تلسکوپ جیمز وب در همین ابتدا دانش ستاره‌شناسان را به چالش کشیده است

تلسکوپ فضایی جیمز وب با عملکرد خارق‌العاده‌اش در بررسی جهان آغازین، ستاره‌شناسان را حیرت‌زده کرده است. به نظر می‌رسد جهان دوردست با انتظارات و دانش فعلی ستاره‌شناسان متفاوت است. این تلسکوپ که هشت ماه پیش پرتاب شد و در فاصله‌ی تقریبی ۱٫۶ میلیون کیلومتری از زمین در مدار خورشید قرار دارد تصاویری از کهکشان‌های دوردست را ثبت کرد که نور آن‌ها به چند میلیون سال اول یا در فاصله‌ی کمی پس از بیگ‌بنگ بازمی‌گردد. رصد این کهکشان‌های آغازین یکی از مأموریت‌های اصلی تلسکوپ جیمز وب برای دیدن اعماق فضا و گذشته‌ی جهان است.

اولین نتایج علمی و رصدهای حیرت‌آور جیمز وب در هفته‌های اخیر منتشر شدند. برخی از این کهکشان‌های دوردست بسیار سنگین هستند. براساس فرضیه‌ای کلی، این کهکشان‌های آغازین که در فاصله‌ی کمی پس از شکل‌گیری اولین ستاره‌ها، تشکیل شدند بسیار کوچک و نامنظم هستند؛ اما براساس مشاهدات تلسکوپ جیمز وب، برخی از آن‌ها بسیار عظیم، درخشان و دارای ساختار منظم‌اند. گارت الینگورث، ستاره‌شناس دانشگاه کالیفرنیا سانتاکروز بر این باور است:

مدل‌های گذشته این نتایج را پیش‌بینی نکرده بودند. چگونه چنین ساختارهایی در جهان آغازین به وجود آمدند؟ چگونه تعداد زیادی از ستاره‌ها با سرعت بالایی تشکیل شدند؟

عکس پنج‌قلوی استفان، بزرگ‌ترین تصویر تلسکوپ فضایی جیمز وب است که یک‌پنجم قطر ماه را پوشش می‌دهد. این تصویر با وضوح ۱۵۰ میلیون پیکسل از تقریباً ۱۰۰۰ فایل تصویری مجزا ساخته شده است. اطلاعات تلسکوپ جیمز وب، دیدگاه‌های جدیدی را درباره‌ی برهم‌کنش کهکشان‌ها و تکامل آن‌ها در جهان آغازین آشکار می‌سازد.

تلسکوپ جیمز وب با جزئیات بی‌سابقه اجرام دوردست را رصد می‌کند. گروه‌های پژوهشی سراسر جهان هم با بررسی داده‌های منتشرشده برای کشف اجرام جدید در کهکشان‌های دوردست رقابت می‌کنند. علم اغلب اوقات با آهنگی باشکوه حرکت می‌کند و دانش را به صورت گام به گام پیش می‌برد، اما تلسکوپ جیمز وب به یکباره دانشمندان را با انبوهی از داده‌ها روبه‌رو کرد. بدین‌ترتیب دانشمندان می‌توانند با دقت بیشتری تخمین‌های قبلی را اصلاح کنند.

جیهان کارتالتپ، ستاره‌شناس مؤسسه‌ی فناوری روچستر می‌گوید نگران تنش بین نظریه‌‌های اخترفیزیکی و رصدهای تلسکوپ جیمز وب نیست؛ اما دان کو، ستاره‌شناس مؤسسه‌ی علوم تلسکوپ فضایی از تعداد کهکشان‌های دیسک‌مانند و منظم در جهان آغازین شگفت‌زده شده است. به نقل از کو:

تصور می‌کردیم جهان آغازین مکانی بی‌نظم باشد که در آن توده‌های شکل‌گیری ستاره‌ای پراکنده‌ شده‌اند.

فرضیه‌ی جهان آغازین بی‌نظم بر مشاهدات تلسکوپ فضایی هابل استوار است که کهکشان‌های آغازین نامنظم را آشکار کرد؛ اما مشاهدات هابل تنها بخش محدودی از طیف الکترومغناطیس ازجمله طیف مرئی را پوشش می‌دادند. درحالی‌که تلسکوپ جیمز وب در طیف فروسرخ به رصد آسمان پرداخت و نورهای خارج از طیف هابل را جمع‌آوری کرد. به عقیده‌ی کو:

با هابل تعداد زیادی از ستاره‌های سردتر و قدیمی‌تر رصد نشدند و تنها ستاره‌های داغ جوان را رصد کردیم.

