تلسکوپ جیمز وب، قسمت اول: معجزه مهندسی

مقدمهتلسکوپ فضایی و تلسکوپ زمینیاهداف، توانایی ها و کاربردهای جیمز وب. چرا جیمز وب ساخته شد؟معجزه مهندسی و ساختن جیمز وب: تاریخچه، برنامه ریزی و هزینهبخش های اصلی: آینه، سپرحرارتی، خنک کننده فعال برای سنسور، پیشرانه، چرخ عکس‌العملی و سوختماموریت غیر ممکن: اوریگامی و پرتاب جیمز وب به فضابعد از پرتاب و عکس های گرفته شده بوسیله این تلسکوپتصویر صخره کیهانی گرفته شده بوسیله تلسکوپ جیمز وبتلسکوپ جیمز وبمقدمهاین قسمت میخوایم درباره تلسکوپ جیمز وب حرف بزنیم. این تلسکوپ پیشرفته ترین تلسکوپ جهان و یکی از پیشرفته ترین و پیچیده ترین ابزاریِ که تا به حال به دست انسانها ساخته شده. ساختن این تلسکوپ نزدیک به 25 سال طول کشید و نزدیک به 10 میلیارد دلار هم هزینه داشت که این تلسکوپ رو تبدیل به گرونترین و باارزش ترین وسیله ساخت بشر هم میکنه. این تلسکوپ دو سال پیش در سال 2021 به فضا پرتاب شد و ماموریتش رو شروع کرد. تلسکوپ جیمز وب به قدری قدرتمندِ که قراره برای دیدن تصاویر اولیه بیگ بنگ ازش استفاده بشه. بوسیله این تلسکوپ میشه یه سکه رو از فاصله 40 کیلومتری دید یا توپ فوتبال رو از فاصله 550 کیلومتری. تلسکوپ جیمز وب بوسیله ناسا و سازمان فضایی اروپا و کانادا ساخته شده.به وی واای مدیا خوش اومدید. در ادامه این قسمت درباره تلسکوپ جیمز وب به طور مفصل صحبت میکنیم تا با این معجزه مهندسی بیشتر آشنا بشیم. با ما همراه باشید امیدواریم که لذت ببرید.تلسکوپ فضایی و تلسکوپ زمینیقبل از اینکه وارد بحث جیمز وب بشیم بهتره که یه مختصر درباره تلسکوپ های فضایی و تفاوت این نوع تلسکوپ ها با تلسکوپ هایی زمینی حرف بزنیم. تلسکوپ های فضایی یا همون (Space Telescope) به تلسکوپ هایی گفته میشن که خارج از جو زمین قرار میگیرن و برای اینکار ساخته شدن. برای اینکه بتونن خارج از جو زمین فعالیت کنن مهندسی شدن. تلسکوپ های زمینی یا همون (Ground-Base Telescope) هم تلسکوپ هایی هستند که هممون باهاشون آشنا هستیم و خیلی جاها این تلسکوپ ها رو دیدیم. این تلسکوپ های برای فعالیت و دیدن آسمان از روی کره زمین ساخته شدن. تلسکوپ های زمینی در اندازه های مختلفی موجود هستند. از کوچیکترین و ارزونترین مدل ها که مصرف خونگی هم دارن و میتونید خودتون این تلسکوپ ها رو بخرید و استفاده کنید تا رصد خانه ها که از تلسکوپ های بسیار بزرگی استفاده میکنن. هرچی آینه یا لنز تلسکوپ بزرگتر باشه فاصله بیشتری رو میتونه ببینه. تلسکوپ های کوچیک از لنز و شیشه استفاده میکنن. اما تلسکوپ های بزرگتر مثل جیمز وب و هابل از آینه استفاده میکنن. دلیلش هم اینه که برای ساختن تلسکوپ های بزرگ مثل وب اگر از لنز و شیشه استفاده بشه نیاز به ساختن لنز بسیار بزرگ و سنگینیِ که ساختن و فرستادنش به فضا غیرممکن میشه، به خاطر همین از آینه استفاده میشه که نیاز به ساختن لنزهای بزرگ و سنگین دیگه نیست. به خاطر همین فقط توی تلسکوپ های کوچیک از لنز استفاده میشه.تلسکوپ های زمینی بسیار قدرتمند و گرون هم وجود دارن که آینه های بسیار بزرگی دارند و تصاویر بسیار زیبایی هم تولید میکنند، اما در نهایت تلسکوپ های فضایی به چند تا دلیل گزینه بهتری برای رصد آسمان و ستاره هاست.تلسکوپ فضایی هابل که در سال 1990 به فضا پرتاب شدمهمترین دلیل اینکه تلسکوپ های فضایی گزینه بهتری هستند همونطور که حدس زدید اتمسفر کره زمینِ و محدودیت هایی که این اتمسفر برای دیدن آسمان بوسیله تلسکوپ ها بوجود میاره. وجود هوا و گردوغبار و انواع آلودگی ها در جو کره زمین باعث میشه که تلسکوپ های زمینی نتونن تصاویر بسیار دقیق تولید کنن و اتمسفر زمین باعث میشه که تلسکوپ های زمینی نسبت به تلسکوپ های فضایی تصاویری تاری تولید کنند. همچنین تصاویر تولید شده بوسیله تلسکوپ های زمینی یه جور اعوجاجی داره که این اعوجاج به خاطر وجود گرما در جو زمینِ.به خاطر اینکه در فضا آلودگی، گردوغبار، هوا و گرما وجود نداره تلسکوپ های فضایی عکس های بسیار دقیقتر و با جزییات بیشتری میتونن بگیرن که فاقد هرگونه اعوجاجِ و سوسو هم نمیزنه. این ویژگی ها باعث میشه تلسکوپ های فضایی بسیار مناسب تر از تلسکوپ های زمینی برای رصد آسمان باشن.مثلا درباره تلسکوپ فضایی هابل باید بگیم که انقدر این تلسکوپ تاثیرگذار بود که دانش بشر از آسمان و ستاره ها رو به دو دوره قبل از هابل و بعد از هابل تقسیم کرد و یکی از تاثیرگذارترین ابزار علمی بود که به دست انسانها ساخته شده. تصاویری که با هابل گرفته شده رو همه ما دیدیم حالا شاید بعضی از افراد ندونن این تصاویر با هابل گرفته شده.