تلسکوپ فضایی جیمز وب

تلسکوپ فضایی جیمز وب به انگلیسی: ("James Webb Space Telescope (JWST / "Webb یا به اختصار تفجو، یک تلسکوپ فضایی است که قرار است جانشین تلسکوپ فضایی هابل شود[4][5] تا وضوح و حساسیت بسیار بالاتری را فراهم کند و گستره وسیعی از تحقیقات در زمینه‌های نجوم و کیهان‌شناسی امکان‌پذیر گردد، از جمله مشاهده برخی از وقایع و اجرام دوردست در جهان مانند شکل‌گیری و تکامل اولین کهکشان‌ها. اهداف دیگر این تلسکوپ عبارتند از فهم چگونگی شکل‌گیری ستارگان و سیاره‌ها و تصویربرداری مستقیم از سیاره‌های فراخورشیدی و نواخترها.[6]

تلسکوپ فضایی جیمز وب
رِندری از تلسکوپ فضایی جیمز وب زمانی که کامل شود
نوع مأموریتاخترشناسی
وبگاهjwst.nasa.gov
sci.esa.int/jwst
asc-csa.gc.ca
jwst.stsci.edu
مدت مأموریت۵ سال (طراحی)
۱۰ سال (هدف)
ویژگی‌های فضاپیما
سازندهنورثروپ گرومن
وزن پرتاب۶٬۵۰۰ کیلوگرم[1]
ابعاد۲۰/۱۹۷ متر در ۱۴/۱۶۲ متر
توان۲٬۰۰۰ وات
آغاز مأموریت
تاریخ راه‌اندازی۲۰۲۱ (برنامه‌ریزی شده)[2]
موشکآریان ۵
مشخصات مداری
حضیض apsis۳۷۴٫۰۰۰ کیلومتر[3]
اوج apsis۱٬۵۰۰٬۰۰۰ کیلومتر[3]
تناوب۶ ماه
قطر۶/۵ متر
فاصله کانونی۱۳۱/۴ متر
طول موجاز ۰/۶میکرومتر تا ۲۸/۵ میکرومتر

James Webb Space Telescope insignia

آینه اصلی تفجو، عنصر بصری تلسکوپ، از ۱۸ قسمت آینه شش ضلعی تشکیل‌شده که آینه‌ای با قطر ۶٫۵ متر را تشکیل می‌دهند. این آینه بسیار بزرگ‌تر از آینهٔ هابل با قطر ۲٫۴ متر است. برخلاف هابل که طیف‌های اشعه فرابنفش، طیف مرئی و مادون‌قرمز (۰٫۱ تا ۱ میکرومتر) را مشاهده می‌کند، تفجو در محدوده فرکانس پایین‌تری از نور مرئی با طول‌موج بلند از طریق مادون‌قرمز (۰٫۶ تا ۲۷ میکرومتر) رصد خواهد کرد، که به آن اجازه می‌دهد اجرام بزرگ انتقال به سرخ را مشاهده کند که برای هابل بیش‌ازحد دور و بسیار قدیمی هستند.[7] تلسکوپ باید بسیار سرد نگه داشته شود تا بتواند اشعه مادون‌قرمز را بدون تداخل دریافت کند، بدین منظور تلسکوپ در فضا در نزدیکی نقطه لاگرانژی خورشید قرار خواهد گرفت و یک آفتاب‌گیر بزرگ آینه و دیگر قطعات تلسکوپ را زیر ۲۲۳/۲- درجه سانتی‌گراد نگه می‌دارد.[8]

