מה שהטלסקופ הענק ג'יימס ווב יראה שהאבל לא יכול

אסטרונומים כמו כריסטין צ'ן נרגשים מהשיגור הממשמש ובא של טלסקופ החלל ג'יימס ווב.

המכשיר של 10 מיליארד דולר,חצי מגודלו של מטוס 737וגדוש במראות מצופות זהב, יקיף 1 מיליון מייל מכדור הארץ ויציץ למקומות שהאנושות לא ראתה בעבר. זה כולל חלק מההכוכבים הראשונים שנולדו אי פעם, הגלקסיות הרחוקות ביותר וכוכבי לכת סקרנים בקוסמוס.

"זה ממש מגניב," התפלא חן, אסטרונום ב-המכון למדע טלסקופ החלל, ארגון שיפעיל את טלסקופ החלל ג'יימס ווב, או JWST.

ההשקה המצופה עמוקה של המכשיר נקבעה כעת ל-18 בדצמבר 2021, אם כי בחודשים האחרונים הטלסקופ היה לעתים קרובות בחדשות מסיבות שאינן קשורות למאמציו המדעיים.נאס"א קראה למכשיר המדהים על שם ג'יימס ווב, מנהיג נאס"א בשנות ה-60 שפיקח על הסוכנות בתקופה שבה הממשלה הפדרליתרדפו ופיטרו עובדים להט"במנאס"א ומחלקות אחרות. זו הייתה תקופה מבישה בהיסטוריה האמריקאית שנקראה "לבנדר פחד." לעת עתה, נאס"א אמרה את זהישמור על תווית JWSTלאחר שלא מצא שום ראיה על ווב ש"מצדיקה לשנות את השם".

JWST, שכונה במקור "טלסקופ החלל של הדור הבא" בשנות ה-90, יצטרף לטלסקופ החלל האבל האגדי בלכידת תצוגות ברורות של היקום מהחלל. האבל הוא אוצר מדעי. במהלך שלושת העשורים שהוא סובב 340 מייל מעל כדור הארץ, סיפק האבלנופים מבריקים חסרי תקדים של הקוסמוס, הגלקסיות, וכוכבי לכת. עם זאת, JWST אינו תחליף להאבל המזדקן. JWST הוא יורש, בעל יכולות שונות ומתקדמות.

הנה מה JWST, ובסופו של דבראַתָה, יראה שהאבל לא יכול.

לראות אל העבר העמוק, העמוק

טלסקופים עם מראות גדולות יותר יכולים לראות עצמים חלשים יותר. הסיבה לכך היא שמראות גדולות יותר לוכדות יותר אור. דמיינו חלקיקי אור ככדורי פינג פונג, ומראות של טלסקופ כדלי. קוטר המראה של האבל הוא כשמונה רגל, בעוד שהמראה של JWST גדולה בהרבה, בקוטר של למעלה מ-21 רגל.

"אתה הולך לאסוף עוד כדורי פינג פונג", הסביר ג'ין קרייטון, אסטרונום ומנהל הפלנטריום של מנפרד אולסון באוניברסיטת ויסקונסין-מילווקי.

לכידת יותר אור היא קריטית לצפייה בכוכבים ובגלקסיות המוקדמות ביותר שנוצרו ביקום, לפני למעלה מ-13 מיליארד שנים. ההיקום מתרחב ללא הרף, כלומר הוא גדל או נמתח ללא הרף מאז תחילתו האלים (ה"המפץ הגדול"), אז האור מהחלקים העתיקים האלה של הקוסמוס הוא מאוד מאוד מאוד רחוק (מיליארדישנות אור). האור הכי רחוק שנותר כוכב לפני מיליארדי שנים, אז התבוננות באור הזה היא כמו הצצה אל העבר העמוק והעמוק.

"אנחנו מסתכלים אחורה בזמן", אמר חן. (גם כשאנחנו מסתכלים על הכוכב שלנו -עם הגנה- אנחנו גם מציצים לעבר; זֶהלוקח יותר משמונה דקותכדי שאור השמש יגיע לכדור הארץ.)

ונראה דברים חסרי תקדים.

"אנחנו הולכים לראות את הכוכבים והגלקסיות הראשונים שנוצרו אי פעם", אמר קרייטון. "לא הצלחנו לעשות את זה עם האבל".

האבל יכול לראות אור קלוש בן כ-12.7 מיליארד שנים, כלומר אור שהיה קיים מיליארד שנים לאחר המפץ הגדול. אם הכל ילך כמתוכנן, JWST יראה אור בן כמעט 13.7 מיליארד שנים, כאשר הכוכבים והכוכבים המוקדמים ביותר החלו להיווצר.

הרמת הצעיף

האבל רואה במידה רבה אור שבני אדם יכולים לראות (aka"אור נראה"). אבל ישנם סוגים רבים של אור שהעיניים שלנולא יכול לראות. JWST מתמחה לצפות באחד מאלה, הנקרא "אינפרא אדום", מה שמאפשר לאסטרונומים לראות הרבה יותר כוכבים וכוכבי לכת.

