Share

با تکمیل چیدمان پیچیده آینه اصلی «تلسکوپ فضایی جیمز وب» (JWST)، ناسا گام بلندی را به سمت تحقّق جاه‌طلبانه‌ترین، پیچیده‌ترین، و پرهزینه‌ترین پروژه‌ تاریخ خود برداشت: قمار هشت‌میلیارد دلاری بی‌سابقه‌ای بر سر سابقه ۵۸ ساله این سازمان، و نیز آینده کل مأموریت‌های اخترشناختی به فضا.

شش قطعه از مجموع هجده قطعه آینه اصلی جیمز وب، در معرض بازبینی تکنیسین‌های شرکت Ball Aerospace & Technologies در شهر بولدر کلرادو

شش قطعه از مجموع هجده قطعه آینه اصلی جیمز وب، در معرض بازبینی تکنیسین‌های شرکت Ball Aerospace & Technologies در شهر بولدر کلرادو

مارسیا ریک، اخترشناس رصدخانه استوارد آریزونا در شهر توسان، تماشای فرآیند تکمیل این جورچین شکننده را از نزدیک، در اتاق کنترل پایگاه فضایی گادرد ناسا، “به دلفریبی تماشای تاریخ” می‌داند – تشبیهی نه‌چندان غلوآمیز. اگر روزنه‌هایی که تلسکوپ فضایی هابل به روی پرسش‌های بنیادین بشر گشوده را نقطه عطفی در تاریخ اکتشافات علمی تلقّی کنیم (نگاه کنید به: ۲۵ سال اکتشاف: هابل در پنج نما)، در اینصورت تلسکوپ فضایی جیمز وب حقیقتاً در آستانه یک تاریخ ایستاده؛ چراکه “اگر چیزی به این قدرت را به فضا بفرستید، از کجا معلوم که چه خواهیم دید؟” این را متیو مونتین می‌گوید؛ رئیس اسبق «مؤسسه علمی تلسکوپ فضایی» (STScI) – متولی علمی تلسکوپ فضایی هابل.

حال، دو سال مانده به پرتاب جیمز وب به فضا، راه تحقّق این رؤیای جاه‌طلبانه هم، با تکمیل آینه اصلی این تلسکوپ، انگار هموارتر به نظر می‌رسد؛ هرچند که پیچیدگی‌های فناورانه و افق علمی پیش روی چنین پروژه‌ای به سهولت در معرض دیدگان همه نیست. از همین‌رو هم در این مقاله کوشیده‌ام تا با تشریح دستاوردی که با منتهای ظرفیت‌های هابل حاصل شده، ضروریات فناورانه‌ای را برجسته سازم که تلسکوپ فضایی جیمز وب، این میراث‌دار هابل، و با نامی برگرفته از دومین رئیس ناسا (که نقش بسزایی در هموارسازی راه منتهی به فرود انسان بر سطح ماه ایفا کرد)، پاسخی به همان‌ ضروریات است.

 حتی ژرف‌تر از «تصویر فراژرف» 

عمیق‌ترین منظری که بشر تاکنون در نور مرئی امکان نظاره‌اش را یافته، نسخه روزآمد تصویر فراژرف هابل (با نام اختصاری XDF) است؛ مربعی به قطر ظاهری تنها یک‌د‌هم ماه کامل از نقطه نه‌چندان خاصّی از آسمان، که به روایت این تصویر، چیزی در حدود ۱۵ هزار و ۵۰۰ کهکشان را درون خود جا داده است. تنها وجه بارز این نقطه، که برای نخستین بار در سال ۲۰۰۴ اخترشناسان را به تهیه چنین تصویری از آنجا واداشت، تاریکی محض آن در نگاه اول بود. بدین‌وسیله تلسکوپ هابل می‌توانست نوردهی هرچه‌‌ طولانی‌تری از آنجا داشته باشد (که طی مقاطع مختلف، هم‌اینک به افزون بر ۲ میلیون ثانیه رسیده است) و رفته‌رفته از جزئیات احتمالی این تکه تاریک از آسمان پرده برگیرد. و البته آنچه حاصل شد، ارزش‌اش را داشت.