تفجو توسط ناسا –با مشارکت آژانس فضایی کانادا و آژانس فضایی اروپا– توسعه داده‌شده‌است و به افتخار جیمز ای. وب، که از سال ۱۹۶۱ تا ۱۹۶۸ به‌عنوان مدیر ناسا مشغول به کار بوده و نقش مهمی در برنامه فضایی آپولو داشته، نام‌گذاری شده‌است.[9][10] توسعه تلسکوپ جیمز وب در سال ۱۹۹۶ برای پرتاب در سال ۲۰۰۷ آغاز شد اما پروژه تأخیرهای زیاد و هزینه‌های گزافی داشت و در سال ۲۰۰۵ طراحی دوباره شد. ساخت تفجو در اواخر سال ۲۰۱۶ تکمیل شد و پس از آن مرحله آزمایش‌های گسترده روی آن آغاز شد.[11][12] در ماه مارس ۲۰۱۸، ناسا پس از انفجار آفتاب‌گیر تلسکوپ در زمان شبیه‌سازی پرتاب ارسال را به تأخیر انداخت.[13] پرتاب در ژوئن ۲۰۱۸ پس از توصیه‌های یک هیئت بررسی مستقل دوباره به تعویق افتاد و در حال حاضر برای ۲۰۲۱ برنامه‌ریزی شده‌است.[2][14][15][16] ناسا تاریخ جدید پرتاب تلسکوپ فضایی جیمز وب را ۳۱ اکتبر ۲۰۲۱ اعلام کرد.[17] این تلسکوپ قرار است با موشک آریان ۵ ساخت سازمان فضایی اروپا و از پایگاه گویان فرانسه به فضا پرتاب شود. تأخیر در پرتاب از سال ۲۰۱۸ به دلیل بررسی‌های مجدد و سپس دنیاگیری کووید ۱۹، ۱۰ میلیارد دلار هزینه برای ناسا به همراه داشته‌است.[18]

ویژگی‌ها

تفجو وزنی معادل با نصف وزن هابل دارد اما مساحت آینه اصلی آن بیش از 6 برابر آینه هابل است.[19] جیمز وب برای اخترشناسی مادون‌قرمز طراحی شده اما همچنین می‌تواند پرتوهای نارنجی و قرمز را نیز رصد کند.

تلسکوپ‌های زمینی باید از میان اتمسفر رصد کنند که بسیاری از امواج غیرقابل مشاهده می‌شوند. حتی در جاهایی که اتمسفر شفاف است بسیاری از ترکیبات شیمیایی مانند آب، دی‌اکسید کربن و متان که در جو زمین وجود دارند کار تجزیه و تحلیل را بسیار سخت می‌کنند. تلسکوپ‌های فضایی موجود مانند هابل نمی‌توانند این دسته از امواج را مطالعه کنند، زیرا آینه‌ها به اندازه کافی خنک نیستند (آینه هابل در حدود ۱۵ درجه سانتیگراد نگهداری می‌شود).

تفجو در نزدیکی زمین و خورشید -در نقطه L2 لاگرانژی- حدود ۱٬۵۰۰٬۰۰۰ کیلومتری مدار زمین عمل می‌کند. برای مقایسه هابل در ۵۵۰ کیلومتری و ماه تقریباً در ۴۰۰هزار کیلومتری سطح زمین چرخش می‌کنند. این فاصله می‌تواند تعمیرات یا ارتقاء سخت‌افزار تفجو پس از راه‌اندازی را عملاً غیرممکن کند. اشیاء در این فاصله می‌توانند هماهنگ با زمین دور خورشید بچرخند که اجازه می‌دهد تلسکوپ در یک فاصله تقریباً ثابت از زمین باقی بماند و برای محافظت از گرما و نورِ خورشید و زمین از یک سپر خورشیدی استفاده کند. این باعث می‌شود که دمای فضاپیمای زیر ۲۲۰- درجه سانتیگراد نگه داشته شود که برای رصد امواج مادون‌قرمز مورد نیاز است. پیمانکار اصلی شرکت نورثروپ گرومن است.

  • نمای سه‌رُخ از بالا
  • قسمت پایین (رو به خورشید)

سپر خورشیدی

برای رصد در طیف مادون‌قرمز، تفجو باید بسیار سرد (زیر ۲۲۰- درجه سانتی‌گراد) نگه داشته شود در غیر این صورت تابش مادون‌قرمز اجزای تلسکوپ را در هم خواهد شکست؛ بنابراین، از یک سپر نوری بزرگ برای جلوگیری از نور و حرارتِ خورشید، زمین و ماه استفاده می‌شود و موقعیت آن در نزدیکی نقطه لاگرانژی خورشید تمام این سه جسم (خورشید، زمین و ماه) را در یک طرف فضاپیما نگه خواهد داشت.

