تلسکوپ جیمز وب و هابل؛ تفاوت‌ها و شباهت‌های دو چشم تیزبین بشر در فضا

دانستن تفاوت‌های بین دو ابزار قدرتمند رصدی جهان یعنی تلسکوپ فضایی هابل و تلسکوپ فضایی جیمز وب، نه تنها برای علاقه‌مندان به نجوم بلکه برای هر کسی که به دنبال درک جایگاه ما در کیهان است، می‌تواند بسیار دانش‌افزا و در عین حال شگفت‌انگیز باشد. این مقاله قصد دارد با نگاهی دقیق و تخصصی، تفاوت در نحوه عملکرد تلسکوپ‌های جیمز وب و هابل را بررسی کند تا ببینیم چرا جیمز وب را جانشین هابل می‌نامند و آیا این دو واقعاً رقیب یکدیگر هستند؟ در این مطلب برآنیم که ببینیم چگونه تکنولوژی مادون قرمز وب قرار است پرده از اسرار اولین کهکشان‌ها بردارد، در حالی که هابل هنوز با نور مرئی خود به ما تصویر می‌دهد. آیا درست است که جیمز وب می‌تواند زمان را به عقب برگرداند یا این فقط یک ادعای تبلیغاتی است؟ چرا می‌گویند محل استقرار این دو تلسکوپ تفاوت‌های بنیادینی در نحوه تعمیر و نگهداری آن‌ها ایجاد کرده است؟ با ما همراه باشید تا در یک سفر علمی، زوایای پنهان این دو شاهکار مهندسی را با هم مرور کنیم.

۱. میراث هابل؛ پیرمردی که جهان را تغییر داد

تلسکوپ فضایی هابل (Hubble Space Telescope) بیش از سه دهه است که به عنوان نماد کنجکاوی بشر در مدار زمین می‌چرخد و تصاویری ارائه داده که درک ما را از کیهان به کلی دگرگون کرده است. این تلسکوپ که در سال ۱۹۹۰ به فضا پرتاب شد، ابتدا با یک مشکل بزرگ در آینه اصلی مواجه بود که تصاویر را کمی تار می‌کرد اما با ماموریت‌های سرویس بعدی، به اوج قدرت خود رسید. هابل به ما نشان داد که جهان در حال انبساط با شتاب است و وجود سیاهچاله‌های کلان‌جرم در مرکز کهکشان‌ها را تایید کرد. این ابزار ارزشمند نه تنها یک وسیله علمی، بلکه یک سفیر فرهنگی برای علم نجوم بود که زیبایی‌های سحابی‌ها را به اتاق خواب نوجوانان برد. امروزه هابل همچنان فعال است و با وجود پیر شدن قطعات، با تکیه بر نبوغ مهندسان ناسا (NASA) به کشفیات خود ادامه می‌دهد.

هابل توانست ثابت کیهانی را با دقتی بی‌سابقه اندازه‌گیری کند و سن جهان را حدود ۱۳.۸ میلیارد سال تخمین بزند. تصاویر عمیق هابل (Hubble Deep Field) پنجره‌ای به سوی کهکشان‌های بسیار دور باز کرد که تا پیش از آن غیرقابل تصور بود. این تلسکوپ با استفاده از نور مرئی و فرابنفش، جزئیاتی از سطح سیارات منظومه شمسی و سحابی‌های دوردست ارائه داد که هنوز هم مرجع بسیاری از مقالات علمی است. میراث هابل تنها در داده‌ها خلاصه نمی‌شود، بلکه در ایجاد استانداردی برای تلسکوپ‌های فضایی آینده نقش کلیدی داشت. بدون درس‌هایی که از هابل گرفتیم، ساخت و پرتاب پروژه‌های پیچیده‌تری مثل جیمز وب هرگز ممکن نمی‌شد.

۲. ظهور جیمز وب؛ فراتر از مرزهای بینایی

تلسکوپ فضایی جیمز وب (James Webb Space Telescope) که به اختصار JWST نامیده می‌شود، پیشرفته‌ترین رصدخانه فضایی است که تاکنون توسط بشر ساخته شده است. این پروژه با همکاری آژانس‌های فضایی آمریکا، اروپا و کانادا ساخته شد تا به سوالاتی پاسخ دهد که هابل از پاسخ دادن به آن‌ها ناتوان بود. برخلاف هابل که عمدتاً در طیف مرئی کار می‌کند، جیمز وب یک تلسکوپ فروسرخ (Infrared) است که می‌تواند از میان ابرهای ضخیم غبار عبور کند. این قابلیت به وب اجازه می‌دهد تا ستاره‌ها و سیاراتی را ببیند که در پشت سحابی‌های تاریک پنهان شده‌اند. وب با آینه عظیم ۶.۵ متری خود، توان جمع‌آوری نور بسیار بیشتری نسبت به سلف خود دارد و این یعنی حساسیت بالاتر به ضعیف‌ترین سیگنال‌های کیهانی.

