“30 روز وحشت” برای تلسکوپ فضایی جیمز وب
تلسکوپ فضایی جیمز وب با حرکت به L2 حدود یک ماه طول میکشد تا باز شود. برخی این فاصله زمانی را 30 روز وحشت وب مینامند.
در ماه آینده، تلسکوپ فضایی جیمز وب به نقطه لاگرانژی 2، با نام L2، حدود 4 برابر فاصله ماه سفر خواهد کرد. L2 یک نقطه پایدار گرانشی در منظومه زمین-خورشید است. یک فضاپیما در آن نقطه به دور خورشید میچرخد در حالی که در محل خود نسبت به زمین شناور است. تصویر از ESA
تلسکوپ فضایی جیمز وب پس از پرتاب موفقیتآمیز در 25 دسامبر 2021، در راه L2 است. ستارهشناسانی که برنامههای پرتاب را دنبال میکنند، موافقند: دیدن تلسکوپ فضایی 9.7 بیلیون دلاری که سرانجام به مدار رفت، مایه آرامش بود. از این گذشته، این تلسکوپ – پیچیدهترین تلسکوپ ساخته شده تا کنون – برای چندین دهه در دست توسعه بوده است و امیدها و رویاهای منجمان بر آن دوخته شده است. اما پرتاب تنها آغاز کار بود. برخلاف تلسکوپ فضایی هابل و هزاران ماهواره دیگر، وب به دور زمین نمیچرخد. وب اکنون به نقطه لاگرانژی 2، معروف به L2، سفر میکند که تقریباً 1 میلیون مایل (1.5 میلیون کیلومتر) پشت زمین از خورشید مشاهده میشود … (یا تقریباً 4 برابر فاصله ماه). حدود یک ماه طول میکشد تا وب به L2 برسد و در طول سفر، تلسکوپ غولپیکر در بستهبندی خود ثابت نمیماند. این تلسکوپ به آرامی در پیکربندی نهایی خود با صدها قطعه متحرک ظاهر میشود که باید دقیقاً همانطور عمل کنند که طراحی شدهاند. واضح است که ممکن است مشکلی پیش بیاید و به همین دلیل است که بسیاری به شوخی ماه پس از راه اندازی را 30 روز وحشت برای وب مینامند.
این تصویر سفر وب به L2 را نشان میدهد. تصویر از ESA
چرا L2 و L2 کجاست؟
چرا وب به نقطهای دور می رود؟ این نقطه در فضا – دومین نقطه لاگرانژی – جایی است که در منظومه زمین-خورشید، نیروهای گرانشی و حرکت مداری جسم یکدیگر را متعادل میکنند. بنابراین یک فضاپیما میتواند به راحتی در L2 شناور شود. میتواند نزدیک زمین بماند، در حالی که هم زمین و هم فضاپیما به دور خورشید میچرخند. در واقع، آژانس فضایی اروپا (ESA) L2 را «مکانی برای کاوشگرهای فضایی پیشرفته» نامیده است. رصدخانههای فضایی قابل توجه دیگری در L2 به دور خورشید میچرخند یا خواهند چرخید، از جمله فضاپیمای گایا که اکتشافات شگفتانگیزی در مورد کهکشان راه شیری ما انجام داده است. سایر ماموریتهای ESA، از جمله هرشل، پلانک، ادینگتون و داروین نیز در مدار L2 قرار میگیرند.
برای وب، یکی دیگر از مزایای L2 این است که یک قدم دورتر از گرمای خورشید و زمین است. ماهوارههایی که در مدار زمین قرار دارند – برای مثال، ایستگاه فضایی بینالمللی یا تلسکوپ فضایی هابل – تقریباً هر 90 دقیقه یکبار دستخوش تغییرات دما میشوند، بسته به اینکه سطح ماهواره در سایه زمین باشد یا در سمتی از زمین که نزدیکترین نقطه به خورشید باشد. در L2، وب تحتتأثیر تغییر دمای مشابهی قرار نخواهد گرفت که پتانسیل ایجاد اعوجاج در توانایی تلسکوپ برای مشاهده جهان را دارد. وب اساساً نور فروسرخ را که از اجسام کم نور و بسیار دور میآید را مشاهده میکند. برای اینکه بتوان آن سیگنالهای حرارتی ضعیف را تشخیص داد، خود تلسکوپ باید بسیار سرد نگه داشته شود: -370 درجه فارنهایت یا کمتر. به همین دلیل است که وب دارای یک آفتابگیر 5 لایه به اندازه زمین تنیس است که از تلسکوپ در برابر گرمای خورشید محافظت میکند و ابزار آن را سرد نگه میدارد. آفتابگیر عظیم یکی از اجزای وب است که در ماه آینده آشکار خواهد شد.
