مرصد جيمس ويب الفضائي

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث
مرصد جيمس ويب الفضائي
James Webb Space Telescope 2009 top.jpgصورة

الموقع الإلكتروني NASA United States
ESA b Europe
CSA/ASC Canada
CNES France
المصنع نورثروب غرومان  تعديل قيمة خاصية الشركة المصنعة (P176) في ويكي بيانات
الطاقم ؟؟؟
بداية المهمة
تاريخ الاطلاق مخطط إطلاقه في ربيع عام 2019 [1]

مرصد جيمس ويب الفضائي أو مقراب جيمس ويب الفضائي أو تلسكوب جيمس ويب الفضائي (بالإنجليزية: James Webb Space Telescope (JWST))، كان يُعرف سابقًا بـالجيل القادم من التلسكوبات الفضائية (بالإنجليزية: Next Generation Space Telescope (NGST)) هو مرصد فضائي تحت الإنشاء بناء على مشروع مشترك بين ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية ووكالة الفضاء الكندية، وهو جزء من مشروع ناسا الجاري برنامج فلاج شيب. من المقرر إطلاقه في ربيع عام 2019. المقراب سيوفر قدرة رصد لا مثيل لها ودقة غير مسبوقة، وحساسية عالية للأشعة تحت الحمراء، وهو خليفة المقراب هابل و المقراب سبيتزر والمقراب تشاندرا. وهو مزود بمرآة مكونة من 18 من الأجزاء ذات قطر اجمالي 6.5 متر كمرآة رئيسة (بالمقارنة بمرآة تلسكوب هابل الفضائي البالغ قطرها نحو 4و2 متر فقط)، وسيرسل المقراب ليكون على بعد 8و1 مليون كيلومتر من الأرض في نقطة L2 من نقاط لاغرانج بين الشمس والأرض. وسيكون مزوداً بحاجز كبير واقي من أشعة الشمس لإبقاء المرآة ومعداته العلمية الأربع الأخرى في درجة الحرارة المطلوبة لعملها وهي أقل من 50 كلفن (220 C° تحت الصفر)، بهذا يصبح في إمكانه تسجيل صور واضحة للأشعة تحت الحمراء القادمة من أعماق الكون. وتم تسميته عام 2002 تكريما لجيمس ويب المدير الثاني لوكالة ناسا.

للمقراب تاريخ كبير في التكاليف الغير متوقعة، حيث في عام 2011 قام مجلس النواب في الولايات المتحدة بالتصويت لإنهاء التمويل بعدما وصلت التكاليف المدفوعة ثلاثة مليارات دولار على الرغم من أن 75% من الأدوات كانت في طور الانتاج[2]، تمت استعادة التمويل بعد تسوية قانونية مع مجلس الشيوخ الأمريكي، وارتفع سقف التكاليف حتى 8 مليارات دولار[3]، في نهاية العام 2014 المقراب كان لا يزال وفق الجدول والميزانية المحددة، لكن تحت احتمالية التأخير.[4] سيوضع في نقطة تبعد عن الأرض 1.8 مليون كيلومتر في الفضاء. يعتبر التلسكوب "ويب" الأول ضمن جيل جديد من المراصد الفضائية المقرر وضعها في مدارات بعيدة عن الأرض تسمح للعلماء بمشاهدة البعد العميق للكون جيث يمكن لمقراب ويب رؤية أجزاء الكون بعد نحو 200 مليون سنة فقط من بعد الانفجار العظيم. أي أنه سيرى ويرينا الكون عند بدء نشأة أول النجوم و أول المجرات، بدقة تفوق كثيرا إمكانيات تلسكوب هابل الفضائي من دون شوشرة من الأرض أو من كواكب أخرى. والميزة من قياس الأشعة تحت الحمراء هي أن تلك الأشعة تستطيع التخلل في الغبار الذي يحجب ما ورائه من نجوم ومجرات، وبذلك يسجل لها صورا واضحة، هذا بعكس تلسكوب هابل الفضائي الذي يسجل الضوء المرئي، ويصعب عليه تصوير نجوم ومجرات تحجبها عنا سحب غبارية على حافة الكون.