طراحی جیمز وب به گونه‌ای است که باید در دمای بسیار پایین، نزدیک به صفر مطلق کار کند تا گرمای خود تلسکوپ مانع از رصد امواج ضعیف فروسرخ نشود. این تلسکوپ دارای یک سپر خورشیدی پنج لایه به اندازه یک زمین تنیس است که آن را از گرمای خورشید و زمین محافظت می‌کند. وب به ما اجازه می‌دهد تا به اولین نورهای جهان، یعنی زمانی که اولین ستاره‌ها و کهکشان‌ها شکل گرفتند، نگاه کنیم. این ماشین زمان مهندسی شده، با استفاده از تکنولوژی‌های نوینی همچون حسگرهای میکروسکوپی و آینه‌های بریلیومی (Beryllium) با روکش طلا، افق‌های جدیدی را در علم نجوم گشوده است. جیمز وب در واقع تکامل منطقی ابزارهای رصدی ما برای درک تاریخچه ۱۳.۵ میلیارد ساله کیهان است.

۳. تفاوت در طیف نوری؛ از مرئی تا فروسرخ

اصلی‌ترین تفاوت عملکردی بین هابل و جیمز وب در نوع نوری است که آن‌ها مشاهده می‌کنند و این موضوع تعیین‌کننده هدف علمی هر کدام است. هابل عمدتاً در نور مرئی (Visible) و فرابنفش (Ultraviolet) تخصص دارد، یعنی همان طیفی که چشم انسان قادر به دیدن آن است. این ویژگی باعث شده تصاویر هابل برای ما بسیار ملموس و آشنا به نظر برسند، انگار که مستقیماً با چشمان خودمان به آسمان نگاه می‌کنیم. با این حال، نور مرئی محدودیت‌های خاص خود را دارد، به خصوص وقتی صحبت از کهکشان‌های بسیار دور یا ابرهای غباری به میان می‌آید. گرد و غبار فضایی نور مرئی را مسدود می‌کند و مانع از دیدن اتفاقاتی می‌شود که درون سحابی‌ها رخ می‌دهد.

در مقابل، جیمز وب برای شکار نور فروسرخ طراحی شده است که طول موج بلندتری دارد و می‌تواند از میان غبار عبور کند. به دلیل انبساط جهان، نور کهکشان‌های اولیه که در ابتدا مرئی یا فرابنفش بوده، در طول مسیر طولانی خود کشیده شده و به فروسرخ تبدیل شده است (Redshift). بنابراین اگر بخواهیم اولین کهکشان‌ها را ببینیم، چاره‌ای جز استفاده از یک تلسکوپ فروسرخ قدرتمند مانند وب نداریم. هابل تنها لایه‌های بیرونی پدیده‌ها را به ما نشان می‌داد، اما وب به درون آن‌ها نفوذ می‌کند تا قلب تپنده تولد ستاره‌ها را مشاهده کند. این تفاوت در طیف نوری، وب را به ابزاری بی‌رقیب برای باستان‌شناسی کیهانی تبدیل کرده است.

۴. ابعاد آینه؛ قدرت جمع‌آوری فوتون‌ها

در دنیای تلسکوپ‌ها، اندازه واقعاً اهمیت دارد و آینه اصلی قلب تپنده هر رصدخانه‌ای است که وظیفه جمع‌آوری نور را بر عهده دارد. آینه اصلی هابل دارای قطر ۲.۴ متر است که در زمان خود یک شاهکار مهندسی به حساب می‌آمد و به صورت یکپارچه ساخته شده بود. این آینه مساحتی حدود ۴.۵ متر مربع برای جمع‌آوری نور فراهم می‌کند که اجازه می‌دهد اجرام دوردست را با جزئیات نسبتاً خوبی ببیند. با این حال، برای دیدن کهکشان‌هایی که نورشان میلیاردها سال در راه بوده، به سطحی بسیار وسیع‌تر نیاز داشتیم. اینجاست که جیمز وب با آینه‌ای به قطر ۶.۵ متر وارد میدان می‌شود تا استانداردها را جابجا کند.

آینه جیمز وب از ۱۸ قطعه شش‌ضلعی تشکیل شده است که در فضا باز شده و یک سطح واحد را تشکیل می‌دهند. این آینه مساحتی حدود ۲۵ متر مربع دارد که تقریباً ۶.۲۵ برابر بزرگتر از آینه هابل است و توان جمع‌آوری نور آن را به شدت افزایش می‌دهد. با این قدرت، وب می‌تواند سیگنال‌های بسیار ضعیفی را که هابل هرگز قادر به شناسایی آن‌ها نبود، ثبت کند. طراحی تاشوی این آینه به این دلیل بود که آینه‌ای به این بزرگی در هیچ راکتی جا نمی‌شد. استفاده از بریلیوم به جای شیشه در آینه وب، باعث شد تا با وجود ابعاد بسیار بزرگتر، وزن آن بسیار سبک‌تر از آینه هابل باشد. این جهش در ابعاد آینه، جیمز وب را قادر می‌سازد تا تفکیک‌پذیری خیره‌کننده‌ای در طیف فروسرخ ارائه دهد.

