10 حقائق حول تليسكوب جايمس ويب
ينتظر العالم بترقب لحظة إطلاق التليسكوب جايمس ويب الأقوى في تاريخ البشرية من غويانا الفرنسية يوم 25 ديسمبر 2021 (في حالة إذا لم تحدث أشياء غير متوقعة).
لكن إطلاقه في حد ذاته يمثلا تحديا كبيرا للعاملين في وكالة ناسا، فلا مجال لأدنى خطإ، وإلا كانت العواقب وخيمة. فقبل أن يصل التليسكوب الى مداره، هناك الكثير من المراحل يجب أن تتم بنجاح.
أولا يجب أن ينجو التلسكوب خلال مرحلة الإطلاق الأولى، وأن يتم توجيهه بدقة نحو نقطة معينة في الفضاء والتي سيدور حولها تسمى نقطة لاغرانج L2. في المرحلة الثانية يجب أن ينفصل بنجاح عن المركبة الفضائية وأن ينشر فورا ألواحه الشمسية. بعد ذلك يتم نشر قطع البرج الداخلي والغطاء الشمسي، والمرايا الأولية والثانوية كلها يجب أن تحدث دون أخطاء. إضافة إلى ذلك يجب أن يتم التحكم جيدا في التليسكوب لإيصالة إلى نقطة لاغرانج L2.
إذا نجحت كل هذه الخطوات فسيتم تجميع بيانات جديدة عن الفضاء لم يسبق لنا أن شهدنا مثلها، وأن نستكشف الكون بدقة و قوة غير مسبوقتين.
في ما يلي 10 حقائق عن التليسكوب الفضائي جايمس ويب (James Webb).
1. تليسكوب جايمس ويب أخف وزنا من تليسكوب هابل.
رغم أن تيليسكوب جايمس ويب أكبر من سابقه- تليسكوب هابل، فإن الحقيقة الصادمة هي أن وزنه أخف من وزن هابل.
فقطر هابل يبلغ 2.4 متر و مساحته 4 أمتار مربعة لكن وزنه الجملي الآن يبلغ 12200 كيلوغرام، أما تيليسكوب ويب فقطره 6.5 متر و يتكون من 18 قطعة مرآة بقطر جملي بيلغ 25.37 متر مربع، لكن الصادم أن وزنه 6500 كيلوغرام فقط. وهذا يعد انجازا هندسيا عظيما، حيث أن أي قطعة في تيليسكوب ويب أخف من نظيرتها في تيليسكوب هابل.
2. مرايا جيمس ويب هي أخف مرايا تلسكوب على الإطلاق.
كل جزء من الأجزاء ال18 للمرآة الأساسية يتم تصنيعه على حدة. عند صناعة كل جزء للمرة الأولى يكون على شكل قرص مقعر، ويبلغ وزنه 250 كيلوجرام. ولكن بحلول وقت اكتمالهم يكون وزن الجزء 21 كيلوجرام فقط !!
أولا يتم تقطيع كل جزء الى شكل سداسي الأضلاع مما يزيل جزاء صغيرا من الكتلة، وبعد ذلك تتم إزالة كامل الجزء الخلفي من المرآة لتبقى فقط طبقة رقيقة وخفيفة الوزن. ثم يتم اختبار الجزء المتبقي للتأكد من قدرته على الصمود أمام ضغوط واهتزازات الإطلاق، و كذلك قدرته على الصمود أمام النيازك الدقيقة. كل هذه المرايا الصغيرة ستشكل مرآة كبيرة ذات دقة خرافية تتراوح من 18 الى 20 نانومتر.
3. مرايا تيلسكوب جيمس ويب مصنوعة من البيريليوم وليس الذهب
رغم أنه تم طلاؤها بالذهب فعلا، إلا أن مرايا هذا التليسكوب ليست مصنوعة من الذهب، فهو ليس صالحا ليكوّن مرايا التلسكوب. ويعود ذلك الى عدة خواص للذهب لا تتماشى مع الدقة المطلوبة للتليسكوب، أهم هذه الخواص هي قابلية الذهب للتطويع و حساسيته للتمدد الحراري فحتى في درجات الحرارة المنخفضة، يتقلص الذهب و يتمدد بدرجات صغيرة وهذا قد يؤدي الى كسر في مكونات التليسكوب الأخرى إضافة الى تأثيره على دقة وجودة الصورة الملتقطة.