للحفاظ على درجة حرارة التلسكوب منخفضة لدقة النتائج سيتم وضع التلسكوب في مدار حول الشمس بحيث يقع في نقطة لاغرانج L2 بين الشمس والأرض. كما يحتوى التلسكوب على خمس رقائق يبلغ عرضها نحو 22 مترا (69 قدم) تعمل كدرع لمنع وصول أشعة الشمس إلى المقراب وأجهزته، حيث تحجبه تلك الرقائق عن أشعة الشمس وحرارتها، أما المرآة نفسها فتكون موجهة بعيدا عن الشمس، وتصل درجة حرارتها بذلك إلى نحو 220 درجة مئوية تحت الصفر المطلق. يقوم المقراب بفتح مرآة أساسية يبلغ مساحتها 25 متراً مربعاً مطلية بالذهب وسيتم بسطها لتقوم بجمع الأشعة تحت الحمراء ؛ على عكس المرآة المستخدمة في تلسكوب هابل الفضائي التي تقوم بجمع الأشعة المرئية.

نظرة عامة[عدل]

6 مرايا من 18 بين مرايا خاصة بتلسكوب جيمس ويب الفضائي أثناء اختبار التبريد الشديد.
Lagrange Point L2 التي سيودع فيها مقراب ويب الفضائي على بعد 8و1 مليون كيلومتر من الأرض لينظر بعيدا عن الشمس.

مقراب جيمس ويب الفضائي (اختصارا لـ James Webb Space Telescope) تم تصنيفه في عام 1996 على أنه الجيل الجديد من المقرابات الفضائية . في عام 2002 تم تسميته بهذا الاسم تكريماً للرئيس السابق لناسا جيمس ويب خلال الفترة(1961-1968) وذلك لدوره الهام في برنامج أبولو ، وإطلاق الأبحاث العلمية لتكون هي العمليات الأساسية لناسا.[5] مشروع مقراب ويب الفضائي هو مشروع وكالة الفضاء الأمريكية المسماة بالإدارة الوطنية للملاحة الفضائية والفضاء والتي تعرف باسم ناسا، بالإضافة إلى مشاركات فعالة من وكالات دولية مثل وكالة الفضاء الأوروبية ووكالة الفضاء الكندية.

يتوقع للمقراب أن يزن نصف كتلة المقراب هابل ، لكن مرآته الرئيسة (ذات القطر 6.5 متر والمغطاة ببريليوم مذهب كعاكس) ستكون مساحتها لإلتقاط الأشعة تحت الحمراء حوالي خمسة مرات أكبر من مقراب هابل (25 متر مربع مقارنة ب4.5 متر مربع لهابل) . وهو حساس لقياس الأشعة تحت الحمراء القريبة، لكنه يستطيع أيضاً أن يرصد الضوء المرئي الأحمر والبرتقالي ، بالإضافة إلى منطقة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة ، وذلك اعتماداً على الأداة المستخدمة ؛ المقراب سيركز على الأشعة تحت الحمراء المتوسطة لثلاثة أسباب أساسية وهي: الانزياح الأحمر الكبير المميز للأجرام السماوية شديدة البعد عنا ، حيث أن ضوئها المرئي يتحول إلى أشعة تحت حمراء (وذلك كلما بعدت المسافة) ، الأجرام الباردة كالركام القرصي و الكواكب حيث تشع بالأشعة تحت الحمراء غالباً ، وأخيراً بسبب أن هذه الأجرام البعيدة التي نشأت مبكرا بعد الإنفجار العظيم يصعب دراستها بواسطة مقرابات موجودة على سطح الأرض أو من مقرابات موجودة في الفضاء مثل هابل ، حيث تحجبها عادة سحب غبارية تقلل من تباين صورها.

