تلسکوپ "جیمز وب" وارد چه مداری خواهد شد؟

نمایی کمیاب از تلسکوپ جیمز وب پس از افزوده شدن
هجدهمین و آخرین تکه ی آینه ی اصلی به آن در مرکز
پروازهای فضایی گودارد ناسا.
این تصویر در اندازه ی بزرگ تر

در روز چهارشنبه، ۳ ژانویه ی ۲۰۱۶، هجدهمین و آخرین تکه ی آینه ی اصلی بر روی ساختاری که قرار است بزرگ ترین و نیرومندترین تلسکوپ فضایی تا به امروز باشد نصب شد. با این نصب که در مرکز پروازهای فضایی گودارد ناسا در گرین بلت مریلند انجام گرفت، گامی بزرگ در روند ساخت و ساز این تلسکوپ به نام تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) برداشته شد.

تلسکوپ فضایی جیمز وب جانشین علمی تلسکوپ فضایی هابل است. این تلسکوپ پرقدرت ترین تلسکوپیست که تاکنون ساخته شده. وب به بررسی بسیاری از گام های تاریخ کیهان خواهد پرداخت، از جمله پیدایش سامانه های ستاره ای که توان پشتیبانی زندگی از گونه ی زمینی را دارند، و همچنین دگرگونی های سامانه ی خورشیدی خودمان. تلسکوپ جیمز وب که پروژه ای بین المللی با همکاری ناسا، سازمان فضایی اروپا (اسا) و سازمان فضایی کانادا است، در سال ۲۰۱۸ سوار بر یک موشک آریان ۵ از گویان فرانسه راهی فضا خواهد شد.

مدار این تلسکوپ

تلسکوپ فضایی جیمز وب مانند تلسکوپ هابل در مداری به گرد زمین جای نخواهد گرفت، بلکه با فاصله ی ۱.۵ میلیون کیلومتر از زمین، در مدار پیرامون خورشید خواهد بود، در نقطه ای که به نام دومین نقطه ی لاگرانژ (L۲) شناخته می شود. نکته ی اصلی درباره ی این مدار اینست که به تلسکوپ اجازه می دهد تا به همراه زمین و هم‌ردیف با آن به گرد خورشید بچرخد. این به سپر خورشیدی بزرگ تلسکوپ امکان می دهد تا در برابر نور و گرمای خورشید و زمین (و ماه) از تلسکوپ نگاهبانی کند. 

چرا جهت زمین و خورشید مهم است؟

تلسکوپ جیمز وب در اصل قرار است نور فروسرخ را دریافت کند که گاهی می تواند مانند گرما حس شود. از آن جایی که این تلسکوپ به رصد سیگنال های بسیار کم‌توان فروسرخ از اجرام بسیار دور خواهد پرداخت، نیاز به سپرهایی در برابر هرگونه چشمه ی داغ و درخشان خواهد داشت، حتی در برابر خود ماهواره! سپر خورشیدی برای همین به کار می رود تا آینه ها و دستگاه های حسمند آن را نه تنها از خورشید و زمین/ماه، بلکه از فضاپیمای خود تلسکوپ در امان نگه دارد.

شرایط دمایی در دو سوی تلسکوپ جیمز وب

دمایی که تلسکوپ در آن کار می کند ۲۲۶ درجه ی سانتیگراد زیر صفر خواهد بود. تفاوت دما میان سمت گرم و سمت سرد تلسکوپ بسیار بزرگ می شود: در سمت گرمش تقریبا آب به جوش می آید، و در سمت سردش نیتروژن یخ می زند! [در این باره بخوانید: * سرمای فضا چقدر است؟]

برای آن که پوشش این سپر در برابر گرمای خورشید/زمین/ماه به کارآمدترین اندازه برسد، هر سه جرم به همراه تلسکوپ باید در یک راستا (روی یک خط) باشند، و این همان شرایطیست که در نقطه ی دوم لاگرانژی (L۲) پیدا می شود.