4. تبلغ كمية الذهب الجملية في مرايا جيمس ويب 48 جرامًا فقط
كل جزء من مرآة التيسكوب مميز بطريقة عكسه للأشعة تحت الحمراء وبكمية الضوء الذي يجب عليه أن يعكسه. وبذلك يجب أن تكون كمية الذهب الموجودة على كل جزء صحيحة ودقيقة. إذا كانت الكمية أقل من اللازم فلن تعكس المرآة الكمية الصحيحة من الأشعة تحت الحمراء، وإذا كانت أكثر من اللازم فسنواجه مشكلة تمدد وتقلص الذهب مع تغير الحرارة.
لذلك يجب أن تكون عملية طلاء المرآة دقيقة جدا. ولهذا يتم طلاؤها في ظروف معينة، حيث توضع المرآة في غرفة خالية من الهواء ثم تقوم بعض الآلات بوضع كمية صغيرة من بخار الذهب بالداخل بعد أن تتم تغطية المناطق التي لا يجب طلاؤها مثل الجانب الخلفي من المرآة. تستمر هذه العملية حتى يصل الذهب إلى السماكة المرغوبة بها أي قريبا من 100 نانومتر، أو حوالي 600 ذرة من الذهب وهذا مساو ل 48 غراما من الذهب في جميع المرايا مجتمعة.
5. الذهب على مرايا تيليسكوب ويب بدوره مغطى بطبقة رقيقة من زجاج ثاني أكسيد السيليكون غير المتبلور
رغم أن الذهب يمتلك النعومة الكافية لتشغيل التليسكوب، إلا أنه حساس جدا للعوامل الخارجية مثل النيازك الدقيقة، إذا لم يكن محميا جيدا فقد يتعرض للتلف. هنا يأتي دور طبقة الحماية، وهي طبقة مصنوعة من الزجاج غير المتبلور والشفاف مصنوعة خصيصا لحماية طبقة الذهب من التلف.
6. تصل درجة التبريد الطبيعي (passive cooling) في جانب التليسكوب "المظلم" الى أقل من 50 كلفن
إن تيليسكوب جيمس ويب موجه نحو الفضاء البعيد، وبذلك فإن الجانب الموجه نحو الفضاء يكون محجوبا عن الشمس، و درجة حرارته منخفضة جدا، بحيث تجعل غاز النيتروجين سائلا، وهذا بالضبط ما نحتاجه لرصد الأشعة تحت الحمراء بدقة.
يعود السبب الرئيسي وراء وضع التيليسكوب في نقطة لاغرانج L2 بدلا من مدار الأرض المنخفض، هو أننا نحتاج الى درجة حرارة منخفضة كثيرا لرصد أطوال موجية أكثر من الأشعة تحت الحمراء، فإذا كان التيليسكوب قريبا من الأرض، فإن الأشعة تحت الحمراء الصادرة من الأرض أو المعكوسة من الأرض لن تمكننا من بلوغ درجة الحرارة هذه.
تجدر الإشارة أنه كلما كان التليسكوب أبرد كلما كان نطاق الأشعة تحت الحمراء الذي يمكنه اكتشافه أوسع.
لذلك تم تجهيز التليسكوب بدرع شمسي أو غطاء شمسي كبير لحجب أكبر قدرمن أشعة الشمس. هذا الغطاء الشمسي يبلغ أقسى طول له 21.2 متر ومكون من خمس طبقات، تصل درجة الحرارة على الطبقة الخارجية من جهة الشمس 383 كلفن أو 110 درجة مئوية. وتبلغ درجة الحرارة على الطبقة الخامسة الداخلية للدرع الشمسي من جهة الشمس الى 221 كلفن أو -52 درجة مئوية و لكن جانب هذه الطبقة البارد يصل الى 36 كلفن أو -237 درجة مئوية. طالما بقيت درجة الحرارة في المنطقة الباردة من التليسكوب أقل من 50 كلفن فإن التيليسكوب سيعمل بشكل جيد.
