טלסקופ החלל ג'יימס וב

טלסקופ החלל ג'יימס וב (באנגלית: James Webb Space Telescope; בראשי תיבות JWST) הוא טלסקופ חלל מחזיר אור המתוכנן לתצפיות באור נראה ובאינפרה אדום, ונחשב ליורשם המדעי של טלסקופ החלל האבל וטלסקופ החלל שפיצר. הוא שוגר לחלל ב־25 בדצמבר 2021 בשעה 12:20 UTC. הפרויקט, שפותח במשך כ-20 שנים, נחשב לפרויקט ההנדסי המורכב ביותר שנאס"א לקחה על עצמה.

המאפיינים הטכניים העיקריים של טלסקופ החלל ג'יימס וב הם: מראה ראשית בעלת קוטר של 6.5 מטרים, עמדת תצפית רחוקה שתוצב בנקודת לגראנז' L2 ביחס לכדור הארץ והשמש ולא מושפעת מאטמוספירת כדור הארץ, ועוד ארבעה כלים מדעיים מיוחדים. כל הכלים המדעיים במשולב יעניקו לטלסקופ רזולוציה ורגישות חסרות תקדים מתחום גלי האור הנראה הארוכים (כתום) ועד אמצע תחום התת־אדום, ויאפשרו לו לממש את שתי מטרותיו המדעיות העיקריות – חקר היווצרות והתפתחות גלקסיות, וחקר הגורם לתצורה של כוכבים וכוכבי לכת.

מתחילתו בשנת 1996, נעשה הפרויקט בשיתוף פעולה בינלאומי של 17 מדינות, ובראשן סוכנות החלל האמריקאית, נאס"א. בשנת 2002 שונה שמו של הטלסקופ ל־James Webb Space Telescope, על שמו של המנהל השני של נאס"א, ג'יימס וב, שהיה חלק בלתי נפרד מתוכנית אפולו.

יכולותיו של טלסקופ החלל ג'יימס וב יאפשרו לו לפעול בתתי־תחומים רבים של האסטרונומיה. אחת מהמטרות כרוכה בתצפיות על מספר גופים המרוחקים ביותר ביקום, שאין אפשרות לצפות בהם עם האמצעים הקיימים בחלל העומדים לרשות האנושות. זה כולל את הכוכבים הראשונים, שנוצרו בתקופת ה, ותצורת הגלקסיות הראשונות. מטרה שנייה היא מציאת הגורם המקנה לכוכבים את צורתם. מטרה נוספת היא הניסיון לענות על השאלה האם מתקיימות ציוויליזציות חיים מחוץ לכדור הארץ - במילים אחרות, שאלת קיומם של חיים מחוץ לכדור הארץ, וכן לאמוד את מאפייניהם של ענקי גזים הנמצאים בקרבת כוכבים.

משימת הטלסקופ הייתה מועמדת לביטול על ידי הקונגרס האמריקאי בשנת 2011, לאחר שכבר הושקעו בה 3 מיליארד דולר, ומעל 75 אחוזים מהחומרה של הטלסקופ הייתה בייצור או בבדיקות. בנובמבר 2011 הפך הקונגרס את החלטתו לביטול פרויקט הטלסקופ, ואישר את המשך מימונו שנאמד בכ־8.8 מיליארד דולר.

סקירה
ראשיתו של טלסקופ החלל ג'יימס וב בטלסקופ החלל "הדור הבא" (Next Generation Space Telescope; בראשי תיבות NGST), שתכנונו החל בשנת 1996 והתבסס ברובו על טלסקופ החלל האבל משנת 1993. שמו שונה בשנת 2002 לשמו של מנהל נאס"א השני ג'יימס וב, ששימש בתפקיד מפתח בתוכנית אפולו וביסס את המחקר המדעי כחלק מפעילויות היסוד של נאס"א.

הטלסקופ הוא פרויקט של מנהל האווירונאוטיקה והחלל הלאומי, סוכנות החלל של ארצות הברית, בשיתוף עם סוכנות החלל האירופית וסוכנות החלל הקנדית, וכולל תרומה של 15 אומות נוספות. הקבלן הראשי בפרויקט הוא נורת'רופ גראמן.