المقراب سيعمل في النقطة الثانية من نقاط لاغرانج حوالي 1.800.000 كيلو متر عن الأرض (هابل على بعد 600 كيلو متر فقط) . التلسكوب في هذه النقطة يمكنه أن يتخذ مداراً حول الشمس بالتزامن مع الأرض ؛ وبالتالي يكون المقراب على مسافة ثابتة دوما من الأرض . لرصد الأشعة تحت الحمراء بدقة يلزم تبريد المقراب وأجهزته إلى نحو 220 درجة تحت الصفر . في موقعه في نقطة لاجرانج L2 سيتعرض الحاجب الحراري للمقراب إلى أشعة الشمس ويحجبها عن المقراب ، وترتفع درجة حرارة الحاجب إلى نحو 100 درجة مئوية. يتكون الحاجب من خمس رقائق فوق بعضها البعض وتفصل بينها فراغات بارتفاع 12 بوصة . بهذا يحجب الحاجب الأشعة الشمسية وحرارتها عن مرآة المقراب وأجهزته ، فتبقى درجة حرارتهم نحو 220 درجة مئوية تحت الصفر المطلق. .[6] بذلك يستطيع المقراب تصوير أجرام نشأت عند مولد الكون ، أي نحو 200 مليون سنة فقط من بعد الانفجار العظيم. والصور التي يقوم المقراب بالحصول عليها لا تمثل شكل الأجرام في الحاضر ، بل هي صور لتلك الأجرام قبل نحو 6و13 مليار سنة (حدث الانفجار العظيم قبل نحو 8و13 مليار سنة).

موعد الاطلاق مجدول في 2018 عن طريق صاروخ أريان 5 والمدة المتوقعة للمهمة هي خمس سنوات وهدف العلماء لمدها إلى عشر سنوات [7][8] (بسبب الكمية المحدودة للمادة التي تصحح مدار المقراب) ، والمقاول الرئيس لهذه المهمة هو نورثروب غرومان.

تاريخ التطوير[عدل]

مقارنة بين مرآة جيوست ومرآة هابل
ستة من المرايا الرئيسة للمقراب الفضائي جيمس ويب، أثناء عمليات إختبار القبول.
بعض مرايا مقراب ويب الفضائي تحضر لاختبارها في درجة حرارة منخفضة جدا .


التطوير المبكر للمقراب هابل في الفترة مابين 1989 و1994 ونتيجة للخبرات المتراكمة فقد تم ترسيخ مبدأ Hi-Z [9]، حيث يكون هناك مقراب ذو مرآة قطرها 4 أمتار تعمل بالأشعة تحت الحمراء وتبعد ثلاث وحدات فلكية ، المسافة ستمنح المقراب قدرات عالية لتجنب التلوث الضوئي من الضوء البروجي [10]، وأيضا قادت هذه الخبرات لمشاريع أخرى دعيت NEXUS وهي مشاريع أخرى واعدة.[11][12]

وفي عصر السرعة والكفاءة العالية والرخص في منتصف التسعينات ، دفع قادة ناسا لمشروع مقراب أقل تكلفة [13]، نتج عن ذلك المقرابات الفضائية من الجيل القادم بمرآة تبلغ 8 أمتار وتقع في L2 من نقاط لاغرانج وبتكلفة تقدر بـ500 مليون دولار ، في 1997 عملت ناسا مع مركز جودارد للطيران الفضائي [14] و بول ايروسبيس [15] و TRW [16]، وذلك لكي تقوم بالتوفيق بين المتطلبات التقنية ودراسة التكلفة ، وفي عام 1990 تم إختيار لوكهيد مارتن [17] و TRW لإنشاء التصميم المبدئي [18]، في 2002 أرست ناسا مشروع المقراب من الجيل الجديد بتكلفة 824 مليون دولار للمقاول TRW وقد سمي الآن مقراب جيمس ويب الفضائي ، التصميم كان بمرآة 6.1 متر وبموعد إطلاق 2010 [19]، لاحقاً في ذلك العام أصبح المقاولون هم نورثروب غرومان و بول ايروسبيس.