نسخه روزآمد تصویر فراژرف هابل (سمت راست، در مربع بزرگ)، به اتفاق مقیاسی واقعی از فریم این تصویر: چنانچه فرض کنیم که فاصله‌تان تا سطح مانیتور حدود ۱ متر است، در اینصورت تصویر فراژرف، مساحتی به اندازه نقطه ریز بالا- سمت چپ تصویر فوق را در نسبت با کل آسمان پوشش داده است (این نقطه، با پیکان و حروف XDF مشخص شده است). جهت درک بهتر این مقیاس، فرض کنید مورچه‌ای بر سطح مانیتورتان راه می‌رود، که در اینصورت ابعادش چیزی در حدود همان طرح مورچه‌ای خواهد بود که در کنار آن نقطه سفید دیده می‌شود. با این حساب، نسبت مساحت حقیقی تصویر فراژرف به کل آسمان، مثل نسبت نسخه نمایش داده‌ در عکس فوق از این تصویر، با بخشی از سر مورچه خواهد بود (که با خط سفیدی بر روی تصویر، مشخص شده است). در همین بخش فوق‌العاده ریز از آسمان، تاکنون بالغ بر ۱۵ هزار و ۵۰۰ کهکشان شمارش شده است.

نسخه روزآمد تصویر فراژرف هابل (سمت راست، در مربع بزرگ)، به اتفاق مقیاسی واقعی از فریم این تصویر: چنانچه فرض کنیم که فاصله‌تان تا سطح مانیتور حدود ۱ متر است، در اینصورت تصویر فراژرف، مساحتی به اندازه نقطه ریز بالا- سمت چپ تصویر فوق را در نسبت با کل آسمان پوشش داده است (این نقطه، با پیکان و حروف XDF مشخص شده است). جهت درک بهتر این مقیاس، فرض کنید مورچه‌ای بر سطح مانیتورتان راه می‌رود، که در اینصورت ابعادش چیزی در حدود همان طرح مورچه‌ای خواهد بود که در کنار آن نقطه سفید دیده می‌شود. با این حساب، نسبت مساحت حقیقی تصویر فراژرف به کل آسمان، مثل نسبت نسخه نمایش داده‌ در عکس فوق از این تصویر، با بخشی از سر مورچه خواهد بود (که با خط سفیدی بر روی تصویر، مشخص شده است). در همین بخش فوق‌العاده ریز از آسمان، تاکنون بالغ بر ۱۵ هزار و ۵۰۰ کهکشان شمارش شده است.

جایگاه این نقطه در آسمان هیچ‌گونه برتری علمی خاصی ندارد (یا به عبارت بهتر، اگر از هر نقطه دیگری از آسمان هم چنین نورگیری‌ای می‌شد، تراکمی به همین اندازه شگفت‌انگیز از کهکشان‌های دوردست جهان به ثبت می‌رسید). دورترین کهکشان‌هایی که در این تصویر به ثبت رسیده، چیزی در حدود ۱۳.۲ میلیارد سال نوری از ما فاصله دارند. یعنی چنانچه جهان را فرد بالغ ۵۰‌ساله‌ای به تصوّر درآوریم، این کهکشان‌ها تصویری از وضعیت دوسالگی‌ آن به دست می‌دهند. با این‌حال، اگر قطر آینه اصلی هابل نه صرفاً ۲.۴ متر (که ابعادی متوسط در بین رصدخانه‌های زمینی محسوب می‌شود)، بلکه همچون بزرگ‌ترین تلسکوپ‌های زمینی، افزون بر ۸ متر می‌بود، قطعاً آنچه ثبت می‌شد، تصویری متفاوت‌ بود – تصویری شفاف‌تر، شلوغ‌تر، و البته عمیق‌تر. تصویری که چشم‌مان را به مراحل جنینی گیتی و نخستین نورهای روشنی‌بخش آن می‌گشود. اما تهیه چنین تصاویر جاه‌طلبانه‌ای به چه بهایی ممکن است؟

امروزه اکثر تلسکوپ‌های غول‌آسای زمینی، به یمن تجهیزشان به فناوری اپتیک سازگار (adaptive optics) قادرند همان شفافیت تلسکوپی را حاصل کنند که بر فراز جو زمین مستقر شده است – تلسکوپی همچون هابل. افت و خیز نسبی دما و غلظت لایه‌های فوقانی جو زمین، گذشته از خلق صحنه‌های چشم‌نواز «چشمک زدن» ستارگان، عامل قابل ملاحظه‌ای در اُفت کیفیت نور دریافتی از اجرام آسمانی هم به شمار می‌رود – اصلی‌ترین دلیلی که اخترشناس آمریکایی، لیمان اسپیتزر را در سال ۱۹۴۶ به طرح ایده «تلسکوپ‌های فضایی» واداشت؛ تلسکوپ‌هایی مستقر بر فراز پرده محدودیت‌زای جو.

