“جيمس ويب”.. معجزة تكنولوجية تخترق السماء لكشف أسرار ميلاد الكون

كان على رائد الفضاء تجاوز عدد من التحديات والعقبات البدنية،مثل تأثير الجاذبية على جسم الإنسان وعلى الوظائف الفيزيولوجية، وعقبات أخرى نفسية كمحاولة استيعاب العقل لمِا تسقط عليه العينان، فليس هناك دورة للحياة بعد اليوم، وإنما ظلام دامس يتخلله منظر مهيب لمصابيح معلقة كما لو أنها لم تنطفئ منذ أمدٍ بعيد.

إنّ رواد الفضاء يراهنون على منظر مغاير تماما لزينة سماء الأرض، لتلك المصابيح المعلقة التي تأسر الناظر بعددها وتعدد ألوانها وأجناسها وتملأ المشهد من كلّ حدب وصوب، فيُخيّل للرائي مركزية نفسه في الكون وكأنّ سهام النجوم متأهبة عليه، وما يلبث ذلك الانطباع حتى يتبدد شيئا فشيئا، من الانبهار إلى الارتياع الذي تصاحبه رهبة صمت المكان المضجرة.

في الأعلى هناك، في الفضاء الخارجي يُكتم كلّ شيء، فلا صوت يُسمع ولا لألأة تُرى، فما من غلافٍ جوّي ينقل موجات الصوت ولا حتى يكسر ضوء النجوم القادم من الفضاء السحيق، فتبدو النجوم جامدة صامتة أمام أعين رواد الفضاء.

وقد يبدو أمرا غير مألوف وغير مستحسن لهم، لكنه الحالة المثالية التي يسعى إليها جميع علماء وهواة الفلك لكي يضعوا مقاربهم “التلسكوب” فيها، والسبب هو نفسه، إذ لا غلاف جوّي ولا ذرات هوائية تشوش الرؤية أو تعمل على تصفية أشعة النجوم.

تلسكوب “هابل”.. خير سلف لخير خلف

إنّ ما نسعى إليه لفهم الكون الذي نعيش فيه هو الوصول إلى صورة الكون الحقيقية طبيعية دون أي “فلاتر”، وهذا ما دفع علماء وكالة ناسا لإرسال وإرساء الأعجوبة الهندسية تلسكوب الفضاء “جيمس ويب” (James Webb SpaceTelescope) ليحلّ بديلا لأحد أضخم المشاريع الفلكية في التاريخ البشري، تلسكوب “هابل” (Hubble SpaceTelescope) الذي أطلق في عام 1990.

تعزى تسمية تلسكوب “هابل” إلى عالم الفلك الأمريكي “إدوين هابل” واضع نظرية توسع الكون في بداية العقد الثالث من القرن الماضي، وقد أحدث التلسكوب طفرة علمية عظيمة في هذا المجال وعلى امتداد 32 عاما لم يخفق بإبهار المجتمع العلمي والعالم بأسره بما تمكن من التقاطه بعدساته البالغ عرضها 2.4 م.

على مدار ثلاثة عقود استطاع تلسكوب “هابل” أن يحظى بثقة واحترام الكثير من العلماء والمهندسين على الرغم من أنه لم يكن أوّل تلسكوب يعمل خارج الغلاف الجوي للأرض، إذ سبقه في عام 1968 تلسكوب “المرصد الفلكي المداري” وهو الأول من نوعه، ثم تبعه مقارب أخرى بمشاركة سوفيتية وأمريكية.1

لقد ساهم تلسكوب “هابل” في تحقيق أكثر من مليون اكتشاف، مثل التقاط صور دقيقة لولادة وموت نجوم، وكذلك صور لمجرّات تبعد عنّا عدة مليارات سنين ضوئية، وكانت أبرز اكتشافاته على الإطلاق على النحو التالي:

–      مساعدة في تحديد عمر الكون البالغ 13.8 مليار سنة، أي ما يُقارب ثلاثة أضعاف عمر الأرض.