رصدخانه های زمینی بزرگ از تلسکوپ هایی با آینه های بسیار بزرگ استفاده میکنند.اما این تلسکوپ های فضایی یه سری نقطه ضعف هایی هم نسبت به تلسکوپ های زمینی دارن. مثلا هزینه ساخت بیشتر، مهندسی پیچیده تر، یا اینکه اگر این تلسکوپ های فضایی دچار مشکل بشن تعمیر این تلسکوپ ها بسیار دردسر داره یا اصن امکان نداره. همون اتفاقی که برای تلسکوپ فضایی هابل افتاد و تعمیر این تلسکوپ فضایی خودش تبدیل به یه پروژه بسیار عظیم و سختی شد که داستان جالبی هم داره. تلسکوپ هابل 5 بار تعمیر و آپدیت شد. تلسکوپ هابل نزدیک به 30 ساله که به فضا پرتاب شده و داره فعالیت میکنه. در طول این سالها با پیشرفت تکنولوژی تلسکوپ هابل هم آپدیت شد و نسبت به نسخه اولیه و هابلی که اولین بار به فضا فرستاده شد خیلی پیشرفت کرده. به خاطر همین هم خیلی از دستاوردهای بزرگ هابل توی دهه اخیر بوده. این سفرها به هابل هم برای تعمیر بوده و هم آپدیت. تلسکوپ هابل به فاصله 500 کیلومتری از زمین قرار داره به خاطر همین هم امکان تعمیرش هست که در مورد جیمز وب این امکان وجود نداره چون در فاصله 1500 کیلومتری از زمین قرار داره.یه نکته دیگه هم این هست که برای ساخت تلسکوپ های زمینی محدودیت های کمتری وجود داره. مثلا تلسکوپ های زمینی میتونن بسیار بزرگ باشن اما در ساخت تلسکوپ های فضایی محدودیت های بسیاری وجود داره. محدودیت اندازه و وزن تلسکوپ های فضایی به خاطر محدودیت موشک هاییِ که این تلسکوپ ها رو به فضا پرتاب میکنه، چون موشک هایی که این تلسکوپ ها رو به فضا میبرن محدودیت وزن و اندازه دارن.در مورد تلسکوپ های زمینی هم بگیم که آینه تلسکوپ های زمینی هم از یه حدی بزرگتر نمیتونن باشن، چون اگر خیلی بزرگ و ضخیم باشن آینه ها زیر وزن خودشون خم میشن. به خاطر همین در ساخت تلسکوپ های زمینی جدید از آینه های بسیار نازک استفاده میشه.تلسکوپ های فضایی دیگه ای هم وجود دارن اما هابل و جیمز وب از همه قدرتمندتر و شناخته شده تر هستند، و هابل تنها تلسکوپ فضایی بوده که از اول طوری طراحی شده بود تا امکان تعمیر و آپدیت رو داشته باشه. طراحی تلسکوپ هابل به صورت ماژولار بوده یعنی از قطعات جداگانه ای ساخته شده که امکان تعویضشون رو راحت تر میکرده. هابل در سال 1990 به فضا پرتاب شد و نزدیک به 33 سالِ که داره فعالیت میکنه و احتمال داده میشه که تا سال 2040 هم بتونه به فعالیتش ادامه بده. اما جیمز وب تنها ده سال عمر داره که دلیلش رو هم میگیم.تلسکوپ جیمز وباهداف، توانایی ها و کاربردهای جیمز وب. چرا جیمز وب ساخته شد؟شروع ساخت تلسکوپ جیمز وب به سال 1996 برمیگرده و ساخت این تلسکوپ نزدیک به 25 سال طول کشید و همینطور گرونترین و باارزش ترین و پیشرفته ترین ساخته دست بشرِ. برای ساخت این تلسکوپ نزدیک به ده میلیارد دلار هزینه شده.برای درک بهتر میتونیم هزینه ساخت جیمز وب رو با بلندترین ساختمون دنیا مقایسه کنیم. با حساب تورم هزینه ساخت جیمز وب بیشتر از 5 برابر هزینه ساخت برج خلیفه بلندترین ساختمون دنیاست. برج خلیفه با حساب تورم کمتر از دو میلیارد دلار هزینه داشت. یعنی با پول ساخت جیمز وب میشه 5 تا ساختمون مثل برج خلیفه ساخت.این تلسکوپ قرار بود سال 2007 آماده و پرتاب بشه که این اتفاق نیفتاد و بارها این تاریخ عقب افتاد و در نهایت دو سال پیش در سال 2021 این تلسکوپ به فضا پرتاب شد.حالا چرا جیمز وب ساخته شد مگر هابل وجود نداشت و مگر نمیشد همون هابل رو آپدیت کرد؟دلیل اصلی ساخت جیمز وب مشاهده بیگ بینگ یا همون مهبانگ بزرگِ یا زمان های اولیه شروع جهان هستی.هابل تونسته از 400 میلیون سال بعد از بیگ بنگ عکس بگیره اما دیگه نمیتونه خود بیگ بنگ یا زمان نزدیک تر از 400 میلیون سال بعد از بیگ بنگ رو ببینه. اما جیمز وب این توانایی رو داره و میتونه خیلی زمان های اولیه و یا حتی خود بیگ بنگ رو ببینه و عکس بگیره. حالا یکم بیشتر درباره این حرف بزنیم. احتمالا شنیدید که ستاره هایی که در آسمان میبینیم، ممکنه از بین رفته باشن و این نور اونهاست که به ما میرسه و انقدر دور هستن که ممکنِ میلیون ها سال پیش از بین رفته باشن و نور اونها داره این فاصله رو طی میکنه و بعد از این همه سال به ما میرسه. سرعت نور در حدود 300 هزار کیلومتر در ثانیست. جهان ما عالم بسیار بزرگِ و همینطور داره بزگتر میشه و این ستاره ها میلیاردها سال نوری از ما فاصله دارن. اینم بگیم که همونطور که میدونید سال نوری معیار زمان نیست، بلکه فاصلست. سال نوری به مسافتی میگن که نور در طول یک سال حرکت میکنه.