ساده‌ترین توضیح برای کهکشان‌های بسیار سنگین دوردست این است که حداقل برای برخی از آن‌ها احتمالاً به دلیل خطای نور، اشتباه محاسباتی رخ داده است. کهکشان‌های دوردست بسیار سرخ هستند. در واقع دچار اثر داپلر یا انتقال به سرخ شده‌اند. طول موج نور این اجرام بر اثر انبساط جهان، کشیده شده‌ است. کهکشان‌هایی که ظاهر قرمزتر یا دارای بیشترین انتقال به قرمزی هستند، در گروه دورترین کهکشان‌ها قرار می‌گیرند.

تصویر تلسکوپ جیمز وب از اوایل آگوست، کهکشان عظیم خال‌دار صورتی را نشان می‌دهد که به یک چرخ شباهت دارد. این کهکشان دارای یک بیضی کوچک داخلی است و دو کهکشان کوچک‌تر مارپیچی تقریباً هم‌اندازه در سمت چپ تصویر دیده می‌شوند.

از طرفی غبار هم می‌تواند محاسبات را برهم زند. غبار می‌تواند نور آبی را جذب و شیء را قرمز کند. شاید برخی از اجرام دوردست یا کهکشان‌هایی که دارای بیشترین انتقال به قرمزی هستند صرفاً غبارآلود باشند و زیاد هم از ما دور نباشند. به‌این‌ترتیب رصدها با انتظارات ستاره‌شناس‌ها تطبیق پیدا می‌کنند.

شاید هم دلایل دیگری در کار باشند. تنها نکته‌ی قطعی این است که تلسکوپ ده میلیارد دلاری مشترک ناسا، آژانس فضایی اروپا و کانادا، رصدهای جدیدی را از کهکشان‌های دوردست و همچنین اجرام نزدیک به زمین مثل سیاره‌ی مشتری، سیارکی غول‌پیکری و دنباله‌داری جدید ارائه می‌کند. یکی از جدیدترین یافته‌های جیمز وب، کشف کربن‌دی‌اکسید در جو سیاره‌ای غول‌پیکر و دوردست به نام WASP-39b است. نیکول کولون، دانشمند پروژه‌ی وب در ناسا می‌گوید:

اولین بار است که به صورت قطعی کربن‌دی‌اکسید را در جو سیاره‌ای فراخورشیدی کشف می‌کنیم.

با اینکه WASP 39b بسیار داغ و غیرقابل سکونت است، کشف موفق کربن‌دی اکسید گواه دقت تلسکوپ جیمز وب و نوید‌بخش بررسی‌های آینده‌ی سیاره‌های دوردستی است که ممکن است میزبان حیات باشند. تلسکوپ جیمز وب تحت کنترل مهندسان مؤسسه‌ی علوم تلسکوپ فضایی بالتیمور است. مرکز عملیاتی مأموریت هم دومین طبقه‌ی این مؤسسه‌ی است که در محوطه‌ی دانشگاه جانز هاپکینز قرار دارد. در یک روز صبح، تنها سه نفر مسئولیت اتاق کنترل پرواز را برعهده داشتند: ایرما آریسلی نیرا، کنترل‌کننده‌ی عملیات، ایوان آدامز، مهندس سیستم‌های زمینی و کایلا ییتز، کنترل‌کننده‌ی فرمان. آن‌ها با مانیتورهای بزرگی مملو از داده‌های تلسکوپ کار می‌کنند.

ییتز می‌گوید: «معمولاً فرمان‌ها به صورت زنده صادر نمی‌شوند.» به بیان دیگر هیچ‌کس به صورت مستقیم با چیزی مثل فرمان هواپیما، تلسکوپ را کنترل نمی‌کند. این تلسکوپ بخش زیادی از وظایف خود را به‌صورت خودکار انجام می‌دهد و طبق برنامه هفته‌ای یک بار آسمان را رصد می‌کند. یک دستور از اتاق کنترل پرواز به مرکز پرواز فضایی گادرد ناسا در گرین‌بلت ارسال می‌شود. سپس فرمان از این مرکز به آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا در پاسادنای کالیفرنیا منتقل می‌شود و سپس به شبکه‌ی فضایی ژرف یا آنتن‌های رادیویی نزدیک به بارستو، مادرید و کانبرای استرالیا ارسال می‌شود. براساس چرخش زمین، یکی از آنتن‌ها می‌تواند دستور را به تلسکوپ ارسال کند.

برنامه‌ی رصد تلسکوپ جیمز وب تا حد زیادی با میل بر کارآمدی تعیین می‌شود و این اغلب به معنای نگاه‌کردن به اجرامی است که در آسمان نزدیک به هم ظاهر می‌شوند، حتی اگر میلیاردها سال نوری از یکدیگر فاصله داشته باشند.