اسپیتزر این ایده را در حالی مطرح ساخت که هنوز ۸ سال تا ظهور فناوری لیزر مانده بود. این فناوری هم‌اینک به اخترشناسان اجازه می‌دهد تا با برانگیختن مولکول‌های سدیم واقع در لایه‌های فوقانی جو، یک ستاره‌ مصنوعی را در میدان دید تلسکوپ‌های غول‌آسا بسازند و از طریق تحلیل رایانه‌ای افت و خیزهای نور این ستاره مرجع و اِعمال اعوجاجاتی بر همین مبنا در الگوی انحنای آینه اصلی تلسکوپ، انکسار نور دریافتی از سایر اجرام واقع در میدان دید تلسکوپ را خنثی کنند.

اما نخستین نمونه‌های عملیاتی این فناوری پیچیده، پنج سال پس از استقرار هابل در فضا شروع به کار کردند، و شکستن رکورد شفافیت هابل هم از طریق همین فناوری «اپتیک سازگار»، تا دست‌کم پانزده سال بعد میسّر نشد. با این حساب، آیا با توجه به توسعه روزافزون این فناوری، و به رغم موفقیت‌های چشمگیر هابل در افزون بر ۲۵ سال فعالیت مستمر خود، ایده اسپیتزر هنوز هم می‌تواند انگیزه‌ای برای استقرار یک «جانشین» برای هابل در فضا باشد؟

پاسخ، مثبت است؛ به همان دلیلی که امروزه «تلسکوپ فضایی اسپیتزر» را هم بر فراز جو زمین داریم – آن‌هم نه صرفاً به‌ خاطر گذشتن از سد افت‌وخیزهای غلظت جو. جو زمین، علاوه بر این افت و خیزها، مانع بزرگ دیگری را هم در برابر اخترشناسان پدید آورده است: جذب بخش اعظم امواج فروسرخ، فرابنفش، میکروویو، و کل دامنه پرتوهای ایکس و گاما. جو زمین پنجره‌ایست تنها به روی امواج مرئی، رادیویی، و بخش ناچیزی از طیف فروسرخ؛ به‌طوریکه برای بررسی آسمان در سایر طول موج‌ها، ناگزیر باید این پنجره را پشت سر گذاشت. در واقع اولین تلسکوپ فضایی جهان، نه هابل، بلکه «تلسکوپ فضایی پرتو ایکس اوهورو» بود که در سال ۱۹۷۰ به فضا پرتاب شد؛ و امروزه تلسکوپ‌های فضایی متعددّی – از جمله تلسکوپ فضایی اسپیتزر، در طول موج فروسرخ – به پویش محدوده‌های نامرئی طیف مشغول‌اند.

گفتنی‌ست که باریکه نور مرئی طیف (در حدفاصل طول‌ موج‌های ۴۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر) نیز پنجره‌ایست که نگاه‌مان را تنها تا سنین مشخّصی از عمر جهان به عقب می‌برَد؛ تقریباً تا به همان‌جا که هابل در تصویر فراژرفش برد. از آنجا به بعد، در نور مرئی، تاریکی محض است؛ به‌طوریکه حتی تقویت قطر و قدرت نورگیری یک تلسکوپ نور مرئی هم به نفوذ بیشتر آن در این تاریکی، کمکی نخواهد کرد. دلیل این امر، برمی‌گردد به پدیده «انبساط جهان»: هرچه نوری از فاصله‌ای دورتر به زمین برسد، تأثیر بیشتری هم از انبساط فضای مابین منبع خود و زمین می‌پذیرد، به‌طوریکه از جایی به بعد، نور گسیلی از منبعی که اساساً از خود امواج مرئی می‌پراکنده، در این مدّت، به محدوده فروسرخْ طیف نقل مکان کرده است (اولین نوری که تنها ۳۸۰ هزار سال پس از مهبانگ به جهان ساطع شده، هم‌اینک در محدوده میکروموجی طیف قرار دارد، یعنی هنوز دورتر از امواج فروسرخ نسبت به محدوده مرئی طیف. نگاه کنید به: پابه‌پای پلانک: نگاهی به کهن‌ترین نور هستی).

