تلسکوپ فضایی جیمز وب

تلسکوپ فضایی جیمز وب (James Webb Space Telescope به اختصار JWST) یک تلسکوپ فضایی است که عمدتاً برای مطالعه اخترشناسی فروسرخ طراحی شده‌است. قدرتمندترین تلسکوپی که تا به حال به فضا پرتاب شده‌است، وضوح و حساسیت فروسرخ بسیار بهبودیافته، به آن اجازه می‌دهد تا اجرامی که برای تلسکوپ فضایی هابل بسیار قدیمی، دور و کم نور هستند، را مشاهده کند. انتظار می‌رود که این امر طیف وسیعی از تحقیقات را در زمینه‌های اخترشناسی و کیهان‌شناسی، مانند مشاهدات اولین ستاره‌ها و تشکیل اولین کهکشان‌ها، و توصیف دقیق اتمسفر سیارات فراخورشیدی بالقوه قابل سکونت را ممکن کند. تلسکوپ فضایی جیمز وب در دسامبر ۲۰۲۱ بر روی یک موشک آریان ۵ از کورو (کمون)، گویان فرانسه پرتاب شد و از مه ۲۰۲۲ در حال آزمایش و تراز کردن است. پس از عملیاتی شدن، انتظار می‌رود تلسکوپ فضایی جیمز وب به‌عنوان مأموریت شاخص ناسا در اخترفیزیک جانشین هابل شود.

ادارهٔ ملی هوانوردی و فضایی ایالات متحده (ناسا) توسعهٔ تلسکوپ فضایی جیمز وب را با همکاری آژانس فضایی اروپا (ESA) و آژانس فضایی کانادا (CSA) رهبری کرد. مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا (GSFC) در مریلند توسعهٔ تلسکوپ را مدیریت کرد، مؤسسه علمی تلسکوپ فضایی در بالتیمور تلسکوپ فضایی جیمز وب را اداره می‌کند و پیمانکار اصلی نورتروپ گرومن بود. این تلسکوپ به افتخار جیمز ئی. وب، که از سال ۱۹۶۱ تا ۱۹۶۸ مدیر ناسا در طول برنامه‌های مرکوری، پروژه جمینای و آپولو بود، نامگذاری شده‌است.

آینهٔ اولیهٔ تلسکوپ فضایی جیمز وب از ۱۸ بخش آینهٔ شش‌ضلعی ساخته شده از بریلیم با روکش طلا تشکیل شده‌است که در مجموع آینه‌ای به قطر ۶٫۵ متر (۲۱ فوت) در مقایسه با ۲٫۴ متر (۷٫۹ فوت) هابل ایجاد می‌کند. این به تلسکوپ وب مساحت جمع‌آوری نور در حدود ۲۵ متر مربع، تقریباً ۶ برابر هابل، می‌دهد. برخلاف هابل که در طیف‌های فرابنفش، مرئی و فروسرخ نزدیک (۰٫۱–۱٫۷ میکرومتر) مشاهده می‌کند، JWST در محدودهٔ فرکانس پایین‌تر، از نور مرئی با طول موج بلند (قرمز) تا فروسرخ میانی (۰٫۶–۲۸٫۳ میکرومتر) رصد می‌کند). تلسکوپ باید بسیار سرد، زیر ۵۰ کلوین (۲۲۳- درجه سانتی‌گراد؛ ۳۷۰ درجه فارنهایت) نگه داشته شود تا سیگنال‌های ضعیفی را در فروسرخ بدون تداخل سایر منابع گرما مشاهده کند. این در یک مدار خورشیدی نزدیک نقطه لاگرانژ L2 خورشید-زمین، در حدود ۱٫۵ میلیون کیلومتری (۹۳۰۰۰۰ مایل؛ حدود چهار برابر دورتر از مدار ماه) از زمین مستقر شده‌است، جایی که آفتابگیر پنج لایهٔ بادبادکی‌شکل آن از گرم شدن خورشید، زمین و ماه محافظت می‌کند. چندین هزار دانشمند، مهندس و تکنسین از ۱۵ کشور در ساخت و آزمایش تلسکوپ فضایی جیمز وب مشارکت داشته‌اند. در مجموع ۲۵۸ شرکت، سازمان دولتی و مؤسسهٔ دانشگاهی در این پروژه سهیم بوده‌اند. تلسکوپ فضایی جیمز وب چهار هدف کلیدی دارد: جستجوی نور از اولین ستاره‌ها و کهکشان‌هایی که پس از مه‌بانگ در جهان شکل گرفتند، مطالعهٔ شکل‌گیری و تکامل کهکشان‌ها، درک تشکیل ستاره و سیاره‌ها و مطالعهٔ سیستم‌های سیاره‌ای و منشأ حیات. مجلهٔ تایم تلسکوپ فضایی جیمز وب را به‌عنوان یکی از اختراعات برتر سال ۲۰۲۲ معرفی کرد.[۷]