مقایسه جایگاه تلسکوپ هابل و جایگاه آینده ی تلسکوپ جیمز وب

نقطه ی L2 (ال۲) چیست؟

ژوزف لویی لاگرانژ، ریاضیدان سده ی ۱۸ بود که راه حل آنچه به نام "مساله ی سه جرم" شناخته می شد را یافت. پرسش این بود: آیا می توان پیکربندی پایداری یافت که در آن، سه جرم بتوانند به گرد هم بچرخند و نسبت به یکدیگر نیز در یک جایگاه باقی بمانند؟ لاگرانژ پی برد که این پرسش نه یک پاسخ، بلکه پنج پاسخ دارد: نقاطی که به نام خود وی، پنج نقطه ی لاگرانژی نامیده شده اند. سه نقطه ی L۲، L۱، و L۳ همگی روی یک خط؛ و نقاط L۴ و L۵ در نوک دو مثلث سه پهلوبرابر (متساوی الاضلاع) نسبت به این خط و در یک صفحه جای دارند.

نخستین نقطه ی لاگرانژِ سامانه ی زمین-خورشید، میان زمین و خورشید و در فاصله ی ۱.۵ میلیون کیلومتری زمین جای دارد. بسیاری از رصدخانه های خورشیدی در این نقطه به گرد خورشید می چرخند، از جمله DSCOVR، WIND، SOHO، و ACE.

در نقطه ی L۲ که آن سوی خط زمین-خورشید است و تلسکوپ جیمز وب هم به آنجا فرستاده خواهد شد ماهواره های دیگری جای داده شده اند، از جمله WMAP، هرشل، و پلانک.

نقاط لاگرانژی و جایگاه تلسکوپ جیمز وب در یکی از آن ها

برخی جزییات فنی: برای یک جرم، سر جا ماندن در یکی از این پنج نقطه نسبت به دو جرم دیگر (برای نمونه، خورشید و زمین) کار ساده ایست. در واقع L۴ و L۵ برای اجرام و ماهواره هایی که در آن ها هستند نقاط پایداریند و این اجرام برای سر جا ماندن نیاز به کمک نخواهند داشت. سیارک های کوچکی یافته شده که در L۴ و L۵ به گرد زمین-خورشید می گردند. ولی نقاط L۲، L۱، و L۳ شبه‌پایدارند، از همین رو اجرامی که پیرامون آن ها هستند به آرامی از جای خود دور شده و وارد مداری ویژه ی خودشان به گرد خورشید می شوند مگر این که به شیوه ای بتوانند سر جای خود بمانند، برای نمونه، با بهره از پیشران های موشکی دوره ای کوچک. به همین دلیل است که L۲، L۱، و L۳ به اندازه ی L۴ و L۵ اجرام را "گردآوری" نمی کنند.

JWST در L۲

اگر تلسکوپ جیمز وب دورتر از زمین به گرد خورشید بچرخد، آیا دوره ی مدارش از یک سال بیشتر نخواهد شد؟ به طور معمول چرا، ولی تراز کشش گرانشی خورشید و زمین در نقطه ی L۲ باعث می شود تلسکوپ پا به پای زمین به گرد خورشید بچرخد [پس دوره ی مدارش همان یک سال زمین خواهد شد-م]. نیروهای گرانشی خورشید و زمین تقریبا می توانند یک ماهواره را در این نقطه نگه دارند، پس پیشران موشکیِ به نسبت کمی نیاز خواهد بود.

البته تلسکوپ جیمز وب به گرد نقطه ی L۲ می چرخد نه این که دقیقا در آن ثابت باشد. مدار JWST به گرد این نقطه را در این تصویر که نمایی از ویدیویی درباره ی شیوه ی جایگیری آن است و تقریبا به مقیاس درست نشان داده شده می بینید [رنگ زرد]، این از نظر اندازه برابر با مدار ماه به گرد زمین است! این مدار که شش ماه زمان می برد تا JWST هر دور آن را کامل کند، تلسکوپ را بیرون از سایه ی زمین و ماه نگه می دارد. برخلاف هابل که هر ۹۰ دقیقه یک بار در سایه ی زمین فرو می رود، JWST دیدگاهی آزاد خواهد داشت که به آن اجازه ی کار ۲۴ ساعته در هفت روز هفته را خواهد داد.