سپر خورشیدی دارای پنج لایه است که از یک لایهٔ نازکی از جنس پلی‌آمید ساخته شده‌است، به‌همراه اندودِ آلومینیوم در یک طرف و سیلیکون در طرف دیگر سپر. اِشکال تصادفی ساختار این لایه‌های ظریف در طی آزمایش، یک عامل تأخیر در اجرای پروژه است.

اپتیک
آینه اصلی در مرکز پرواز فضایی گودارد، مِی ۲۰۱۶ مونتاژ شده‌است.

عنصر تلسکوپ نوری تفجو یک بازتابنده از جنس بریلیم با ابعاد ۶٫۵ متری با مساحت کل ۲۵ متر مربع است. این ابعاد برای تجهیزات پرتابی موجود بسیار بزرگ است، بنابراین آینه از ۱۸ قسمت شش ضلعی تشکیل شده‌است که پس از پرتاب تلسکوپ راه‌اندازی می‌شوند.

ابزار علمی

ماژول یکپارچهٔ تجهیزات علمی (ISIM) چارچوبی است که توان الکتریکی، محاسبات منابع، قابلیت خنک سازی و همچنین پایداری ساختاری تلسکوپ وِب را فراهم می‌کند. مهندسان به این قسمت قلب تلسکوپ می‌گویند.[20] این قسمت با ترکیب گرافیتی-اپوکسی به زیر ساختار تلسکوپ جیمز وب متصل است. ISIM دارای چهار ابزار علمی و یک دوربین راهنما است.

  • دوربین رصد مادون‌قرمز نزدیک (NIRCam) یک تصویربردار بسیار دقیق و پیشرفته است که توسط دانشگاه آریزونا طراحی شده و روی ماژول ISIM نصب می‌شود. وظیفه این بخش تصویر برداری از نورهای طیف ۰٫۶ تا ۵ میکرومتر است همچنین به‌عنوان حسگر هماهنگ‌کننده عمل می‌کند تا بتواند هر ۱۸ آینه را به‌گونه‌ای تنظیم کند که بتوانند به‌عنوان آینه‌ای واحد عمل کنند. همکار دانشگاه آریزونا در ساخت NIRCam شرکت لاکهید مارتین می‌باشد.
  • طیف‌سنج مادون‌قرمز نزدیک (NIRSpec) یک طیف‌سنج چند جرمی است که توسط آژانس فضایی اروپا طراحی شده‌است که می‌تواند به‌طور هم‌زمان طیف مادون‌قرمز را با رزولوشن پایین، متوسط و بالا اندازه‌گیری کند. طراحی NIRSpec سه حالت مشاهده را فراهم می‌کند: یک حالت با وضوح کم با استفاده از یک منشور، یک حالت با وضوح متوسط و حالت دیگری با وضوح بالا.
مدل NIRSpec
  • ادوات طیف‌سنج مادون‌قرمز میانه یا MIRI محدوده طول موج مادون‌قرمز میانه را از ۵ تا ۲۷ میکرومتر اندازه‌گیری خواهد کرد. این قسمت شامل هر دو دوربین متوسط مادون‌قرمز و یک طیف‌سنج تصویربرداری است. MIRI با همکاری آژانس فضایی اروپا و آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا طراحی شده‌است.
  • حسگر هدایت کامل / تصویربردار مادون‌قرمز نزدیک و طیف‌سنج بی‌لغزش (FGS/NIRISS)، که توسط آژانس فضایی کانادا طراحی و توسعه داده شده‌است، که می‌تواند طول موج‌های بین ۰٫۸ تا ۵ میکرومتر را مشاهده کند.