۵. موقعیت مکانی؛ مدار زمین در مقابل نقطه لاگرانژی ۲

تلسکوپ هابل در یک مدار نسبتاً نزدیک به زمین (LEO) در ارتفاع حدود ۵۴۷ کیلومتری قرار دارد و هر ۹۵ دقیقه یک بار دور زمین می‌چرخد. این نزدیکی به زمین یک مزیت بزرگ داشت: فضانوردان می‌توانستند با شاتل‌های فضایی (Space Shuttles) به سراغ آن بروند و تعمیرش کنند. تا به حال پنج ماموریت سرویس‌دهی برای هابل انجام شده که عمر آن را به طرز شگفت‌انگیزی طولانی کرده است. اما این نزدیکی چالش‌هایی هم دارد، از جمله سایه زمین و تداخلات نوری و گرمایی که از سیاره ما ساطع می‌شود. هابل برای رصدهای حساس خود باید دائماً با این شرایط محیطی دست و پنجه نرم کند.

جیمز وب اما در فاصله بسیار دورتری قرار گرفته است، یعنی در نقطه لاگرانژی ۲ (L2) که حدود ۱.۵ میلیون کیلومتر از زمین فاصله دارد. در این نقطه، تلسکوپ همراستا با زمین به دور خورشید می‌چرخد و همیشه پشت به زمین و خورشید قرار می‌گیرد. این موقعیت ثابت به وب اجازه می‌دهد تا بدون تداخل گرمایی زمین، به اعماق فضا خیره شود و سپر خورشیدی‌اش همواره محافظش باشد. برخلاف هابل، در حال حاضر هیچ امکانی برای فرستادن فضانورد به L2 جهت تعمیر جیمز وب وجود ندارد، بنابراین همه چیز باید در اولین تلاش به درستی کار می‌کرد. این دوری از زمین، جیمز وب را به یک دیده‌بان منزوی اما بسیار دقیق در محیطی سرد و تاریک تبدیل کرده است.

۶. آینه طلایی؛ چرا جیمز وب می‌درخشد؟

یکی از بارزترین تفاوت‌های ظاهری این دو تلسکوپ، رنگ آینه‌های آن‌هاست که ریشه در علم فیزیک و هدف رصدی آن‌ها دارد. آینه هابل از شیشه با روکش آلومینیوم و لایه‌ای محافظ از جنس منیزیم فلوراید ساخته شده تا نور مرئی و فرابنفش را به خوبی بازتاب دهد. این ترکیب برای بازتابش طول موج‌هایی که انسان می‌بیند عالی است اما برای فروسرخ کارایی حداکثری ندارد. هابل مانند یک آینه معمولی خانگی عمل می‌کند که برای بازتاب تصاویر واقعی طراحی شده است. اما در جیمز وب، مهندسان به سراغ ماده‌ای متفاوت رفتند تا بیشترین بازدهی را در جذب امواج گرمایی داشته باشند.

آینه‌های جیمز وب با لایه‌ای بسیار نازک از طلا پوشانده شده‌اند، چون طلا بهترین بازتاب‌دهنده برای نور فروسرخ است. ضخامت این لایه طلا تنها ۱۰۰ نانومتر است، یعنی حدود هزار برابر نازک‌تر از یک تار موی انسان، اما همین مقدار کم کافی است تا ۹۹ درصد نور فروسرخ تابیده شده را بازتاب دهد. طلا نه تنها کارایی اپتیکی بالایی دارد، بلکه در برابر شرایط سخت فضا و واکنش‌های شیمیایی بسیار مقاوم است. این پوشش طلایی به وب اجازه می‌دهد تا ضعیف‌ترین گرماهای رسیده از کهکشان‌های دوردست را با دقت شناسایی کند. در حالی که هابل نقره‌ای و کلاسیک به نظر می‌رسد، جیمز وب با درخشش طلایی خود، نمادی از تکنولوژی قرن بیست و یکم در فضا است.

۷. سپر خورشیدی؛ مهندسی عظیم برای خنک ماندن

تلسکوپ جیمز وب برخلاف هابل که بدنه‌ای استوانه‌ای و محافظت شده دارد، با یک سپر خورشیدی (Sunshield) عظیم و باز شناخته می‌شود. هابل به دلیل کار در طیف مرئی نیازی به سیستم‌های خنک‌کننده فوق پیشرفته نداشت و بدنه فلزی‌اش برای محافظت از ابزارها کافی بود. اما برای تلسکوپی مانند وب که فروسرخ را رصد می‌کند، کوچکترین حرارتی می‌تواند سنسورها را کور کند. حتی گرمای ناشی از خود تلسکوپ یا خورشید و زمین می‌تواند داده‌ها را به کلی نابود کند. به همین دلیل، وجود یک مانع حرارتی قدرتمند برای جیمز وب حیاتی‌تر از هر چیز دیگری بود.