وقتی یه ستاره مثلا ده میلیارد سال نوری از ما فاصله داره، یعنی وقتی ما داریم این ستاره رو در آسمون میبینیم داریم ده میلیارد سال پیش این ستاره رو میبینم و ممکنِ در این فاصله ده میلیارد سال این ستاره از بین رفته باشه. به خاطر همین به تلسکوپی مثل هابل و جیمز وب میگن ماشین زمان. چون میتونه فاصله خیلی دور و ستاره های بسیار دور رو ببینه. طبق اون چیزی که گفتیم جیمز وب اگر بتونه مثلا یک ستاره با فاصله ده میلیارد سال نوری از ما رو ببینه یعنی داره ده میلیارد سال پیش رو میبینه.عالم نزدیک به 14 میلیارد سال سن داره یعنی جیمز وب میتونه ستاره هایی با فاصله 14 میلیارد سال نوری از زمین رو ببینه.دیدن زمان های ابتدایی عالم به دانش ما درباره جهان هستی کمک میکنه و میتونه تصوراتی که از این قضیه داریم رو کاملا عوض کنه و چیزهای بسیار جدیدی کشف کنیم.البته مشاهدات جیمز وب بسیار فراتر از دیدن بیگ بنگِ و قراره اطلاعات دیگه ای در مورد جهان هستی به ما بده. مثلا ما در مورد سیاه‌چاله ها اطلاعات کمی داریم و تا همین چند سال پیش اصن سیاه‌چاله ها فقط به صورت تئوری وجود داشتن و توی یک دهه اخیر به صورت علمی ثابت شدند. حتی خود انتیشتین هم معتقد بود سیاهچاله ها به احتمال زیاد در عالم وجود ندارن. اما در حال حاضر نه تنها سیاهچاله ها صد درصد اثبات شدند، بلکه توی همین چندسال اخیر دانشمندا تونستن از سیاهچاله ای در مرکز کهکشان ام87، بوسیله تلسکوپ های بسیار پیشرفته زمینی عکس بگیرند که داستانش بسیار جالبه.ماجرا اثبات سیاهچاله ها از طریق لیزر هم خیلی جالبه هم مفصلِ که یه قسمت جدا نیاز داره اگر دوست داشتید در قسمت کامنت ها بهمون بگید تا درباره سیاهچاله ها هم یه قسمت درست کنیم که مطمئنم خوشتون میاد.خلاصه اینکه جیمز وب به غیر از بیگ بنگ کارایی های بسیار دیگه ای هم داره که بعضی از این کارایی ها و عکس ها ممکنه حتی دانشمندا رو هم غافلگیر کنه. چون چیزهایی که درمورد عالم نمیدونیم خیلی بیشتر از چیزهایی هست که میدونیم. مثلا ماده تاریک (Dark Matter) و انرژی تاریک (Dark Energy) که دانشمندا تقریبا هیچی ازش نمیدونن و فقط میدونن وجود داره. تلسکوپ جیمز وب میتونه همه دانسته ها و ندانسته ها رو به شدت تغییر بده.یکی دیگه از کاربردهای جیمز وب دیدن و پیدا کردن سیاره های دیگه شبیه زمینِ. اگر در سیاره ای آب وجود داشته باشه میتونه طول موج نور بازتابی رو تغییر بده و از این طریق میشه سیاره های دارای آب رو پیدا کرد و در مورد این سیاره ها اطلاعات بیشتری پیدا کرد.اگر زمانی مثلا چند صد سال دیگه انسان ها بتونن سفرهای بین سیاره ای انجام بدن، مطمئنا از هابل و جیمز وب به عنوان سنگ بنای این پیشرفت یاد خواهند کرد.مهندسی جیمز وب: آینه، سپر، دوربین ها، موتورها، اوریگامی و سوختحالا میریم سراغ مهندسی بسیار حیرت آور جیمز وب. درسته که قبل از جیمز وب تلسکوپ هابل ساخته شده بوده و به فضا پرتاب شده و هر دو تلسکوپ فضایی هستند، اما ساخت و مهندسی و عملکرد این دو تلسکوپ بسیار متفاوت هستند و مهندسی هابل در مقابل جیمز وب بسیار ساده به نظر میاد. همینطور این رو هم باید اضافه کنیم که جیمز وب در فاصله بسیار دورتری نسبت به هابل و کره زمین قرار داره که به طور مفصل توضیح میدیم. بنابراین تلسکوپ جیمز وب و هابل در مهندسی و محل قرارگیری و همینطور شیوه و عملکردشون بسیار متفاوت هستند.آینه زیبای جیمز وبآینهاول درباره آینه جیمز وب یکم حرف بزنیم. چیزی که در نگاه اول توجه همه رو به خودش جلب میکنه درباره آینه این تلسکوپ، رنگ این آینه هست. رنگ طلایی و بسیار زیبای این آینه اولین چیزیِ که نگاه همه رو به خودش جلب میکنه. رنگ طلایی این آینه به خاطر استفاده از یک لایه بسیار نازک از طلاست. جنس این آینه از بریلیوم به همراه روکش بسیار نازکی از طلاست. لایه بسیار نازک و دقیقی که فقط 600 اتم ضخامت داره و در همه نقاط یکسان و بسیار دقیقِ.در ساخت تلسکوپ جیمز وب تکنولوژی هایی به کار رفته که قبلا یا وجود نداشتن یا اگر هم وجود داشتن به اندازه کافی خوب نبودن و به همین دلیل یا دوباره ساخته شدن یا از نو ساخته شدن. حتی بسیاری از ابزار به کار رفته برای ساخت این تلسکوپ هم برای اینکار اختراع شدن، چون چیزی شبیه بهشون وجود نداشته.همینطور باید اضافه کنیم که آینه جیمز وب از 18 تا 6 ضلعی ساخته شده. قطر این آینه 6.5 متر هست و نزدیک به 25 متر مربع مساحت داره. آینه هابل 2.5 متر قطر داشت، یعنی آینه جیمز وب از نظر مساحت 5 برابر آینه هابل هست. تلسکوپ جیمز وب بخاطر آینه بزرگتر 100 برابر هابل قدرت داره.