نخستین مأموریت‌های علمی تلسکوپ فضایی جیمز وب رونمایی شدند

سال‌ها برنامه‌ریزی و میلیاردها دلار هزینه پشت توسعه‌ی تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) است. جیمز‌وب، پروژه‌ی پرچم‌دار مشترک ناسا و آژانس فضایی اروپا (ESA) و آژانس فضایی کانادا است. بااین‌حال به‌اعتقاد بسیاری از کارشناسان، تأخیرها و نگرانی‌های بودجه نشان‌دهنده‌ی افزایش جاه‌طلبی‌ها و محدوده‌ی بی‌سابقه‌ی این پروژه است. اگر جیمز وب طبق برنامه ۳۱ اکتبر پرتاب شود، بزرگ‌ترین و پیچیده‌ترین رصدخانه‌ای خواهد بود که انسان تاکنون به فضا فرستاده است.

جیمز وب با قرارگرفتن در فاصله‌‌ی ۱/۵ میلیون کیلومتری از زمین و آن‌سوی مدار ماه، درک انسان از جهان را متحول خواهد کرد؛ اما هدف این تلسکوپ دقیقا چیست که آن را شایسته‌ی ده‌ها سال تلاش و صرف هزینه ساخته است. مؤسسه‌ی علوم تلسکوپ فضایی بالتیمور (STScI) سی‌ام مارس طرح‌های پیشنهادی انتخابی برنامه‌های ناظر عمومی (GO) را برای اولین سال مأموریت JWST (چرخه‌ی اول) رونمایی کرد.

براساس طرح‌های پیشنهادی، تلسکوپ جیمز وب تمام مأموریت‌های رصد ازجمله بررسی جوّ سیاره‌های فراخورشیدی سنگی تا بررسی کهکشان‌های آغازین را در اولین سال مأموریت خود یا در چرخه‌ی اول انجام خواهد داد. این پروژه‌ها تقریبا سال آینده همین موقع پس از توسعه‌ی آینه‌ی ۶/۵ متری و سپر خورشیدی چندلایه و فاز شش‌ماهه‌ی فعالیت ابزارها آغاز خواهند شد.

پس از مرحله‌ی آماده‌سازی تلسکوپ، رصدهای چرخه‌ی اول آغاز خواهند شد و بخشی از بررسی‌های اولیه‌ی جیمز وب (۴۶۰ ساعت اولیه) به برنامه‌های ERS اختصاص خواهند یافت. در این مرحله، ابزارها آزمایش خواهند شد. نزدیک به ۴،۰۰۰ ساعت هم به رصدهای GTO تعلق خواهد گرفت. این برنامه‌‌ی اختصاصی دانشمندانی است که به توسعه‌ی سخت‌افزاری و نرم‌افزاری جیمز وب کمک کردند؛ اما بخش زیادی از زمان رصدها در سال اول (تقریبا ۶،۰۰۰ ساعت) به برنامه‌های GO اختصاص خواهد یافت که براساس پیشنهاد دانشمندان سراسر جهان، برای استفاده از قابلیت‌های منحصر‌به فرد تلسکوپ در نظر گرفته شده‌اند. کنت سمباخ، مدیر STScI می‌گوید:

مأموریت‌ها فرصتی بزرگ هستند. فرصت حضور در میان طرح‌های پیشنهادی پذیرفته‌شده در رصدخانه‌ای جدید می‌تواند علم نجوم را متحول و دستاوردی را محقق کند که مدت‌ها است جامعه‌ی نجوم در انتظارش است. این طرح‌ها به توسعه‌ی مسیرهای آینده کمک خواهند کرد.

تلسکوپی برای همه

تخصیص زمان کلی به‌طورعمدی تعداد ساعت‌های مأموریت را افزایش می‌دهد؛ بدین‌ترتیب می‌توان مطمئن شد تلسکوپ از زمان حداکثر استفاده را خواهد کرد و هرگز بیکار نخواهد ماند. تعداد کم مأموریت‌ها و بیکار‌ماندن تلسکوپ اشتباهی است که در زمان مأموریت‌های تلسکوپ هابل در دهه‌ی ۱۹۹۰ رخ داد. زمان JWST با دقت زیادی برنامه‌ریزی شده است و انجام اجرای رصد در طول مأموریت‌های مختلف را می‌دهد. این ترکیب تضمین می‌کند تلسکوپ سوخت خود را تلف نمی‌کند و بار غیرضروری بر آن تحمیل نمی‌شود.

