أحد صفحات التقدم العلمي للنشر
فضاء

كيف سيعيد تلسكوب جيمس ويب كتابة قصة الكون

التلسكوب الفضائي الذي عُلِّقَتْ عليه أكبر الآمال سيعطينا صورةً واضحةً للنجوم الأولى، وسيكشفُ الغلافَ الجوي للكواكب النجمية أيضاً ـ إذا جرَتْ الأمور دون عوائق

في وقتٍ مبكرٍ من شهر أكتوبر 2021، توجهَتْ سفينةُ شحنٍ إلى الميمنةِ، تاركةً المحيط الأطلسي Atlantic ocean قبالة الساحل الشرقي لأمريكا الجنوبية، لتدخل المياه الموحلة لنهر كورو Kourou river. وكانتْ هذه هي المرحلة الأخيرة من الرحلة، ولم يُدَّخَرْ أي جهدٍ لحماية القطعة الثمينة الموجودة على متنها. وقد وضِعَتْ داخل حجرةٍ مُصَمَمَةٍ خصيصاً لإبقائها في مأمنٍ من تلاطم الأمواج. وجُرِّفَ النهرُ ليُضمَنَ ألا تعلقَ السفينةُ في المياه الضحلة. حتى أنّ الموعد المحدد للرحلة أُبقي سرّاً لتجنب جذب انتباه القراصنة.

كانتْ الحمولة الثمينة هي تلسكوب جيمس ويب الفضائي James Webb Space Telescope، والذي ربما كان الأداة العلمية التي عُلّقَتْ عليها أعظمُ الآمال على الإطلاق. استغرقَ تصنيعُ التلسكوب المعروف اختصارا بالتلسكوب JWST أكثر من 25 عاماً، وتأخَرَ إطلاقُه مراتٍ لا تحصى. ولكنّه أكملَ رحلَتَهُ إلى موقع الإطلاق في جويانا الفرنسية French Guiana، وقد سارَتْ الأمورُ بسلاسةٍ وغادر الأرض أخيراً في 24 ديسمبر 2021. ويقول تورستين بوكِر Torsten Böker، نائب عالم مشروع التلسكوب JWST في وكالة الفضاء الأوروبية European Space Agency (اختصاراً: الوكالة إيسا ESA): “لم استوعب الأمر بعد… يبدو غير حقيقي إلى حدٍ ما”.

لم يكن السببُ الوحيدُ لكونِه غير حقيقي أنّه كان يبدو في كثيرٍ من الأحيان أنّ التلسكوب ربما لا ينطلق أبداً، فإضافةً إلى ذلك، هذا الجهازُ مُصَمَمٌ ليكون آلة زمنٍ ستساعدنا على العودة إلى العصر الغامض لنجوم الكون الأولى أيضاً، والتي لا نعرف عنها إلا القليل جداً. وهو غير حقيقي أيضاً لأنه سيكشف الغلاف الجوي لكواكبَ يُحْتَمَلُ أن تكون صالحةً للحياة، تدورُ حول نجومٍ أخرى، وذلك بصورةٍ أوضح من أي وقتٍ مضى. ليس من المبالغة القول إنّ هذا التلسكوب، بمرآته العملاقة المطلية بالذهب، سيغيّرُ نظرتَنا إلى الكونِ ومكانِنا فيه.

بدأُتْ قصةُ التلسكوب JWST في عام 1995. في ذلك العام، استحوذَتْ على اهتمام العَالَمِ محاكمةُ أو. جاي. سيمبسون O.J Simpson بتهمة القتل، ونُشِرَتْ رواية بريدجيت جونز Bridget Jones لأول مرةٍ، وفازَ فيلمُ فورست غامب Forrest Gump بالعديد من الجوائز في حفل الأوسكار. لمدة 10 أيامٍ في ديسمبر، حدّق تلسكوب هابل الفضائي Hubble Space Telescope في بقعةٍ من السماء عديمة الملامح تعادل مساحة رأس دبوسٍ يُحْمَلُ على بعد ذراعٍ. وبالنسبة إلى التلسكوبات الأرضية، كانتْ هذه المنطقةُ من السماء فارغةً. ولكن بعض علماء الفلك اعتقدوا أنّ إلقاء نظرةٍ فاحصةٍ مُبَرَرٌ.