مقارنات

بالمقارنة مع مشاريع أخرى مقترحة للرصد ، أغلبها قد تم الغاؤها أو وضعها في طور التعليق ، يشمل ذلك المقراب مكتشف الكواكب الأرضية في 2011 ، مهمة الفضاء المتداخل في 2010 ، الهوائي الفضائي الليزري مكتشف التداخل في 2011 ، مرصد الأشعة السينية الدولي في 2011.

جيوست هو آخر مهمة لفيزياء الفضاء كبيرة قد تم الشروع بها من قبل ناسا في نفس الجيل.

تأخيرات المقراب وتكاليفه الإضافية يمكن مقارنتها بهابل [20]، حيث بدأ هذا الأخير كمشروع مقراب فضائي في 1972 ثم عرف فيما بعد بهذاالاسم وقدرت تكاليفه بحوالي 300 مليون دولار (أو حوالي مليار دولار مقارنة بسعر 2006) لكن حتى الوقت الذي تم إرساله فيه إلى الفضاء كلف المشروع أربعة أضعاف المبلغ المقدر ، ومنذ إرساله إلى الفضاء وحتى العام 2006 بلغت تكاليف المشروع 9 مليارات دولار وذلك بسبب الأدوات الجديدة وعمليات الصيانة.

في مقال لعام 2006 بدورية نيتشر تم التنويه لدراسة في عام 1984 من قبل مجلس الفضاء العلمي حيث تم تقدير التكلفة لتلسكوب الجيل الجديد بحوالي 4 مليار دولار (حوالي 7 مليار مقارنة بدولار 2006).

المهمة[عدل]

يتميز رصد الأشعة تحت الحمراء بتوضيح صور لأجرام يراد دراستها. الصورة العليا للضوء المرئي لتلسكوب هابل (لا ترى شيئا داخل الحلقة الزرقاء) الصورة الوسطى للاشعة تحت الحمراء القريب(الحلقة الزرقاء فيها جرم سماوي صغير)، الصورة السفلى للأشعة تحت الحمراء البعيدة (في الحلقة الزرقاء يظهر الجرم السماوي مكبرا وأكثر وضوحا) .

مهمة المقراب الرئيسة هي بحث المجالات الأربعة الآتية وهي: أولاً البحث عن الضوء المنبعث من النجوم والمجرات الأولى بعد الانفجار العظيم ، ثانياً دراسة وبحث نشأة وتكوين المجرات وسلسلة تطورها ، ثالثاً دراسة نشأة النجوم ونشأة الكواكب ، رابعاً دراسة الكواكب وأصل الحياة.[21]

هذه الأهداف يمكن تحقيقها بشكل أكثر كفاءةً عند استخدام الأشعة تحت الحمراء في الرصد عوضا عن الضوء في الجزء المرئي من الطيف ، لهذا السبب المقراب لن يستخدم الضوء المرئي أو الأشعة فوق البنفسجية كما هو الحال مع مقراب هابل ، بل ستكون له خصائص فريدة وعالية وقدرات متقدمة في مجال فلك الأشعة تحت الحمراء.

المقراب سيكون حساس للموجات الطويلة بمدى يتراوح بين 0.6 (الضوء البرتقالي) وحتى 28 ميكرومتر (الأشعة تحت الحمراء) البعيدة عند حوالي 100 كلفن ( 170 C° تحت الصفر)).

