تخطط ناسا لإصدار الصور الأولى التي التقطتها تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) في 12 يوليو 2022. سوف يمثلون بداية العصر التالي في علم الفلك ، حيث سيبدأ Webb - أكبر تلسكوب فضائي تم بناؤه على الإطلاق - في جمع البيانات العلمية التي ستساعد في الإجابة عن الأسئلة حول اللحظات الأولى لوجود الكون والسماح لعلماء الفلك بدراسة الكواكب الخارجية بتفاصيل أكبر من من أي وقت مضى. لكن الأمر استغرق ما يقرب من ثمانية أشهر من السفر والإعداد والاختبار والمعايرة للتأكد من أن هذا التلسكوب الأكثر قيمة جاهزًا لوقت الذروة.
الأقوى الفضاء بمجرد أن يدخل التلسكوب في المدار ، سوف يتعمق أكثر في الفضاء - وبالتالي يعود بالزمن بعيدًا - أكثر من أي تقنية سابقة ، مما يسمح للفلكيين برؤية الظروف التي كانت موجودة بعد الانفجار العظيم بوقت قصير.
من أين يبدأ كل شيء بالنسبة لتلسكوب ناسا؟
في مجرتنا درب التبانة ، سيستكشف التلسكوب عوالم خارج النظام الشمسي - كواكب خارج المجموعة الشمسية أو كواكب خارجية - من خلال دراسة غلافها الجوي بحثًا عن علامات منبهة للحياة ، مثل الجزيئات العضوية والماء.
بعد الإطلاق الناجح لتلسكوب جيمس ويب في 25 ديسمبر 2021 ، بدأ الفريق عملية طويلة لنقله إلى موقعه المداري النهائي ، وتفكيك التلسكوب ، وبمجرد أن تبرد الأشياء ، قام بمعايرة الكاميرات وأجهزة الاستشعار الموجودة على متن الطائرة. تم الإطلاق بسلاسة. من أول الأشياء التي لاحظها علماء ناسا أن التلسكوب كان يحتوي على وقود متبقٍ على متن التلسكوب أكثر مما كان متوقعًا لإجراء تعديلات مستقبلية على مداره. سيسمح هذا لـ Webb بالعمل لفترة أطول بكثير من الهدف الأصلي للبعثة البالغ 10 سنوات.
كانت المهمة الأولى في رحلة ويب القمرية إلى موقعه النهائي في المدار هي نشر التلسكوب. ذهب دون عوائق ، بدءا من نشر حاجب الشمس الذي يساعد على تبريد التلسكوب. ثم كان هناك محاذاة المرايا وإدراج المستشعرات. تم تبريد الكاميرات على Webby ، تمامًا كما توقع المهندسون ، وكانت الأداة الأولى التي شغّلها الفريق هي كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة ، أو NIRCam. تم تصميم NIRCam لدراسة ضوء الأشعة تحت الحمراء الخافت المنبعث من أقدم النجوم أو المجرات في الكون. لكن ماذا بعد ذلك؟
مثير للاهتمام أيضًا:
الكون المبكر في نطاق الأشعة تحت الحمراء
نظرًا لأن الضوء يستغرق وقتًا محدودًا للسفر عبر الفضاء ، فعندما ينظر علماء الفلك إلى الأشياء ، فإنهم في الواقع ينظرون إلى الماضي. يستغرق ضوء الشمس حوالي سبع دقائق للوصول إلى الأرض ، لذلك عندما ننظر إلى الشمس ، نراها كما كانت قبل سبع دقائق.
نحن نرى الأشياء البعيدة كما كانت منذ قرون أو آلاف السنين ، ونلاحظ الأجسام والمجرات الأبعد حتى قبل تشكل الأرض ، وبحلول الوقت الذي نراه ، قد تتغير بشكل أساسي أو حتى يتم تدميرها.
JWST قوي جدًا لدرجة أنه سيكون قادرًا على مراقبة الكون كما كان موجودًا منذ حوالي 13,6 مليار سنة ، أي بعد 200 مليون سنة من فترة التضخم الأولي السريع التي نسميها الانفجار العظيم. هذا هو أقدم الماضي الذي نظرت إليه البشرية على الإطلاق. ما يجعل JWST أداة قوية لتصوير الكون المبكر هو أنه يجري ملاحظاته في منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي.