–      اكتشاف قمرين إضافيين  تابعين للكوكب القزم بلوتو، وهما “نيكس” و”هايدرا”.

–      المساعدة في تحديد معدل تمدد الكون.

–      التمكن من فهم طبيعة المجرات الرئيسة باحتوائها على ثقوب سوداء في مركزها.

–      رسم خريطة ثلاثية الأبعاد للمادة المظلمة في الكون.2

مرآة التلسكوب.. عدسة أقوى من عين الإنسان 120 ألف مرة

يحتوي تلسكوب “هابل” على “مجسات توجيه دقيقة” (Fine Guidance Sensors) قادرة على توجيه وضبط عدسات الكاميرا صوب الهدف على نحو فائق، ولو كان الهدف يبعد ميلا واحد فقط فلن يتزحزح المؤشر أكثر من عرض شعرة الإنسان لدقته العالية، على حد وصف الخبراء.

بالإضافة إلى مرآة أساسية مصممة على نحو يمنحها القدرة على جمع الضوء أكثر بـ120 ألف مرة من قدرة عين الإنسان على جمع الضوء. ويرتد الضوء من المرآة الأساسية إلى مرآة ثانوية تعمل على تركيز الضوء وإرساله مجددا إلى المرآة الرئيسية ليمر عبر ثقب صغير، فيجتمع الضوء ليجري تحليله أخيرا بواسطة 5 أدوات علمية، لكلٍ منها غرض خاص لدراسة الطيف الضوئي.3

وكحال الإنسان وبقية المخلوقات، فإنّ لكل ما في الوجود عمرا يسير وفق مقتضاه، ولعلّ الآلات التي تمكث في الفضاء هي الأسوأ حظا في ما يتعلق بهذا الأمر، وذلك بسبب تعرضها المستمر للرياح الشمسية التي تحتوي على أعداد هائلة من الجسيمات المشحونة (EnergeticParticles) التي تساهم في إتلاف وتدمير الأجهزة الإلكترونية، فكان العمر الافتراضي الذي وضعه العلماء لتلسكوب “هابل” عند إرساله أن يعيش لقرابة 25 عاما، لكنه فاق التوقعات، ولا ندري إلى أي نقطة سيبقى الحظ السعيد واقفا لصالح علماء الفلك، لذا كان العمل على بديل أكثر تحملا قيد العمل منذ سنوات طويلة، وكذلك أكثر قدرة وإمكانيات.

كعكة فضائية لرأس السنة.. عصارة ثلاثين عاما من العمل الدؤوب

أخيرا وبعد 30 عاما من العمل الدؤوب على بناء أكثر الأجهزة الإلكترونية حداثة وتطورا في التاريخ المعاصر، الذي يعد كذلك من أغلى القطع الهندسية في عالم التكنولوجيا إذ بلغت تكلفته 10 مليارات دولار؛ استطاعت وكالة ناسا الفضائية قبل أيام قليلة في يوم 24 ديسمبر 2021، إرسال “تلسكوب جيمس ويب الفضائي” على متن صاروخ فضائي من نوع “آريان 5” (Ariane 5)، لينطلق من إقليم غيانا الفرنسية الواقع في شمال قارة أمريكا اللاتينية.4

لم يكن لخبر مثل هذا أن يمرّ مرور الكرام دون أن تحتفي به كبرى المحطات الهوائية والصحف العالمية، وكذلك مواقع التواصل الاجتماعي حول العالم، لما تعنيه مثل هذه الخطوة.