تلسکوپ جیمز وب به گرد نقطه ی L۲ می چرخد نه این که دقیقا در آن ثابت باشد. این تصویر نمایی از ویدیوی پایانی است که مدار چرخش تلسکوپ به گرد نقطه ی L۲ را با مقیاس واقعی نشان داده (رنگ زرد).

جایگاه JWST در L۲ همچنین کار ما برای ارتباط و گفتگو با آن را آسان می کند. از آن جایی که همیشه در ساعت نیمه شب، در یک نقطه نسبت به زمین (در فاصله ی ۱.۵ میلیون کیلومتری) خواهد بود، می توانیم با چرخش زمین، از راه سه آنتن بزرگ از شبکه ی آنتن های فضای دوردست (DSN)، پیوسته با آن در ارتباط باشیم. این سه آنتن روی زمین، در استرالیا، اسپانیا و کالیفرنیا جای دارند. در زمان کاربری معمول، JWST تا روزی دوبار از راه DSN رشته فرمان ها را دریافت کرده و داده هایش را به زمین خواهد فرستاد. این رصدخانه می تواند یک رشته از فرمان ها (نشانه گیری و رصد) را به طور خودکار انجام دهد. بنیاد علمی تلسکوپ فضایی (STSI) معمولا فرمان های یک هفته را در یک زمان به ن می فرستد و اگر نیاز باشد، به طور روزانه بروزرسانی انجام می دهد.

نقطه‌های لاگرانژ جایگاه‌هایی ویژه در فضا هستند که در آنها، آمیزه‌ی کشش گرانشیِ یک جرم (زمین) و کشش گرانشی جرمی بزرگ‌تر (خورشید) که زمین به گرد آن می‌چرخد، با نیروی مرکزگرایی که برای حرکت پا به پای با هر دوی آنها نیازست برابر می‌شود. اجرام بسیار کم‌جرم‌تر، مانند تلسکوپ جیمز وب، می‌توانند در این نقطه‌ها پایدار و ر جای خود می‌مانند

چقدر طول می کشد تا JWST در L۲ جای بگیرد؟

حدود ۳۰ روز زمان خواهد برد تا JWST به آغاز مدارش در L۲ برسد، ولی بیرون رفتن از زمین کمتر از یک روز به درازا می کشد. رسیدن JWST به مدارش پیرامون L۲ مانند رسیدن یک دوچرخه سوار به بالای یک تپه است، به شیوه ای که تنها در آغاز راه با شدت پدال بزند و انرژی و سرعت کافی بگیرد تا آن را برای ادامه ی راه و رسیدن به بالای تپه مصرف کند و به هر سختی باشد خود را به بالا برساند و آنجا متوقف شود.

در اینجا ویدیوی ما درباره ی جدول زمانی JWST در مسیرش به سوی L۲ را می بینید:

-------------------------------------------------

تلگرام یک ستاره در هفت آسمان:

https://telegram.me/onestar_in_sevenskies

واژه نامه:

primary mirror - NASA - Goddard Space Flight Center - James Webb Space Telescope - Hubble Space Telescope - solar system - planet - Earth - French Guiana - Ariane 5 - ESA - European Space Agency - Canadian Space Agency - Sun - Lagrange point - L2 - sunshield - Moon - infrared - nitrogen - Joseph-Louis Lagrange - three-body problem - equilateral triangle - DSCOVR - WIND - SOHO - ACE - L1 - WMAP - Herschel - Planck - L4 - L5 - L3 - rocket thrust - Deep Space Network - DSN - Australia - Spain - California - Space Telescope Science Institute - bicycle

منبع: nasa

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان