كيف تم إعداد تلسكوب جيمس ويب للعثور على عوالم غريبة وعجيبة | تلسكوب جيمس ويب الفضائي

تهنا عالم بعيد حيث تطفو بلورات الكوارتز فوق جو حار ومنتفخ. تشكل حبيبات الرمل المتبخرة، وليس قطرات الماء، السحب التي تملأ السماء على كوكب Wasp-107b، وهو كوكب يبعد 1300 سنة ضوئية عن الأرض.

ثم هناك GJ1214، كوكب الساونا. بكتلته ثمانية أضعاف كتلة الأرض، يدور حول نجمه الأم على مسافة تساوي واحدًا على سبعين من الفجوة بين الأرض والشمس، ويبدو أنه مغلف بغلاف جوي كثيف كثيف يحتوي على كميات هائلة من البخار.

أو هناك كواكب عملاقة بحجم كوكب المشتري في سديم أوريون، والتي تم اكتشافها وهي تطفو بحرية في الفضاء، وهي عوالم مارقة تبدو غير مرتبطة بأي نجم أم، مما يثير حيرة علماء الفلك.

لا يمكن لهذه الكواكب الغريبة النائية أن تكون أكثر تنوعًا أو مختلفة بشكل كبير عن بعضها البعض – على الرغم من أنها تشترك في سمة واحدة مشتركة. يتم الآن الكشف عن عجائبهم بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST).

تم إطلاق المرصد الآلي الذي تبلغ تكلفته 10 مليارات دولار في يوم عيد الميلاد عام 2021، وهو يعمل حاليًا على تحويل معرفتنا بالكواكب في مجرتنا. وقالت عالمة الفيزياء الفلكية الدكتورة هانا ويكفورد، من جامعة بريستول: “لقد استغرق الأمر ستة أشهر لوضع التلسكوب وتشغيل أنظمته بشكل صحيح، مما يعني أن عام 2023 كان أول عام تقويمي كامل للتشغيل”. “لقد تجاوزت النتائج كل توقعاتنا.”

يتكون تلسكوب جيمس ويب الفضائي من مرآة مطلية بالذهب طولها 6.5 متر؛ وحاجب شمسي بحجم ملعب تنس؛ ومجموعة من الأدوات المعقدة التي يتم تبريدها إلى درجات حرارة أعلى من الصفر المطلق ببضع درجات فقط. تسمح هذه الميزات للتلسكوب بمراقبة السماء بالأشعة تحت الحمراء، والكشف عن تفاصيل الكون بعد ولادة الانفجار الكبير مباشرة قبل 13.8 مليار سنة، وصور النجوم التي تولد في سحب الغبار.

ومع ذلك، يقدم تلسكوب جيمس ويب الفضائي هدية أخرى للعلم، حيث تبين أيضًا أن الأشعة تحت الحمراء مثالية لدراسة الكواكب خارج المجموعة الشمسية، أو الكواكب الخارجية، كما تُعرف العوالم التي تدور حول نجوم أخرى. وبذلك يُحدث التلسكوب ثورة فلكية.

لعدة قرون، كانت الكواكب الوحيدة التي عرفها البشر هي الكواكب القليلة التي يمكننا رؤيتها في نظامنا الشمسي. ولكن هل كانت عائلة الشمس نموذجية، كما تساءل العلماء؟ هل كانت الكواكب وفيرة في أماكن أخرى من المجرة أم أنها نادرة؟ كانت هذه الأسئلة ذات أهمية حاسمة لأن السيناريو الأخير – ندرة الكواكب الكونية – يعني أن الحياة خارج كوكب الأرض من المحتمل أيضًا أن تكون نادرة.

كانت المشكلة التي واجهها علماء الفلك هي الحقيقة البسيطة المتمثلة في أن النجوم شديدة السطوع ولكن الكواكب أصغر بكثير وأكثر خافتة للغاية، ولا يمكن اكتشافها بجانب آبائها السماويين اللامعين. لم يكن الأمر كذلك حتى نهاية القرن الماضي حتى تمكن جيل جديد من الكاميرات عالية الحساسية، المجهزة بالتلسكوبات والمراصد التي تدور حولها، من تحديد الخفوت الطفيف للكواكب الخارجية أثناء مرورها أمام النجوم.

وبعد إجراء أولى عمليات رصد العبور هذه، بدأت الاكتشافات في التكاثر بشكل كبير. ويبلغ العدد الإجمالي للكواكب الخارجية المرصودة اليوم 5566، وفقًا لأرشيف الكواكب خارج المجموعة الشمسية التابع لناسا.

ويقول علماء الفلك إن عدة مئات منها قريبة نسبيًا من الأرض، وهي الآن جاهزة للدراسة باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي. تم بالفعل فحص Wasp-107b وسحب الكوارتز والعوالم المارقة لسديم أوريون إلى جانب مجموعة من الكواكب الخارجية الأخرى.

وقال: “بعد أن وجدنا كل هذه العوالم، نحن الآن في وضع محظوظ لأننا قادرون على دراستها بالتفصيل، وتحليل أغلفتها الجوية، وحتى رسم معالمها، عندما لم نكن نعرف على وجه اليقين ما إذا كانت موجودة على الإطلاق قبل ثلاثة عقود”. عالم الفيزياء الفلكية البروفيسور جين بيركبي من جامعة أكسفورد.