مقایسه با سایر تلسکوپ‌ها
مقایسه با آینه اصلی هابل

تمایل به یک تلسکوپ مادون‌قرمز بزرگ به دهه‌ها قبل برمی‌گردد؛ در ایالات‌متحده آمریکا تلسکوپ مادون‌قرمز شاتل زمانی که شاتل فضایی در حال ساخت بود برنامه‌ریزی شد و به عنوان پتانسیل نجوم مادون‌قرمز اذعان شد. در مقایسه با تلسکوپ‌های زمینی، رصدخانه‌های فضایی عاری از جذب جوی نور مادون‌قرمز بودند.

بااین‌حال، تلسکوپ‌های مادون‌قرمز یک نقطه‌ضعف دارند - آن‌ها باید بسیار سرد بمانند و هرچه طول‌موج مادون‌قرمز طولانی‌تر شود، باید سردتر بمانند. در غیر این صورت، گرمای پس‌زمینه دستگاه به‌خودی‌خود ردیاب‌ها را تحت‌الشعاع قرار می‌دهد و باعث کور شدن آن می‌شود. برای غلبه بر این موضوع باید تلسکوپ را بسیار دقیق طراحی کرد، به‌طور خاص می‌توان تلسکوپ را داخل یک محفظه عایق حرارتی ذخیره‌سازی برودتی با ماده‌ای بسیار سرد، مانند هلیوم مایع، قرارداد. این بدان معناست که بیشتر تلسکوپ‌های مادون‌قرمز طول عمر محدودی متناسب با مادهٔ سردکننده آن‌ها دارند، به‌اندازه چند ماه، شاید حداکثر چند سال. از طریق طراحی فضاپیما می‌توان دما را به‌اندازه کافی پایین نگه داشت تا مشاهدات نزدیک مادون‌قرمز را بدون منبع خنک‌کننده انجام داد، مانند مأموریت‌های تلسکوپ فضایی اسپیتزر و کاوشگر نقشه‌بردار فروسرخ میدان وسیع. نمونه دیگر، ابزار NICMOS هابل است که با استفاده از بلوک یخ نیتروژن که پس از چند سال تخلیه‌شده بود، شروع به کار کرد، اما سپس به کریوکلر تبدیل شد که به‌طور مداوم کار می‌کرد. جیمز وب طوری طراحی‌شده‌است که بتواند خودش را بدون وجود محفظه عایق حرارتی ذخیره‌سازی برودتی، با استفاده از ترکیب سپر حرارتی و رادیاتور، سرد کند.

تأخیرها و افزایش هزینه‌های جیمز وب را می‌توان با تلسکوپ هابل مقایسه کرد. وقتی پروژه هابل به‌طور رسمی در سال ۱۹۷۲ شروع شد، پیش‌بینی می‌شد هزینه ساخت ۳۰۰ میلیون دلاری داشته باشد (یا ۱ میلیارد دلار در سال ۲۰۰۶)، اما زمانی که به فضا فرستاده شد، هزینه‌ها چهار برابر شده بود. علاوه بر این، ابزارهای جدید و مأموریت‌های سرویس‌دهی تا سال ۲۰۰۶ هزینه را به حداقل ۹ میلیارد دلار در سال ۲۰۰۶ افزایش دادند.

تاریخچه
سال تاریخ پرتاب بودجه

(میلیارد دلار)

۱۹۹۷ ۲۰۰۷ ۰٫۵
۱۹۹۸ ۲۰۰۷ ۱
۱۹۹۹ ۲۰۰۷ تا ۲۰۰۸ ۱
۲۰۰۰ ۲۰۰۹ ۱٫۸
۲۰۰۲ ۲۰۱۰ ۲٫۵
۲۰۰۳ ۲۰۱۱ ۲٫۵
۲۰۰۵ ۲۰۱۳ ۳
۲۰۰۶ ۲۰۱۴ ۴٫۵
۲۰۰۸ ۲۰۱۴ ۵٫۱
۲۰۱۰ ۲۰۱۵ تا ۲۰۱۶ ۶٫۵
۲۰۱۱ ۲۰۱۸ ۸٫۷
۲۰۱۳ ۲۰۱۸ ۸٫۸
۲۰۱۷ ۲۰۱۹ ۸٫۸
۲۰۱۸ ۲۰۲۰ ≥۸٫۸
۲۰۱۸ ۲۰۲۱ ۹٫۶۶
۲۰۲۰ ۲۰۲۱ ≥۱۰