برنامه‌های پیشنهادی تلسکوپ درجه‌ی اهمیت متفاوتی دارند و هیئتی از دانشمندان آن‌ها را محرمانه انتخاب کرده‌اند. هرگونه عامل تأثیرگذار بر تصمیم‌گیری از‌جمله جنسیت مخفی شد. از ۱۲۰۰ طرح انتخابی، ۲۶۶ دانشمند از ۴۱ کشور انتخاب شدند که یک‌سوم آن‌ها زن بودند. تقریبا یک‌سوم از پیشنهاددهندگان هم از اعضای آژانس فضایی اروپا بودند که شریک اصلی JWST است؛ اما اغلب طرح‌های پیشنهادی را دانشمندان آمریکایی ارائه دادند.

جست‌وجو در اعماق کیهان

از میان کل مأموریت‌های رصد، بزرگ‌ترین جایزه بهجیهان کارتالتپاز مؤسسه‌ی فناوری راچستر وکیتلین کیسیاز دانشگاه آستین تگزاس تعلق گرفت و ۲۰۶.۶ ساعت به مأموریت پیشنهادی آن‌ها با عنوان COSMOS-Web تخصیص داده شد. کارتالتپ و کیسی و همکاران به‌دنبال بررسی هزاران کهکشان اولیه در جهان هستند که تمام آن‌ها در بازه‌ی یک‌میلیارد سال پس از بیگ‌بنگ تشکیل شدند. این کهکشان‌ها به‌قدری کم‌سو هستند که کشف آن‌ها فراتر از فناوری کنونی بشر است. کارتالتپ معتقد است: «هابل ازنظر اندازه و حساسیت برای این مأموریت ضعیف بود؛ اما وب می‌تواند با قدرت بیشتری اجرام کم نور را شناسایی کند.»

برنامه‌ی مذکور به درک بخشی مهمی از تاریخچه‌ی جهان موسوم به عصر یونیزاسیون مجدد کمک می‌کند که دوره‌ای شامل چهارصدهزار تا یک‌میلیارد سال پس از بیگ‌بنگ را دربر می‌گیرد، در این دوران اولین ستاره‌ها و کهکشان‌ها ظهور کردند. کارتلاتپ می‌افزاید:

معتقدیم دوران یونیزاسیون مجدد در همه‌جا هم‌زمان رخ نداده؛ بلکه در بسته‌ها یا حباب‌هایی رخ داده است. این حباب‌ها با ساختار عظیم جهان آغازین گره خورده‌اند. امیدواریم بتوانیم نقشه‌ای از این ساختار را تهیه کنیم.

برنامه‌ی دیگر متعلق بهناتاشا باتالهااز مرکز پژوهش‌های آمس ناسا است. این پژوهشگر دریافت‌کننده‌ی سومین تخصیص زمانی بزرگ مأموریت و بزرگ‌ترین مأموریت سیاره‌های فراخورشیدی برای بررسی جوّ چندین سیاره‌ی فراخورشیدی به‌شیوه‌ای کاملا متفاوت با گذشته است. این پروژه با تخصیص بیش از ۱۴۱.۷ ساعت زمان رصد از آینه‌ی غول‌آسای جیمز وب برای رصد دنیاهای فراخورشیدی و عبور آن‌ها از ستاره‌ی میزبانشان و مسدودکردن نور ستاره استفاده می‌کند. بدین‌ترتیب، پژوهشگران می‌توانند ترکیب اولیه و ساختار جوّی این دنیاهای فراخورشیدی را به‌دست بیاورند. دنیاهایی که باتالها رصد می‌کند، بین یک تا سه برابر زمین هستند و در دسته‌ی ابرزمین یا زیرنپتونی قرار می‌گیرند. باتالها اعلام می‌کند:

برای دستیابی به مقصدی مثل جست‌وجوی آثار زیستی در دنیاهای سکونت‌پذیر زمین‌مانند به درکی کامل از گوناگونی سیاره‌ها نیاز داریم. انواع سیاره‌ها شامل ابرزمین‌ها و زیرنپتون‌های عجیب هستند که به‌عنوان یکی از سیاره‌های ‌فراخورشیدی متداول در کهکشان شناخته شده‌اند. هنوز هیچ ایده‌ای از ماهیت آن‌ها نداریم؛ به‌همین‌دلیل، بررسی آن‌ها با جیمز وب اهمیت بسیار زیادی دارد.