بينما ينتقل الضوء إلينا من هذه المصادر البعيدة ، فإن التمدد المتسارع للكون يمد هذا الضوء. هذا يعني أنه في حين أن الضوء من هذه النجوم والمجرات المبكرة مشابه للضوء من النجوم والمجرات القريبة ، فإن طولها الموجي "يتحول" إلى منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي.
المجرات الأبعد والأقدم
تتمثل إحدى الطرق التي سيحدد بها المرصد المجرات المبكرة في مراقبة النجوم الستة الأبعد والأكثر سطوعًا. تقع النجوم الزائفة في مركز نوى المجرة النشطة (AGN) وتغذيها الثقوب السوداء فائقة الكتلة. غالبًا ما تكون أكثر إشراقًا من إشعاع جميع النجوم في المجرة التي توجد فيها ، مجتمعة.
الكوازارات التي اختارها فريق JWST هي من بين الأكثر سطوعًا ، مما يعني أن الثقوب السوداء التي تغذيها هي أيضًا الأقوى والأكثر استهلاكًا - أو بالأحرى تراكم - الغاز والغبار بأعلى معدل. يولدون كميات هائلة من الطاقة التي تسخن الغاز المحيط وتدفعه للخارج ، مما يخلق نفاثات قوية تنفجر عبر المجرات في الفضاء بين النجوم.
بالإضافة إلى استخدام الكوازارات ، التي لها تأثير ملحوظ على المجرات المحيطة ، لفهم تطورها ، سيستخدم باحثو JWST أيضًا الكوازارات لدراسة فترة في تاريخ الكون تسمى عصر إعادة التأين. كانت تلك هي اللحظة التي أصبح فيها الكون أكثر شفافية وسمح للضوء بالانتقال بحرية. حدث هذا لأن الغاز المحايد في الوسط بين المجرات أصبح مشحونًا أو متأينًا.
سوف يتحقق JWST في هذا باستخدام الكوازارات الساطعة كمصادر إضاءة خلفية لدراسة الغاز بيننا وبين الكوازار. من خلال مراقبة الضوء الذي يمتصه الغاز البينجمي ، سيتمكن الباحثون من تحديد ما إذا كان الغاز بين النجمي متعادلًا أم متأينًا.
100 مجرة دفعة واحدة
إحدى الأدوات التي ستستخدمها JWST لمراقبة الكون هي مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRSpec). لن تنتج هذه الأداة صورًا مذهلة بصريًا للمجرات التي تراها مثل الصورة ذات الزاوية العريضة لآلاف المجرات التي التقطها تلسكوب هابل الفضائي (في الصورة أدناه). بدلاً من ذلك ، ستوفر معلومات طيفية مهمة حول هذه المجرات ، مما يسمح برؤية العديد منها في وقت واحد.
تحتوي أطياف هذه المجرات على الكثير من المعلومات ، لا سيما حول التركيب الكيميائي. من خلال دراسة هذه التركيبات ، سيرى الباحثون مدى السرعة التي يمكن للمجرات أن تحول تركيبها الغازي إلى نجوم ، وبالتالي فهم أفضل لتطور الكون.
للقيام بذلك بالدقة المطلوبة يتطلب حجب كمية كبيرة من الضوء ، وهذا يعني عادة دراسة كائن واحد في كل مرة. بعض الكائنات التي تنوي JWST دراستها بعيدة جدًا لدرجة أن ضوءها خافت بشكل لا يصدق ، مما يعني أنه يجب مراقبتها لمئات الساعات لجمع بيانات كافية لبناء صورة طيفية.
لحسن الحظ ، تم تجهيز NIRSpec بربع مليون نافذة فردية مع مصاريع ميكروية بحجم شعرة الإنسان مرتبة في نمط رقاقة. هذا يعني أنه من خلال تعديل نمط هذه الستائر ، سيكون JWST قادرًا على مراقبة عدد كبير من الكائنات في عرض واحد للمراقبة المتزامنة ، وهو قابل للبرمجة لأي مجال من الكائنات في السماء. وفقًا لتقديرات وكالة ناسا ، سيسمح هذا لـ NIRSpec بجمع أطياف من 100 مرصد في وقت واحد ، وهو أمر لم يكن باستطاعة مطياف آخر القيام به من قبل.
