تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) هو تلسكوب "الجيل القادم" الذي طال انتظاره. من المقرر إطلاقه في 2013 أكتوبر 2018 ، تم وصف JWST كخليفة لتلسكوب هابل الفضائي. مع ذلك ، يأمل الفلكيون أن ينظروا إلى الوراء في الوقت المناسب عندما كان عمر الكون 200 مليون سنة فقط ، ورؤية النجوم والمجرات الأولى. العالم الرئيسي الذي يوجه هذا المشروع هو الدكتور جون ماثر ، أحد المشاركين في الحصول على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2006 لعمله مع مستكشف الخلفية الكونية (COBE) ، الذي يقيس شكل الجسم الأسود وتباين خلفية الميكروويف الكونية.
لقد تم تكريمنا بشكل مفهوم عندما اتصل د. ماذر بمجلة الفضاء ، قائلاً إنه يود التحدث معنا حول حالة JWST. قال: "اكتشفت أنه قد يكون الوقت قد حان للتحدث عما نقوم به ، لأن الأشياء المثيرة بدأت تحدث".
مجلة الفضاء: دكتور ماثر ، منذ أكثر من عقد من الزمن سمعنا عن تلسكوب الجيل التالي للفضاء ، والذي سمي لاحقًا باسم تلسكوب جيمس ويب الفضائي. هل يمكنك أن تخبرنا كيف بدأ مفهوم هذا التلسكوب؟
جون ماثر: في عام 1989 ، حتى قبل إطلاق هابل ، عقد مؤتمر حول ما يجب أن يكون عليه التلسكوب الفضائي التالي. ناقشوا التلسكوبات العظيمة للمستقبل ومن الإجراءات نشروا كتابا. لكنهم في الحقيقة لم يعتبروا أن الأشعة تحت الحمراء هي الموجة العظيمة للمستقبل. ثم ، في عام 1993 ، كانت هناك لجنة تسمى HST وما بعدها. لقد نشروا تقريرًا صغيرًا جميلًا في عام 1996 قال فيه إن هناك شيئين مهمين للقيام بهما. الأول هو بناء تلسكوب الأشعة تحت الحمراء ، على عكس ما قاله الكتاب السابق ، والآخر هو بناء تلسكوب للبحث عن الكواكب الشبيهة بالأرض. في تلك المرحلة ، كان علماء الفلك يدركون أن البحث عن الكواكب خارج المجموعة الشمسية كان ممكنًا. لذلك في أكتوبر 1995 ، اتصل بي مقر وكالة ناسا ، وأعطاني قائمة بالعلماء والمهندسين للتواصل وقال لبدء التخطيط. لذلك فعلنا ، ووصلنا على الفور إلى تقارب ملحوظ في الفكر والرأي. اتفقنا بسرعة على مفهوم يلبي رغبات المجتمع العلمي ويأتي ضمن طموحات وكالة ناسا. ستجد أن التلسكوب الذي أردنا العودة إليه يشبه إلى حد كبير التلسكوب الذي سنطير إليه في عام 2013.
UT: هل يمكنك أن تعطينا تحديثًا عن حالة JWST في الوقت الحالي؟
ام: ستأتي أجهزة أجهزة الطيران من جميع أنحاء العالم في صيف عام 2010. يأتي مستشعر التوجيه الدقيق من كندا ، وتأتي مجموعة أدوات ونصف من أوروبا والباقي يأتي من الولايات المتحدة. لذا ، في غضون 18 شهرًا ، تبدأ حزمة الأدوات في العمل معًا ، ثم تلتقي بالتلسكوب بعد حوالي عام. الأدوات العلمية الأربعة هي كاميرا قريبة من الأشعة تحت الحمراء ، ومخطط إشعاع متعدد الأغراض شبه تحت الأحمر ، وأداة متوسطة تحت الحمراء ، ومصور مرشح قابل للضبط.
لقد مررنا للتو من خلال مراجعة التصميم النقدي لوحدة العدادات. في الأسبوع الماضي ، كان لدينا مئات الأشخاص يأتون للنظر في كل شيء وإخبارنا إذا كنا نقوم بذلك بشكل صحيح. أعتقد أننا مرت ، على الرغم من أنني لم أر الأوراق الرسمية حتى الآن. ولكن حتى أعجبت.