پس برای نفوذ در سنین نوباوگی گیتی باید نه‌تنها تلاطم جو زمین، بلکه محدوده نور مرئی طیف را هم پشت سر گذاشت و تلسکوپی حسّاس به امواج فروسرخ نزدیک (یا نزدیک‌ترین طول موج‌های دامنه فروسرخ به محدوده نور مرئی طیف) را به خدمت گرفت. امواج فروسرخ نزدیک، به‌راحتی توسط بخار آب پراکنده در جو زمین جذب می‌شوند، و به همین خاطر ضروری‌ست تا تلسکوپ مطلوب‌مان را در ورای جو زمین مستقر ساخت – ولو هم اینکه فناوری اپتیک سازگار، مشکل تلاطم جو را حل کرده باشد.

تلسکوپ فضایی جیمز وب، در مقام جانشین هابل، یک تلسکوپ حسّاس به امواج فروسرخ نزدیک است؛ امواجی که به این تلسکوپ اجازه نفوذ در نه‌تنها سنین نوباوگی گیتی و رصد نخستین تجمّعات ستاره‌ای عالَم، بلکه همچنین در پیله غبارین ستارگان نوباوه کهکشان‌ خودمان و جو سیارات فراخورشیدی پراکنده در آن را هم می‌دهد. تحقّق این اهداف اما منوط به چیزی فراتر از تجهیز تلسکوپ به «حسگر»های فروسرخ است؛ بلکه منوط است به استفاده از آینه‌ مقعّری‌ دست‌کم به قطر ۶.۵ متر، تا نور فروسرخ کافی برای ارسال به چنین حسگرهایی را فراهم آورَد. اودیسه آینه اصلی تلسکوپ جیمز وب نیز از همین نیاز آغاز می‌شود.

مقایسه طرحی از تلسکوپ فضایی هابل (راست) با قطر آینه اصلی ۲.۴ متر، با طرحی از تلسکوپ فضایی جیمز وب، با قطر آینه اصلی ۵ متر.

مقایسه طرحی از تلسکوپ فضایی هابل (راست) با قطر آینه اصلی ۲.۴ متر، با طرحی از تلسکوپ فضایی جیمز وب، با قطر آینه اصلی ۵ متر.

ملاقات با جهان فروسرخ 

تابش فروسرخ در واقع همان تابش حرارتی است؛ به‌طوریکه برای یک حسگر فروسرخ، حضور در مجاورت حتی کمترین حرارت جانبی، منجر به افزایش سطح نویز و اُفت کیفیت سیگنال دریافتی می‌شود. این موضوع برای حسگرهای یک «تلسکوپ» فروسرخ که برای دریافت سیگنال‌هایی به مراتب ضعیف‌تر از حرارت گسیلی از منابع زمینی طراحی شده، اهمیّت بسیار بیشتری دارد؛ به‌طوریکه می‌بایست حرارت پیرامون آن را تا نزدیک به صفر مطلق کاهش داد. برای تلسکوپ‌های فضایی فروسرخ (همچون تلسکوپ‌های اسپیتزر، WISE، IRAS، ISO، هرشل، و …) این کار از طریق محافظت ابزارهای علمی تلسکوپ با یک سپر حرارتی در برابر خورشید، و استفاده از رادیاتورهای خنک‌کننده محتوی هلیوم مایع انجام می‌شود.

جیمز وب هم از این قاعده مستثنی نیست. دمای پیش‌بینی‌شده برای عملیات علمی این تلسکوپ، چیزی در حدود منفی ۲۲۰ درجه سانتیگراد (یا ۵۰ کلوین) است؛ و این شرط، از طریق قرارگیری بدنه تلسکوپ در «سایه» یک سپر چندلایه و غول‌آسای حرارتی؛ با اندود آلومینیوم و سیلیکون برآورده می‌شود. لازم به ذکر است که این سپر، صرفاً یک «سپر خورشیدی» و برای دفع حرارت گسیلی از سمت خورشید نیست، بلکه به یمن موقعیت مداری منحصربفرد پیش‌بینی‌شده برای تلسکوپ، این سپر، سپری برای گرمای گسیلی از زمین و ماه هم خواهد بود. این موقعیّت مداری ویژه، نقطه‌ایست به فاصله ۱.۵ میلیون کیلومتر از زمین، موسوم به «نقطه دوم لاگرانژی» یا اختصاراً نقطه L2 (یعنی جایی در ورای مدار ماه).