این 18 تا 6 ضلعی خیلی سبک هستند و هرکدوم موتور جداگانه دارن. این موتورهای جداگانه انقدر دقیقن که میتونن این 6 ضلعی ها رو به اندازه یک هزارم تار مو انسان جابجا کنن. این 6 ضلعی ها در کنار هم یک یک آینه یک شکل و یکدست رو تشکیل میدن که از این موتورهای مستقل برای یکدست کردن یا تغییر زاویه این آینه استفاده میشه. این موتورها همینطور توانایی تغییر عمق آینه ها رو هم دارن که اگر خطایی در تصویر وجود داشته باشه، مثلا تصاویر تار باشن با این موتورها میشه این خطا رو برطرف کرد.یه داستان جالبی درمورد هابل وجود داره که روی این قضیه تاثیر گذاشته. هابل بعد از اینکه به فضا پرتاب شد و در مدار زمین قرار گرفت، شروع کرد عکس گرفتن و به زمین فرستادن. تصاویر اولیه تار بودن و بسیار ناامید کننده. دلیل این تاری اشتباه بسیار بسیار کوچیکی در طراحی و ساخت آینه هابل بود. در ساخت آینه هابل درحد یک صدم تار مو انسان اشتباه وجود داشت. مثل عینکی که درست طراحی نشده باشه و در نهایت کسی که از این عینک استفاده میکنه همه جا رو تار ببینه. این یک صدم تار مو انسان ممکنِ خیلی بزرگ به نظر نرسه اما چون هابل و آینه هابل میلیاردهای سال نوری دورتر و نگاه میکنه این اشتباه کوچیک باعث میشد تصاویر تاری تولید کنه.خیلی بحث پیش اومد که آیا ناسا باید بودجه زیاد و وقت زیادی رو بزاره برای درست کردن این مشکل یا نه. در نهایت ناسا و دولت امریکا تصمیم گرفتن که هابل رو تعمیر کنند. البته تعمیر آینه هابل غیر ممکن بود و باید ماژول مخصوصی تهیه میشد که این مقدار اشتباه رو تصحیح کنه. گفتیم که تلسکوپ هابل ماژولار بود، چون ماژولار بودن این تلسکوپ باعث میشد امکان تعمیر و آپدیت راحت تر برای این تلسکوپ فراهم بشه. در نهایت ماژول تصحیح کننده آینه هابل ساخته شد و با ماژول قبلی هابل عوض شد و این مشکل رو تصحیح کرد.یکی از کارایی های موتورهای آینه جیمز وب هم به همین دلیل بود. چون نمیشه به تلسکوپ جیمز وب سر زد و تعمیرش کرد، آینه جیمز وب موتور داره که عمق آینه رو هم میتونه تغییر بده که اگر مشکلی در عکس ها بوجود اومد و عکس ها تار بودن این آینه بوسیله این موتورها بتونه این مشکل رو بدون نیاز به تعمیر حل کنه و آینه رو کالیبر کنه تا بتونه بهترین تصاویر رو تولید کنه.همونطور که گفتیم این آینه روکش طلایی داره، دلیلش هم این هست که طلا از باقی فلزات نور فروسرخ رو بهتر منعکس میکنه. اما چرا نیاز به نور فروسرخ هست؟چون نور در طول مسافت های بسیار زیادی که حرکت میکنه فرکانسش هم تغییر میکنه و برای اینکه بشه فاصله های بسیار دور رو دید بهتره که تلسکوپ بتونه نور فروسرخ رو ببینه، به جای اینکه مثل باقی تلسکوپ ها نورهای مرئی رو ببینه. این یعنی تلسکوپ جیمز وب نورهای نامرئی رو میبینه و بعد این نور و امواج فروسرخ رو تبدیل میکنه به عکسی که برای ما قابل مشاهدست. وقتی نور یه ستاره در جهان هستی حرکت میکنه ابتدا فرکانس بالاتری داره یعنی جز نورهای مرئی حساب میشه. اما بعد از اینکه نور ستاره مثلا یک میلیارد سال نوری حرکت کرد، این نور فرکانس خودشو کم کم از دست میده و فرکانس پایینتری پیدا میکنه. فرکانس پایین تر یعنی از نورهای مرئی تبدیل به موج فروسرخ میشه که فرکانس پایین تری داره. به همین دلیل اگر تلسکوپی میخواد فاصله های بسیار دور و ستاره های دور رو ببینه باید بتونه این امواج نامرئی مثل فروسرخ رو ببینه و دیدن نور فروسرخ برای تلسکوپی مثل جیمز وب بسیار مهم هست چون برای دیدن فاصله های بسیار دور طراحی و ساخته شده.گفتیم که هرچقدر آینه یه تلسکوپ بزگتر باشه تلسکوپ هم میتونه دورتر رو ببینه و قدرت بیشتری داره. مثل دوربین و دیافراگم میمونه. احتمالا شنیدید که هرچقدر سنسور یک دوربین بزرگتر باشه کیفیت دوربین هم بهتر میشه. مثلا دوربین های قطع متوسط کیفیت بهتری دارن نسبت به دوربین های قطع کوچک. چون سنسور بزرگتری دارن و جزییات بیشتری رو هم ثبت میکنن. در مورد تلسکوپ ها همین قضیه وجود داره. هرچی آینه بزرگتر باشه میزان نور بیشتری رو دریافت میکنه و تصویر با جزییات بهتری و باکیفیت تری رو میتونه ثبت کنه. خیلی جالبه که بدونید تلسکوپ جیمز وب به غیر از آینه بزرگ که قابل مشاهدست، دو تا آینه دیگه کوچکتر دیگه هم داره. این دو تا آینه بازتاب نور آینه بزرگ و اصلی رو دریافت میکنن. آینه بزرگ اصلی اول نور رو دریافت میکنه و بعد این نور رو به آینه دوم میفرسته، بعد آینه دوم هم نور رو به آینه سوم میفرسته. دلیلش هم آینه که آینه سوم که نور رو به دوربین میفرسته با این روش نور بیشتری رو دریافت میکنه و در نهایت سنسور دوربین نور بیشتری رو دریافت میکنه. با اینکار نیاز به ساختن یه سنسور خیلی بزرگ در حد آینه اصلی از بین میره، ولی نوری که به سنسور دوربین میرسه خیلی بیشتر میشه. به این تکنولوژی میگن لنز سه آینه ای (Three-Mirror Anastigmat). ایجاد تصویر بوسیله سه تا آینه از حالت معمولی و یک آینه تصاویر بهتری رو تولید میکنه، بدون نیاز به سنسور خیلی خیلی بزرگ.