این سپر خورشیدی از پنج لایه ماده‌ای به نام کپتون (Kapton) ساخته شده که با سیلیکون و آلومینیوم تقویت شده است. ابعاد این سپر به اندازه یک زمین تنیس است و تلسکوپ را به دو بخش گرم و سرد تقسیم می‌کند. در سمت رو به خورشید، دما ممکن است به ۸۵ درجه سانتی‌گراد برسد، در حالی که در سمت پشت سپر که آینه‌ها قرار دارند، دما تا منفی ۲۳۳ درجه سانتی‌گراد پایین می‌آید. این اختلاف دمای فاحش تنها در فاصله چند متری به لطف این لایه‌های نازک حفظ می‌شود. هابل چنین ساختار پیچیده‌ای نداشت و تنها با درپوش تلسکوپ از ورود نور مستقیم خورشید جلوگیری می‌کرد. سپر خورشیدی وب یکی از پیچیده‌ترین بخش‌های مکانیکی بود که باز شدن موفقیت‌آمیز آن در فضا، موفقیت کل ماموریت را تضمین کرد.

۸. نگاه به گذشته؛ شکار اولین ستاره‌های عالم

هر دو تلسکوپ هابل و جیمز وب به نوعی ماشین زمان هستند، زیرا نوری که می‌بینند مربوط به گذشته‌های دور است. هابل توانست کهکشان‌هایی را ببیند که در زمان جوانی جهان، یعنی حدود ۱ میلیارد سال پس از بیگ بنگ (Big Bang) شکل گرفته بودند. این موفقیت بزرگی بود و به ما نشان داد که جهان در مراحل اولیه خود چگونه به نظر می‌رسید. اما فراتر از آن، منطقه‌ای وجود دارد که به آن «اعصار تاریک» می‌گویند و هابل قادر به دیدن درون آن نیست. نور ستاره‌های آن دوران به دلیل انبساط فضا به قدری به سمت قرمز گراییده که از محدوده دید هابل خارج شده است.

جیمز وب دقیقاً برای نفوذ به این مرز طراحی شده است تا اولین ستاره‌ها و کهکشان‌هایی که تنها ۱۰۰ تا ۲۵۰ میلیون سال بعد از انفجار بزرگ متولد شدند را شکار کند. با استفاده از حساسیت فوق‌العاده در طیف مادون قرمز، وب می‌تواند نوری را ببیند که ۱۳.۵ میلیارد سال در راه بوده است. این یعنی ما می‌توانیم لحظات اولیه تشکیل ساختارهای بزرگ کیهانی را تماشا کنیم و بفهمیم جهان چگونه از یک سوپ داغ به شکل امروزی درآمد. هابل فصل‌های میانی داستان جهان را برای ما روایت کرد، اما جیمز وب در حال خواندن فصل اول و مقدمه این کتاب عظیم است. این توانایی، وب را به ابزاری کلیدی برای کیهان‌شناسی تبدیل کرده که می‌تواند فرضیات ما درباره بیگ بنگ را به چالش بکشد.

۹. نفوذ در غبار؛ تماشای تولد ستاره‌ها

یکی از جادویی‌ترین کارهای جیمز وب، توانایی آن در دیدن مناطقی است که برای هابل مثل یک دیوار سنگی غیرقابل نفوذ بودند. سحابی‌های زاینده ستاره (Star-forming nebulae) پر از گرد و غبار غلیظی هستند که نور مرئی را به کلی جذب یا پراکنده می‌کنند. در تصاویر معروف هابل از «ستون‌های آفرینش» (Pillars of Creation)، ما ستون‌های زیبایی از غبار را می‌بینیم که ستاره‌ها درون آن‌ها پنهان شده‌اند. هابل زیبایی ظاهری این ابرها را به تصویر می‌کشد اما نمی‌تواند به ما بگوید دقیقاً در مرکز آن‌ها چه می‌گذرد. این محدودیت فیزیکی نور مرئی است که در برابر ذرات غبار تسلیم می‌شود.

