطالعه مریخ استفاده کرد و ترکیب جو آن را نشان داد، که تقریباً با مدل مورد انتظار از داده‌های فعلی مطابقت داشت و نشان می‌داد که ابزارهای JWST برای این نوع تحقیقات چقدر دقیق هستند.

هدف دیگر JWST یادگیری در مورد چرخه حیات ستارگان است که در حال حاضر اخترشناسان آن را با ضربات گسترده درک می‌کنند. آن‌ها می‌دانند که ابرهای غبار و گاز گره‌هایی را تشکیل می‌دهند که مواد بیشتری را به آن‌ها جمع می‌کنند و برای مثال در هم فرو می‌روند تا پیش‌ستاره‌ها را تشکیل دهند، اما اینکه دقیقاً چگونه این اتفاق می‌افتد نیاز به تحقیقات بیشتری دارد. آنها همچنین در مورد مناطقی که ستاره ها در آن شکل می گیرند و اینکه چرا ستاره ها به صورت گروهی تشکیل می شوند، مطالب بسیار بیشتری یاد می‌گیرند.

JWST به‌خصوص برای مطالعه این موضوع مفید است زیرا ابزارهای فروسرخ آن به آن اجازه می‌دهند تا از میان ابرهای غبار نگاه کند تا داخل مناطقی که ستاره‌ها در آن شکل می‌گیرند را ببیند. تصاویر اخیر رشد پیش‌ستاره‌ها و ابرهایی را نشان می‌دهند که آنها به بیرون پرتاب می‌کنند و به مناطقی از شکل‌گیری شدید ستاره‌ها، مانند ستون‌های معروف خلقت در سحابی عقاب نگاه می‌کنند. ابزارهای این تلسکوپ با تصویربرداری از این ساختارها در طول موج‌های مختلف، می توانند ویژگی‌های مختلف غبار و تشکیل ستاره را ببینند.

یکی از بزرگ‌ترین میراث JWST در ذهن عموم، تصاویر خیره کننده‌ای بود که این تلسکوپ با عنوان ستون‌های آفرینش به‌ثبت رسانده است. از هیجان بین‌المللی در فاش شدن اولین تصاویر تلسکوپ در ماه جولای گرفته تا نماهای جدید از مناظر نمادین مانند Pillars، تصاویر وب امسال در همه‌جا منتشر شده است و همه از آن خبر دارند.