بَيّنَ ما ظَهَرَ، وهو يُعْرَفُ الآن بصورة مجال هابل العميق Hubble Deep Field image، أنّ هذه البقعة من الفضاء مكتظةٌ بـ 3 آلاف مجرةٍ، كلٌّ منها أكثر خفوتاً بنحو أربعة بلايين مرةٍ مما يمكن للعين البشرية أن تراه. من بينها أقدمُ المجرات التي شاهدناها على الإطلاق.

إنّ الضوءَ سريعٌ، لكنه مع ذلك يستغرقُ وقتاً طويلاً ليصلَ إلينا حين يسافرُ عبر الكون. ولهذا، نعلمُ أنّه كلما كانت الأشياءُ أبعد عنّا، كان الضوء الصادرُ عنها أقدم. ولكن، كيف نحددُ عمرَ نجمٍ أو مجرةٍ معينةٍ؟ لحسن الحظ، يمكن أن تساعد على ذلك خاصيةٌ غريبةٌ في ضوء النجوم. نظراً لأن الكون كان يتوسع منذ الانفجار الكبير Big bang، فإن الضوء الذي يعبر مسافاتٍ طويلةٍ يتمددُ أثناء تَقَدُّمِهِ. وهذا يغيّرُ طوله الموجي Wavelength، ويغيره من الطيف المرئي إلى الأشعة تحت الحمراء Infrared. وكان هذا “الانزياح نحو الأحمر” Redshift شديداً بالنسبة إلى بعض المجرات التي اكتشفها هابل؛ مما يدلّ على أنّ عمرها أكثر من 10 بلايين عامٍ. هذا يرجع بنا كثيراً نحو الانفجار الكبير الذي حدث قبل 13.8 بليون عام.

لم يتوقع علماء الفلك إمكانية اكتشاف مجراتٍ قديمةٍ إلى هذه الدرجة، خصوصاً بهذه الأعداد. فازداد فضولهم، وخططوا لإلقاء نظرةٍ أفضل على الكون حين كان في ريعان شبابِه. في أوائل عام 1996 اجتمَعَتْ مجموعةٌ من راصدي النجوم لبدء العمل على ما سُمي آنذاك الجيل التالي من تلسكوبات الفضاء Next Generation Space Telescope. وصارَ هذا التلسكوبَ JWST، وهو الآن مشروعٌ مشتركٌ بين الوكالة ناسا NASA، والوكالة إيسا ESA، ووكالة الفضاء الكندية Canadian Space Agency. أخيرا حصل على فرصتِهِ في الوقوف على منصة الانطلاق؛ فقد شَابَ العلماء لأن مشروع تلسكوبٍ واحدٍ استغرقَ معظم حياتهم المهنية.

وبينما كانوا ينتظرون، زادَ تعطُشُهم إلى رؤية نجوم الكون الأولى. ويُنْتِجُ النجمُ عناصرَ كيميائيةً بداخله أثناء احتراقه، ثم يقذفُ بها إلى الفضاء حين يموت، غالباً في صورة سوبرنوفا Supernova متفجرٍ. يتجمعُ بعض هذا الحطام بالنهاية في جيلٍ جديدٍ من النجوم ـ وتتكرر الدورة. وبالعودة بالزمن إلى الوراء، يُعْتَقَدُ أنّ النجوم كانَتْ وقتَها مكونةً من مزيجٍ من عناصر بسيطةٍ. إذ تشكَلَتْ النجومُ الأولى من سُحبِ الهيدروجين Hydrogen والهيليوم Helium، وهما أبسط عنصرين، في مرحلةٍ تُسَمى الفجر الكوني Cosmic dawn. وبدأَتْ تكوين عناصر أثقل، ولكن ببطءٍ. المشكلة هي أن تفسيرنا لمصدر العناصر الثقيلة للكون لا يبدو منطقياً. وتتمثلُ إحدى الأفكار بأن النجوم الأولى الغامضة كانتْ ذات دورٍ أكثر أهميةً في تكوينها مما كنا نظن.