در نقطه L2، که نیروی کشش گرانشی زمین و خورشید با هم برابری می‌کند، اجسام در حالی‌که به مداری به گرد زمین «قفل» شده‌اند، هماهنگ با زمین به گرد خورشید می‌چرخند. با این حساب، خورشید و زمین (و همچنین ماه، که در نزدیکی زمین قرار دارد) از دید آن جسم همواره در یک جهت واقع‌اند؛ و با با قرارگیری جیمز وب در این نقطه، سپر حرارتی‌ این تلسکوپ هم با یک تیر، سه نشان خواهد زد.

طرحی از پنج نقطه لاگرانژی در اطراف مدار زمین (مدار زمین، با رنگ آبی مشخص شده است). هر جسمی که در هرکدام از این پنج نقطه در اطراف مدار زمین مستقر شود، به‌واسطه تعادل نیروهای گرانشی از جانب زمین و خورشید، نه به گرد زمین، بلکه هماهنگ با زمین به گرد خورشید خواهد چرخید / منبع تصویر: دایره‌المعارف ویکی‌پدیا

طرحی از پنج نقطه لاگرانژی در اطراف مدار زمین (مدار زمین، با رنگ آبی مشخص شده است). هر جسمی که در هرکدام از این پنج نقطه در اطراف مدار زمین مستقر شود، به‌واسطه تعادل نیروهای گرانشی از جانب زمین و خورشید، نه به گرد زمین، بلکه هماهنگ با زمین به گرد خورشید خواهد چرخید / منبع تصویر: دایره‌المعارف ویکی‌پدیا

با این‌حال، سفر جیمز وب به نقطه L2، ریسک بزرگی برای یک «جانشین هابل» خواهد بود؛ چراکه دیگر هیچ فرصتی را برای «تعمیر» یا «ارتقا»ی این تلسکوپ در اختیار دانشمندان قرار نخواهد داد – عملیاتی که پنج بار در خصوص تلسکوپ هابل انجام شد؛ و در جریان مهم‌ترین و اولین این عملیات‌ها در سال ۱۹۹۳ هم بود که خطای اپتیکی مهلک این تلسکوپ تصحیح گردید و پروژه را از شکست محتوم‌اش نجات داد. هابل هم‌اینک در مداری با فاصله متوسط ۵۷۰ کیلومتر از سطح زمین قرار دارد؛ که فاصله نسبتاً نزدیکی برای اعزام شاتل‌های سرنشین‌دار فضایی به شمار می‌رفت. حال، با بازنشستگی شاتل‌ها، و از آن مهم‌تر بُعد مسافت ۲۶۰۰ برابری‌ای که جیمز وب نسبت به هابل خواهد داشت، دیگر هیچ فرصتی برای جبران حتی کوچک‌ترین اشتباه مهندسی ضمن طراحی این تلسکوپ در اختیار دانشمندان نخواهد بود (به خاطر داشته باشید که آن “خطای مهلک” مهندسی در طراحی آینه اصلی هابل، در واقع انحراف الگوی تقعّر آینه به اندازه تنها یک‌پنجاهم قطر موی انسان نسبت به فرم ایده‌آلش بود، که باعث شد هابل عملاً در سه سال نخست مأموریتش تصاویری حتی محوتر از تلسکوپ‌های زمینی را به زمین مخابره کند).

پیش از این نیز تلسکوپ فضایی فروسرخ هرشل، متعلّق به سازمان فضایی اروپا (اسا) در مداری به گرد نقطه L2 مستقر شده بود. هرشل با آینه سه‌و‌نیم‌متری‌ خود، تاکنون بزرگ‌ترین تلسکوپی بوده که به فضا پرتاب شده است. با این وجود، از آنجاکه آینه می‌بایست از شوک موقع پرتاب و همچنین برودت سرسام‌آور محیط فضا کمترین تأثیر را بپذیرد، لازم بود تا در انتخاب ماده خام آن، بین وزن کم، انعطاف پایین، و استحکام بالا، بهینه‌ترین حالت را برگزید: در نهایت، آینه هرشل از ادغام ۱۲ شمش تراش‌خورده کاربید سیلیسیم (SiC) حاصل شد، که ضخامت‌اش از ۳ میلیمتر، و وزن مجموع‌ ادوات اپتیکی تلسکوپ هم از ۳۰۰ کیلوگرم تجاوز نکرد.