امواج فروسرخ جیمز وب اما داستانی متفاوت دارند و به راحتی از میان این ذرات غبار عبور می‌کنند. وقتی وب به همان ستون‌های آفرینش نگاه کرد، هزاران ستاره درخشان را نشان داد که در دل غبار در حال شکل‌گیری بودند و هابل هرگز آن‌ها را ندیده بود. این قابلیت به منجمان اجازه می‌دهد تا مراحل اولیه تشکیل سیستم‌های سیاره‌ای و دیسک‌های پیش‌سیاره‌ای را با جزئیات دقیق مطالعه کنند. وب به ما نشان می‌دهد که ستاره‌ها چگونه از دل بی‌نظمی غبار متولد می‌شوند و چگونه بادهای ستاره‌ای محیط اطراف خود را پاکسازی می‌کنند. این نفوذ به قلب سحابی‌ها، درک ما از چرخه زندگی ستاره‌ها را به سطحی کاملاً جدید و میکروسکوپی برده است. در واقع، وب پرده‌های ضخیم کیهان را کنار می‌زند تا نمایش واقعی خلقت را تماشا کنیم.

۱۰. ابزارهای علمی هابل؛ دوربین‌هایی که تاریخ‌ساز شدند

تلسکوپ هابل مجهز به مجموعه‌ای از ابزارهای پیشرفته است که در طول سال‌ها توسط فضانوردان به‌روزرسانی شده‌اند. دوربین میدان باز ۳ (WFC3) و دوربین پیشرفته برای نقشه‌برداری (ACS) دو مورد از مهم‌ترین ابزارهایی هستند که بیشتر تصاویر مشهور هابل را ثبت کرده‌اند. این ابزارها برای کار در طیف مرئی، فرابنفش نزدیک و بخش کوچکی از فروسرخ نزدیک طراحی شده‌اند. هابل همچنین دارای طیف‌سنج‌هایی است که نور را تجزیه کرده و ترکیبات شیمیایی اجرام را مشخص می‌کنند. به دلیل طراحی ماژولار هابل، هر بار که ابزاری قدیمی می‌شد، ناسا می‌توانست نسخه‌ای جدیدتر و قدرتمندتر را جایگزین آن کند.

یکی از ویژگی‌های خاص ابزارهای هابل، توانایی آن‌ها در ثبت پدیده‌های بسیار پرانرژی مانند انفجارهای ابرنواختری در طیف فرابنفش است. اتمسفر زمین بخش زیادی از نور فرابنفش را جذب می‌کند، بنابراین هابل تنها راه ما برای دیدن جهان در این طیف با وضوح بالا بود. هابل با این ابزارها توانست اتمسفر برخی سیارات منظومه شمسی را تحلیل کند و حتی شواهدی از اقیانوس‌های زیرسطحی در قمرهای مشتری بیابد. هر چند ابزارهای هابل نسبت به تکنولوژی‌های امروزی جیمز وب قدیمی‌تر به نظر می‌رسند، اما همچنان در زمینه نور مرئی رقیبی ندارند. هابل ثابت کرد که داشتن ابزارهای قابل تعویض می‌تواند عمر علمی یک پروژه میلیارد دلاری را به شدت افزایش دهد.

۱۱. تکنولوژی ابزارهای وب؛ شاهکارهای MIRI و NIRCam

جیمز وب از چهار ابزار علمی اصلی بهره می‌برد که هر کدام شاهکاری از مهندسی نانو و اپتیک محسوب می‌شوند. دوربین فروسرخ نزدیک (NIRCam) ابزار اصلی تصویربرداری وب است که برای شکار ضعیف‌ترین نورهای کهکشان‌های اولیه طراحی شده است. این دوربین همچنین به کرونوگراف (Coronagraph) مجهز است که به آن اجازه می‌دهد نور خیره‌کننده یک ستاره را مسدود کرده و سیارات کم‌نور اطرافش را ببیند. ابزار دیگر، طیف‌سنج فروسرخ نزدیک (NIRSpec) است که می‌تواند به طور همزمان طیف نوری بیش از ۱۰۰ جرم آسمانی را با استفاده از تکنولوژی میکروشاترها (Microshutters) تحلیل کند. این یعنی بازدهی وب در جمع‌آوری داده‌های علمی بسیار بالاتر از هر تلسکوپ دیگری در تاریخ است.

اما شاید شگفت‌انگیزترین ابزار، دستگاه فروسرخ میانی (MIRI) باشد که برای کار به دمای بسیار پایین‌تری (حدود ۷ کلوین) نسبت به بقیه نیاز دارد. میری به وب اجازه می‌دهد تا غبار گرم و گازهای سرد کهکشان‌ها را رصد کند و تصاویری از مناطقی که ستاره‌ها در آن متولد می‌شوند تهیه نماید. این ابزار به یک سیستم خنک‌کننده اختصاصی (Cryocooler) مجهز است که مانند یک یخچال فوق پیشرفته عمل می‌کند. تکنولوژی به کار رفته در سنسورهای این ابزارها به قدری حساس است که می‌تواند گرمای یک زنبور عسل را از فاصله ماه تشخیص دهد. با این ابزارها، وب نه تنها تصویر می‌گیرد، بلکه در حال کالبدشکافی شیمیایی و فیزیکی کل کیهان است.