استفاده از نور فروسرخ برتری ها بسیاری داره اما ساختن تلسکوپی که بتونه نور فروسرخ رو دریافت خیلی سخت ترِ چون خورشید هم نور فروسرخ منتشر میکنه و در اطلاعات دریافتی تلسکوپ تداخل ایجاد میکنه و باید به یه روشی جلوی ورود نور خورشید به تلسکوپ رو گرفت.رندر جیمز وب در فضاسپر قدرتمند تلسکوپ جیمز وبسپر قدرتمند تلسکوپ جیمز وبسپر قدرتمند تلسکوپ جیمز وبسپراینجاست که این سپر قدرتمند تلسکوپ جیمز وب کاربرد داره. برای اینکه نور خورشید وارد آینه جیمز وب نشه هم از سپر استفاده شده و هم اینکه فاصله جیمز وب با خورشید بسیار دوره.حالا درباره سپر جیمز وب حرف بزنیم که توانایی هاش ممکنِ براتون غیرقابل باور باشه.مثلا اینکه در یه طرف این سپر آب تقریبا جوش میاد و طرف دیگه این سپر از سطح سیاره پلوتو هم سردتره. این سپر 5 لایست و این لایه ها هم بسیار نازک هستند و جنس این لایه ها پلاستیک خاصی به نام کپتان (Kapton) به همراه روکش بسیار نازکی از آلومینیوم هست و اندازه یه زمین تنیس هستند.این 5 لایه که هرکدوم با هم یه مقدار فاصله دارند و به طور کلی سپر بسیار قدرمندی رو تشکیل میدن. پشت این سپر به سمت خورشیدِ و دمایی نزدیک به 85 درجه سانتیگراد پیدا میکنه. اما سمت دیگه این سپر که نزدیک به آینست، دمایی نزدیک به منفی 223 درجه سانتی گراد داره و همونطور که گفتیم از سطح سیاره پلوتو هم سردتره. این دما در کارکرد تلسکوپ جیمز وب بسیار حیاتیِ.لایه اول از باقی لایه ها ضخیم تره و نزدیک به 0.05 میلیمتر ضخامت داره و از باقی لایه ها ضخیم تر هست. باقی لایه ها نصف لایه اول ضخامت دارند یعنی دو و نیم صدم میلیمتر. چون آلمینیوم میتونه نور رو منعکس کنه به عنوان روکش انتخاب شده. دلیل اینکه این سپر 5 تا لایه داره این هست که چون در فضا هوا وجود نداره این فاصله بین این لایه ها مثل یه وکیوم جلوی انتقال انرژی رو میگیره. انرژی خورشید در فضا از طریق رادیشن یا تابش منتقل میشه. این سپر طوری ساخته شده که هرکدوم از لایه ها در لبه و انتهاشون نور خورشید رو به بیرون منعکس کنند و به همین دلیل هر لایه کمی کوچیکتر از لایه قبلیِ و در لبه ها کمی زاویه دارن و یکسان نیستند. چون انرژی خورشید در لبه هر لایه به بیرون منعکس بشه نه به لایه بالایی.همینطور باید اضافه کنیم اولین و دومین لایه یه روکش مخصوص از سیلیکون هم داره که به همین دلیل یکم رنگ صورتی داره. این لایه بسیار نازک سیلیکون باعث میشه که لایه اول که از همه گرمتره این گرما رو جذب نکنه چون جذب گرما باعث میشه که لایه های بعدی هم این گرمای جذب شده رو دریافت کنن. سیلیکون گرما رو دفع میکنه و به همین دلیل برای اینکار انتخاب شده. هر لایه نسبت به لایه قبلی خنک تر و سردتره.شاید فکر کنید که سخت ترین بخش این سپر ساختن این لایه ها با این دقت و قدرت بودن، اما درواقع مشکل اصلی و سخت ترین بخش برای طراحی این سپر، اوریگامی و باز و بسته شدن سپر حرارتی تلسکوپ جیمز وب بوده، چون شانس و فاکتورهای ندانسته رو وارد این موضوع میکنه.برای بسته کردن و باز کردن این سپر نزدیک به 300 قطعه متحرک به کار رفته که شانس شکست رو بسیار بیشتر میکرده. یعنی در 300 نقطه این سپر، در زمان باز شدن امکان شکست بوده. موتورهای متحرک به دلیل داشتن قطعات متحرک شانس شکست رو بیشتر میکنند.JWST Cryocooler خنک کننده فعال برای سنسوربرای اینکه سنسور فروسرخ تلسکوپ جیمز وب بتونه درست کار کنه نیاز به دمای بسیار بسیار پایینی داره. دمایی نزدیک به صفر مطلق یا صفر کلوین. این سنسور بوسیله یک خنک کننده فعال میتونه به دمای 7 درجه کلوین یا منفی 266 درجه سانتیگراد برسه. این خنک کننده بسیار پیچیدست و برای تلسکوپ جیمز وب اختراع شده و کاربرد دیگه ای هم نداره یعنی جای دیگه ای ازش استفاده نشده و احتمالا هم استفاده نخواهد شد. این خنک کننده نزدیک به 150 میلیون دلار هزینه داشته و خیلی وارد جزییاتش نمیشیم چون خیلی پیچیدست. برای اینکه درباره این خنک کننده بیشتر بدونید، اینستاگرام وی واای مدیا رو دنبال کنید. تو اینستاگرام ما اطلاعات اضافی درباره قسمت های مختلف میزاریم.