שיתוף הפעולה עם סוכנות החלל האירופית החל באופן רשמי בשנת 2007, וכלל תזכיר שכלל את משגר האריאן 5, NIRSpec, MIRI Optical Bench Assembly וכוח אדם מיומן.

הטלסקופ יוצב באזור נקודת לגראנז' L2. עצמים באזור נקודה זו יכולים להקיף את השמש בסנכרון עם כדור הארץ. בנוסף, בנקודה זו יוטל עליו (באופן חלקי) צלו של כדור הארץ, עובדה שתסייע לשמור על מכשירי המדידה בטמפרטורה נמוכה החיונית לעבודה בתחום התת־אדום. נקודת לגראנז' L2 של הארץ והשמש נמצאת במרחק של כ־1.5 מיליון קילומטרים מכדור הארץ.

הטלסקופ שוגר על גבי משגר אריאן 5 ב־25 בדצמבר 2021, למשימה בת חמש שנים לפחות, עם כוונה שישרת את נאס"א לכעשר שנים.

השוואה

בניגוד לפרויקטים שטרם עזבו את שולחן התכנונים, בגלל ביטולם או השהייתם, כמו: Terrestrial Planet Finder (2011),  Space Interferometry Mission (2010), Laser Interferometer Space Antenna (2011), Advanced Telescope for High Energy Astrophysics (2011), טלסקופ החלל ג'יימס וב הוא הפרויקט הגדול ביותר של נאס"א לאחר ביטולה של תוכנית קונסטליישן ב־2010 וקרקוען של מעבורות החלל ב־2011.

הדחיות בפרויקט והגידול בעלויותיו משווים אותו לטלסקופ החלל האבל, שתכנונו החל כבר ב־1972 ועלויות הפיתוח שלו הוערכו ב־300 מיליון דולר אמריקאי (מיליארד דולר אמריקני במונחי 2006). כאשר נשלח האבל לחלל בשנת 1990 עלויותיו הוערכו פי ארבעה מכך וחמש משימות התחזוקה שנשלחו בין 1993–2005 הגדילו את עלויותיו לתשעה מיליארד דולר (במונחי 2006).

טלסקופי חלל נוספים שבוטלו הם: MAXIM, SAFIR , SUVO ו־SPECS.

מטרות

מטרותיו הבסיסיות של טלסקופ החלל הן:
 לחפש אור של הכוכבים והגלקסיות הראשונים שנוצרו ביקום לאחר המפץ הגדול
 לחקור את הצורניות והאבולוציה של הגלקסיות
 לחקור מה מקנה לכוכב את צורתו, ואיך זה משפיע על יצירתן של מערכות שמש
 לחקור את מוצא החיים
שאלת קיומם של חיים מחוץ לכדור הארץ

בשל השילוב של הסחה לאדום, אבק כוכבים, וטמפרטורות נמוכות באזורים הנחקרים, חייב הטלסקופ לעבוד באורך גל של אינפרה אדום (בין 0.6 ל־28 מיקרומטר). כדי שהתצפיות לא יופרעו על ידי קרני האינפרה אדום מהשמש והרכיבים עצמם, הטמפרטורה של מכשירי הטלסקופ חייבת להיות נמוכה מאוד. לצורך זה, טלסקופ החלל ג'יימס וב יכלול מגן שמש מתכתי כדי שיבלום את קרינת האינפרה אדום הבאה ממנה, וגם מכדור הארץ והירח. הטמפרטורה בצד ה"חם" של מגן השמש צפויה להיות 85 מעלות צלזיוס, ואילו בצד ה"קר" של מכשירי המדידה תשרור טמפרטורה של כ־50 קלווין (220 - מעלות צלזיוס). הטלסקופ ימוקם בנקודת לגראנז' L2 ביחס לשמש ולכדור הארץ.

אופטיקה

אף על פי שמשקלו של הטלסקופ כמחצית ממשקלו של האבל, הוא יהיה בעל מראה ראשית בקוטר 6.5 מטרים, עם שכבה רפלקטיבית העשויה בריליום מפני שזהו חומר קל וחזק אשר יוכל לאפשר פעילות טובה של המראה ובכל זאת לשמור על משקלה הנמוך של המראה כך שיהיה ניתן לשגר אותה אל החלל. כמו כן מצופה המראה בשכבה דקיקה (בעובי אטומים בודדים, כ־50 גרם) של זהב, בזכות הצטיינותה של המתכת בשיקוף אור בטווח התדרים של האינפרה אדום (ומשום כך היא גם נראית אדמדמה לעין האנושית).