اما جانشین هابل، وضعیت خاص‌تری دارد. جیمز وب بناست در سال ۲۰۱۸ با همان موشکی که هرشل را به نقطه L2 رساند (یعنی موشکی از سری آریان-۵، متعلق به سازمان فضایی اروپا)، به همان‌ نقطه اعزام شود؛ یعنی موشکی با همان کلاهک. این در حالیست که مساحت آینه اصلی جیمز وب دو برابر آینه هرشل، و طبیعتاً ناگزیر از تجهیز به یک سپر حرارتی پهناورتر است. این حجم گسترده‌تر را چگونه می‌توان در همان کلاهک جا داد؟

با «بسته‌بندی» تلسکوپ. آینه جیمز وب، برخلاف آینه هر تلسکوپی که تاکنون به فضا پرتاب شده، یکپارچه نیست، بلکه همچون آینه برخی تلسکوپ‌های غول‌آسای زمینی (از قبیل تلسکوپ‌های دوقلوی کک، یا تلسکوپ هابی-اِبرلی) آینه‌ای هجده‌تکّه‌ای با آرایش لانه‌زنبوری است (که قطر هرکدام از این قطعات شش‌ضلعی‌اش، به ۱.۳۲ متر می‌رسد). و آنچه طی هفته‌های آتی هم خبرساز شد، پیوستن هر هجده تکه‌ این آینه به همدیگر، در بستر اسکت فلزی‌شان، در پایگاه فضایی گادرد ناسا بود. این اسکت، به اتفاق سپر حرارتی غول‌آسای تلسکوپ (به طول ۲۰ و عرض ۷.۲ متر)، و همچنین بازوهای نگه‌داره آینه ثانویه، هر سه انعطاف کافی برای «مچاله» کردن جیمز وب در کلاهک موشک آریان-۵ را دارند؛ تا پس از گشایش کلاهک و ورود تلسکوپ به فضا، این قطعات هم طی سه هفته دلهره‌آوری که تا نقطه L2 راه است، آهسته باز شوند و تلسکوپ به فرم نهایی خود درآید (جهت مشاهده انیمیشنی از جزئیات این عملیات، به این لینک مراجعه کنید).

این اقدامات، همه به خودی خود جسورانه‌ و در نوع خود بی‌نظیرند، اما در مقاله حاضر، از توضیح این پیچیدگی‌ها درمی‌گذریم و سراغ از اودیسه پر افت و خیز طراحی و تولید آینه اصلی جیمز وب می‌گیریم؛ اودیسه‌ای که اخیراً اتمام بخش اعظم آن، ایده کلی اجرای طرح چنین تلسکوپ جاه‌طلبانه‌ای را هم به ساحل امن امیدواری رساند.

تمام ۱۸ قطعه آینه جیمز وب در محفظه‌های ویژه‌شان، پیش از اعزام به پایگاه فضایی گادرد ناسا برای ادغام نهایی

تمام ۱۸ قطعه آینه جیمز وب در محفظه‌های ویژه‌شان، پیش از اعزام به پایگاه فضایی گادرد ناسا برای ادغام نهایی

رؤیای آینه‌ای منحصربفرد 

آینه جیمز وب نیز همچون آینه هرشل، می‌بایستی به قدر کافی سبک و مستحکم باشد تا تاب شوک ناشی از پرتاب و برودت سرسام‌آور محیط فضا را بیاورد. اما برخلاف آینه هرشل، می‌بایست ظرافت بسیار بیشتری در تراش آینه جیمز وب به خرج داده شود، چراکه بازه طیفی رصدهای این تلسکوپ در محدوده فروسرخ نزدیک (NIR) قرار دارد، حال‌آنکه همین بازه در خصوص تلسکوپ هرشل، در محدوده امواج زیرمیلیمتری و فروسرخ دور (FIR) واقع بود. و از آنجاکه بزرگ‌ترین ناهمواری یک سطح بازتابنده ایده‌آل باید از طول موج تابش گسیلی کوچک‌تر باشد، حداکثر ابعاد یک ناهمواری بر سطح آینه هرشل نمی‌توانست از ۱ میکرون تجاوز کند، حال‌آنکه این ابعاد در خصوص آینه جیمز وب، به حدود ۲۰ نانومتر می‌رسد؛ یعنی ۵۰ برابر کوچک‌تر.