پژوهش و توسعه

کارهای اولیه برای توسعهٔ جانشینی برای هابل در خلال سال‌های ۱۹۸۹ و ۱۹۹۴ شد که منجر به مدل مفهومی از تلسکوپی به نام تلسکوپ نسل بعدی (NGST) بود که دیافراگم ۴ متری داشت و در مدار معادل با ۴ واحد نجومی کار می‌کرد. این فاصلهٔ مداری از غبار بین سیاره‌ای در امان بود. کار روی NGST در سال ۱۹۹۶ آغاز شد. این تلسکوپ در سال ۲۰۰۲، به خاطر نقش کلیدی جیمز ای. وبت در پروژهٔ آپولو، به جیمز وب تغییر نام داد. JSWT حاصل همکاری آژانس فضایی ایالات متحدهٔ آمریکا و آژانس هوایی آمریکا با همکاری‌های بین‌المللی از سوی آژانس فضایی اروپا و آژانس فضایی کانادا است.

در دوران «سریع‌تر، بهتر و ارزان‌تر» در اواسط دههٔ ۱۹۹۰ رهبران ناسا به دنبال یک تلسکوپ فضایی کم‌هزینه بودند. نتیجهٔ طرح مفهومی NGST بود که دیافراگم ۸ متری داشت و در نقطهٔ L2 قرار داشت و تقریباً ۵۰۰ میلیون دلار تخمین زده شده بود. در سال ۱۹۹۷، ناسا با مرکز پروازهای فضایی گادرد، شرکت هوا فضا و فناوری Ball و شرکت TRW برای مطالعه‌هایی دربارهٔ نیازهای فنی و تخمین هزینه‌های این پروژه وارد همکاری شد و در سال ۱۹۹۹، لاکهید مارتین و TRW را برای مطالعات اولیه انتخاب کرد. پرتاب تلسکوپ در آن زمان برای سال ۲۰۰۷ برنامه‌ریزی شده بود اما تاریخ پرتاب متعاقباً بارها به تعویق افتاد (جدول روبرو را ببینید). در سال ۲۰۰۲، ناسا طی قراردادی ۸۲۴٫۸ میلیون دلار به TRW برای NGST، که اکنون به تلسکوپ فضایی جیمز وب تغییر نام یافته‌است، اعطا کرد. این قرارداد برای طرح یک آینه اصلی ۶٫۱ متری (۲۰ فوت) بود و تاریخ پرتاب سال ۲۰۱۰ انتخاب شد. در اواخر آن سال TRW توسط نورثروپ گرومن خریداری شد و به بخش فناوری فضایی این شرکت تبدیل شد.

مشکلات مربوط به هزینه و برنامه

تفجو دارای تاریخچهٔ هزینه‌ها و تاخیرهای بسیار زیاد است که به خاطر عوامل خارجی مانند تأخیر در تصمیم‌گیری در مورد موشک پرتاب و اضافه کردن بودجه‌ای به خاطر مسائل پیش‌بینی نشده. هزینه پروژه در ابتدا ۱٫۶ میلیارد دلار پیش‌بینی شده بود، اما این پیش‌بینی در زمانی که ساخت تلسکوپ در سال ۲۰۰۸ شروع شد به ۵ میلیارد دلار رسیده بود. در تابستان سال ۲۰۱۰ مأموریت بررسی طراحی کلیه موضوعات فنی با عالی‌ترین نمرات انجام شد، اما تغییر هزینه‌ها و زمان پرتاب باعث شد باربارا میکولسکی سناتور ایالت مریلند خواستار انجام تحقیقات مستقل در مورد این پروژه شد. کمیته مستقل بررسی جامع پروژه دریافت که نزدیک‌ترین زمان ممکن برای پرتاب تلسکوپ می‌تواند اواخر سال ۲۰۱۵ با هزینه اضافی ۱٫۵ میلیارد دلار (کلاً ۶٫۵ میلیارد دلار) باشد. آن‌ها همچنین خاطر نشان کردند که این امر بودجه پروژه را بالا برده و هر گونه تأخیر در پرتاب تلسکوپ باعث بالا رفتن هزینه کل پروژه می‌شود.