حتى الآن، لم نتمكن من رؤية النجوم التي عاشَتْ في أول 100 مليون عامٍ بعد الانفجار الكبير بصورةٍ جيدةٍ ـ كل ما حصلنا عليه هو لمحاتٌ غير مباشرةٍ. يُعْتَقَدُ أنّ الضوء المُنْبَعِث من النجوم الأولى قد تفاعل مع بقايا الهِدروجين في الكون المبكر؛ مما أدى إلى تغيير الطريقة التي يَمتصُّ Absorbed بها هذا الغازُ إشعاع الخلفيةَ الميكروية الكونيةَ Cosmic microwave background (اختصاراً: الإشعاع CMB)، وهي بقايا الإشعاع من الانفجار الكبير الذي لا يزال بإمكاننا رصده. في عام 2018 أعلن الباحثون القائمون على تجربة علم الفلك الراديوي المعروفة اختصارا بالتجربة إيجيز EDGES أنّهم تمكنوا من رؤية هذا التغيّر في الإشعاع CMB، ومن ثمّ حصلوا على إشارةٍ غير مباشرةٍ من النجوم الأولى. ولكنّ بعض العلماء رأوا أنّ هذه النتيجة مبهمةٌ؛ لأن الإشارة ضعيفةٌ ولم تبدُ تماماً كما كان متوقعاً.

في أثناء ذلك، يُشِعّ ضوءُ عددٍ قليلٍ من النجوم الأولى نحونا على مسارٍ يقتربُ من عنقودٍ من المجرات. وتعملُ جاذبيةُ هذه المجرات كعدسةٍ مُكَبِرَةٍ مما يسمحُ لنا برؤية ضوء النجوم. لكن هذا يحدث فقط في حالاتٍ قليلةٍ مواتيةٍ.

يجب أن يتغلب التلسكوب JWST على كل هذا، ويعطينا رؤيةً أفضل. يُشْتَهَرُ هابل بإنتاجِه صوراً مذهلةً، أمّا التلسكوب JWST فقد صُمِمَ لرؤية ضوء الأشعة تحت الحمراء من النجوم الأولى بصورةٍ أساسيةٍ. سبق أن كانتْ لدينا تلسكوباتُ أشعةٍ تحت الحمراء في الفضاء، مثل مرصد هيرشل الفضائي Herschel Space Observatory التابع للوكالة  إيسا ESA، والذي أوقف عن العمل في عام 2013. لكننا نتطور. ويقول روبرتو مايولينو Roberto Maiolino، من جامعة كيمبريدج University of Cambridge: “حساسيةُ التلسكوب JWST أعلى بـ 100 إلى 1000 مرةٍ من تلسكوبات الأشعة تحت الحمراء الحالية أو السابقة”. وهو يرى أن الأمر شبيهٌ بالقفز من تلسكوب غاليليو غاليلي Galileo Galilei إلى المراصد الحديثة على قمم الجبال، يقول: “سنحقق ما مقداره 400 عامٍ من الاستكشافاتِ في غضون عقدٍ”.

يعملُ مايولينو على مِطياف التلسكوب JWST للأشعة القريبة من تحت الحمراء Near-infrared spectrometer، وهو أحد الأجزاء التقنية الرئيسة التي ستساعد على تحقيق تلك الاكتشافات. ويُحَلِلُ هذا الجهازُ ضوءَ النجوم إلى الترددات المكَوِنَةِ له؛ مما يُمَكِنُنَا من قياس شدّة الضوء في كلٍّ منها. تمتصُ بعضُ العناصرِ الضوءَ بتردداتٍ مميزةٍ، ومن ثمّ فإنّ الأجزاء المفقودة من الضوء سَتُظْهِرُ لنا العناصرَ الموجودة في أقدم النجومِ والمجراتِ. يقول مايولينو: “سنقضي الكثير من الوقت في دراسة الأطياف العميقة للمجرات الأولى… نريدُ أن نعرف متى تشكَلَتْ عناصرُ أساسيةٌ في الكون”.