اقرأ أيضا:
- 100 عام من فيزياء الكم: من نظريات العشرينيات إلى أجهزة الكمبيوتر
- 5 مهمات فضائية مستقبلية يجب التفكير فيها
الكواكب الخارجية بحجم المشتري
منذ منتصف التسعينيات واكتشاف كوكب يدور حول نجم شبيه بالشمس ، توسع كتالوجنا من الكواكب الخارجية ليشمل الآن أكثر من 1990 عالم مؤكد. معظم هذه العوالم ، بما في ذلك كوكب خارج المجموعة الشمسية 4 Pegasi b ، الذي اكتشفه الفريق السويسري ميشيل مايور وديدييه كالو في عام 51 ، هي كواكب كواكب المشتري الساخنة. تدور هذه الكواكب الخارجية حول نجومها على مقربة شديدة ، وعادة ما تكمل ثورة في غضون ساعات قليلة ، مما يسهل اكتشافها باستخدام تقنيات مراقبة الكواكب الخارجية.
غالبًا ما تكون هذه العوالم مرتبطة بشكل مدّي بنجمها ، مما يعني أن جانبًا واحدًا ، جانب اليوم الأبدي ، حار جدًا. مثال صارخ على هذا العالم هو WASP-121b ، الذي تم رصده مؤخرًا بواسطة الكاميرا الطيفية الموجودة على متن هابل. أكبر بقليل من كوكب المشتري في نظامنا الشمسي ، يتبخر الحديد والألمنيوم على الجانب النهاري من هذا الكوكب ، وينتقل هذا البخار إلى الجانب الليلي بواسطة الرياح الأسرع من الصوت. عندما تبرد هذه العناصر ، فإنها تترسب على شكل أمطار معدنية ، مع احتمال أن يتحد بعض الألمنيوم مع عناصر أخرى ويتعجل في شكل زخات من الياقوت الأزرق والياقوت السائل.
يمكن أن يتسبب قرب هذه الكواكب العملاقة من نجمها الأم في قوى المد والجزر لمنحها شكل كرة رجبي. ماذا حدث للكواكب الخارجية WASP-103b. جزء من دور JWST من موقعه على بعد مليون كيلومتر من الأرض سيكون دراسة البيئات والأغلفة الجوية لهذه الكواكب العدوانية.
الأرض الفائقة
فئة أخرى من الكواكب الخارجية التي سيستخدمها التلسكوب الفضائي لرصدها هي ما يسمى بالأرض الفائقة. هذه عوالم يمكن أن تكون أكبر بعشر مرات من الأرض ، لكنها أخف من عمالقة الجليد مثل نبتون أو أورانوس.
لا يجب بالضرورة أن تكون الأرض الفائقة صخرية ، مثل كوكبنا ، ولكن يمكن أن تتكون من غاز أو حتى خليط من الغاز والصخور. تقول ناسا إنه في نطاق من 3 إلى 10 كتل أرضية ، يمكن أن يكون هناك مجموعة متنوعة من التكوينات الكوكبية ، بما في ذلك عوالم الماء ، أو كواكب كرة الثلج ، أو الكواكب التي ، مثل نبتون ، تتكون في الغالب من غاز كثيف.
سيكون أول كوكب أرضي فائق يقع تحت رادار JWST التابع لناسا مغطى بالحمم البركانية 55 Cancri e ، والذي يبدو أنه كوكب صخري يبعد 41 سنة ضوئية ، و LHS 3844b ، وهو ضعف حجم الأرض ويبدو أنه لها سطح صخري مشابه للقمر ، لكنها خالية من الغلاف الجوي المهم.
يبدو أن هذين العالمين غير مناسبين للحياة كما نعرفها ، لكن الكواكب الخارجية الأخرى في أماكن مختلفة في مجرة درب التبانة والتي ستدرسها JWST قد تكون واعدة أكثر.
مثير للاهتمام أيضًا:
- أغرب 10 أشياء تعلمناها عن الثقوب السوداء في عام 2021
- إعادة تشكيل المريخ: هل يمكن أن يتحول الكوكب الأحمر إلى أرض جديدة؟
نظام TRAPPIST-1
خلال الدورة التشغيلية الأولى ، سيدرس التلسكوب عن كثب نظام TRAPPIST-1 ، الواقع على بعد 41 سنة ضوئية من الأرض. ما يجعل هذا النظام الكوكبي ، الذي تم اكتشافه في عام 2017 ، غير عادي هو حقيقة أن عوالمه الصخرية السبعة موجودة في منطقة نشاط نجمهم ، مما يجعله أكبر عالم أرضي قابل للسكن تم اكتشافه على الإطلاق.
يحدد علماء الفلك المنطقة الصالحة للسكن حول النجم على أنها المنطقة التي تسمح فيها درجة الحرارة بوجود الماء السائل. نظرًا لأن هذه المنطقة ليست شديدة الحرارة ولا شديدة البرودة لوجود المياه السائلة ، غالبًا ما تسمى منطقة Goldilocks.
