نظرة جديدة للفضاء

نظرة للوراء 

جيمس ويب هو مقراب بصريّ، مُصمَّم لالتقاط أشعّة الضوء المرئيّة، خاصّة الحمراء ذات الموجات الطويلة،على سبيل المثال، الأشعّة تحت الحمراء. وسوف يلتقط الضوء بواسطة مرآة عملاقة يبلغ قطرها 6.5 أمتار، أي ما يقارب ثلاثة أضعاف مرآة مقراب "هَابل" الفضائيّ.

إنَّ الدّمج بين حجم المرآة والمشاهدات في هذه الأطوال الموجيّة سيمكّننا من المراقبة بشكلٍ أعمق بواسطة هذا المقراب إلى داخل الكون القديم، في محاولة لفهم كيفيّة تكوّن المجرّات الأولى. وفقًا للنظريّات المُتعارف عليها، بدأت المجرّات في التكوّن، فقط بعد بضع مئات ملايين السنين من حدوث الانفجار العظيم، وذلك على الرّغم من أنَّ الموضوع مثير للجدل وهناك دراسات تشير إلى احتمال حدوثه قبل ذلك بكثير.

مع تمدّد الكون، كلّما ابتعدنا عن المجرّة الّتي نراها، فهذا يعني أنّها أقدم أيضًا. على سبيل المثال، إذا رأينا مجرّة ​​على بعد 12 مليار سنة ضوئيّة، فهذا يعني أنَّ ضوءها استغرق مدّة 12 مليار سنة للوصول إلينا، وهي تظهر لنا كما ظهرت في حينه، عندما كان عمر الكون أقلّ من مليارَي سنة. بالطبع كلّما كانت المجرّة بعيدة عنّا أكثر، يقلّ الضّوء الواصل منها إلينا. بناءً على هذه الحقيقة؛ تتجلّى أمامنا ميزة المرآة الضّخمة للمقراب الجديد، الّتي تلتقط ضوءًا أكثر من المرايا الصغيرة، وبالتّالي تسمح لنا برؤية الأجسام البعيدة جدًّا من خلالها.

ولادة نجم

قد يساعدنا المقراب الجديد في حلّ لغز كونيّ آخر حول كيفيّة "ولادة" النّجوم. نحن نعلم أنّها تتكوّن من خلال سُحُب من الغاز والغبار، عندما تُركِّز الجاذبيّة ما يكفي من الموادّ في مكانٍ واحد - لكنّ تلك الغازات والغبار، الّتي لا يمكن اختراقها بشكل خاصّ بواسطة الضوء المرئيّ، تخفي عنّا تفاصيل سير العمليّة. ومع ذلك، أثناء تكوّن النّجوم، تنبعث حرارة على شكل أشعّة تحت حمراء، ويتوقّع الباحثون أن تساعد المشاهدات بهذه الأطوال الموجيّة في الكشف عمّا يحدث داخل السُّحُب الغازيّة، وفهم كيفيّة تكوُّن أنواع مختلفة من النجوم، بشكلٍ أفضل.

بعد تكوُّن النّجم، تتكوّن أحيانًا حوله كواكب سيّارة أيضًا. هذه الآليّة أيضًا ليست مفهومة بشكلٍ كامل، وقد تُلقي المشاهدات القادمة من مقراب جيمس ويب ضوءًا جديدًا عليها. يأمل الباحثون أنّ هذه المشاهدات لا تساعد فقط على فهم كيفيّة تكوُّن الكواكب نفسها، وإنّما أيضًا على كيفيّة تكوُّن الغلاف الجويّ حول بعض الكواكب، ولماذا يحدث هذا تحديدًا في كواكب معيّنة وليس في كواكب أخرى. 

بالإضافة إلى ذلك، فإنَّ قدرة جيمس ويب على مراقبة الأنظمة الشمسيّة البعيدة بتكبير غير مسبوق ستمكّن العلماء من بحث الموادّ المكوّنة لهذه الأغلفة الجويّة، وذلك بواسطة تحليل معطيات امتصاص الضوء الخاصّة بها. سيمكّننا ذلك من فهم كيفيّة تكوُّن الأغلفة الجويّة وتطوّرها، بشكلٍ أفضل، وأكثر من ذلك، تركيز عمليّة البحث عن علامات الحياة في أنحاء مجرّتنا.