איך כך?

היקום מלא בענני אבק וגז עבים דמויי עשן. "זה מטשטש דברים", הסביר ג'ייסון סטפן, עוזר פרופסור לפיזיקה באוניברסיטת נבאדה, לאס וגאס, שחוקר כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש שלנו (המכונה גם כוכבי לכת חיצוניים).

אבל אור אינפרא אדום יכול לחמוק דרך ענני אבק עבים. לאינפרא אדום יש יותר זמןאורכי גלמאשר אור גלוי, כך שגלי האור לא מתפזרים כל כך הרבה (ומסתירים) על ידי חלקיקים ביקום. אורכי גל ארוכים יותר, שפסגותיהם ועמקיהם פרוסים רחוק זה מזה, נוטים פחות להתנגש בחלקיקים בחלל.

השוואת התמונה למטה, שצולמה על ידי האבל, מראה כיצד אור אינפרא אדום חומק דרך אבק קוסמי. זו ערפילית קארינה, ענן מסנוור של אבק וגז. נוף האינפרא אדום של האבל חושף את הכוכבים הרבים החבויים מאחורי האבק.

"זה מרים את הצעיף," אמר קרייטון.

יתרה מכך, צפייה בגלקסיות וכוכבים מרוחקים ביותר נעשית הרבה יותר קלה (או לפעמים אפשרית) על ידי ראייתם באור אינפרא אדום. כפי שתואר קודם לכן,היקום מתרחב כל הזמן, וגם האור שנוסע דרך הקוסמוס נמתח. "אם אתה מסתכל על גלקסיה רחוקה, האור הזה נמתח", הסביר סטפן. אורכי הגל של האור נעשים ארוכים יותר.

זו בעיה. "זה יכול לגרום לעצמים מרוחקים להיות עמומים מאוד (או בלתי נראים) באורכי גל גלויים של אור, מכיוון שאור זה מגיע אלינו כאור אינפרא אדום."כותבת נאס"א. אבל תצוגות האינפרא אדום של JWST הופכות את הבלתי נראה לגלוי.

סופר-אדמה

יש מעט דברים ביקום מרתקים יותר מכוכבי לכת אקזו-כוכבים. למה, כמה מכוכבי הלכת הידועים האלה, כמו "סופר-כדור הארץ" בערך פי שניים עד 10 מגודל כוכב הלכת שלנו, עשוי להכיל סביבות מגורים, סלעיות, או אפילו מים. JWST יבלה זמן משמעותי בצפייה בכוכבי לכת במערכות כוכבים אחרות. (ל-JWST, כוכבי לכת אלה יופיעו כנקודות, לא כוכבי לכת גרנדיוזיים וצבעוניים.)

כבר, נאס"א אישרהמציאת למעלה מ-4,500 כוכבי לכת אקזו-כוכבים ביקום. אבל עם היכולת של JWST להציץ דרך ענני אבק, האסטרונום חן מצפה למצוא הרבה יותר.

באופן מכריע, JWST לא פשוט יגלה את קיומם של כוכבי לכת חיצוניים. זה ינתח את האטמוספרות שלהם. הטלסקופנושא מכשיר הנקרא ספקטרומטרשיכולים לחשוף ממה מורכבים חלקיקים, על סמך איך האור מגיב איתם. (אור העובר דרך אדי מים או חמצן, למשל, מתנהג בדרכים מסוימות ומוכרות.)

אפילו אתמונת ספקטרוגרף יחסית לא מרגשתיכולה להיות הרבה יותר שימושית לאסטרונומים מאשר תמונה מבריקה. "יש המון מידע," הסביר קרייטון. "זה נותן הרבה יותר מידע מאשר התמונה היפה".

מעניינים במיוחד את המדעניםשבעת כוכבי הלכת הסלעיים המוכרים המקיפים את הכוכב TRAPPIST-1, כ-40 שנות אור (235 טריליון מיילים) מכדור הארץ. אולי JWST יגלה כוכב לכת סלעי שיש בו רמזים לחיים פוטנציאליים באטמוספירה שלו, כמו אצות החמצן והצמחים שנושמים לאוויר שלנו.

עם זאת, לפני שמשהו מהמדע הקוסמי הזה מתחיל, ל-JWST יש מסע גדול, אם לא מרתיע, לפניו.

ראה גם:

לאחר שיגור ציפורניים (המטען הרובוטי יקר בצורה יוצאת דופן), JWST חייב לעשות את המסע של 1 מיליון מייל בחלל. המראות המשושים הצפופות שלו חייבות להיפתח כראוי, וזהומגן שמש בגודל מגרש טניסחייב להתפתח כמתוכנן. ובניגוד להאבל, אסטרונאוטים לא יכולים לשגר לחלל ולתקן בעיות פוטנציאליות עם הטלסקופ המרוחק ביותר.

השיגור מתנשא בעולם האסטרונומי. "כולם מחזיקות אצבעות", אמרה סטפן.