UT: السؤال الذي يطرحه الكثير من الناس هو ، بما أن هابل كان ناجحًا جدًا ، فلماذا لن يكون JWST تلسكوبًا بصريًا؟
ام: لماذا تغيرت اللجنة من بصري إلى الأشعة تحت الحمراء؟ كانت ذات شقين. أحدها أن هابل كان يتحسن ، فقد كان من الصعب التغلب عليه ، بغض النظر عن حجم بناء التلسكوب. شيء آخر يحدث هو أن الناس كانوا يرون أنه يمكنك بناء تلسكوبات بصرية كبيرة على الأرض. كان تلسكوب Keck يعمل بشكل جيد بالفعل ، وبدأ الناس يتحدثون عن البصريات التكيفية ، مما يعني أن التلسكوبات الأكبر على الأرض جديرة بالاهتمام. لذا ، أشار هذان الشيئان إلى تلسكوب الأشعة تحت الحمراء. كما قال جميع علماء JWST أننا بحاجة إلى الأشعة تحت الحمراء. من القدرات الصغيرة التي كانت لدينا في ذلك الوقت ، كانت الأشعة تحت الحمراء رائعة ، ووجدت أن الكون البعيد بعيد ومثير للانحراف عن اللون المرئي. يبدأ بالأشعة فوق البنفسجية ويصل إلى الأشعة تحت الحمراء بسبب المسافات الكبيرة لهذه الأشياء والتحول الأحمر الضخم الذي تمتلكه. لذا إذا كنت ترغب في القيام بعلم الفلك فوق البنفسجي عند حافة الكون تقريبًا ، فأنت بحاجة إلى تلسكوب الأشعة تحت الحمراء.
UT: الآن بعد أن أصبح تلسكوب سبيتزر بالأشعة تحت الحمراء يعمل بشكل جيد ، هل غير ذلك رأي أي شخص ، أم أن ذلك يجعل العلماء يريدون الانتقال إلى المستوى التالي باستخدام الأشعة تحت الحمراء؟
ام: نعم ، لقد أثبت سبيتزر أن هذه أرض رائعة بالفعل. سبيتزر هو في الواقع تلسكوب صغير بالمعايير الحديثة. يبلغ عرضها 3 أقدام فقط ، 85 سم. لكنها أنتجت بعض المفاجآت المذهلة. يمكنهم أن يروا الأشياء إلى نوبات حمراء عالية جدًا ، ولم يكن أيًا من هذه الأشياء متوقعًا. هذا يخبرنا بالأشعة تحت الحمراء حيث ستكون الاكتشافات الرائعة. نحن نعلم الآن أنه يمكننا القيام بالتكنولوجيا ، لذلك دعونا نحصل على تلسكوب أفضل. العلم طريق ، مثير للغاية ، وهناك الكثير في انتظار الاكتشاف.
UT: في رأيك ، ما الذي يميز JWST عن التلسكوبات الفضائية السابقة؟
ام: يقول كل تلسكوب ، "أنا أفضل من قبلي ،" ونقول نفس الشيء. بالطبع ، سيشهد هذا التلسكوب مسافة أبعد في الزمن مع قدرته على الأشعة تحت الحمراء وفتحته الضخمة ؛ سترى من خلال سحب الغبار لمعرفة مكان ولادة النجوم ؛ سيرى الأشياء التي هي درجة حرارة الغرفة ، مثلك ومثلي ، الكواكب ، أو النجوم الصغيرة التي تولد. كل هذه الأشياء يمكن رؤيتها مباشرة مع قدرة الأشعة تحت الحمراء التي لدينا على هذا التلسكوب الجديد. سيتم تنفيذ معظم العمل بالأشعة تحت الحمراء ، مع بعض القدرات في النطاق المرئي.