سيسمح التكبير الهائل للمقراب أيضًا بإلقاء نظرة ثاقبة على أماكن معيّنة في نظامنا الشمسيّ، بدءًا من إكمال العديد من المشاهدات على المرّيخ وفحص غلافه الجويّ من زاوية جديدة، مرورًا باستكشاف كواكب بعيدة أكثر، وصولًا إلى مراقبة دقيقة للأجسام الأصغر مثل المذنّبات والكويكبات.

مركب شراعيّ بحجم ملعب تنس

جيمس ويب هو مقراب بصريّ، لكن على عكس المقرابات المعروفة لدينا، فإنّ مراياه ليست مُغلقة داخل أنبوب. إنّه مصمّم كالمقراب الراديويّ، وتعمل المرآة الكبيرة كطبق قمر صناعيّ، بحيث تركّز الضوء الواصل إليها. تتكوّن المرآة من 18 مرآة سداسيّة، قطر كلّ واحدة منها 1.32 متر، مرتّبة في دائرتين: ستّ مرايا حول مركز المرآة، و 12 مرآة أخرى حولها. تشكّل معًا مرآة مقعّرة قليلاً، قطرها 6.5 أمتارٍ.

المرايا مصنوعة من البيريليوم، مطليّة بطبقة رقيقة جدًا من الذهب، لا يتجاوز سمكها 100 نانومتر فقط، أيّ 0.0001 ميليمتر. إنّها رقيقة جدًا لدرجة أنّه حتّى فوق مساحة المرآة بأكملها، والّتي تزيد عن 25 مترًا مربّعًا، فإنّها مُغطّاة بأقلّ من 50 غرامًا من الذهب. سبب استخدام هذا الطلاء الفخم، هو أنَّ الذهب يعكس الضّوء بشكلٍ ممتاز في نطاق اللون الأحمر وتحت الأحمر - وهذا أيضًا سبب رؤيتنا له بتدرّج الألوان، الأصفر - البرتقاليّ - الضّارب للحمرة.

يتركّز الضّوء من هذه المرآة في مرآة مقعّرة أصغر، قطرها 74 سم، والمُثبَّتة على بعد حوالي سبعة أمتار مقابل المرآة الكبيرة. وهي بدورها تُعيد الضوء المُركَّز إلى أجهزة المقراب البصريّة الأربعة، والّتي تشمل الكاميرات والمطاييف (جمع المطياف) للأطوال الموجيّة المختلفة، عبر الفتحة الموجودة في وسط المرآة الكبيرة.

بمساعدة نقطة لاغرانج L

جيمس ويب هو مقراب فضائيّ ضخم في حجمه. للمقارنة، يبلغ قطر مرآة مقراب "هابل" الفضائيّ العملاق 2.4 متر فقط، مقارنة بـ 6.5 أمتار في مقراب "جيمس ويب" - أكبر بثلاثة أضعاف تقريبًا.  يخلق هذا الحجم تحدّيات غير بسيطة عند الإطلاق: يدخل مقراب "هابل" بالكامل إلى المكّوك الفضائيّ الّذي يضعه في مداره، لكنّ هذا مستحيل مع جيمس ويب، لأنّ المكّوكات لم تعد نشطة، والمقراب كبير جدًّا على أيّ حال.  

لذلك يتوجّب إطلاقه بواسطة صاروخ كبير تستخدمه وكالة الفضاء الأوروبيّة. لتعبئة المقراب داخل صاروخ أريان 5 (Ariane-5) طوى المهندسون جزءًا من المرآة الكبيرة إلى الخلف، كما يتمّ طيّ الجناحين. تمّ طيّ الدرع الحراريّ بما لا يقلّ عن 12 مرّة، مثل الأوريغامي (فنّ طيّ الورق)، وتمّ أيضًا طيّ الأذرع الّتي تحمل المرآة الصغيرة المقابلة للمرآة الكبيرة. تمّ تصميم نظام كامل من المحرّكات، الزنبركات والتقانة الناريّة للتأكّد من أن ينطلق وينفتح المقراب كما هو مُخطّط له عندما يصل إلى وجهته.