7. مع التبريط النشط (الإصطناعي) ستصل حرارة بعض المكونات الى ما دون 7 كلفن
تبلغ درجة الحرارة التي يمكن الوصول إليها عن طريق التبريد الطبيعي بين 36 و 50 كلفن وهي درجة حرارة كافية لشغيل جميع مكونات التليسكوب اللازمة لالتقاط الأشعة تحت الحمراء القريبة (Near InfraRed). يتضمن ذلك ثلاثة من أربعة أدوات رئيسية:
- NIRCam (كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة)
- NIRSpec (مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة)
- FGS / NIRISS (مستشعر التوجيه الدقيق / مصور الأشعة تحت الحمراء القريبة والمطياف عديم الشق)
لكن الأداة الرابعة، MIRI (مصور الأشعة تحت الحمراء المتوسطة)، تحتاج إلى التبريد حتى أكثر مما يمكن أن يصل إليه التبريد الطبيعي.
هنا يأتي دور التبريد الاصطناعي عن طريق الهيليوم السائل. حيث يتم توصيل الهيليوم السائل الذي تبلغ درجة حرارته 4 كلفن، من المبرّد إلى أداة MIRI، ويتم تبريدها إلى درجة حرارة قريبة من 7 كلفن وهي درجة الحرارة الكافية لتشغيلها.
8. يجب أن يحافظ جيمس ويب على درجات الحرارة الباردة طوال عمره
يتوقع الفيزيائيون العاملون على مشروع جيمس ويب أن كمية الهيليوم السائل المستخدمة في التبريد النشط لن تنفد. لكن كما يعلم أي أحد، يمكن دائما أن تحدث بعض التسريبات منه.
هذا التليسكوب مصمم للعمل لمدة 5.5 سنوات على الأقل، ويمكن أن يصل ال 10 سنوات إذا كنا محظوظين كفاية، وفي هذا الوقت لا يجب أن تنفد كمية الهيليوم السائل داخل المبرد.
9. عندما ينفد منه الوقود سيرسل إلى مدار دائم حول الشمس
لا يزال تليسكوب هابل يعمل حتى بعد 3 عقود من إطلاقه، لكن جيمس ويب، على عكس هابل، يحتاج الى استعمال وقوده كثيرا في حركته وذلك:
- لتصحيح مساره نحو المدار الموجود حول النقطة L2
- لتصحيح مداره حول النقطة L2
- لتوجيه نفسه لصوير الهدف المطلوب
10. على الرغم من أنه لم يتم تصميمه لتتم صيانته، فمن المحتمل أن يتم إعادة تزويده بالوقود آليًا لإطالة عمره
من المؤسف أن عمر التليسكوب ، بعد كل هذا العمل و الجهد، سيكون محدودًا للغاية، فعلى الأكثر سيعمل لمدة 10 سنوات. صحيح أن هذه المدة كافية للبشر لاستكشاف الكثير عن الفضاء وتحقيق أهداف علمية كبيرة، لكن من المؤسف أن يكون عمره قصيرا جدا.
لكن هناك أمل ضئيل لإطالة عمره. فإذا تمكنا من تطوير التكنولوجيا الروبوتية الكافية، يمكن إعادة تزويده بالوقود، وإطالة عمره ب10 سنوات مع كل عملية تزويد بالوقود.
يقول مركز الفضاء الالماني أنه يعمل على تطوير تكنولوجيا من هذا النوع، وستدخل حيز العمل قبل نهاية حياة تيليسكوب جيمس ويب اي مع بداية العقد 2030. إذا عمل التليسكوب كما هو متوقع، وتمكن من العيش الى هذا الوقت فسنتمكن من تزويده بالوقود.
المصدر من هنا
تعليقات
إرسال تعليق
اكتب تعليقك اذا كان لديك اي تساؤل او اضافة