لكن، هناك مشكلةٌ كبيرةٌ فيما يتعلقُ برصد الأشعة تحت الحمراء. إذ إنّها لا تنبعثُ من النجوم والمجرات القديمة فحسب، بل من الأجسام الدافئة من الأنواع جميعها ـ بما في ذلك الشمسُ وكوكبُنا. هذا يعني أنه لا يمكن وضع التلسكوب الفضائي في مدارٍ أرضيّ نموذجي. وسَتُعْميهِ الحرارةُ القادمة من الأرض عن الومضات الباهتة من النجوم القديمة. وسيكون الأمر أشبه بمحاولة سماع همسةٍ في أصْخَبِ حفلٍ لموسيقى الروك في الكون. هذا هو السببُ في أنّ للتلسكوب JWST درعاً شمسيةً ضخمةً، وسببُ وضعِه في نقطةٍ خاصةٍ في الفضاء تبعد عن الأرض أربعة أضعاف بُعْدِ القمرِ عنها. وإنْ كانتْ المرحلة الأولى من رحلة التلسكوب في البحر موَتِّرَةً، فإنّ رحلة الـ 1.5 مليون كم عبر الفضاء كانت ملحميّةً حقا.

متحولٌ في الفضاء

هذه العين الجديدة في السماء هي أيضاً أكبر تلسكوبٍ فضائي في التاريخ. لم تكن مرآتُه التي يبلغُ قطرُها 6.5 م (العرض)-أي أطولَ من مبنى مكونٍ من أربعة طوابق – ليتسع لها داخل صاروخٍ بعد تجميعها النهائي. لذلك، فهي مصنوعةٌ من 18 قطعةً سداسيةً ستُطوى ، ولم تفرد المرايا إلا حين وصلُ التلسكوب إلى الفضاء. يقول نيكول كولِن Knicole Colón، نائب عالم مشروع التلسكوب JWST في الوكالة NASA: “إنه يشبه صعود متحولٍ Transformer عملاقٍ إلى الفضاء”. كلّ قطعةِ مرآةٍ مُغَطَاةٌ بطبقةٍ رقيقةٍ جداً من الذهب؛ مما يزيد زيادةً كبيرةً من قدرة المرآة على عكس ضوء الأشعة تحت الحمراء وتركيزها.

عانى التلسكوبُ الانتكاساتِ والخلافاتِ. وأشارَتْ التقديراتُ الأولية إلى أنه سيكلّف 500 مليون دولار. لكنها تَضَخَمَتْ إلى 9.7 بليون دولار. ففي عام 2011 حاولَتْ لجنةٌ في مجلس النواب الأمريكي United States House of Representatives سحبَ تمويلِ البعثةِ بسبب زيادةِ ميزانيتها على “بلايين الدولارات ومعاناتِها سوءَ الإدارة”. ومن ثَمّ أُجّلَ موعدُ الإطلاقِ المُخَطَطُ له في 2018 بسبب مشكلاتٍ تقنيةٍ في درع التلسكوب الشمسي ودافعاتِها Thruster. وسبّبَتْ جائحةُ Pandemic كوفيد-19 (Covid-19) تأخيراً إضافياً. بل ظهرت مشكلاتٍ في الأسابيع القليلة الماضية. ففي أواخر نوفمبر 2021 أعلَنَتْ الوكالة ناسا NASA أن “الإطلاقَ المفاجئ غير المُخَطَط له للمُثَبِتاتِ Clamp” سَبَّبَ اهتزازاتٍ في التلسكوب، وأنّها احتاجَتْ إلى وقتٍ لضمان عدم حدوث أي ضررٍ. مع نشر هذا الخبر، كان من المقرر أنّ لن يكون الإطلاق قبل 22 ديسمبر 2021، لكنه تأخر إلى 24  ديسمبر 2021.

كانتْ التأخيراتُ التي لا تُعَدُّ ولا تُحصى مصدر إحباطٍ غالباً. ولكن كان هناك جانبٌ مضيءٌ: إنها تعني أننا سنكون قادرين على استخدام التلسكوب استخداماً أكثر إثارةً.