מראה זו לבדה גדולה בהרבה מכל רכב חלל לא מאויש שנשלח אי פעם, והיא בנויה מ־18 מקטעי משושים כדי שיוכלו לקפל את המראה כך שתתאים לטילים, ולאחר השיגור תצא המראה ממצב הקיפול. הצורה הנבחרת היא משושים מפני שאחת הצורות הקרובות לעיגול (הצורה שלמעשה רצויה) היא משושה, ובכך שמייצרים את כל המקטעים בצורת משושים מאפשרים הרכבה בין כל שמונה עשר המקטעים ללא פערים בין מקטע למקטע. מראה זו עובדה בקולמן, אלבמה, בחברת "אקסיס טכנולוגיות" (Axsys Technologies). מיקרו־מנועים וחיישנים רגישים מוקמו על מקטעי המראה הראשית על מנת שתורכב במיקום הנכון.

תכנון הנדסי והרכבה
בפרויקט טלסקופ החלל ג'יימס ווב יש 1,200 מדענים, טכנאים ומהנדסים מארבע־עשרה מדינות בעולם (ויותר מ־27 מדינות בגבולות ארצות הברית) אשר עובדים על בנייתו. גודלו של טלסקופ החלל ג'יימס ווב הוא כמחצית ממטוס בואינג 737, אך בכל זאת מסתו מהווה רק כ־8% ממסתו של מטוס מסוג זה (המסה של טלסקופ החלל ג'יימס ווב היא 6161.4 קילוגרם בשיגור ומסתו של מטוס 737 היא 79,010 ק"ג). טלסקופ ג'יימס ווב יהיה הטלסקופ הגדול ביותר שאי פעם שוגר אל מחוץ לכדור הארץ. המדענים אשר עבדו על בנייתו של טלסקופ זה החליטו כי מראה בקוטר של 6.5 מטרים היא מה שנחוץ על מנת לקלוט אור מגלקסיות רחוקות אלה, אך בניית מראה בגודל כזה היא מאתגרת גם לשימוש על פני האדמה ומעולם לא שוגרה מראה בגודל כזה אל החלל. בפרויקט קיימים 344 נקודות כשל בודדות, שמשמעותן שכל נקודת כשל תגרום לכישלון הפרויקט כולו.

הלוח האחורי של הטלסקופ הוא מבנה גדול התומך במראות המשושה הגדולות של הטלסקופ. ללוח יש מטרה חשובה מלבד תמיכה במראה; הוא יהיה גם אמצעי נשיאה ל־2,400 ק"ג של ציוד אופטי ומכשירים. מבנה הלוח נועד גם כדי לספק ביצועי יציבות תרמית חסרי תקדים בטמפרטורות נמוכות של 240 - מעלות צלזיוס. בטמפרטורות אלה, הלוח האחורי תוכנן להיות יציב עד 32 ננומטר, כלומר פחות מאלפית מקוטרה של שערה אנושית.

מאפיין ייחודי לטלסקופ חלל מסוגו של וב, שמבדיל אותו (וטלסקופים אחרים) מטלסקופ החלל האבל, הוא חוסר האפשרות לתיקון תקלות בהתערבות אנושית. הטלסקופ האבל מרחף בגובה של כ־570 ק"מ מעל פני הארץ (כאלפית וחצי מהמרחק לירח), מרחק המאפשר ביקור של מעבורות חלל מאוישות לצורך הוספת ציוד חדש ותיקונים (שאכן נדרשו במקרה של האבל, כולל התקלה הקריטית של כיוון המראה הראשית שלו). לעומתו, הטלסקופ ג'יימס וב יימצא במרחק של 1.5 מיליון ק"מ, פי ארבעה מאשר המרחק לירח. נכון ל־2016 ולפחות עשור אל תוך העתיד, לא יימצא התקן כלשהו בעל כושר הסעה של משימה מאוישת למרחק כזה. על כן כל מערכות הטלסקופ, כולל הפריסה המסובכת בגלל גודלו חסר התקדים, חייבות להיות חסינות־תקלות לחלוטין.