یادآوری ماموریت نجات هابل
شاید به خاطر داشته باشید که – پس از پرتاب تلسکوپ فضایی هابل در سال 1990 – اپراتورها متوجه شدند که یک انحراف در آینه اصلی تلسکوپ فضایی وجود دارد. این مشکل بر وضوح تصاویر اولیه تلسکوپ تأثیر گذاشت. ناسا توضیح داد:
تعویض آینه [هابل] عملی نبود، بنابراین بهترین راه حل این بود که ابزار جایگزینی بسازیم که نقص را به همان روشی برطرف کند که یک عینک بینایی یک فرد نزدیکبین را تصحیح میکند. اپتیک اصلاحی و ابزارهای جدید توسط فضانوردان راهپیمایی فضایی در طول ماموریت شاتل در سال 1993 بر روی هابل ساخته و نصب شد و بنابراین، به لطف آن ماموریت نجات توسط فضانوردان، هابل توانست ماموریت خود را انجام دهد.
اگر مشکلی پیش بیاید و بخشی نیاز به تنظیم در وب داشته باشد، همانطور که در هابل اتفاق افتاد، ما هیچ گزینه آسانی برای ارسال فضانوردان برای رفع مشکل نخواهیم داشت. در واقع، فضانوردان زمینی هرگز به نقطه L2 در منظومه زمین-خورشید سفر نکردهاند.
منظومه خورشید-زمین دارای 5 نقطه لاگرانژی است. یک شی در هر یک از این 5 نقطه نسبت به 2 نقطه دیگر در جای خود باقی میماند. به دلیل گرانش و مکانیک مداری، یک نقطه لاگرانژ به دانشمندان اجازه میدهد تا یک جسم را “پارک کنند”. وب در حالی که با زمین به دور خورشید حرکت میکند در این مکان ثابت باقی خواهد ماند. تصویر از ناسا
30 روز وحشت
پس از پرتاب آن توسط موشک آریان 5 در 25 دسامبر 2021، اولین وظیفه وب تنها 30 دقیقه بعد انجام خواهد شد. آرایه خورشیدی خود را برای جلوگیری از تخلیه انرژی باتری مستقر خواهد کرد. در مرحله بعد، حدود دو ساعت پس از راه اندازی، آنتن با بهرهوری بالای خود را مستقر میکند. از آن به بعد، باید بتواند با زمین ارتباط برقرار کند.
۱۲ ساعت و نیم پس از پرتاب، جیمز وب پیشرانههای خود را روشن میکند و برای نخستین بار چندین اصلاح حیاتی مسیر را انجام میدهد تا رصدخانه را به سمت مقصد نهایی خود در مدار هدایت کند. این رصدخانه تقریبا دو روز و نیم پس از پرتاب از ماه خواهد گذشت و این حتی سریعتر از زمانی است که فضانوردان آپولو به مدار ماه رسیده بودند.
نخستین استقرار بزرگ وب، گسترش قاب محافظ آن است که «ساختار پالت یکپارچه» (Unitized Pallet Structure) نام دارد و تقریبا سه روز پس از پرتاب به سمت پایین تا میشود و فضای کافی را برای ادامه گسترش رصدخانه، باز میکند. این نشاندهندهی آغاز همه استقرارهای اصلی است و تقریبا ۵ ساعت طول خواهد کشید تا پالتهای جلو و عقب بهطور کامل جمع شوند.
چهار روز پس از پرتاب، یک برج تاشو گسترش خواهد یافت تا آینهها و ابزار تلسکوپ را از مجموعهی فضاپیما جدا کند. این جداسازی به شکل مؤثری تلسکوپ را از ارتعاشات و گرمای هدایت شده از بستر فضاپیما جدا میکند. چنین گسترشی همچنین به بقیهی اجزای بزرگتر تاشو، مانند آفتابگیر و آینهی اصلی امکان میدهد تا فضای کافی برای ادامه حرکات پیچیدهی خود داشته باشند.
در ادامه استقرار سایهبان محافظ آفتاب که یکی از بزرگترین فرآیندهای لازم است، تقریبا ۵ روز پس از پرتاب بهطور رسمی آغاز میشود. این فرآیند شامل باز شدن یک آرایهی آفتابگیر پیچیده به اندازهی زمین تنیس است که دارای ۱۴۰ سازوکار آزادسازی، مجموعهی ۷۰ لولا، ۴۰۰ قرقره، ۹۰ کابل و ۸ موتور استقرار به همراه فنرها و چرخدندهها است.