پیشرانه، چرخ عکس‌العملی و سوختقبل از اینکه بخوایم درمورد پرتاب تلسکوپ جیمز وب به فضا حرف بزنیم، بهتره یه توضیح کوتاهی درباره سوخت این تلسکوپ بدیم. این تلسکوپ برای اینکه در نقطه لاگرانژی 2 (Lagrange Point) قرار بگیره، از پیشرانه استفاده کرد.نقطه لاگرانژی 2 کجاست؟ چرا این نقطه انتخاب شد؟گفتیم که نور خورشید نباید به جیمز وب وارد بشه چون باعث تداخل در اطلاعت ورودی این تلسکوپ میشه. به همین دلیل علاوه بر سپر، فاصله جیمز وب هم از خورشید باید زیاد باشه و کره زمین هم مثل یه سپر در مقابل نور خورشید عمل کنه که بهترین نقطه برای این کار نقطه لاگرانژی 2 بود. نقاط لاگرانژی به نقاطی از فضا میگن که وجود دو تا جسم بزرگ مثل کره زمین و خورشید، جاذبه همدیگه رو توی این نقطه دفع میکنن و اجسامی مثل تلسکوپ میتونن بدون نیاز به مصرف انرژی زیادی در این نقاط ثابت بمونن. مثل یه پارکینگی میمونه که وقتی جیمز وب اونجا قرار بگیره با مصرف سوخت خیلی کمی میتونه ثابت بمونه. این نقطه لاگرانژی 2 که از زمین نزدیک به 1.5 میلیون کیلومتر فاصله داره، به خاطر اینکه از خورشید خیلی دور بود و زمین هم مثل یه سپر در برابر نور خورشید بود بهترین نقطه بود. نقاط لاگرانژی دیگه ای هم وجود دارن که بین زمین و خورشید قرار دارن و مناسب نبودن به همین دلیل نقطه ال 2 انتخاب شد. در مقابل تلسکوپ هابل درفاصله 570 کیلومتری از کره زمین قرار داره.این پیشرانه ها هم به قرارگیری تلسکوپ در نقطه ال 2، و هم به ثابت موندن تلسکوپ در این نقطه کمک میکنن. همینطور این رو هم اضافه کنیم که نور خورشید در فضا میتونه اجسام ثابت رو به مقدار خیلی کمی جابجا کنه، نور خورشید در فضا از طریق ردیشن یا تابش انرژی رو جابجا میکنه و میتونه در حد نانومتر تلسکوپ جیمز وب رو جابجا کنه که، با اینکه بسیار ناچیزِ ولی در خروجی تلسکوپ جیمز وب تاثیر میزاره و باعث تار شدن عکس های این تلسکوپ میشه که به همین دلیل از پیشرانه و چرخ های عکس‌العملی استفاده میشه تا تلسکوپ کاملا ثابت ثابت بمونه.چرخ‌های عکس العملی بسیار جالب هستند و برای ماهواره ها و تلسکوپ های فضایی ساخته شدن. این چرخ ها با استفاده از قانون دوم نیوتون برای تغییر مسیر استفاده میشن. مثلا اگر یه ماهواره بخواد یکم در جهت حرکتش تغییر ایجاد کنه و به سمت راست تغییر جهت بده، این چرخ های عکس‌العملی کمی به سمت چپ میچرخن که باعث میشه ماهواره یا تلسکوپ در سمت مخالف به همون اندازه تغییر جهت بده.چرخ های عکس‌العملی با استفاده از الکتریسیته کار میکنن که پنل خورشیدی تلسکوپ جیمز وب برق مناسب برای اینکار تهیه میکنه، اما از این چرخ ها نمیشه برای جابجایی و حرکت استفاده کرد و فقط برای تغییر جهت درجا میشه ازشون استفاده کرد، به همین دلیل برای اینکه تلسکوپ جیمز وب به نقطه ال 2 سفر کنه یا جابجا بشه از پیشرانه استفاده شده که این پیشرانه ها نیاز به سوخت دارن. سوخت این پیشرانه ها بعد از ده سال تموم میشه به همین دلیل هم تلسکوپ جیمز وب فقط ده سال عمر میکنه و احتمال زیاد سال 2030 بازنشسته میشه.اما زمزمه هایی هست که ناسا همین الان شروع کرده کار کردن روی تکنولوژی هایی که بتونه به تلسکوپ جیمز وب سوخت برسونه. مثلا بعضی شایعه هایی وجود داره درباره اینکه ناسا در حال ساخت و توسعه ربات هایی که بتونن این کار رو انجام بدن. امیدواریم که تلسکوپ جیمز وب بتونه بیشتر از ده سال فعالیت بکنه و اگر تکنولوژی بوجود بیاد برای اینکار، میتونه توی زمینه ها و صنایع دیگه هم استفاده بشه و روی زندگی روزمره مردم هم تاثیر فراوان بزاره.اوریگامی ماموریت غیر ممکن: اوریگامی و پرتاب جیمز وب به فضایکی از بزرگترین چالش ها برای ساخت تلسکوپ های فضایی از جمله جیمز وب، پرتاب این تلسکوپ ها به فضاست. تلسکوپ های فضایی محدودیت هایی در سایز و وزن دارن که این محدودیت ها به خاطر موشک هایی هست که این تلسکوپ ها رو به فضا پرتاب میکنه.علاوه بر این محدودیت ها، فرستادن این تلسکوپ ها بوسیله موشک بسیار هم خطرناک و ممکنه باعث آسیب به تلسکوپ های فضایی بشه. چون موشک ها بوسیله انفجار پرتاب میشن که باعث ایجاد لرزه های شدیدی میشن. به خاطر همین هم ناسا مکانیزم ها خاصی رو در تلسکوپ جیمز وب بوجود آورد تا این تلسکوپ بتونه لرزش پرتاب موشک رو تحمل کنه. یکی از دلایل اینکه تاریخ پرتاب جیمز وب بارها عقب افتاد این بود که مهندسای ناسا برای اینکه مطمئن بشن که هیچ مشکلی در هنگام پرتاب برای این تلسکوپ بوجود نمیاد، هزاران تست مختلف رو روی این تلسکوپ انجام دادن. طراحی و ساخت این تست ها بسیار سخت بوده و مهندسای مسئول این کار مجبور بودن همه این تست ها رو از اول طراحی کنن و بسازن.. یکی از دلایل این تاخیر هم برنامه ریزی برای جابجایی تلسکوپ وب از محل ساخت به محل پرتاب بود. این جابجایی خیلی ریسک داشت چون باید بوسیله جاده و کشتی انجام میشد و بسیاری فاکتورهای دیگه هم توی این کار دخیل بودن که میتونستن همه چیز و خراب کنن.