كواكب فضائية

في عام 1995 كنّا بالكاد نعلمُ بوجود أيّ كواكب خارج مجموعتنا الشمسية Solar system. واكتُشِفَ أول كوكبٍ نجمي Exoplanet حول نجمٍ شبيه بالشمس قبل شهرين فقط من التقاط صورة مجال هابل العميق. ولكن، في ربع قرنٍ منذ ذلك الوقت، تعقبنا أكثر من 4 آلاف من هذه العوالم الفضائية وبدأنا معرفةَ ماهيتها. فالكواكبُ النجمية خافتةٌ وبعيدةٌ جداً فلا تمكن رؤيتها -كلها- مباشرةً بالتلسكوبات الحالية. بدلاً من ذلك، نميل إلى تحديدها بالنظر إلى النجوم البعيدة ورؤية ضوئها يخفتُ قليلاً حين يتحركُ كوكبٌ أمامها. يمرُّ بعضُ هذا الضوء عبر غلاف الكوكب الجوي، فتمتَصُّ الموادُ الكيميائيةُ هناك تردداتٍ معينةً. بالنظر إلى هذا الضوء، يمكنُنا الحصولُ على فكرةٍ عن ماهيّة الكواكب النجمية، والتعرّفُ إلى مكونات غلافها الجوي، وحتى تطويرُ فكرةٍ عن طقسِها. كلّ هذا مُغرٍ جداً لأنه يخبرنا عن الكواكب الأخرى التي قد تكون فيها الظروفُ ملائمةً لدعم الحياة.

حتى الآن، تضمَنَتْ عمليات رصد  الكواكب النجمية جميعُها تقريباً الضوءَ المرئي. ولكنّ التركيبة الكيميائية لغلافها الجوي سَتَظْهَرُ بصورةٍ أكثر وضوحاً في الأشعة تحت الحمراء، وهو نوعُ الضوء الذي حُسِّن التلسكوبُ JWST ليكتَشِفَهُ. وسمحَتْ التأخيرات في إطلاق التلسكوب بتعديل تصميمه حتى يتمكن أيضاً من رصد العوالم الفضائية رصداً أكثر فعاليةً. ويقول كولِن: “لم يُدْرَسْ أي كوكبٍ نجمي تقريباً بهذه الأطوال الموجية من قبل”. وأحد الاحتمالات المثيرة خصوصاً هي أن الروابط بين ذرات الكربون Carbon، وهي علامةٌ تشير إلى الكيمياء العضوية التي توفّر الدعامة للحياة على الأرض، ستظهرُ بوضوحٍ في الأشعة تحت الحمراء.

هناك الكثير من التلسكوبات الأخرى قيد التصنيع، والتي ستُكَمّلُ ما يمكن للتلسكوب JWST فعله. ومع ذلك، يرى بعض الأشخاص أنّ هذا المشروع يضَعُ الكثير من الإمكانات في أداة  واحدةٍ. ضُخَّ الكثير من المال و25 عاماً من العمل في تلسكوبٍ واحدٍ واجه رحلةً محفوفةً بالمخاطر إلى وجهته. ولذا كان يبدو أنّ توزيعَ هذا الجهد على مشروعاتٍ أخرى أكثرُ حكمةً تحسباً لفشَلِه. لكن بالمُجْمَل، علماءُ الفلك متحمسون جداً. يقول كولِن: “سيكون ثوريّاً…الأمرُ يستحق ذلك بالكامل”.

قريبا سيبدأَ التلسكوب JWST التحديقَ في الزمن الماضي، في الحياة الغامضة للنجوم الأولى وفي الكواكب الشبيهة بالأرض التي تدور حول نجومٍ أخرى. تميل التلسكوبات الجديدة أيضاً إلى تحقيق اكتشافاتٍ غير متوقعةٍ ـ انظر كيف صَدَمَ هابل العالَمَ حين حدّق في تلك البقعة الفارغة من السماء. يقول بوكِر: “يجب أن نتوقع المفاجآت سنرى أشياء لم نحلم بها قطُّ ـ إنّه شيءٌ لا يُقَدَّرُ بثمنٍ”.

بقلم: كولين ستوارت

ترجمة: د. محمد الرفاعي

© 2021, New Scientist, Distributed by Tribune Content Agency LLC

تسوق لمجلتك المفضلة بأمان

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

For security, use of Google's reCAPTCHA service is required which is subject to the Google Privacy Policy and Terms of Use.

I agree to these terms.

زر الذهاب إلى الأعلى