لكننا قمنا ببناء تلسكوب للأغراض العامة. بعد الإطلاق ، يمكن للعلماء كتابة مقترحات كما يفعلون مع هابل ، لما يرغبون في ملاحظته ، حتى يتمكنوا من مراقبة أي موضوع ساخن في ذلك الوقت.
UT: مع تجربتك مع COBE والأوسمة اللاحقة التي تلقيتها ، كيف قمت بتطبيق ذلك على JWST؟
ام: لم يكن الكثير من التكريم هو الذي أثر على حياتي ، بل كان من خلال العملية من البداية إلى النهاية لمرصد مصمم بشكل جذري للغاية ، وهو COBE ، الذي أعطاني الجرأة للتفكير بشكل كبير أشياء. لذلك عندما قال مقر وكالة ناسا أنهم يريدون خليفة لهابل ، اعتقدت أن ذلك سيكون مثيرًا للاهتمام ، وكان لدي ما يكفي من العصب لأقول نعم ، أود أن أجرب ذلك. كانت COBE طموحة للغاية في ذلك الوقت ، ولكنها صغيرة بما يكفي لأعرف المهندسين شخصياً ويمكنني التحدث إليهم في أي يوم عن أي شيء. لذا اعتقدت أنه يمكنني التخرج إلى مشروع أكبر.
UT: والآن أنت تعمل مع أشخاص من جميع أنحاء العالم؟
الأم: نعم ، هذه صفقة كبيرة. يتكون فريقنا العلمي من حوالي 19 شخصًا ، من أوروبا والولايات المتحدة وكندا. يضم الفريق الهندسي أكثر من 2000 شخص منتشرين في جميع أنحاء العالم. من الواضح أنني لا أعرفهم جميعًا. أعمل مع العلماء عن كثب وأتحدث معهم حول ما نريد تحقيقه ، والتأكد من أننا نحقق ذلك. لذا لدي دور مختلف الآن. أنا لا أتحمل المسؤولية العملية عن أي جهاز ، لكني أعمل مع الأشخاص الذين يقومون بذلك. لدينا إمكانية الوصول إلى بعض أفضل الأشخاص في العالم في كل موضوع.
UT: هل يمكنك التحدث عن المشاكل التي كان على هذا التلسكوب التغلب عليها ، وتجاوز التكاليف والتأخير الذي حصل عليه؟
ام: أولاً ، تجاوز التكلفة ليس كبيرًا كما يتم تصويره من قبل بعض الأشخاص الذين يرغبون في الحصول على المال لأفكار مشاريعهم الخاصة. كان دان جولدين في الأصل رئيسًا لوكالة ناسا عندما بدأنا ، وقال: "نريدك أن تفكر في طريقة للقيام بهذا المرصد مقابل نصف مليار دولار في 1996 دولارًا". قلنا سنحاول. لكننا أدركنا بسرعة أن بناء هذا سيكون صعبًا. في الوقت الذي استعدنا فيه لتقديمه إلى المسح العقدي في عام 2000 ، كانت التكلفة أكثر من مليار دولار. ثم ، قبل ثلاث سنوات ، رأينا أن المهمة كانت تزداد صعوبة وكان علينا أن نعيد العمل ونعيد الميزانية. الآن ، إذا كنت تحسب تكلفة وكالة ناسا بأكملها من البداية في عام 1995 حتى النهاية ، في مكان ما بعد عام 2019 مع التضخم وموظفي الخدمة المدنية (وهو ما لم نعده من قبل) الآن يبلغ حوالي 4.5 مليار دولار بالدولار الحقيقي الفعلي ، وليس 1996 دولارًا. لذلك هناك نمو في التكلفة ، لكننا حققنا نجاحًا ممتازًا ونحن على الطريق الصحيح لإطلاق هذه الآلة الرائعة ، والتي سيتم استخدامها من قبل الآلاف من علماء الفلك. ولم نضطر إلى تغيير خطتنا أو ميزانيتنا الإجمالية في غضون ثلاث سنوات ، وذلك بفضل القيادة الثابتة من المقر الرئيسي لناسا والعمل الفني الرائع من قبل الفرق.