كان الهدف المبكر لعلماء الفلك الذين يستخدمون تلسكوب جيمس ويب الفضائي هو Trappist-1، وهو نجم صغير ورائع من النوع المعروف باسم القزم الأحمر. على بعد أربعين سنة ضوئية من الأرض، تضم عائلة مكونة من سبعة عوالم صخرية صغيرة، ثلاثة منها تقع داخل منطقة تعرف باسم المنطقة الصالحة للسكن. يقول علماء الأحياء الفلكية إن الظروف هنا ليست حارة جدًا وليست باردة جدًا لمنع الماء من الوجود كسائل، وهو مطلب أساسي لازدهار الحياة.

ومع ذلك، فقد كشفت التحليلات – باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي – لاثنين من الكواكب الداخلية للنجم، Trappist-1b وTrapبيست-1c، أنهما لا يمتلكان غلافًا جويًا أو غلافًا رقيقًا للغاية فقط. ويجري الآن التخطيط لمزيد من دراسات JWST لبقية النظام. وقال عالم الفلك الدكتور جو بارستو من الجامعة المفتوحة: “لا يزال نظام ترابيست-1 يبدو واعداً إذا كنت تبحث عن عالم قد يدعم الحياة”.

ومع ذلك، هناك مشكلة خاصة تؤثر على دراسات النجوم مثل Trappist-1. الأقزام الحمراء متقطعة. وأضاف بارستو أن هذا قد لا يبدو وكأنه حالة نهائية ولكن له آثار خطيرة. “تحتوي شمسنا على بقع شمسية مرتبطة بالنشاط الشمسي المكثف، لكنها قليلة نسبيًا. على النقيض من ذلك، يحتوي Trappist-1 على العشرات من البقع التي تتغير طوال الوقت، مما يجعل من الصعب للغاية التمييز بينها وبين سمات الغلاف الجوي للكوكب. نظام Trappist-1 لن يتخلى عن أسراره بسهولة.”

في نهاية المطاف، يبحث علماء الفلك الذين يستخدمون تلسكوب جيمس ويب الفضائي للبحث عن علامات الحياة خارج كوكب الأرض عن مجموعة من العلامات البيولوجية المعروفة باسم الأربعة الكبار: الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والماء والميثان. إن وجودهم في الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية سيكون علامة قوية على وجود نوع ما من الحياة هناك.

قال بيركبي: “لكن النسب الدقيقة ستختلف”. “لدى الأرض غلاف جوي يتكون من 21% من الأكسجين، لكن كان من الممكن أن يكون الأمر مختلفًا تمامًا قبل 2.5 مليار سنة عندما كان هناك القليل جدًا من الأكسجين. إن حدث الأكسدة العظيم ــ الذي حدث عندما بدأت البكتيريا الزرقاء في المحيطات في إنتاج الأكسجين من خلال عملية التمثيل الضوئي ــ لم يبدأ بعد. ومع ذلك، كانت لا تزال هناك حياة على الأرض في ذلك الوقت.

ويبقى أن نرى ما سيفعله العلماء بعالم يحتوي غلافه الجوي على الأربعة الكبار. وأضاف بيركبي: “في الكميات الحالية الشبيهة بالأرض، سيكون من الصعب عدم الشعور بالإثارة”.

ومع ذلك، يبدو البعض الآخر وكأنه حذر. قال بارستو: “حتى لو حصلت على ملف تعريف مثالي للغازات وبخار الماء في الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية، فستظل تقوم فقط بإجراء قياسات غير مباشرة، ومن الصعب تبرير القول بأنك وجدت حياة على أساس تلك القياسات بالتأكيد”.

“حتى لو كنت متأكدًا بنسبة 99% من هذا الادعاء، فسيظل هناك شك مزعج في أن ما كنت تلاحظه كان بسبب ظواهر غير بيولوجية.”

تعد حياة تلسكوب جيمس ويب الفضائي بأن تكون مثيرة للاهتمام وطويلة. كانت رحلة تلسكوب جيمس ويب الفضائي، على متن صاروخ أريان 5، من منصة إطلاق وكالة الفضاء الأوروبية في كورو في غيانا الفرنسية إلى موقعه الحالي في مدار حول الشمس، خالية من العيوب تقريبًا. استخدم المرصد القليل جدًا من الوقود للمناورة للوصول إلى موقعه المستهدف بالضبط، وهذا يعني أنه سيكون هناك المزيد للسماح للتلسكوب بتوجيه نفسه لفترة أطول بكثير مما كان متوقعًا. حسب مهندسو الفضاء، يمكن مضاعفة العمر المتوقع لـ JWST، وهو 10 سنوات.

وقال عالم الفلك البروفيسور ستيفن ويلكنز من جامعة ساسكس: “هذه أخبار جيدة للغاية من نواحٍ عديدة”. “سنكون قادرين على القيام بالكثير من العلوم بها الآن. ومع ذلك، فإن التلسكوب سوف يتحلل مع مرور السنين بسبب اصطدامه بالنيازك والأشعة الكونية. سيؤدي ذلك إلى انخفاض أدائها ببطء لذا يجب علينا الاستفادة منه إلى أقصى حد أثناء عمله في ظروف مثالية تقريبًا.

تخصص ويلكنز هو دراسة المجرات والثقوب السوداء. وقال: “ومع ذلك، أعتقد أن العلم الأكثر إثارة الذي سيقدمه تلسكوب جيمس ويب الفضائي يتعلق بالكواكب الخارجية”. “سوف نتعلم الكثير عن كيمياء أغلفتهم الجوية وسوف نجد بعض العوالم الغريبة والغريبة هناك. إنه أمر مثير للغاية.”