علم فلك الأشعة تحت الحمراء

المقراب يعد وريثاً لمقراب هابل وحيث أن هدفه الأساس هو رصد الأشعة تحت الحمراء القادمة من أجرام ومجرات في أعماق الكون البعيد. وهو يعد أيضاُ وريثاً لمقراب سبيتزر ، المقراب سيتجاوز بكثير قدرات كلاهما حيث سيتمكن من رصد مجرات ونجوم قديمة نشأت نحو 200 مليون سنة بعد الانفجار العظيم[22]، ورصد الأشعة تحت الحمراء هو المفتاح لسبر أغوار تلك الأجرام القديمة شديدة البعد ، وذلك بسبب القدرات الاستثنائية لهذه الأشعة باختراق الغازات والغبار الكوني التي تكون معترضة الفضاء بين الأرض وتلك الأجرام ، وبالتالي ستتاح الفرصة لرصد الأهداف الأكثر برودة.

وعلى قدر أهمية الانزياح الأحمر الكوني فإن بخار الماء وأكسيد الكربون في غلاف الأرض يقومان بإمتصاص أغلب هذه الأشعة ، المحطات الأرضية المخصصة لرصد الأشعة تحت الحمراء وبسبب هذا الإمتصاص فإن قدراتها محدودة بمجالات معينة للموجات الطولية ، بالإضافة إلى أن الغلاف الجوي نفسه يكون مشعاً في الأسعة تحت الحمراء مما يغمر الضوء القادم من الأهداف خارج الكرة الأرضية التي تكون تحت الرصد ، هذا يجعل الفضاء هو المكان الأنسب لوضع المقاريب خصوصاً التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء.[23]

المسافة الكونية

كلما كان الهدف بعيداً كلما بدا لنا عمره أصغر ، وذلك بسبب أن الضوء يستغرق وقتاً أطول لكي يبلُغنا ، نتيجة لتوسع الكون.

أثناء مضي الضوء في الفضاء يصدر منه انزياح أحمر ، وبالتالي هذه الأهداف يكون رصدها أكثر سهولة عبر الأشعة تحت الحمراء[24]، قدرات المقراب بهذه الأشعة ستقوده لرؤية كامل الأفق حتى المجرات الأولى المتشكلة بعد الانفجار العظيم بمئات السنين فقط.[25]

صورتان لمرقاب هابل يظهر فيها سديم القاعدة حيث في العليا يستخدم الضوء المرئي وفي السفلى تستخدم الأشعة تحت الحمراء.

اختراق الغبار

الأشعة تحت الحمراء تمتلك خصائص ممتازة للعبور بسهولة بين الغبار الكوني والغازات على عكس الطيف المرئي الذي يحجب بسبب هذا الغبار.

هذه الصورتين في اليسار هي لسديم القاعدة وقد تم التقاطها من قبل مقراب هابل ، الصورة بالأعلى تم التقاطها عبر الطيف المرئي المعتاد بينما الصورة في الأسفل تم التقاطها باستخدام معدات للأشعة تحت الحمراء من نفس المقراب هابل ، ويلاحظ أن نجوما أكثر تبدو أكثر وضوحاً في الصورة بالأسفل.

الرصد بالأشعة تحت الحمراء يتيح دراسة أهداف ومناطق في الفضاء كانت محجوبة من قبل الغبار الكوني أو الغازات وذلك عند استخدام الطيف المرئي مثل : السحابات الجزيئية حيث تنشأ النجوم ، والقرص النجمي الدوار حيث تنشأ الكواكب ، ونواة المجرات النشطة.[26]

الأهداف الباردة

وهي برودة نسبية حيث تكون درجة الحرارة أقل من عدة الاف مئوية ، وبالتالي هذه الأهداف تبعث أشعتها بشكل رئيس عبر الأشعة تحت الحمراء ، كما تم وصفها من قبل قانون بلانك ، وكنتيجة لذلك أغلب الأهداف التي تكون أقل حرارة من النجوم من الأفضل رصدها ودراستها عبر الأشعة تحت الحمراء ، وهذا يشمل السحاب البين نجمي ، والنجوم الفاشلة المدعوة قزم بني ، والكواكب سواء في مجموعتنا الشمسية أو في مجموعة شمسية أخرى ، وكذلك المذنبات والأهداف في حزام كيبر.