بطبيعة الحال قد لا نتذكر الصورة الأولى التي التقطها تلسكوب “هابل” بعدسته قبل نحو 30 عاما، وردة فعل المجتمع العلمي اتجاهها، وذلك لشح وسائل التواصل وعدم توفر إمكانيات الاطلاع على العالم الآخر وعلى مجرياته آنذاك، لكننا بالطبع نعيش اليوم لحظة فريدة ولحظة ترقب لما سيحققه التلسكوب من إنجازات فضلا عن أول صورة سيلتقطها، وذلك عطفا على ما نشر من التفاصيل العلمية والتقنية التي طالته في أثناء عملية تجهيز وتحضير “الكعكة الفضائية لرأس السنة”.

رفع الستار عن ميلاد النجوم.. رحلة إلى أيام الكون الأولى

إنّ إحدى الغايات التي كُلّف بها تلسكوب “جيمس ويب” هي البحث في أعماق الكون عن خيوطٍ تقودنا إلى العصر البدائي من الكون، في المئة مليون سنة الأولى من عمر الكون على وجه التحديد، حين ظهرت النجوم ونشأت لأولّ مرة.

تقول الفيزيائية “نيكول كولون” التي تعمل في مركز “جودارد لرحلات الفضاء” التابع لوكالة ناسا: إننا بفضل تلسكوب “جيمس ويب” سنتمكن من الوصول إلى نقطة تظهر لنا بداية الكون أقرب من أي وقت مضى، باعتبار أنّ ما يعرفه علماء الفلك عن الحقبة الأولى من الكون لا يتجاوز 5% فقط.

كما أنّ هنالك هدفا آخر من هذه المهمة، هو البحث في خبايا ودهاليز الكون عن كوكب مشابه للأرض، يتشارك معه في الحرارة والحجم.

ولعلّ ما يدفع الجميع للشعور بالحماسة هو أنّ التلسكوب صُمِم ليكون أكثر حساسية من تلسكوب “هابل” بـ 100 مرّة، أي كأننا استبدلنا نظارة بأخرى لرؤية ما عجزنا عن رؤيته من قبل، والفضل يعود لحساسية وتضاعف حجم العدسات/المرايا بـ6 مرات، بواقع 8 مرايا صغيرة مجتمعة معا لتشكّل مرآة ضخمة.

جمع الأشعة.. مختبرات تقنية في الفضاء لتحليل الصورة

على نقيض العين وعدسات الكاميرات المرئية التي تلتقط الطيف الضوئي فقط، فإن لهذه المرايا التي يحملها التلسكوب قدرة على جمع الضوء وكذلك الأشعة تحت الحمراء على وجه الخصوص، وهي تُعد أساس نجاح التلسكوب وتفرده عن غيره إذ سنرى تفاصيل لم نرها مطلقا من ذي قبل.

وبعد أن تُجمع الأشعة بواسطة المرايا ستنعكس لكي تُصب في بؤرة معيّنة، فيختزل في هذه النقطة جميع البيانات، ومن ثمّ يجري تحليلها بواسطة أدوات علمية مختصة للتعامل مع الأشعة تحت الحمراء، ووفقا لمهندسي التلسكوب فهي تنقسم إلى أربع أدوات علمية وهي كالآتي:

جهاز تحليل منتصف نطاق الأشعة تحت الحمراء (Mid-Infrared Instrument).

جهاز تصوير الأشعة القريب من تحت الحمراء (Near-Infrared Camera).

جهاز التنظير الطيفي للأشعة القريبة من تحت الحمراء (Near-infraredspectroscopy).

جهاز التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء “من دون إحداث شق” (Near-Infrared Imager and SpitlessSpectrograph)

هذا بالإضافة بكل تأكيد إلى مستشعر دقيق لتوجيه وضبط عدسات الكاميرا لتتبع الهدف، كما أنّ لكل جهاز من تلك الأجهزة الأربعة حزمة كاملة من المعدات التقنية المتطورة القادرة على استخلاص وتحليل أعقد البيانات.