نگارخانه
  • روکش طلای یکی از قطعات آینه
  • نمایش ابعاد تلسکوپ
  • نمایش فرضی تلسکوپ در فضا
  • نمایش پنل‌های تلسکوپ در فضا
  • آینه‌ها تحت آزمایش پرتوی ایکس
  • قطعات آینهٔ اصلی ساخته‌شده از بریلیوم
  • تصویر ساختگی جیمز وب در فضا

جستارهای وابسته
در ویکی‌انبار پرونده‌هایی دربارهٔ تلسکوپ فضایی جیمز وب موجود است.

پانویس
  1. "JWST - Frequently Asked Questions". NASA. Retrieved 29 June 2015.
  2. @. (Tweet) https://twitter.com/ – via Twitter. Missing or empty |title= (help); Missing or empty |user= (الگو:Cite tweet); Missing or empty |number= (الگو:Cite tweet); Missing or empty |date= (الگو:Cite tweet)
  3. "JWST (James Webb Space Telescope)". ESA eoPortal. Archived from the original on 5 April 2015. Retrieved 29 June 2015.
  4. "About the James Webb Space Telescope". Retrieved 13 January 2012.
  5. "How does the Webb Contrast with Hubble?". JWST Home – NASA. 2016. Archived from the original on 3 December 2016. Retrieved 4 December 2016.
  6. "JWST vital facts: mission goals". NASA James Webb Space Telescope. 2017. Retrieved 29 January 2017.
  7. "James Webb Space Telescope. JWST History: 1989-1994". Space Telescope Science Institute, Baltimore, MD. 2017. Archived from the original on 3 February 2014. Retrieved 29 December 2018.
  8. "The Sunshield". nasa.gov. NASA. Retrieved 28 August 2016.
  9. "ESA JWST Timeline". Archived from the original on 21 August 2003. Retrieved 13 January 2012.
  10. During, John. "The James Webb Space Telescope". National Aeronautics and Space Administration. Retrieved 2011-12-31.
  11. "James Webb Space Telescope observatory is assembled". Space Daily. 29 December 2016. Retrieved 3 February 2017.
  12. Foust, Jeff (23 December 2016). "No damage to JWST after vibration test anomaly". Space News. Retrieved 3 February 2017.
  13. Overbye, Dennis (27 March 2018). "NASA's Webb Telescope Faces More Setbacks". The New York Times. Retrieved 5 April 2018.
  14. "NASA Completes Webb Telescope Review, Commits to Launch in Early 2021". NASA. 27 June 2018. Retrieved 27 June 2018.
  15. Kaplan, Sarah; Achenbach, Joel (24 July 2018). "NASA's next great space telescope is stuck on Earth after screwy errors". The Washington Post. Retrieved 25 July 2018.
  16. June 2020, Mike Wall 11. "Another delay: NASA's James Webb Space Telescope won't launch in March 2021". Space.com. Retrieved 2020-06-13.
  17. «ناسا تاریخ جدید پرتاب تلسکوپ فضایی جیمز وب را اعلام کرد؛ ۹ آبان ۱۴۰۰». زومیت. ۲۰۲۰-۰۷-۱۷. دریافت‌شده در ۲۰۲۰-۰۷-۱۷.
  18. Overbye, Dennis (16 July 2020). "NASA Delays James Webb Telescope Launch Date, Again – The universe will have to wait a little longer". The New York Times. Retrieved 17 July 2020.Laura Mallonee "Golden Eye" Wired magazine. November 2019, p. 24}}
  19. تلسکوپ جیمز وب چیست
  20. «مهندسی بی‌نهایت: تلسکوپ فضایی جیمز وب؛ نگاهی به وسعت کیهان». زومیت. بایگانی‌شده از اصلی در ۲۱ ژوئن ۲۰۱۹. دریافت‌شده در ۲۱ ژوئن ۲۰۱۹.

منابع
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.