۱۲. قابلیت تعمیر؛ تفاوت در طراحی برای ماندگاری

تفاوت در استراتژی نگهداری این دو تلسکوپ یکی از بحث‌برانگیزترین موضوعات در محافل علمی است. هابل اساساً با هدف تعمیرپذیر بودن طراحی شده بود؛ به همین دلیل دارای دستگیره‌ها، پیچ‌های مخصوص و ماژول‌های قابل تعویض بود که فضانوردان بتوانند در فضا روی آن کار کنند. اگر هابل تعمیرپذیر نبود، در سال ۱۹۹۳ به دلیل نقص آینه اصلی به یک زباله فضایی گران‌قیمت تبدیل می‌شد. این قابلیت باعث شد هابل ۳۴ سال (تا به امروز) دوام بیاورد و مدام قوی‌تر شود. در واقع، هابل به ما آموخت که حضور انسان در مدار می‌تواند ضامن بقای پروژه‌های رباتیک باشد.

جیمز وب اما در نقطه‌ای قرار دارد که دسترسی انسانی به آن در حال حاضر غیرممکن است، بنابراین از ابتدا «غیرقابل تعمیر» طراحی شد. تمام قطعات وب باید با دقتی بی‌سابقه ساخته می‌شدند تا هیچ خطایی رخ ندهد، چون فرصتی برای اصلاح وجود نداشت. با این حال، جالب است بدانید که وب دارای یک حلقه اتصال در قسمت پایه است که شاید در آینده ربات‌های تعمیرکار بتوانند به آن وصل شوند. سوخت جیمز وب برای نگه داشتن آن در مدار محدود بود، اما پرتاب دقیق توسط موشک آریان ۵ (Ariane 5) باعث صرفه‌جویی در سوخت شد و عمر تخمینی آن را از ۱۰ سال به بیش از ۲۰ سال افزایش داد. این تفاوت در طراحی نشان‌دهنده تغییر پارادایم از ماموریت‌های سرنشین‌دار به سمت اتوماسیون و دقت مطلق مهندسی است.

۱۳. کشف سیارات فراخورشیدی؛ تحلیل اتمسفر از راه دور

هابل در زمان پرتابش برای مطالعه سیارات فراخورشیدی (Exoplanets) طراحی نشده بود، چون در آن زمان اصلاً نمی‌دانستیم این سیارات وجود دارند. با این حال، دانشمندان با خلاقیت خود توانستند از هابل برای کشف اولین نشانه‌های آب و متان در جو سیارات دوردست استفاده کنند. اما هابل محدودیت‌های جدی در این زمینه داشت و نمی‌توانست ترکیبات شیمیایی جو سیارات کوچک و سنگی شبیه به زمین را با دقت بالا تحلیل کند. بیشتر یافته‌های هابل مربوط به غول‌های گازی بزرگ بود که به ستاره‌هایشان بسیار نزدیک بودند. اینجاست که جیمز وب وارد می‌شود تا بازی را به نفع جستجوی حیات تغییر دهد.

جیمز وب با قدرت طیف‌سنجی فروسرخ خود، ابزاری ایده‌آل برای مطالعه اتمسفر سیارات فراخورشیدی است. وقتی یک سیاره از جلوی ستاره‌اش عبور می‌کند، نور ستاره از میان جو سیاره رد می‌شود و عناصر شیمیایی موجود در آن، امضایی در نور فروسرخ باقی می‌گذارند. وب می‌تواند وجود دی‌اکسید کربن، متان، بخار آب و حتی نشانه‌هایی از فعالیت‌های بیولوژیکی را در جو سیارات کوچک تشخیص دهد. سیستم مشهور تراپیست-۱ (TRAPPIST-1) یکی از اهداف اصلی وب است تا ببینیم آیا هیچ‌کدام از هفت سیاره سنگی آن دارای اتمسفر هستند یا خیر. هابل به ما گفت که سیارات فراخورشیدی وجود دارند، اما جیمز وب به ما می‌گوید که آنجا چه خبر است و آیا احتمال حیات وجود دارد.

۱۴. چالش‌های پرتاب و استقرار؛ وحشت در فضا

پرتاب هابل در مقایسه با جیمز وب، علی‌رغم تمام پیچیدگی‌هایش، ساده‌تر به نظر می‌رسید چون هابل مانند یک بسته آماده در مخزن شاتل فضایی دیسکاوری (Discovery) قرار داشت. بعد از باز شدن درهای مخزن، بازوی رباتیک شاتل هابل را در مدار رها کرد و تنها کار اصلی، باز کردن پنل‌های خورشیدی و درپوش تلسکوپ بود. اما جیمز وب به دلیل ابعاد عظیمش، بزرگتر از هر راکت موجود در جهان بود و به صورت تاشو درون دماغه موشک قرار گرفت. این موضوع منجر به پیچیده‌ترین فرآیند استقرار در تاریخ فضانوردی شد که دانشمندان آن را «۳۴۴ نقطه شکست تک‌نقطه‌ای» نامیدند.