در این مرحله پوششهای مخصوصی که از این آفتابگیر در هنگام سفر به فضا محافظت میکنند، برداشته میشوند. گام بعدی یک نقطهی حساس مأموریت خواهد بود. زمانی که همهی ۱۰۷ پین گسترش آفتابگیر پنج لایه که در جای خود قفل شدهاند، از جای خود خارج شوند و اتصالها را آزاد کنند.
پس از اینکه همهی پینهای محافظ آفتابگیر با موفقیت برداشته شدند، دو بال که بهعنوان بومهای میانی شناخته میشوند، گسترش مییابند تا هر یک از لایههای محافظ آفتابگیر را تقریبا یک روز بعد به شکل نهایی الماس-مانند خود مستقر کنند.
پس از استقرار کامل، هر یک از پنج لایه با استفاده از قرارهها و سیستمهای موتوری خاص تنش و جدا میشوند. انتظار میرود که استقرار و گسترش آفتابگیر بین هشت ۸ تا ۹ روز پس از بلند شدن به پایان برسد اما در صورت بروز هر گونه مشکل پیشبینی نشده، میتوان سرعت آن را کاهش داد.
روز دهم ممکن است نفسگیرترین روز باشد، زیرا وب آینه ثانویه را در موقعیت خود قرار میدهد. هایدی همل، دانشمند حاضر در این ماموریت، گفت:
برای من، شخصا، این ترسناکترین بخش از کل توالی استقرار است، آینه ثانویه…. اگر آینه ثانویه نداشته باشیم، هیچ نوری از فضا به دوربینها و طیفنگارهایمان وارد نمیکنیم.
بقیه آینه تا پایان هفته دوم باز میشود. سپس، در روز 29، وب پیشرانهای خود را برای ورود به مدار شلیک میکند. پس از 30 روز اول، آزمایش شروع خواهد شد. از آنجایی که آینه اصلی وب سه برابر بزرگتر از آینه هابل است، باید از 18 بخش جداگانه ساخته میشد تا بتوان آن را برای پرتاب تا کرد. این 18 بخش همگی نیاز به کالیبره (تراز) مجدد دارند، که حدود 10 روز طول میکشد. یک هفته همترازی و به دنبال آن هفتهها آزمایش به این معنی است که تلسکوپ برای حدود شش ماه برای عملیات علمی آماده نخواهد بود.
وب در مقابل هابل
اولین تصاویر از وب باید تا تابستان 2022 در دسترس باشند. از آنجایی که وب یک تلسکوپ مادون قرمز است، تمرکز آن بر روی طیفسنجی خواهد بود. هابل تصاویری را در نور مرئی ارائه کرد. مزیت مادون قرمز این است که وب میتواند دورتر از همیشه به جهان نگاه کند. ناسا تصویری عالی از قدرت وب در نگاه کردن به گذشته در یک جلسه پرسش و پاسخ در Reddit ارائه داد:
تصور کنید همه زمانها، از آغاز جهان تا کنون، در یک تقویم یک ساله نشان داده شده است. اگر در حال حاضر 31 دسامبر ساعت 11:55 شب باشد، وب میتواند تا 6 ژانویه تمام مسیر را ببیند.
ناسا همچنین توضیح داد که چرا دانشمندان میخواهند در مادون قرمز ببینند و از طیفسنجی استفاده کنند. طیفسنجی به اخترشناسان اجازه میدهد:
درک کنید که چه چیزی وجود دارد، نه فقط اینکه چگونه به نظر میرسد.
هنگامی که یکی از کاربران Reddit پرسید که آیا وب قصد دارد عکس معروف میدان فوق عمیق هابل را بازتولید کند، ناسا گفت:
وب میدان فوقالعاده عمیق را در اولین سال عملیات علمی ما مشاهده خواهد کرد. کمتر از یک روز طول میکشد تا وب عمیقتر از چیزی که هابل دید را در دو هفته ببیند. وب قرار است بسیار عمیقتر برود و دهها هزار کهکشان را پیدا کند که خیلی قرمز و کم نور هستند که هابل نمیتواند آنها را شناسایی کند.
در حالی که همه ما برای چندین دهه از آنچه تلسکوپ فضایی هابل از جهان به ما نشان داده شگفت زده و متحیر شده بودیم، انتظار داریم تصاویر و افشاگریهای جانشین هابل، تلسکوپ فضایی جیمز وب، بیش از پیش شگفت زده شویم.
اما ابتدا باید از 30 روز وحشت بعدی عبور کنیم.
تلسکوپ فضایی جیمز وب نسبت به مدار تلسکوپ هابل به دور زمین. تصویر از ناسا
ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
Now, for James Webb Space Telescope, ’30 days of terror’
Posted by Kelly Kizer Whitt December 25, 2021
https://earthsky.org/space/james-webb-space-telescope-30-days-of-terror/