ومع ذلك ، فإن التواجد في هذه المنطقة لا يعني أن الكوكب صالح للسكن. يقع كل من كوكب الزهرة والمريخ داخل المنطقة المحيطة بالشمس ، ولا يمكن لأي كوكب أن يدعم الحياة بشكل مريح كما نفهمها بسبب الظروف الأخرى. تقترح جمعية الكواكب أن العوامل الأخرى ، مثل قوة الرياح الشمسية ، وكثافة الكوكب ، وهيمنة الأقمار الكبيرة ، واتجاه مدار الكوكب ، ودوران الكوكب (أو الافتقار الواضح لذلك) قد تكون عوامل رئيسية لصلاحيتها للسكن.
الجزيئات العضوية والولادة الكوكبية
تتمثل إحدى مزايا المسح بالأشعة تحت الحمراء للكون بواسطة JWST التابع لناسا في القدرة على النظر إلى السحب الكثيفة والهائلة للغبار والغاز بين النجوم. على الرغم من أن هذا قد لا يبدو مثيرًا للغاية ، إلا أن الاحتمال يصبح أكثر جاذبية عندما تفكر في أن هذه هي الأماكن التي تولد فيها النجوم والكواكب وتسمى الحضانات النجمية.
لا يمكن ملاحظة مناطق الفضاء هذه في طيف الضوء المرئي لأن محتوى الغبار يجعلها غير شفافة. ومع ذلك ، فإن هذا الغبار يسمح بانتشار الإشعاع الكهرومغناطيسي في نطاق الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء. وهذا يعني أن JWST ستكون قادرة على دراسة المناطق الكثيفة لهذه السحب الغازية والغبار أثناء انهيارها وتشكيل النجوم.
بالإضافة إلى ذلك ، سيكون التلسكوب الفضائي أيضًا قادرًا على دراسة أقراص الغبار والغاز التي تحيط بالنجوم الفتية وتلد الكواكب. لا يمكنها فقط إظهار كيفية تشكل الكواكب مثل تلك الموجودة في النظام الشمسي ، بما في ذلك الأرض ، ولكن يمكنها أيضًا إظهار كيفية توزيع الجزيئات العضوية الحيوية للحياة داخل هذه الأقراص الكوكبية الأولية.
وهناك مشتل نجمي واحد سيعمل عليه باحثون لديهم الوقت لمراقبة JWST على وجه الخصوص.
اقرأ أيضا:
أركان الخلق
أعمدة الخلق هي واحدة من ألمع وأجمل المشاهد الكونية التي صورتها البشرية على الإطلاق. تمكن تلسكوب هابل الفضائي ، الذي التقط الصور الجميلة لأعمدة الخلق (في الصورة أدناه) ، من التعمق في أبراج الغاز والغبار التي يبلغ ارتفاعها عامًا ضوئيًا.
تقع الأعمدة غير الشفافة - أعمدة الخلق - في سديم النسر وعلى بعد 6500 سنة ضوئية من الأرض في كوكبة الثعبان ، وهي مواقع لتكوين نجمي كثيف. لجمع تفاصيل عمليات ولادة النجوم داخل الأعمدة ، رصدها هابل في الضوء البصري والأشعة تحت الحمراء.
يعد ضوء الأشعة تحت الحمراء ضروريًا لمراقبة العمليات التي تحدث داخل أركان الخلق لأنه ، كما هو الحال مع المدراء الآخرين ، لا يمكن للضوء المرئي اختراق الغبار الكثيف لهذا السديم الانبعاث.
تم تحسين هابل للضوء المرئي ، لكنه لا يزال قادرًا على التقاط صور الأشعة تحت الحمراء المذهلة للأعمدة ، تظهر بعض النجوم الشابة التي تعيش بداخلها. هذا ما أثار حماس فريق JWST - سيكشف تلسكوبهم الفضائي القوي الذي يعمل بالأشعة تحت الحمراء عن هذه المنطقة الرائعة من الفضاء.
كوكب المشتري وحلقاته وأقماره
سيكون أحد أهداف التلسكوب الفضائي في النظام الشمسي أكبر كوكب ، كوكب المشتري الغازي العملاق. وفقًا لوكالة ناسا ، طور فريق مكون من أكثر من 40 باحثًا برنامج مراقبة سيدرس كوكب المشتري ونظام حلقاته وقمريه: جانيميد وآيو. سيكون هذا أحد أول استطلاعات التلسكوب في النظام الشمسي ، مما يتطلب معايرته مقابل سطوع عملاق الغاز مع القدرة أيضًا على مراقبة نظام الحلقة الأكثر خفوتًا.