جیمز وب در طول سفر یک ماهه خود به سمت نقطه L2، باید بیش از ۵۰ مرحله استقرار اصلی را پشت سر می‌گذاشت که هر کدام در صورت شکست، کل ماموریت را نابود می‌کرد. باز شدن سپر خورشیدی پنج لایه و قفل شدن قطعات آینه اصلی، نفس‌ها را در سینه حبس کرده بود. هیچ سیستم خودکاری تا این حد پیچیده قبلاً در فضای عمیق آزمایش نشده بود. در حالی که هابل در چند ساعت آماده به کار شد، وب هفته‌ها زمان برد تا به شکل نهایی خود درآید. این مهندسی «اوریگامی‌طور» وب، مرزهای توانایی بشر در کنترل از راه دور ماشین‌های پیچیده را جابجا کرد و نشان داد که برای دیدن دوردست‌ها، باید ریسک‌های بزرگی را هم پذیرفت.

۱۵. هزینه‌ها و تاخیرها؛ پروژه‌هایی که اقتصاد علم را تکان دادند

ساخت تلسکوپ‌های فضایی ارزان نیست و هر دو پروژه هابل و وب با چالش‌های مالی و زمانی جدی روبرو بودند. پروژه هابل در ابتدا قرار بود با ۴۰۰ میلیون دلار و در سال ۱۹۸۳ پرتاب شود، اما در نهایت با هزینه ۱.۵ میلیارد دلاری در سال ۱۹۹۰ راهی فضا شد. فاجعه انفجار شاتل چلنجر (Challenger) یکی از دلایل اصلی تاخیر هابل بود که باعث شد این تلسکوپ سال‌ها در انبار بماند و هزینه‌های نگهداری‌اش بالا برود. اما هابل با کشفیاتش ثابت کرد که ارزش هر سنت از آن سرمایه‌گذاری را داشته است.

جیمز وب اما داستانی دراماتیک‌تر داشت؛ این پروژه که ابتدا قرار بود با ۵۰۰ میلیون دلار ساخته شود، در نهایت حدود ۱۰ میلیارد دلار هزینه روی دست ناسا گذاشت. تاریخ پرتاب وب بارها و بارها از سال ۲۰۰۷ به تاخیر افتاد تا سرانجام در کریسمس ۲۰۲۱ پرتاب شد. بسیاری از منتقدان و حتی سیاستمداران آمریکایی بارها سعی کردند پروژه را به دلیل هزینه‌های سرسام‌آور متوقف کنند. با این حال، وب به قدری برای آینده نجوم حیاتی بود که جامعه علمی با تمام قوا از آن دفاع کرد. امروزه با دیدن اولین تصاویر وب، دیگر کسی به آن ۱۰ میلیارد دلار فکر نمی‌کند، چون داده‌هایی که به دست می‌آید به معنای واقعی کلمه بی‌قیمت هستند. این پروژه‌ها نشان دادند که علم بزرگ، هزینه‌های بزرگ و البته صبر ایوب می‌طلبد.

۱۶. همکاری به جای رقابت؛ وقتی داده‌ها ادغام می‌شوند

بسیاری به اشتباه فکر می‌کنند که با آمدن جیمز وب، دوران هابل به سر آمده است و این دو تلسکوپ با هم در رقابت هستند. اما واقعیت این است که بهترین نتایج علمی زمانی به دست می‌آید که داده‌های هر دو تلسکوپ با هم ترکیب شوند. از آنجایی که هابل در نور مرئی و وب در فروسرخ کار می‌کند، ترکیب تصاویر آن‌ها نمایی کامل و چندبعدی از اجرام آسمانی ارائه می‌دهد. این همکاری به منجمان اجازه می‌دهد تا پدیده‌ها را از زوایای مختلف بررسی کنند و بفهمند که گازها، غبارها و ستاره‌های جوان چگونه با هم در تعامل هستند.

برای مثال، در مطالعه کهکشان‌های دوردست، هابل می‌تواند ستاره‌های پیرتر و داغ‌تر را شناسایی کند، در حالی که وب ستاره‌های جوانی را که هنوز در پیله غباری خود هستند نشان می‌دهد. پروژه‌های مشترک زیادی تعریف شده‌اند که در آن‌ها هر دو تلسکوپ به یک نقطه از آسمان خیره می‌شوند. این هم‌افزایی (Synergy) باعث شده است که دقت مدل‌های فیزیکی ما از کیهان به شدت افزایش یابد. هابل و وب در واقع مانند دو چشم با طول موج‌های متفاوت عمل می‌کنند که به مغز بشر اجازه می‌دهند عمق و جزئیات جهان را بهتر درک کند. تا زمانی که هابل نفس می‌کشد، این تیم دو نفره قدرتمندترین ابزار رصدی تاریخ باقی خواهد ماند.