به همین‌واسطه در سال ۲۰۰۰، ناسا برنامه چهارساله‌ای را به‌منظور ارزیابی مواد خام مناسب برای ساخت چنین آینه‌ ظریف و در عین حال مستحکمی را شروع کرد، و در نهایت عنصر بریلیوم را برگزید. بریلیوم عنصر سبک و مستحکمی است که رسانای خوبی برای گرما و الکتریسیته، و در عین حال هم یک عایق مغناطیسی است. اما عمده‌دلیل انتخاب این عنصر، پیش‌بینی‌پذیری بهتر الگوی انقباض آن تحت دماهای فوق‌العاده پایین (یا به عبارت بهتر همان منفی ۲۲۰ درجه سانتیگرادی که تلسکوپ در آن به داده‌گیری خواهد پرداخت) به شمار می‌رود. در واقع آینه جیمز وب به طریقی «اشتباه» صیقل خورده است تا با در نظر گرفتن الگوی انقباض آن در دمای منفی ۲۲۰ درجه سانتیگراد، شکل «صحیح»اش خودبه‌خود حاصل شود. از همین‌رو هم عملیات تراش و صیقل آن، بدون شبیه‌سازی‌های پیشرفته رایانه‌ای امکان‌پذیر نمی‌شد.

هر ۱۸ قطعه آینه جیمز وب، ۱۴ بار در ۱۱ ایالت مختلف آمریکا توقف کرده‌ و می‌کنند تا تلسکوپ عاقبت آماده پرتاب گردد (تاکنون دوازده مرحله از این زنجیره طی شده است). مبدأ این سفر طولانی، معادن بریلیوم کوه‌های توپاز-اسپور ایالت یوتا، و ایستگاه بعدی‌شان هم ایالت اوهایو بود تا فرآیند تصفیه و استحصال پودر نوع ‌بخصوصی از بریلیوم (موسوم به O-30) از سنگ‌های معدنی این عنصر توسّط شرکت Brush Wellman در شهر المور انجام شود. این شرکت، پودر حاصله را در قالب‌هایی شش‌ضلعی پرس کرد و هر شمش را هم یک برش عرضی‌ زد تا بدین‌وسیله به ازای هر قالب، دو شمش خام آینه به دست آید. اولین جفت از این شمش‌ها در سال ۲۰۰۴ آماده شد.

شمش‌های خام آینه سپس به شرکت Axsys Technologies در شهر کالمن ایالت آلاباما تحویل شدند تا بخش اعظمی از وزن اضافی‌شان از طریق نقر یک الگوی متخلخل در پشت شمش‌ها، حذف گردد؛ به‌طوریکه وزن هر شمش در این مرحله به تنها ۲۰ کیلوگرم کاهش یافت. همین شرکت، کار تراش سطح آینه‌ها را هم انجام داد، تا بعدتر توسط شرکت SSG/Tinsley واقع در شهر ریچموند کالیفرنیا صیقل داده شوند.

با اتمام مراحل تراش و صیقل اولیه، آینه‌ها به شرکت Ball Aerospace & Technologies در شهر بولدر ایالت کلرادو منتقل شدند تا هر آینه به قاب و ادوات «محرک» خود مجهز شود. این محرّک‌ها – که عبارتند از شش ابزار تنظیم جهت آینه در راستای هر رأس قطعات شش‌ضلعی آینه، و یک ابزار تنظیم تقعّر در وسط هر قطعه – برای هموارسازی سطح بازتابنده آینه اصلی تلسکوپ با دقت یک‌ده‌هزارم قطر موی انسان، ضرورت دارند.

بازبینی نهایی یکی از قطعات آینه اصلی جیمز وب، پیش از ادغام کلیه قطعات در پایگاه فضایی گادرد ناسا

بازبینی نهایی یکی از قطعات آینه اصلی جیمز وب، پیش از ادغام کلیه قطعات در پایگاه فضایی گادرد ناسا

در مرحله بعد، آینه‌ها (که هم‌اینک وزن مجموع‌ هرکدام‌شان به اتفاق قاب و ادوات محرّک، به ۴۰ کیلوگرم افزایش یافته بود)، به پایگاه فضایی مارشال ناسا در شهر هانسویل آلاباما منتقل شدند تا تست برودت محیط فضا بر آن‌ها اعمال گردد. در این مرحله، گروهی از مهندسین شرکت Ball Aerospace & Technologies، الگوی تغییر شکل آینه‌ها تحت دمای منفی ۲۴۰ درجه سانتیگراد را با یک تداخل‌سنج لیزری محاسبه کردند. این اطلاعات هم‌اینک جزئی از ماهیت آینه‌ها شده بود، چراکه حکایت از شکل بالقوه‌‌شان در محیط فضا می‌کرد. حال لازم بود تا چنین الگوی بالقوه‌ای، در نحوه صیقل نهایی سطح هر آینه هم لحاظ گردد. از همین‌رو آینه‌ها مجدداً به شرکت Ball Aerospace & Technologies در بولدر کلرادو منتقل شدند تا جهت صیقل نهایی، قاب و ادوات محرک‌ از آن‌ها جدا شود. مقصد بعدی، شرکت SSG/Tinsley در کالیفرنیا برای صیقل نهایی بود.