مقارنة بين مرصد هابل ومرصد ويب[عدل]

الفروقات مرصد هابل مرصد جيمس ويب
المدار 568 كيلومتر من الأرض 1.7 مليون كيلومتر من الأرض
قطر المرآة 2.4 متر 6.5 متر
طول المرصد/حاجب المرصد 13 متر 22 متر
الوزن 11,100 كيلوغرام 6,500 كيلوغرام

لا يحتاج تلسكوب ويب لحاجب أسطواني مثلما لتلسكوب هابل ،حيث يمنع الحاجب الأسطواني لهابل من سقوط أشعة مشتته على مرآته. ستوجه مرآة مقراب ويب الفضائي إلى الاتجاه البعيد عن الشمس.

انظر أيضا[عدل]

مراجع[عدل]

  1. ^ "JWST factsheet". ESA. 2013-09-04. Retrieved 2013-09-07.
  2. ^ Bergin، Chris. "James Webb Space Telescope hardware entering key test phase". NASASpaceflight.com. Retrieved January 2015.
  3. ^ "NASA budget plan saves telescope، cuts space taxis". Reuters. 16 November 2011.
  4. ^ "Webb telescope at risk of schedule delays، report finds". The Baltimore Sun. December 22, 2014. Retrieved January 2015.
  5. ^ "About James Webb". NASA. Retrieved 15 March 2013.
  6. ^ "The Sunshield". nasa.gov. NASA. Retrieved January 2015.
  7. ^ "About the Webb". NASA.
  8. ^ Mark Clampin (11 July 2014). "James Webb Space Telescope: The Road to First Science Observations". SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation 2014 (plenary talk) (SPIE Newsroom). doi:10.1117/2.3201407.11. edit
  9. ^ "Advanced Concepts Studies – The 4 m Aperture "Hi Z" Telescope". NASA Space Optics Manufacturing Technology Center.
  10. ^ ESA Science & Technology: TRW design for JWST.]4 "STSCI JWST History 1994"
  11. ^ "Astrononmy and Astrophysics in the New Millennium". NASA
  12. ^ de Weck، Olivier L.; Miller، David W.; Mosier، Gary E. (2002). "Multidisciplinary analysis of the NEXUS precursor space telescope" (PDF). doi:10.1117/12.460079.
  13. ^ "STSCI JWST History 1996". Stsci.edu. Retrieved 2012-01-16.
  14. ^ Goddard Space Flight Center design. spacetelescope.org. Retrieved on 2014-01-13.
  15. ^ ESA Science & Technology: Ball Aerospace design for JWST. Sci.esa.int. Retrieved on 2013-08-21.
  16. ^ ESA Science & Technology: TRW design for JWST. Sci.esa.int. Retrieved on 2013-08-21
  17. ^ ESA Science & Technology: Lockheed-Martin design for JWST. Sci.esa.int. Retrieved on 2013-08-21
  18. ^ "HubbleSite – Webb: Past and Future". Retrieved 13 January 2012
  19. ^ "TRW Selected as JWST Prime Contractor". STCI. 11 September 2003. Retrieved 13 January 2012.
  20. ^ Reichhardt، Tony (March 2006). "US astronomy: Is the next big thing too big?". Nature 440، pp. 140–143
  21. ^ Maggie Masetti; Anita Krishnamurthi (2009). "JWST Science". NASA. Retrieved 14 April 2013.
  22. ^ James Webb vs Hubble
  23. ^ "IR Atmospheric Windwows". Cool Cosmos. Retrieved January 2015.
  24. ^ "IR Astronomy: Overview". NASA Infrared Astronomy and Processing Center. Retrieved 30 October 2006.
  25. ^ "Webb Science: The End of the Dark Ages: First Light and Reionization". NASA. Retrieved 9 June 2011
  26. ^ "IR Astronomy: Overview". NASA Infrared Astronomy and Processing Center. Retrieved 30 October 2006.

وصلات خارجية[عدل]