۱۷. آینده نجوم؛ پس از جیمز وب چه در انتظار ماست؟

جیمز وب قله فعلی تکنولوژی ماست، اما دانشمندان از همین حالا در حال طراحی نسل‌های بعدی تلسکوپ‌های فضایی هستند. تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن (Nancy Grace Roman Space Telescope) که قرار است در سال‌های آینده پرتاب شود، میدان دیدی ۱۰۰ برابر بزرگتر از هابل خواهد داشت. این تلسکوپ به دنبال ماده تاریک (Dark Matter) و انرژی تاریک خواهد بود تا بفهمد چرا جهان با این سرعت در حال انبساط است. هابل و وب بر روی نقاط خاص و عمیق تمرکز می‌کنند، اما رومن قرار است نقشه‌ای وسیع و پانوراما از آسمان تهیه کند. این یک گام بزرگ برای درک ساختارهای بزرگ‌مقیاس کیهانی است.

همچنین پروژه‌های بلندپروازانه‌تری مانند تلسکوپ لُووآر (LUVOIR) یا «رصدگر دنیای سکونت‌پذیر» (HWO) در مرحله تئوری هستند که آینه‌هایی به مراتب بزرگتر از وب خواهند داشت. این تلسکوپ‌ها قصد دارند مستقیماً از سیارات شبیه به زمین در منظومه‌های دیگر عکس بگیرند و قاره‌ها و اقیانوس‌های آن‌ها را شناسایی کنند. تکنولوژی آینه‌های تاشو که در وب آزمایش شد، پایه و اساس تمام این تلسکوپ‌های عظیم آینده خواهد بود. هابل راه را باز کرد، وب ما را به اعماق برد و نسل‌های بعدی احتمالاً اولین نشانه‌های حیات فرازمینی را پیدا خواهند کرد. ما در دوران طلایی نجوم زندگی می‌کنیم که در آن هر چند سال یک بار، چشمان جدیدی به روی کیهان باز می‌شود.

۱۸. تاثیر فرهنگی و رسانه‌ای؛ تصاویری که جهان را تکان داد

نمی‌توان از هابل و جیمز وب صحبت کرد و از تاثیر عمیق آن‌ها بر فرهنگ عامه و هنر چشم‌پوشی کرد. تصاویر هابل در دهه‌های ۹۰ و ۲۰۰۰ میلادی، دیدگاه عمومی مردم نسبت به فضا را از نقطه‌های سیاه و سفید به بوم‌های نقاشی رنگارنگ و باشکوه تغییر داد. این تصاویر در کتاب‌های درسی، فیلم‌های علمی‌تخیلی و حتی طراحی لباس‌ها نفوذ کردند و حس کنجکاوی نسل‌های جدید را برانگیختند. هابل ثابت کرد که علم می‌تواند به اندازه هنر زیبا باشد و همین زیبایی، توجیهی برای هزینه‌های میلیاردی آن در افکار عمومی فراهم کرد. مردم با هابل احساس نزدیکی می‌کردند، چون هابل همان چیزی را می‌دید که ما می‌دیدیم، فقط با کیفیتی فراتر.

جیمز وب نیز با اولین تصاویر خود در سال ۲۰۲۲، هیجانی مشابه و حتی بزرگتر در شبکه‌های اجتماعی ایجاد کرد. وضوح بی‌نظیر و جزئیات خیره‌کننده وب، بار دیگر به ما یادآوری کرد که چقدر در برابر عظمت جهان کوچک هستیم. وب در عصر دیجیتال پرتاب شد و داده‌هایش به سرعت در سراسر جهان پخش می‌شوند، که این موضوع باعث مشارکت بیشتر مردم در پروژه‌های «شهروند-دانشمند» شده است. این تلسکوپ‌ها فقط ابزار علمی نیستند، بلکه نمادهای امید و همکاری بین‌المللی در دنیایی هستند که اغلب با تفرقه شناخته می‌شود. آن‌ها به ما یادآوری می‌کنند که وقتی بشر با هم همکاری کند، می‌تواند حتی به اولین نورهای آفرینش هم دست یابد.

دکتر علیرضا مجیدی

پزشک، نویسنده و بنیان‌گذار وبلاگ «یک پزشک»

دکتر علیرضا مجیدی، نویسنده و بنیان‌گذار وبلاگ «یک پزشک».
با بیش از ۲۰ سال نویسندگی «ترکیبی» مستمر در زمینهٔ پزشکی، فناوری، سینما، کتاب و فرهنگ.
باشد که با هم متفاوت بیاندیشیم!

دربارهٔ علیرضا مجیدی در یک پزشک