نجح مقراب "هابل" الفضائيّ في العمل حوالي ثلاثين عامًا، ويرجع الفضل في ذلك جزئيًّا إلى حقيقة أنّه يدور حول الأرض على ارتفاع حوالي 550 كيلومترًا. سمح ذلك لوكالة ناسا بإطلاق أربع بعثات خدماتيّة، والّتي قامت بالعديد من الإصلاحات والتحسينات على مرّ السنين. في حالة مقراب جيمس ويب، لن تتمكّن ناسا حتّى في أحلامها بأن تقوم بمثل هذه البعثات. 

ليس فقط أنّه لم تعد (ناسا) تملك مكّوكات فضائيّة مناسبة للإمساك بالأقمار الصناعيّة في الفضاء والّتي قد تمكّن روّاد الفضاء من العمل عليها لعدّة أيام، إنّما أيضًا، سيتمركز المقراب جيمس ويب بعيدًا، في نقطة لم يصل إليها البشر بعد.

تمّ تصميم المقراب الفضائيّ الجديد للعمل من نقطة L2، واحدة من خمس نقاط لاغرانج (Lagrange points)، الّتي فيها تلغي جاذبيّة الجسمَيْن - في هذه الحالة الأرض والشمس - بعضهما البعض. تقع نقطة L2 على جانب الأرض المقابل للشمس، على بعد حوالي 1.5 مليون كيلومتر من الأرض، أي أربعة أضعاف البعد عن القمر.

إيجابيّة هذا الموقع هي أنَّ الجسم الموجود في نقطة لاغرانج لا يحتاج إلى استثمار أيّة طاقة تقريبًا للحفاظ على مساره. سيكون المقراب في الواقع في مدار صغير حول النقطة نفسها، وعمليًّا يدخل في مدار حول الشمس، حيث تكون الأرض دائمًا بينه وبينها. وهي أيضًا أبعد نقطة لاغرانج عن الشمس، وبالتّالي فهي الأبرد، ولكن لا يزال لديها ما يكفي من ضوء الشمس لتوليد الكهرباء اللازمة لتشغيل المقراب. سينضمّ مقراب جيمس ويب إلى العديد من المقرابات الفضائيّة الّتي دارت حول نقطة L2، بما في ذلك مقراب "غايا" الأوروبيّ، الّذي لا يزال نشطًا ويقوم بمسح فلكيّ لمجرّة درب التبّانة.

استثمار واسع

رسميًّا، يُعَدّ مقراب جيمس ويب تعاونًا بين وكالات الفضاء الأمريكيّة، الاتّحاد الأوروبيّ وكندا. من الناحية العمليّة، تقع الغالبيّة العظمى من التمويل، أكثر من 90 في المائة منه، على عاتق دافعي الضرائب في الولايات المتّحدة. ومن بين التكلفة المتراكمة الّتي اقتربت من 11 مليار دولار، ساهم الاتّحاد الأوروبيّ بنحو 850 مليون دولار، بما في ذلك إطلاق المقراب، والوكالة الكنديّة بنحو 150 مليون دولار. تمّ استثمار الغالبيّة العظمى من التكلفة في تصميم وتطوير المقراب، ومن المُتوقّع أن تبلغ تكلفة تشغيله خلال رحلته في الفضاء، بضع مئات ملايين الدولارات "فقط".

بدأ تطوير المقراب الفضائيّ الجديد على طاولة التخطيط منذ عام 1996، عندما بدأت وكالة ناسا بالتفكير في "خليفة" للمقراب هابل، وسُمِّيَ (NGST (Next Generation Space Telescope، وهو اختصار (في الانجليزيّة) لـ "الجيل التالي من المقرابات الفضائيّة". كان إطلاقه في الأصل مُخطّطًا في عام 2007، مُزوّدًا بمرآة قطرها ثمانية أمتار، بتكلفة تصل إلى نصف مليار دولار.