UT: من الجيد أن تعرف. أعتقد أن لدى الناس مفهومًا عامًا مفاده أن JWST قد تجاوزت التكلفة الضخمة.
ام: حسنًا ، إنه ليس شيئًا صغيرًا ، ونتمنى لو كان بإمكاننا القيام بعمل أفضل في هذا الصدد. لكنه يتعلق بعامل نمو اثنين ، وليس عامل خمسة تم الإعلان عنه من قبل بعض الأشخاص الذين يجب أن يعرفوا بشكل أفضل. سيعمل هذا التلسكوب لفترة طويلة. الشرط هو خمس سنوات ، لكننا نأمل في تشغيله لمدة عشر سنوات. لذلك ، يمتد مشروعنا من عام 1995 إلى عام 2024 تقريبًا عندما تنتهي العمليات.
دعني أعطيك فكرة عما نحتاج القيام به للاستعداد وما كنا مستعدين له طوال هذا الوقت. قمنا بتطوير قائمة بعشر تقنيات رئيسية نحتاجها. كان أصعب شيء هو تطوير المرايا. وقد تطلب ذلك اثني عشر عقدًا مختلفًا فقط لتطوير المنافسين حيث كانت تصميماتهم جيدة بما يكفي ، لذلك استغرق الأمر بضع سنوات. من الواضح أنه كان من الضروري تحسين أجهزة الكشف عما لدينا على تلسكوبات سبيتزر وهابل. حتى الآن لدينا أجهزة كشف أكبر وأفضل ، وهي رائعة. أحد مقاييس الفلكيين هو عدد الإلكترونات الشاردة التي تحصل عليها من أجهزة الكشف. إذا أغلقت كل الضوء ، فيجب أن تحصل على صفر. لدينا الآن كواشف تعطي بعض الإلكترونات الشاردة لكل بكسل في الساعة ، وهو ما يكاد يكون مثاليًا. سيكون من الجيد أن تكون أفضل ، لكن هذا رائع. أنا معجب.
كنا بحاجة إلى تحسين الثلاجات في الفضاء. بدأنا بقول أننا بحاجة إلى الحصول على تلسكوب مبرد إشعاعيًا حتى يكون باردًا بما يكفي من تلقاء نفسه ، وهذا صحيح في الغالب. ولكن اتضح أننا ما زلنا بحاجة إلى ثلاجة نشطة للحفاظ على البرودة أطول أجهزة كشف الموجة ، لذلك كان علينا تطوير ذلك.
لذا ، هذه مجرد بعض الأشياء التي كان علينا أن نصممها ، وتم الانتهاء من تطوير التكنولوجيا بالكامل في عام 2007 واجتازت موافقة مجلس المراجعة ، الذي قال ، "نعم ، هذه الأشياء أصبحت جاهزة أخيرًا الآن ليتم بناؤها."
لذا ، كان مجرد الوصول إلى عام 2007 وقتًا طويلاً ، ولا أعتقد أن الناس قد قدروا حقًا ما يلزم لإعداد التقنيات الجديدة. من ناحية أخرى ، لقد أنعم علينا بعدم الاضطرار إلى "الاحتفاظ بنسخة احتياطية". وضعنا ما يكفي من التخطيط والجهد في هذه التقنيات التي يعملون عليها الآن. كان هذا أحد الأشياء التي تعلمناها من مشروع هابل ، وهو أنه لا ينتهي من تصميمك حتى تعرف ما يفترض أن تبنيه.
UT: ماذا عن عملية الاختبار الخاصة بك. هل هي صارمة جدا؟
ام: هذا درس آخر يجب أن نتعلمه من هابل. إذا لم تختبره ، فلن ينجح. لقد تعلمنا أن لدينا عملية حازمة وصارمة للغاية. لقد أجروا اختبارات كافية على هابل حتى يتمكنوا من معرفتها حول مشاكل تركيز المرآة. كان لدى الشركة المصنعة للمرآة اختبارين لم يوافقوا عليهما وقررا تجاهل أحدهما بدلاً من تتبع السبب ، وتبين أنه كان أحمقًا ومكلفًا.