التصوير الرقمي.. دقة عالية تلتقط تفاصيل الفضاء

صمم تلسكوب “جيمس ويب” لكي يعمل في نطاق من الأشعة الضوئي يتراوح طوله الموجي بين 0.6 ميكرون (اللون الأحمر المرئي) و28.8 ميكرون (منتصف الأشعة تحت الحمراء). وكلّ جهاز يختص بنطاق معيّن، لتتشكل في النهاية لوحة فنيّة دقيقة للغاية أشبه بفسيفساء فضائية متعددة الأطياف الموجية.

وكما ذُكر آنفا عن قدرة التلسكوب على التحليل الطيفي (Spectroscopy) في تحليل شدة وسطوع الألوان أو الأطوال الموجية المختلفة على حدة، فإن هذا من شأنه أن يمنحنا معلومات إضافية مثل حرارة الشيء وتركيبته وكثافته وحركته، وكذلك المسافة التي تفصل بيننا وبينه.

وكذلك أيضا القدرة على التصوير بالشكل الاعتيادي الذي نألفه وهو التصوير الرقمي، لكن بدقة عالية وبأربعة أوضاع، وهي على النحو التالي:

التصوير المألوف أو المباشر.

التصوير التاجي أو التصوير عالي التباين (Coronagraphic Imaging)، ويتميز هذا بالنمط بإمكانية حجب مصادر الضوء الشديدة مثل ضوء النجوم للتركيز على الأضواء الخافتة القادمة من الكواكب أو الأجرام السماوية الأخرى.

التصوير بتقنية فتحة إخفاء التداخل أو التصوير البقعي (Aperture MaskInterferometry)، وهي طريقة لزيادة الدقة وتركيز العدسة نحو نقاط معينة عن طريق استخدام قناع خاص ذي فتحات على العدسة يحجب أشعة دون غيرها.

التصوير السلسلي الزمني (Time-Series Imaging)، وهذا النمط معني بالتقاط عدة صور لذات الهدف على فترات متباينة، من أجل دراسة التغيرات الطارئة.

نقاط لاغرانج.. حيث تتزن القوى

يميل بعض المختصين في الاختلاف في مسألة أحقية منح لقب “الوريث” لتلسكوب “جيمس ويب” إشارة لظهوره مع اقتراب موعد تقاعد تلسكوب “هابل”، إذ إنّ كليهما يختلفان عن بعضهما  في نقاط جوهرية، فضلا عن موقع كلٍ منهما في الفضاء.

فمن المعلوم أنّ تلسكوب “هابل” يقع في مدار حول الأرض على مسافة تقدر نحو 545 كيلومتر، أي في المدار القريب من الأرض (LowEarthOrbit)، أما بالنسبة لتلسكوب “جيمس ويب” فسيتجه إلى نقطة لن يستطيع الإنسان الوصول إليه فيها مجددا على بعد مليون ونصف مليون كيلومتر، وبالتحديد نقطة “لاغرانج” الثانية.

وكما قد يبدو لمن لا يدرك الدلالة وراء هذه النقطة، فقد يظن أنها كلمة مشفرة لمكان ما في الفضاء، وهي ربما كذلك، لكن ليست مشفرة بالمعنى الذي نتداوله، وإنما رياضيا فحسب.

ففي عام 1772 كشف الرياضي الشهير الإيطالي الفرنسي الأصل “جوزيف لاغرانج” في ورقة بحثية عن نقاط مميزة ينعدم عندها تأثير الجاذبية بين جرمين سماوين كبيرين، بما يعرف بنظام الأجرام الثلاثة (Three- Body System)، ويبلغ عددها خمس نقاط تتمركز حول جسم الجرم السماوي الأصغر، كما هو الحال في -النظام الشمسي الأرضي.