چون هیچ هواپیمایی وجود نداشت که جیمز وب رو بتونن سوارش بکنن و توی هیچ هواپیمایی جا نمیشد، جابجایی این تلسکوپ از طریق جاده و دریا انجام شد و اول با کامیون، بعد با کشتی این تلسکوپ رو بردن به محل پرتاب. اما اول باید تلسکوپ رو توی یه محفظه مخصوص قرار میدادن که توی این مسیر دچار آلودگی نشه. توی ویدیوهای ساخت جیمز وب احتمالا توجه کردید که همه کسایی که دارن روی این تلسکوپ کار میکنن، همیشه لباس مخصوص تنشون کردن. این لباسها به خاطر اینه که تلسکوپ دچار آلودگی نشه. هرگونه آلودگی ناخواسته میتونه عملکردهای بسیار دقیق موتورها و آینه تلسکوپ رو خراب کنن. دقت کنید که موتورها و آینه این تلسکوپ میتونن در حد یک صدم تار مو انسان جابجا بشن و دقت دارن. به خاطر همین در زمان ساخت این تلسکوپ باید برای همه فاکتورها از جمله انواع آلودگی ها برنامه ریزی میشد. حالا فکر کنید تلسکوپ برای پرتاب باید از محل ساختش خارج میشد و وارد جاده و دریا میشد و توسط آدمهای معمولی این کارها انجام میشد. به خاطر همین یه محفظه مخصوص برای این کار ساخته شد که جلوی آلودگی رو با دقت بسیار زیادی میگرفت. با دقت فراوان این تلسکوپ رو با محفظه مخصوصش با کامیون یه مسیری طولانی در شب جابجا کردن. در طول این مسیر تابلوها رو بردن بالاتر که برای ارتفاع تلسکوپ مشکل ایجاد نکنه. هیچ جاده ای رو نبستن و ماشین های دیگه با فاصله از کامیون حامل تلسکوپ حرکت میکردن و تلسکوپ بوسیله پلیس اسکورت میشد. یه سری نقاطی آماده شده بود که اگر مشکلی پیش میومد در این نقاط این مشکلات در طول مسیر حل بشن و تلسکوپ سالم به مقصد برسه. فکر همه جا رو کرده بودن و در نهایت هم مشکلی پیش نیومد و تلسکوپ سالم به محل پرتاب موشک رسید. اول با کامیون مخصوص بعد هم که از طریق کشتی و دریا تلسکوپ به محل پرتاب رسید.تلسکوپ جیمز وب از مرکز فضایی فرنچ گیانا (Guyane francaise) بوسیله موشک آریان 5 به فضا پرتاب شد. این مرکز به دلیل نزدیکی به خط استوا انتخاب شده بود که باعث میشد برای پرتاب انرژی کمتری مصرف بشه.ناسا با استفاده از یه اوریگامی خاصی تونست جیمز وب رو موقع پرتاب به اندازه کوچیکتری دربیاره. تلسکوپ جیمز وب بعد از اینکه به فضا پرتاب شد طی مراحلی شروع کرد به باز شدن. این باز و بسته شدن و پرتاب بوسیله موشک یکی از سخت ترین مراحل طراحی و ساخت جیمز وب بوده. چون برای اینکه این اوریگامی انجام بشه، نیاز به موتورها و قطعات متحرک بسیاری بوده. همونطور که میدونید وقتی در ساخت یک وسیله ای قطعات متحرک بیشتری استفاده بشه امکان کار نکردنش و شکست این وسیله بیشتر میشه. چون امکان کار نکردن قطعات متحرک بیشترِ. یعنی هرچی قطعات متحرک یه وسیله بیشتر باشه احتمال و درصد کارنکردن و شکستش هم بیشتر میشه.به همین دلیل مهندسای این پروژه مجبور بودن از همه چی مطمئن باشن. چون شانس دومی نداشتن. برخلاف هابل که گفتیم 5 بار تعمیر و آپدیت شد، این امکان برای جیمز وب وجود نداشت چون در فاصله خیلی دوری از زمین قرار گرفته و مثل هابل دور کرده زمین نمیچرخه.حالا چند تا نکته اضافه کنیم. اول اینکه خب گفتیم امکان بازدید از جیمز وب وجود نداره چون خیلی دوره. پس مهندسای ناسا چجوری از همه چی میتونستن کاملا صد درصد مطمئن بشن. مثلا مطمئن بشن که سپر درست باز میشه. یکی اینکه هزاران تست مختلف انجام دادن که باز هم انجام این تست ها دلیل نمیشه همه چی طبق برنامه پیش بره، مثلا ممکنه لرزش پرتاب باعث خرابی یه قطعه بشه. به همین دلیل هم به جیمز وب میگفتن قمار ده میلیارد دلاری. اما یکی دیگه از راهکارهای مبارزه با عدم قطعیت، ساختن دو تا از بعضی قطعات بود. از قطعاتی که ممکن بود خراب بشن. از قطعات موتوری که سپر و باز میکنه مثلا دو تا ساختن که اگر یکیشون خراب شد مشکلی در کل کارکرد تلسکوپ بوجود نیاره. عین رید هارد درایو کامپیوتر. اگر هارد درایو ها رید باشن یکیشون خراب بشه اطلاعات از بین نمیرن.البته این اتفاق یه جورایی افتاده. در برخورد یه جسم خیلی کوچیک فضایی با یکی از 18 تا آینه، این آینه کمی مشکل پیدا کرد. مهندسای ناسا میگن این برخورد خیلی در تصویر کلی تاثیری نمیزاره. این یکی از مزیت های ساخت آینه چند تیکه بوده. اگر آینه یه تیکه میساختن همچین برخوردی کل آینه رو از بین میبرد.