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. وب 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 بال (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.

تلسکوپ فضایی جیمز وب دارای تاریخچهٔ هزینه‌ها و تأخیرهای بسیار زیاد است که به خاطر عوامل خارجی مانند تأخیر در تصمیم‌گیری در مورد موشک پرتاب و اضافه کردن بودجه‌ای به‌خاطر مسائل پیش‌بینی نشده. هزینهٔ 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 کلیهٔ 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. کمیتهٔ مستقل بررسی جامع پروژه، دریافت که نزدیک‌ترین زمان ممکن برای پرتاب تلسکوپ می‌تواند اواخر سال ۲۰۱۵ با هزینهٔ اضافی ۱٫۵ میلیارد دلار (کلاً ۶٫۵ میلیارد دلار) باشد. آن‌ها همچنین خاطرنشان کردند که این امر، بودجهٔ پروژه را بالا برده و هر گونه تأخیر در پرتاب تلسکوپ باعث بالا رفتن هزینهٔ کل پروژه می‌شود.

ناسا، با مشارکت آژانس فضایی اروپا ESA و آژانس فضایی کانادا CSA از سال ۱۹۹۶ در ساخت این تلسکوپ با یکدیگر همکاری کرده‌اند. مشارکت ESA در ساخت و پرتاب توسط اعضای آن در سال ۲۰۰۳ تأیید شد و توافق‌نامه‌ای بین ESA و ناسا در سال ۲۰۰۷ در این مورد به امضا رسید. در ازای مشارکت کامل، نمایندگی حضور و دسترسی به رصدخانه برای اخترشناسان خود، ESA ابزار NIRSpec، مونتاژ نیمکت نوری ابزار MIRI، یک پرتابگر آریان ۵ ECA و نیروی انسانی برای پشتیبانی از عملیات را ارائه می‌کند.[۱۴][۱۵] CSA حسگر هدایت دقیق و طیف‌نگار MIRI «ابزار مادون قرمز میانی» به همراه نیروی انسانی را برای پشتیبانی از عملیات فراهم می‌کند.[۱۶] چندین هزار دانشمند، مهندس و تکنسین در ۱۵ کشور در پروژهٔ جیمزوب مشارکت داشته‌اند.[۱۷] در مجموع ۲۵۸ شرکت، سازمان دولتی و مؤسسهٔ دانشگاهی در این پروژه مشارکت دارند که ۱۴۲ از ایالات متحده، ۱۰۴ از ۱۲ کشور اروپایی، و ۱۲ از کانادا بوده‌اند.[۱۷] کشورهای شرکت‌کنندهویرایش  اتریش بلژیک کانادا چک دانمارک فنلاند فرانسه آلمان یونان ایرلند ایتالیا لوکزامبورگ هلند نروژ پرتغال اسپانیا سوئد سوئیس بریتانیا ایالات متحده آمریکا