وبسبب انعدام تأثير الجاذبية، يبقى الجسم (الثالث) عالقا في تلك النقاط وفي ذلك الحيّز المكاني إلى الأزل، أو إلى أن يتأثر بجاذبية جسم ثالث ضخم. وقد سميت هذه النقاط الخمس بالتسلسل الرقمي، يسبقها أول حرف من اسم العالم المكتشف، حرف اللام، وقد اختار علماء ناسا موقع “لام 2” (L-2) لكي يكون موقعا للتلسكوب.7

وسبب اختيار هذه النقطة بالتحديد يعود إلى حاجة التلسكوب إلى التصوير بالأشعة تحت الحمراء التي تتأثر بأي حرارة قادمة، ولأنّ نقطة “لام 2” تقع مباشرة وراء الأرض، فإنّ كوكبنا يمنح شيئا شبيها بالظل يمنع أو يخفف الأشعة الشمسية القادمة.

“جيمس ويب”.. انتصار لبراعة الحضارة البشرية

بدا كما لو أنّ هذا اليوم الذي أطلق به التلسكوب لن يأتي أبدا بعد أن استمر عمل التحفة الهندسية قرابة ثلاثة عقود، بطاقم هندسي تجاوز كثيرا من العقبات والصعاب بجنسيات متعددة من شتى البلدان.

يقول “كاران جاني”، وهو فيزيائي فلكي من أصول هندية في جامعة “فاندربليت”: بعد 30 عاما من التخطيط والتطوير، أصبح لدينا الآن أعظم مقراب في تاريخ علم الفلك، ولهذا يُعد مقياسا حضاريا للبشرية. ثمّ أضاف: إن هذا المقراب ينتمي لنا جميعا بغض النظر عن منشأنا ومسقط رأسنا، إنه يمثل انتصارا لبراعة البشرية.8

وكما يبدو فإنّ الفضاء الذي كان حلما لنا فيما سبق بات أقرب إلينا يوما بعد يوم، ومن يدري ماذا سيحمله تلسكوب “جيمس ويب” الفضائي لنا من مفاجآت مرتقبة، رغم أنه لن يرينا ما بجعبته حتى حلول صيف 2022، وبذلك يترك جميع من على كوكب الأرض بحالة من الانتظار والترقب.

 المصادر:

[1] لاتيس، جيمس (2018). أول تلسكوب فضائي في العالم. تم الاسترداد من: https://blogs.scientificamerican.com/observations/the-worlds-first-space-telescope/

[2] محررو الموقع (التاريخ غير معروف). ماذا اكتشف تلسكوب هابل؟. تم الاسترداد من: https://www.rmg.co.uk/stories/topics/what-has-hubble-space-telescope-discovered

[3] محررو الموقع (2020). ما هو تلسكوب هابل الفضائي؟. تم الاسترداد من: https://www.nasa.gov/audience/forstudents/5-8/features/nasa-knows/what-is-the-hubble-space-telecope-58.html

[4] وال، مايك (2021). “29 يومًا على الحافة:” ما التالي بالنسبة لتلسكوبجيمس ويب الفضائي جيمس ويب الذي أطلقته ناسا مؤخرًا. تم الاسترداد من: https://www.livescience.com/nasa-james-webb-space-telescope-next-steps

[5] جونسون، فيرونسيا (2021). تلسكوبويب: آلة زمنية كونية ستُظهر المجرات والنجوم الأولى. تم الاسترداد من: https://wjla.com/weather/james-webb-telescope-cosmic-time-machine-to-show-first-galaxies-and-stars-are-we-alone-in-the-universe

[6] الموقع الرسمي (التاريخ غير معروف). أدوات لتصوير الكون. تم الاسترداد من: https://webbtelescope.org/news/webb-science-writers-guide/webbs-scientific-instruments

[7] تريباثي، سيبو (2021). شرح: إلى أين يتجه تلسكوب جيمس ويب ولماذا نحتاج إلى إرساله بعيدا. تم الاسترداد من: https://www.indiatoday.in/science/story/where-is-james-webb-telescope-going-second-lagrange-point-explained-nasa-esa-1892637-2021-12-27

[8] نفس المصدر.

المصدر: الجزيرة