از آنجاکه بریلیوم انعکاس‌دهنده خوبی برای امواج فروسرخ محسوب نمی‌شود، لازم بود تا در مرحله بعدی، سطح هر آینه با غشای نازکی (به ضخامت تنها ۱۰۰ نانومتر) از طلا، و سپس لایه محافظی از اکسید سیلیسیوم اندود شود. این کار را هم شرکت Quantum Coating در شهر مورستاون ایالت نیوجرسی به ثمر رساند.

و هم‌اینک آینه‌ها در پایگاه فضایی گادرد ناسا در شهر گرین‌بلت ایالت مریلند به سر می‌برند؛ یکپارچه در کنار هم بر روی اسکلت فلزی‌شان، به هیأت آینه‌ واحدی به قطر ۶.۵ متر. مقصد بعدی، در اوایل سال آتی میلادی، شهر هیوستون ایالت تگزاس است تا آینه، به اتفاق محفظه ادوات علمی‌ تلسکوپ (موسوم به OTIS)، پس از طی این مسافت بر دوش یک هواپیمای باری C5 Galaxy، چندماهی را در محفظه‌ای که کار شبیه‌سازی آسمان را صورت می‌دهد، سپری کنند. در این تأسیسات، تمام طول مسیر نور ورودی به تلسکوپ، از سطح آینه اصلی تا سطح یکایک حسگرها، برای اولین و آخرین بار در شرایطی مشابه فضا آزمایش می‌شود؛ عملیاتی که حتی برای هابل هم صورت نپذیرفته بود. در صورت عبور موفق تجهیزات اپتیکی تلسکوپ از این مرحله، بار دیگر این تجهیزات از مسیر هوا به شهر لس‌آنجلس در کالیفرنیا نقل مکان می‌کنند تا شرکت Northrop Grumman – که در حال حاضر سپر حرارتی و بدنه اصلی تلسکوپ را تولید کرده – آینه جیمز وب را هم به این مجموعه بیفزاید.

تکنیسین‌های شرکت Northrop Grumman، پیمانکار ساخت سپر حرارتی و بدنه اصلی جیمز وب، در حال بازبینی سپر حرارتی تلسکوپ

تکنیسین‌های شرکت Northrop Grumman، پیمانکار ساخت سپر حرارتی و بدنه اصلی جیمز وب، در حال بازبینی سپر حرارتی تلسکوپ

با تکمیل سازه نهایی جیمز وب، ابعاد تلسکوپ حتی بزرگ‌تر از آن چیزی خواهد بود که دیگر هواپیمایی قابلیت حمل‌ آن تا مقصد نهایی را داشته باشد؛ و از همین‌رو هم مسیر نهایی سفر این سیکلوپس تا پایگاه پرتاب‌های فضایی گویان فرانسه در کرانه‌های شمالی آمریکای جنوبی، سوار بر یک کشتی، و از مسیر کانال پاناما رقم خواهد خورد. از آنجا، در اکتبر ۲۰۱۸، تا نقطه L2، در ۱.۵ میلیون کیلومتری سیاره‌مان، تنها ۲۹ روز دیگر راه است تا چنین اودیسه بی‌سابقه‌ای در تاریخ اکتشافات بشر، با هر نتیجه ممکنی، به پایان برسد.

اینکه آیا مقصد بعدی‌ای، به دورترین نقاط جهان هستی، به فواصلی حتی ژرف‌تر از آنچه «تصویر فراژرف» هابل روایت کرده، و به اعماق پیله‌های غبارین پیرامون ستاره‌های نوباوه کهکشان‌ خودمان، و حتی جو سیارات مرموز فراخورشیدی هم وجود خواهد داشت یا نه، رؤیایی‌ست که ناسا، با سنگین‌ترین قمار تاریخ ۵۸ساله‌اش، فعلاً آن را تضمین کرده است.

پانویس: 

  • سیکلوپس (Cyclops)، نام غول‌هایی با یک‌چشم در اساطیر یونانی است.
Share