در مورد سپر هم یه سری نوار نازک وسط سپر اضافه کردن که اگر چیزی مثلا یه تیکه شهاب سنگ خیلی کوچیک به این سپر برخورد کرد، کل سپر از هم نپاشه و باز نشه و اگر این اتفاق بیفته یه سوراخ کوچکی در سپر بوجود میاد که در نهایت تاثیر کمی روی عملکرد تلسکوپ داشته باشه.بعد از پرتاب و عکس هایی که در این دو سال گرفته شدهبعد از پرتاب جیمز وب در 25 دسامبر 2021، این تلسکوپ نیاز به یک ماه زمان داشت تا قطعاتش رو کاملا باز کنه و به مقصد برسه که این بدون هیچگونه مشکلی این اتفاق افتاد و جیمز وب بعد از یک ماه به مقصد رسید. تلسکوپ جیمز وب نزدیک به 6 ماه زمان داشت تا بتونه قطعاتش رو خنک کنه و کالیبره های مورد نیاز رو انجام بده. خلاصه اینکه بعد از 6 ماه در 12 ژولای 2022 (21 تیرماه 1401) ناسا اعلام کرد که جیمز وب موفق شده اولین عکس رو بگیره و به زمین برسه. عکسی که قبلا با هابل هم گرفته شده بود و جیمز وب تونست عکس بسیار بهتر و باکیفیت تری تولید کنه. در ادامه درباره عکس ها و تصاویر تولیدی بوسیله این تلسکوپ صحبت میکنیم. اولین عکس منتشر شده تلسکوپ وب SMACS 0723تصویر SMACS 0723اولین عکس گرفته شده توسط تلسکوپ جیمز وب در تاریخ 21 تیرماه 1401تلسکوپ جیمز وب تصویری عمیق و با جزییات زیادی از یکی دوردست ترین نقاط جهان هستی گرفته. یه نکته درباره عکس های جیمز وب اینه که این عکس های سیاه سفید هستند. ناسا و دانشمندایی که روی این عکس ها کار میکنن بوسیله اطلاعاتی که در اختیار دارن رنگ ها رو اضافه میکنن و یه عکس رنگی با جزییات زیاد منتشر میکنن.اگر اندازه دست یک انسان رو کل جهان هستی در نظر بگیریم، تصویر بالا به اندازه یک دانه شن روی کل دست میشه، یعنی در مقابل جهان هستی بسیار کوچک به حساب میاد. این عکس از چند تا عکس مختلف تهیه شده که برای هرکدوم دو ساعت نوردهی نیاز بوده. این عکس نشان از توانایی های این تلسکوپ داره که تونسته در اولین تلاشش یکی از دوردست ترین نقاط جهان هستی رو به ما نشون بده. وسط این عکس تعدادی کهکشان قرار دارند که نزدیک به 13 میلیارد سال نوری با ما فاصله دارن. در اطراف این کهکشان های بسیار روشن هم هزارن کهکشان جوانتر قرار دارند. کشفیات جیمز وب نشون داده که تعداد کهکشان ها حتی از اون چیزی هم که تخمین زده میشد بیشتر هست.صخره کیهانیتصویر Cosmic Cliffعکس بعدی با نام (Cosmic Cliff) که به زبان ما میشه بهش گفت پرتگاه یا صخره کیهانی، یکی از زیباترین عکس های گرفته شده توسط تلسکوپ جیمز وب هست. این تصویر بسیار زیبا و پر از رنگ تصویری از تشکیل و تولد ستاره هاست. تصویر (Carina Nebula) کارینا نبولا فقط 7600 سال نوری از ما فاصله داره و نشون میده که چجوری گازها کم کم به شکل جامد درمیان و یه ستاره متولد میشه. نبیولا قبلا توسط تلسکوپ هابل هم مشاهده شده بود و اگر تصویر تولید شده به وسیله جیمز وب رو با تصویر تولید شده با هابل مقایسه کنید متوجه میشید که جیمز وب بسیار قدرتمندتر از تلسکوپ هابلِ. بلندترین کوه گازی در این تصویر هفت سال نوری ارتفاع داره.پنج قلوی استفان پنچ قلوی استفاناین تصویر بسیار زیبا از پنج تا کهکشانِ که چهارتاشون نزدیک به هم هستند و در فاصله 290 میلیون سال نوری از زمین قرار دارند. یکی از این 5 تا کهکشان فاصله کمتری به زمین داره و نزدیک به 40 میلیون سال نوری از زمین فاصله داره. اون چهار تا کهکشانی که نزدیک به هم هستند در حال ادغام و برخورد با هم دیگه هستند. این یکی از بزرگترین عکس های تولید شده بوسیله جیمز وب هست و جزییات بسیار زیادی داره و از ادغام نزدیک به 1000 عکس تشکیل شده.در انتها باید اضافه کنیم که تلسکوپ جیمز وب در حال حاضر عکس های زیادی تولید کرده و اگر بخوایم درمورد همه این عکس ها حرف بزنیم خیلی زمان نیاز هست. باقی عکس های گرفته شده توسط جیمز وب رو در شبکه های اجتماعی اینستاگرام و توییتر به اشتراک میزاریم و در مورد هرکدوم جداگونه توضیح میدیم. در اینستاگرام و توییتر اطلاعات اضافه ای رو درباره قسمت های مختلف میزاریم. وی واای مدیا رو در شبکه های اجتماعی دنبال کنید تا این اطلاعات اضافی رو از دست ندید. لینک ها رو در قسمت توضیحات میزاریم.نسخه صوتی این قسمت رو میتونید از ناملیک، کست باکس، استپاتیفای و گوگل پادکست بشنوید و نسخه تصویری رو هم میتونید از یوتیوب ببینید. با نظر دادن، دنبال کردن و لایک کردن به پیشرفت کار ما کمک کنید ممنون.به انتهای این قسمت رسیدیم ممنون که ما رو تا اینجا همراهی کردید، تا قسمت بعدی خدانگهدار. https://youtu.be/NJqM6rHpfq8 https://www.instagram.com/weewhy.media/ https://spotifyanchor-web.app.link/e/Ds5BzIsHfzb