ومع ذلك، فقد تبيّن أنَّ تصميم المقراب كان أكثر تعقيدًا ممّا كانوا يعتقدون في البداية، وتمّ تغيير الخطط صباحًا ومساءً، وتمّ تأجيل موعد الإطلاق بشكلٍ متكرّر، وزادت تكاليف التطوير وتضخّمت في عام 2010، تمّ الانتهاء مجدّدًا من إجراء شامل لإعادة تصميم المقراب، وتمّ تحديد موعد الإطلاق لعام 2015، ولكن تمّ  تأجيله مُجدّدًا إلى عام 2016، ثمّ إلى عام 2019 و 2020. عند اقتراب موعد الإطلاق، دخلت جائحة الكورونا إلى حياتنا، وكما هو الحال مع الأنشطة الفضائيّة الأخرى، فقد أخّرت أيضًا المراحل النهائيّة من تحضير المقراب للإطلاق. هكذا وصلنا إلى كانون الأوّل من عام 2021 - أي 15 عامًا بعد تاريخ الإطلاق الأصليّ. مع كلّ سنة من التأجيل ومع كلّ تغيير في المواصفات الفنيّة، ارتفعت أيضًا تكاليف التصميم بشكل كبير، لتصل إلى سعر يجعل من المقراب الفضائيّ الجديد واحدًا من أغلى الأجهزة العلميّة في التاريخ.

كما أنتجت السنوات الطويلة المبذولة في عمليّة تطوير المقراب، والاستثمار الّذي بلغ مليارات الدولارات، العديد من التقنيّات الجديدة ذات استخدامات كثيرة أخرى. كانت مرآة التيليسكوب الكبيرة مُقعّرة قليلًا؛ كي تُركّز الضوء الواصل إليها باتجاه المرآة المواجهة لمركزها. لضمان حدوث ذلك، طُلِب من المهندسين قياس مبنى المرآة بدقّة كبيرة ومستوى الانتظام المثاليّ لطلاء الذهب الرفيع. الأدوات الّتي طوّروها لهذا الغرض مُستخدَمة بالفعل من قبل أطبّاء العيون لمسح العدسات وأجزاء أخرى من العين، لاختبارات الرؤية وتشخيص الأمراض وملاءَمة العدسات اللاصقة.

تشمل براءات الاختراع الأخرى الّتي تمّ تطويرها أثناء عمليّة إنتاج واختبار المقراب المركّب مقاييس تداخل حديثة، والّتي تقيس الفروق الدقيقة بين أشعّة الليزر، وتُمكّن من تحييد الضجيج البيئيّ وقياس عمل المرآة والمكوّنات الأخرى للمقراب في ظروف مشابهة لتلك الموجودة في الفضاء. الشركة الّتي طوّرتها تبيعها بالفعل لمجموعة واسعة من الاستخدامات، ليس فقط في صناعات الطيران والفضاء، ولكن أيضًا في مجال المعدّات الطبيّة، الإلكترونيّات وغيرها. حتّى المجسّات الضوئيّة الّتي تمّ تطويرها للاستخدام في المقراب، وجدوا لها استخدامات في صناعات أخرى.

من المثير للدهشة، أنَّ أحد التطويرات المُصمَّمة للمقراب المستقبليّ ساعد في إصلاح مقراب هابل الفضائيّ، وهو يعمل بالفعل في الفضاء. إحدى التقنيّات اللازمة للمقراب الجديد هي الدوائر الإلكترونيّة المتكاملة (Integrated Circuit) الّتي يمكن أن تعمل في درجات حرارة منخفضة للغاية. لقد نجح مهندسو مقراب جيمس ويب في إيجاد طريقة لتطوير مثل هذه الدوائر الصغيرة جدًّا، الّتي يمكن برمجتها أيضًا. تمّ دمج هذه الدوائر بواسطة نظام تمّ تثبيته بمقراب هابل في آخر مهمّة إصلاح له، ممّا حَسَّنَ من قدرات الكاميرا الخاصّة به.

ويب، جيمس ويب

في عام 2002، بعد إحدى مراحل إعادة تصميم المقراب، قرّرت ناسا تغيير اسمه إلى جيمس ويب (Webb)، باسم مدير وكالة الفضاء الثاني. كان ويب الّذي ولد وتوفي بين الأعوام (1902-1996) طيّارًا في قوّات المشاة البحريّة في الثلاثينات، ثمّ درس القانون، وعمل مع أعضاء الكونجرس وشركة ملاحة جويّة، وتجنّد مرّة أخرى للخدمة العسكريّة في الحرب العالميّة الثانية، تولّى بعدها مناصب عُليا في وزارة الماليّة ووزارة الخارجيّة. في الخمسينيّات، عاد إلى السوق الخاصّة، حتّى عام 1961، حينها جنّده الرئيس الجديد، جون كينيدي (John F. Kennedy)، لرئاسة وكالة الفضاء الحديثة. قاد ويب الوكالة في فترة أولى رحلات الفضاء المأهولة، بعثة ميركوري وبعثة جمناي Gemini ، وقاد عمليّة التطوير وتجنيد الموارد لبعثة أبولو Apollo، الّتي أنزلت أوّل البشر على سطح القمر.