هدف مهم دیگر این پژوهش منظومه‌ی سیاره‌ای TRAPPIST-1 است که در فاصله‌ی چهل سال نوری از زمین قرار دارد که میزبان هفت سیاره‌ی سنگی در ابعاد زمین است. این هفت سیاره در مدار ستاره‌ای از نوع کوتوله‌ی سرخ قرار دارند. پژوهشگران برخی از دنیاهای این منظومه را سکونت‌پذیر می‌دانند؛ در‌نتیجه برای درک این منظومه دو برنامه‌ی GTO و سه برنامه‌ی GO از تلسکوپ جیمز وب متمرکز بر آن خواهند بود.لارا کریدبرگ، مدیر مؤسسه‌ی نجوم ماکس پلانک در هیدلبرگ آلمان، یکی از سرپرست‌های برنامه‌های GO است. این پروژه از JWST برای دسترسی به دمای دومین سیاره‌ی داخلی منظومه‌ی تراپیست وان به نام TRAPPIST-1cاستفاده می‌کند و تقریبا ۱۸ ساعت از رصد را صرف بررسی جوّ آن خواهد کرد.

گرچه سیاره‌ی TRAPPIST1-c برای پشتیبانی از حیات بیش‌ازاندازه داغ است، وجود جوّ در آن می‌تواند نشانه‌ای برای وجود دنیاهای سکونت‌پذیر سردتر و سکونت‌پذیرتر در منظومه‌ی میزبان باشد که احتمالا جوّ هم دارند. فعلا تنها جیمز وب می‌تواند داده‌های موردنیاز را ارسال کند. کریدبرگ معتقد است:

به بررسی نقاط دوردست در طیف مادون قرمز نیاز داریم. زمین برای این کار بسیار داغ است؛ به‌همین‌دلیل، باید تلسکوپی در فضا داشته باشیم که به‌اندازه‌ی کافی برای پوشش طول موجی سرد باشد. جیمز وب، تنها تلسکوپی است که می‌تواند این هدف را محقق کند.

هیچ کجا مانند خانه نیست

قابلیت‌های جیمزوب برای رصد منظومه‌ی شمسی هم مفید خواهند بود.نوئمی پینیا آلونسواز دانشگاه فلوریدای مرکزی به‌دنبال استفاده از این تلسکوپ برای بررسی ۵۹ جرم فرانپتونی (TNO) است. این اجرام یخی هستند و در آن‌سوی مدار نپتون قرار دارند. این کمپین رصد ۱۰۰ ساعت به‌طول خواهد انجامید. جیمز وب می‌تواند مواد موجود در این اجرام، ازجمله آب و مواد زیستی پیچیده را شناسایی کند. پینیلا آلونسو می‌گوید:

دانش فعلی‌مان از منظومه‌ی شمسی با داده‌هایی که جیمز وب دراختیارمان قرار خواهد داد، مقایسه‌نکردنی نخواهد بود.

چند برنامه‌ی پرریسک برای جیمز وب هم ارائه شده‌اند.مارتین کوردینراز مرکز پرواز فضایی گدارد ناسا سرپرست یکی از این برنامه‌ها است و امید دارد بتواند جرم میان‌ستاره‌ای مثل امواموا یا دنباله‌دار بوریسف را رصد کند. جیمز وب می‌تواند این رصدها را انجام دهد. کوردینر اعلام می‌کند:

هدف بررسی ترکیب شیمیایی اجرام میان‌ستاره‌ای مثل آب و کربن‌دی‌اکسید و دستیابی به چشم‌اندازی از مواد موجود در منظومه‌های سیاره‌ای دیگر است.

برنامه‌های یادشده فقط بخش منتخب کوچکی از مأموریت‌های علمی جیمز وب هستند. این برنامه‌ها به‌عنوان شاخصی برای نتایج انقلابی عمل می‌کنند که پژوهشگران و عموم مردم از این تلسکوپ انتظار دارند. فعلا دنیا باید در انتظاری مضطربانه برای پرتاب موفق جیمز وب به‌سر ببرد و امیدوار باشد تمام قطعات این تلسکوپ طبق انتظار پرتاب خواهند شد تا پنجره‌ای خارق‌العاده را به‌سمت جهان باز کنند. باید صبور بود و منتظر نتیجه ماند.