ייחודו של טלסקופ החלל וב שרק אחוז קטן ממשקלו (5%) הוא דלק - רק 167.5 ק"ג הידרזין ו־132.5 ק"ג דו חנקן ארבע־חמצני (N2O4).

שיגור והצבה
השיגור התקיים ב־25 בדצמבר 2021 על־גבי טיל אריאן 5 מבסיס החלל האירופי קורו שבגיאנה הצרפתית. הטיל העניק לטלסקופ מהירות התחלתית בכיוון הנקודה L2, ובשלב השיגור האחרון נפרד ממנו כעבור כ־25 דקות. החל מההיפרדות, הטלסקופ נע בכוח ההתמד במהירות הולכת וקטנה, והוא ביצע תיקונים קטנים בנתיב באמצעות רקטות, והגיע לאזור הנקודה L2 כעבור 35 יום. במהלך החודש הראשון פרש הטלסקופ בזה אחר זה את הלוח הסולארי, אנטנת התקשורת, מגן השמש, עמוד התמך למראות, ועוד. במהלך 5 החודשים הבאים נעשו הכנות להפעלת המכשירים (בעיקר קירור, מיקום מדויק וכיוון של המראות). במקביל, הטלסקופ התחיל להקיף את הנקודה L2. באזור הנקודה הזו נמצאים כבר לוויין המחקר WMAP, טלסקופ החלל הרשל, וטלסקופ החלל פלאנק (שני האחרונים כבר אינם פעילים). כעבור שישה חודשים מהשיגור, התחיל הטלסקופ בעבודתו השגרתית.

מצב נוכחי

הערכה של עלותו של הפרויקט שנעשתה ב־2005 הייתה כ־4.5 מיליארד דולר. נכון למרץ 2016, העלות הכוללת של פיתוח, שיגור ותחזוקה ל־10 שנים עומדת על 8.8 מיליארד דולר. הסוכנות האירופית משתתפת בכ־300 מיליון אירו (ובעלות השיגור), והסוכנות הקנדית הוסיפה כ־40 מיליון דולר קנדי. מועד השיגור המתוכנן נדחה מהמועד המקורי (ב־2007) תשע פעמים, ועומד כיום על ה־25 בדצמבר 2021. הדחיות נבעו בעיקר בגלל הערכות בחסר של הזמן והעלויות, של התכנון ושל הבדיקות ברמת האמינות הנדרשת ובנוסף עקב מגפת נגיף הקורונה.

הפרויקט עבר בהצלחה סקירת תכנון ראשונית (PDR) במאי 2008, ועבר את הבדיקות הקריטיות (MCDR) באפריל 2010. בנובמבר 2015 הושלם בהצלחה ניסוי לפריסת שתי "כנפי הצד" של המראה הראשית. כל "כנף" תכיל 3 מתוך 18 המראות המשושות המרכיבות את המראה הראשית. פריסת שתי הכנפיים בזו אחר זו בחלל צפויה לארוך כ־35 שעות. בדצמבר 2015 חתמה סוכנות החלל האירופית, האחראית על שיגור הטלסקופ, על הסכם עם חברת "אריאנספייס"  לשיגור הטלסקופ על גבי הטיל אריאן 5. ההרכבה של 18 המראות המשושות המהוות את המראה הראשית החלה בנובמבר 2015. החלק ה־18 והאחרון הורכב ב־3 בפברואר 2016, ובהמשך יותקנו שאר המכשירים האופטיים, ותבוצע סדרה של בדיקות קריוגניות, כלומר בתנאי הטמפרטורה הקיצוניים בהם הטלסקופ מתוכן לעבוד.

ב־7 במרץ 2016 הודיעה נאס"א שהשלימה את התקנת המראה המשנית. ב־21 במרץ הוכרז על השלמת הבדיקות הקריוגניות של המצלמות והספקטרוגרפים, ושל התקנת מראות הטיסה.

ב־15 ביוני 2017 פורסמה רשימה של מעל 2100 מטרות לצפייה באמצעות טלסקופ החלל.