لم يحظَ ويب بفرصة قيادة وكالة ناسا في عصر بعثة أبولو نفسها، إنّما قادها في فترة إعادة التأهيل للبعثة القمريّة بعد كارثة حريق المركبة الفضائيّة أبولو 1 عام 1967، ولكن كما تُلزم الإدارة السليمة استقال من وظيفته في نهاية ولاية الرئيس ليندون جونسون (الرئيس البديل لجون كينيدي، الّذي اُغتيل عام 1963)، بحيث أفرغ مكانه قبل أربعة أيام فقط من إطلاق المهمّة الأولى في بعثة أبولو، الّتي أُطلِق عليها اسم أبولو 7. على الرغم من أنّه لم يعمل في مجال الفضاء، فقد قاد الوكالة خلال واحدة من أهمّ الفترات في تاريخها، ونجح في إدارة تجنيد ميزانيّات ضخمة كانت مطلوبة لبعثة أبولو، وحقّق لها إنجازات مبهرة.

ومع ذلك، فإنّ تسمية المقراب باسم ويب لم تمرّ دون انتقادات عامّة. اتّهمته العديد من المؤسّسات والأفراد برهاب المثليّة الجنسيّة، ويرجع ذلك جزئيًّا إلى أنّه شغل مناصب عُليا في وزارة الخارجيّة خلال الفترة المعروفة باسم الذعر الأرجوانيّ The Lavender Scare، في أوائل الخمسينيّات من القرن الماضي، عندما تمّ طرد الآلاف من أفراد مجتمع المثليّين أو أُجبروا على الاستقالة بادّعاء أنَّ توظيفهم كان يُشكِّل خطرًا أمنيًّا. على الرغم من أنَّ ويب نفسه لم يكن على الأرجح أحد المبادرين إلى "التطهير"، لكن ادّعى النقّاد بأنَّ صمته في خضمّ الأحداث كان كافيًا لحرمانه من تسمية المقراب باسمه. ناقشت وكالة الفضاء هذه المسألة، بل وعيّنت أحد مؤرّخيها للتحقيق فيها، وقرّرت في نهاية الأمر، قبل ثلاثة أشهر أنّه لا توجد معطيات تبرّر تغيير اسم المقراب.

بمجرّد دخول المقراب إلى المدار حول النقطة L2، سيقوم مشغّلوه بتوجيهه، بحيث يفصل الدرع الشمسيّ بين المرايا والشمس، وبعد ذلك سيستغرق ثلاثة أسابيع أخرى حتّى تنخفض درجات الحرارة إلى النطاق المطلوب. ثمّ تبدأ بعد ذلك عمليّة بطيئة ومرهقة لفحص جميع الأجهزة وتفعيلها ومعايرتها. ستستغرق هذه العمليّة حوالي نصف عام، وإذا سارت الأمور على ما يرام، سيبدأ المقراب في العمل في صيف عام 2022.

في الأشهر القليلة الأولى، سيُخصَّص كلّ وقت المقراب لدراسات مُحدَّدة مُسبقًا، والموجودة في سلّم الأولويّات العلميّة. سيتمّ بعد ذلك فتح جزء من وقت المراقبة لمجموعات بحث من الدول الشريكة في المقراب، ولاحقًا، سيتمّ تخصيص "وقت حرّ"، والّذي يمكن أن يطلبه أيّ باحث في العالم مهتمّ في ذلك، ليقدّم اقتراحًا بحثيًّا مناسبًا. في المحصّلة، من المقرّر أن يعمل المقراب لمدّة خمس سنوات تقريبًا، لكن يأمل المهندسون والعلماء في أن يعمل بنجاح لفترة عقدٍ كامل. يأمل الجميع أن ينجح المقراب خلال هذا الوقت في  تبرير الاستثمار الضخم، وإيفاء الوعد بإلقاء ضوء جديد على ماضي وحاضر ومستقبل الكون الّذي نعيش فيه.