لدينا تعميم أنه إذا كان هناك شيء مهم حقًا ، فقم بذلك مرتين. سنقوم في الواقع باختبار التلسكوب البارد في خزان التفريغ الكبير في مركز جونسون للفضاء. لذا سيكون اختبارًا شاملًا من نوعه "من البداية إلى النهاية" ، من البداية إلى النهاية ، من الخارج إلى النهاية "، وهو أمر لا يمكنهم فعله مع هابل. لكنهم كانوا يعلمون أنه يمكنهم الذهاب لإصلاح هابل في الفضاء ، ونعلم أننا لا نستطيع إصلاح JWST ، حيث سيكون التلسكوب عند النقطة L-2 ، على بعد 1.5 مليون كيلومتر تقريبًا من الأرض ، والتي تبعد حوالي أربع مرات عن الأرض من القمر.
هذا مشروع معقد ، لكن أسلوبنا في تنفيذ مشروع معقد يختلف اختلافًا كبيرًا عما كنت عليه عندما كنت شابًا شابًا. عندما وصلت إلى Goddard ، استخدمنا أقلام الرصاص وقواعد الانزلاق ، وكانت أجهزة الكمبيوتر جديدة جدًا ولم يكن لدى معظم الناس هذه القواعد. الآن لدينا أجهزة كمبيوتر في كل مكان لتتبع وثائقنا. يمكننا القيام بهندسة النظم ، وحتى يمكننا إجراء عمليات محاكاة دقيقة للغاية وكاملة لمعرفة ما إذا كان شيء ما سوف يتناسب معًا ويعمل قبل أن نبنيه. لذا فقد تغير العالم ، وهو شيء رائع أن نرى. لهذا السبب نحن قادرون الآن على بناء هذا المرصد مقابل نفس التكلفة الحقيقية التي استغرقتها إطلاق هابل وتشغيله. لكن JWST أكبر بكثير وأكثر قوة.
UT: هل يمكنك إخبارنا عن تصميم المرآة لـ JWST؟
ام: كانت المرآة هي الأصعب في البناء ، لأننا كنا بحاجة إلى شيء أكبر بكثير من هابل. ولكن لا يمكنك رفع شيء بهذا الحجم أو وضعه في صاروخ ، لذلك تحتاج إلى شيء أخف وزناً ولكنه مع ذلك أكبر ، لذلك يجب أن يكون لديه القدرة على الطي.
المرآة مصنوعة من البريليوم خفيف الوزن ، ولها 18 قطعة سداسية. يتم طي التلسكوب مثل الفراشة في الكريساليس وسيتعين عليه التراجع تمامًا عن نفسه. إنها عملية معقدة نوعًا ما تستغرق عدة ساعات. التلسكوب ضخم ، على ارتفاع 6.5 متر (21 قدمًا) ، لذا فهو مثير للإعجاب.
درع الشمس جديد تمامًا ، وسيتعين عليه أيضًا الانتشار. لذا ، ما تم لفه في أسطوانة صغيرة ، أصبح نسبيًا درعًا عملاقًا بحجم ملعب تنس. انه ضخم. كل هذا يحدث على مراحل متعددة وسيستغرق أيامًا. استأجرنا شركة ، نورثروب غرومان كانت لديها خبرة في الكشف عن الأشياء في الفضاء ، وأخبرونا أن هذا ليس بالتأكيد أكثر الأمور تعقيدًا التي اكتشفوها في الفضاء ، وهو أمر مطمئن.
فيديو عن نشر JWST في الفضاء:
UT: هل كان هناك أي نقاش حول الضوء الأول وماذا ستنظر JWST أولاً؟
ام: نعم قليلا. سيكون هذا هو الجزء الممتع بعد أن نجمع الشيء.