ב־27 בספטמבר 2017 החלו מהנדסי נאס"א להעלות את הטמפרטורה בתא בו מאוחסן טלסקופ החלל לקראת השלב האחרון בדרך לשיגורו.

לאחר דחיות מרובות, הטלסקופ שוגר לבסוף ב־25 בדצמבר 2021 מבסיס החלל האירופי קורו, שבגיאנה הצרפתית. כל שלבי הטיסה שזמן הפעלתם הוא קריטי עברו ללא תקלות: ההיפרדות מהטיל, פריסת הפאנל הסולרי (המספק חשמל למכשירים), האצת הביניים לתיקון המסלול (MCC1a - Mid Course Correctio 1a), פריסת האנטנה, האצת הביניים MCC1b, פריסת מוטות מגן השמש, הגבהת עמוד המראות והחיישנים (DTA), ופריסת מדף הייצוב. פריסת המדף המיועד לייצוב הטלסקופ כנגד רוח השמש הושלמה ביום החמישי שלאחר השיגור. אחריו החל השלב המסובך והקריטי של פריסת מגן השמש. ב־4 בינואר 2022 הושלמה בהצלחה פריסת מגן השמש שהיווה אבן דרך משמעותית בדרך להצבה בנקודת היעד והפעלה מוצלחת.

ב־29 בדצמבר 2021 הודיעה נאס"א, שהפעולות לתיקון המסלול, MCC1a ו־MCC1b, בוצעו באופן יותר יעיל מהצפוי, ועל כן הן צרכו פחות דלק משהוקצב להן. האצת הביניים הראשונה, MCC1a, הופעלה 12.5 שעות לאחר השיגור, וארכה 65 דקות - במקום 3 השעות שהוקצבו לה, למקרה הגרוע. משמעות הדבר היא, שלטלסקופ יהיה בעתיד יותר דלק להאצות שמיועדות לשמר את מסלולו סביב אזור L2, ועל כן הוא יוכל לפעול, על פי החישובים, יותר מ־10 שנים. וזאת בניגוד למינימום שהוצהר לפני השיגור, שהיה "לפחות חמש וחצי שנים".

ב־24 בינואר 2022 הודיעה נאס"א, כמעט חודש לאחר השיגור, שהטלסקופ JWST הגיע למסלול המתוכנן שלו סביב השמש-כדור הארץ, נקודת לגראנז' L2. במהלך שלושת החודשים מהגעתו לאותה נקודה, יבדקו מהנדסים את האופן שבו אלגוריתמים יסייעו לכוונן את מיקום המראות, וינסו לתקן כל סטייה מהמערך בדייקנות של 1 חלקי עשרת אלפים של זקיק שיער.

ב-16 במרץ 2022 פורסם צילום המבחן הראשון שבוצע על ידי הטלסקופ לאחר השלמת הכיול הראשוני של הטלסקופ.

בין ה-23 ל-25 במאי, סגמנט מראות C3 ספג פגיעת מיקרומטאורואיד - שבר של מטאורואיד בגודל גרגר אבק. הפגיעה הצריכה תיקון בכוון הסגמנט אשר בוצע על ידי מהנדסי הפרויקט בעזרת אקטואטור מראות, אחד מ-132 אקטואטורים המאפשרים כוונון של המערכת האופטית מהקרקע.

ב-12 ביולי, נחשפו על ידי סוכנות החלל האמריקנית נאס"א הצילומים המדעיים הראשונים של הטלסקופ.

שותפות

גלריה

ראו גם
טלסקופ החלל שפיצר
טלסקופ החלל PLATO
טלסקופ החלל ננסי גרייס רומן

לקריאה נוספת 
 אל הלא נודע: מכונת הזמן הקוסמית, סרט קולנוע של שי גל העוקב אחר שיגור טלסקופ החלל ג'יימס ווב, 2023

קישורים חיצוניים

 

 
 טלסקופ החלל ג'יימס וב באתר סוכנות החלל האירופית
 "היורש של האבל", כתבה באתר סיינטיפיק אמריקן ישראל
 
 
 
 Where is Webb - אתר המתעד את שלבי הטיסה של הטלסקופ ליעדו הסופי

הערות שוליים

תוכנית החלל האמריקאית
תוכנית החלל האירופית
ג'יימס וב
נאס"א
2021 במדע