شاید وقتی ببینید تیم کنترل دقیقاً مشاهدات تلسکوپ را نمی‌بینند، ناامید شوید. برای مثال هیچ صفحه‌ی نمایش بزرگی وجود ندارد که یک دنباله‌دار، کهکشان یا آغاز جهان را نشان دهد؛ اما تیم کنترل پرواز می‌توانند داده‌های جهت‌گیری تلسکوپ برای مثال ۳۲ درجه‌ صعود به راست، ۱۲ درجه حرکت به پائین را بخوانند و سپس با استفاده از نمودار ستاره‌ای ببینند تلسکوپ در چه جهتی قرار دارد. تلسکوپ جیمز وب در ماه‌های پیش رو اجرام زیر را رصد خواهند کرد:

کهکشان چرخ گاری: این کهکشان حلقه‌ای زیبا و کمیاب، در فاصله‌ی ۵۰۰ میلیون سال نوری قرار دارد. ساختار عجیب این کهکشان، حاصل برخورد با کهکشانی دیگر است. تصویر جدید این کهکشان که تلسکوپ جیمز وب به ثبت رساند، توانایی‌های بالای این تلسکوپ را ثابت می‌کند. (تصویر بالا)

سحابی عقاب، M16: این سحابی، ساختاری به نام «ستون‌های آفرینش» را در خود دارد که تلسکوپ فضایی هابل ناسا از آن عکس‌برداری کرد. این عکس که به یکی از مشهورترین تصاویر تلسکوپ فضایی هابل تبدیل شد، سه ستون برج مانند از غبار را نشان می‌دهد که به واسطه‌ی حضور ستاره‌های داغ جوان خارج از قاب تصویر می‌درخشد. تلسکوپ جیمز وب به لطف توانایی جمع‌آوری نور در طول موج‌های فروسرخ که برای هابل امکان‌پذیر نیست، تصویر مشابهی را از این سحابی اما با دقت و جزئیات بیشتر ثبت خواهد کرد.

تصویر تلسکوپ فضایی هابل از ستون‌های آفرینش در سحابی عقاب

گانیمید، بزرگ‌ترین قمر سیاره مشتری: گانیمید بزرگ‌ترین قمر منظومه‌ی شمسی، حتی از سیاره‌ی عطارد بزرگ‌تر است. به باور دانشمندان این قمر دارای اقیانوسی زیرسطحی با آبی بیشتر از اقیانوس‌های روی زمین است. کلاوس پونتوپیدان، دانشمند پروژه‌ی وب می‌گوید جیمز وب به جست‌وجوی یخ‌فشان‌ها در گانیمید می‌پردازد که پیش از این در قمرهای اروپای مشتری و انسلادوس زحل مشاهده شدند.

دنباله‌دار C/2017 K2: این دنباله‌دار در سال ۲۰۱۷ کشف شد با دمی به‌طول بیش از ۸۰۰ هزار کیلومتر به شکل غیرمنتظره‌ای عظیم است و به سمت خورشید حرکت می‌کند.

کهکشان مارپیچی میله‌ای عظیم: کهکشان NGC-1365، یک کهکشان میله‌ای جذاب است و از یک مارپیچ با میله‌ای مرکزی از ستاره‌ها تشکیل شده است که دو بازوی منحنی کهکشان را به یکدیگر وصل می‌کنند. این کهکشان در فاصله‌ی ۵۶ میلیون سال نوری از زمین قرار دارد.

منظومه‌ی سیاره‌ای تراپیست ۱: هفت سیاره در مدار ستاره‌ای قرار دارند و چند عدد از آن‌ها در کمربند حیات هستند. در این فاصله امکان جریان یافتن آب به شکل مایع روی سطح سیاره وجود دارد. ستاره‌شناس‌ها می‌خواهند بدانند این سیاره‌ها اتمسفر دارند یا خیر.

کهکشان‌های کوتوله‌ مجسمه‌ساز و اژدها: این کهکشان‌های بیضی‌شکل کوتوله‌ای به راه شیری نزدیک هستند. ستاره‌شناسان امیدوار هستند، با بررسی حرکت آن‌ها در بازه‌های طولانی زمانی، به داده‌های بیشتری درباره‌ی ماده‌ی تاریک دست پیدا کنند. ماده‌ی تاریک، ماده‌ای نامرئی است که براساس آثار گرانشی‌اش قابل شناسایی است.

این فهرست تنها بخشی از فهرست رصدهای تلسکوپ جیمز وب است و هنوز مأموریت‌ها و برنامه‌های زیادی در پیش است. به نقل از هیدی همل، ستاره‌شناس سیاره‌ای و معاون انجمن دانشگاه‌های پژوهشی ستاره‌شناسی:

تلسکوپ جیمز وب به شکلی بی‌وقفه و شبانه‌روزی فعالیت خواهد کرد و مجموعه‌ی متنوع و عظیمی از پژوهش‌های علمی را پوشش خواهد داد. برای مثال لکه‌ی سرخ بزرگ مشتری را می‌بینم اما دو ساعت بعد به کهکشان مارپیچی M33 نگاه می‌کنم. دو ساعت بعد به سیاره‌ای فراخورشیدی که تنها نامی از آن می‌دانیم نگاه می‌کنیم. بدین‌ترتیب مجموعه‌ی جذابی برای رصد وجود خواهد داشت.