UT: هل لديك أي اقتراحات مفضلة؟
ام: أعتقد أننا يجب أن نبدأ بأهداف سهلة ستكون جميلة ، والتي ستمكن الجمهور من القول ، "أوه ، أرى أنها تعمل!" يمكن إجراء بعض الملاحظات الأولى عندما نقوم بإعداد التلسكوب ، حتى قبل تعديله بالكامل. نظرًا لأنه تم نشره بعد الإطلاق ولأن المرآة ليست قريبة من الشكل الصحيح في البداية ، فسنعمل على ذلك تدريجيًا. هناك نموذج اختبار في Ball Aerospace في بولدر كولورادو ، حيث نتدرب على وضع 18 قطعة مرآة في مكانها الصحيح. يحتوي كل جزء على 7 محركات للتحكم في الموضع والانحناء ، لذلك علينا أن نتدرب على هذا الجزء.
هذا شيء لا يمكنهم فعله بهابل. تمنوا لو استطاعوا ، ولديهم محركات لكنهم لم يتمكنوا من الدفع بقوة كافية. هذه قصة مثيرة للاهتمام. لقد تعلمنا من هابل كيفية تصحيح البصريات بناءً على الصور التي كنا نحصل عليها ، لذلك نقوم بذلك عن قصد لهذا التلسكوب.
UT: كان هناك بعض الجدل حول كيفية إطلاق JWST.
ام: سنأخذ التلسكوب إلى غيانا الفرنسية ونحمله في الصاروخ إلى الأسفل. وكالة الفضاء الأوروبية تشتري مركبة الإطلاق بالنسبة لنا ؛ إنه صاروخ Ariane 5 ، وهو منتج تجاري من أوروبا وقد حققوا نجاحًا جيدًا مؤخرًا ، لذا فهو موثوق للغاية.
من الطبيعي أن تسبب في الكثير من الجدل. حتى لو كانت أوروبا تعطينا مركبة الإطلاق ، إذا جاز التعبير ، كان هناك أشخاص هنا لا يريدون قبولها. استغرق الأمر من المقر عامين لقبولها. هذا يكلفنا المال. السبب الوحيد لقبولها هو أننا حصلنا على مسؤول جديد يقبله. كان هذا مايك جريفين ، لذا أود أن أقول ، "شكرًا جزيلاً مايك جريفين!"
UT: لا يزال أمام فريقك الكثير للقيام به قبل عام 2013 ، والذي من المحتمل أن يكون هنا قبل أن تعرفه!
ام: نعم انا اعرف. لقد مرت أكثر من 13 عامًا منذ أن اتصلت بنا وكالة ناسا بشأن هذا الأمر ، ولكن الآن النهاية تقترب بسرعة. أمامنا الكثير من التحديات التقنية في وضع كل شيء معًا. ونحن لم نقطع شوطا طويلا بما يكفي لنكتشف حتى الآن عدد الأشياء التي اخترقناها أو عدد الأخطاء التي ارتكبناها ، لكنني أعتقد أننا جيدون في اكتشافها قبل ارتكابها.
سيكون من المثير للغاية تجميع المعدات معًا للمرة الأولى. لدينا القطع ، ولدينا الصورة على الصندوق لإظهار المكان الذي يذهبون إليه ، وسرعان ما سنثبت أنهم يعملون معًا ، أم لا. في الوقت الذي نتلقى فيه جميع الأجزاء هنا في Goddard ، سيتم اختبارها جميعًا بشكل فردي ، لذلك من المفترض أن تلعب معًا بشكل جيد. لكن الطبيعة لا تحب الغطرسة ، لذلك علينا اختبار كل شيء من البداية إلى النهاية ، تمامًا كما سنستخدمها في الطيران. بعد أن قمنا بتجميعها هنا ، نأخذها إلى مركز جونسون لرحلات الفضاء ، ونضعها في خزان الفراغ العملاق هناك. ستكون هذه عملية استثنائية.
UT: شكرا جزيلا لك على التحدث معنا.
ام: لقد كان هذا ممتعا. أحب أن أروي قصتي ويسعدني رغبتك في إخبارنا بها. اكتشفت أنه قد يكون الوقت قد حان للتحدث عما نقوم به لأن الأشياء المثيرة بدأت في الحدوث. تحدث أشياء رائعة. لدينا مرصد كيبلر الآن ، ونأمل أن يجدوا حفنة من الكواكب الشبيهة بالأرض لتعقبها وسنلقي نظرة فاحصة عليها.