يجب على فريق JWST الذي سيراقب كوكب المشتري أن يأخذ في الاعتبار أيضًا يوم الكوكب الذي يبلغ 10 ساعات. سيتطلب ذلك "تجميع" صور منفصلة معًا لدراسة منطقة معينة من الكوكب الخامس تدور بسرعة بعيدًا عن الشمس ، مثل البقعة الحمراء العظيمة - أكبر عاصفة في النظام الشمسي ، عميقة وواسعة بما يكفي لاجتياح الأرض بأكملها .
سيحاول علماء الفلك فهم سبب التقلبات في درجة حرارة الغلاف الجوي فوق البقعة الحمراء العظيمة ، وخصائص الحلقات المعتمة غير العادية لكوكب المشتري ، ووجود محيط سائل من المياه المالحة تحت سطح قمر المشتري جانيميد.
الكويكبات والأجسام القريبة من الأرض
أحد الأدوار المهمة الأخرى التي ستلعبها JWST في النظام الشمسي هي دراسة الكويكبات والأجسام الصغيرة الأخرى في النظام في نطاق الأشعة تحت الحمراء. ستشمل الدراسة ما تصنفه وكالة ناسا على أنها أجسام قريبة من الأرض (NEOs) ، وهي مذنبات وكويكبات تم دفعها بفعل الجاذبية للكواكب القريبة إلى مدارات تسمح لها بدخول جوار الأرض.
سيجري JWST عمليات رصد للكويكبات والأجسام القريبة من نطاق الأشعة تحت الحمراء ، وهو أمر غير ممكن من الغلاف الجوي للأرض باستخدام تلسكوبات أرضية أو تلسكوبات فضائية أقل قوة. سيكون الغرض من تقييمات الكويكبات هذه هو دراسة امتصاص وانبعاث الضوء من سطح هذه الأجسام ، مما يساعد على فهم تكوينها بشكل أفضل. سيسمح JWST أيضًا لعلماء الفلك بتصنيف أشكال الكويكبات بشكل أفضل ومحتواها من الغبار وكيفية انبعاث الغازات.
تعد دراسة الكويكبات أمرًا حيويًا للعلماء الذين يسعون إلى فهم ولادة النظام الشمسي وكواكبه قبل 4,5 مليار سنة. هذا لأنها تتكون من مواد "غير تالفة" كانت موجودة عندما كانت الكواكب تتشكل والتي نجت من جاذبية الأجسام الصغيرة المكونة للكوكب.
إلى جانب دراسة ولادة الكواكب والنجوم واللحظات المبكرة للمجرات نفسها ، توضح هذه المهمة مرة أخرى كيف سيحل JWST بعض ألغاز العلم الأساسية.
ماذا بعد؟
اعتبارًا من 15 يونيو 2022 ، تم تشغيل جميع أدوات NASA Webb والتقاط الصور الأولى. بالإضافة إلى ذلك ، تم اختبار واعتماد أربعة أوضاع للتصوير ، وثلاثة أوضاع متسلسلة زمنية ، وثلاثة أوضاع طيفية ، ولم يتبق سوى ثلاثة أوضاع. كما ذكرنا سابقًا ، في 12 يوليو ، تخطط ناسا لإصدار مجموعة من الملاحظات التشويقية التي توضح قدرات ويب. سيعرضون جمال صور الفضاء ، بالإضافة إلى إعطاء علماء الفلك فكرة عن جودة البيانات التي سيحصلون عليها.
بعد 12 يوليو ، سيبدأ تلسكوب جيمس ويب الفضائي العمل بشكل كامل في مهمته العلمية. لم يتم إصدار الجدول الزمني المفصل للعام المقبل بعد ، لكن علماء الفلك في جميع أنحاء العالم ينتظرون بفارغ الصبر البيانات الأولى من أقوى تلسكوب فضائي تم بناؤه على الإطلاق.
يمكنك مساعدة أوكرانيا في محاربة الغزاة الروس. أفضل طريقة للقيام بذلك هي التبرع بالأموال للقوات المسلحة لأوكرانيا من خلال الحفاظ على الحياة او من خلال الصفحة الرسمية NBU.
اشترك في صفحاتنا في Twitter و Facebook.
اقرأ أيضا: