در قلب تلسکوپ جیمز وب پیش از راه‌اندازی کامل چه می‌گذرد؟

گران‌ترین و قدرتمندترین رصدخانه‌ی فضایی، تلسکوپ فضایی جیمز وب، کم‌کم برای لحظه‌ی تاریخی راه‌اندازی کامل آغاز فعالیت علمی آماده می‌شود اما پیش از آن دو ماه آزمایش و بررسی دقیق را در قلب خود پیش رو دارد.

تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا گام نهایی پیش از آغاز فعالیت را آغاز کرده است. این رصدخانه‌ی ارزشمند هم‌اکنون با آزمایش پایداری گرمایی، همه‌ی دماها از گرم تا سرد را تجربه می‌کند. هم‌زمان فعالیت‌های دیگری هم برای راه‌اندازی کامل در حال انجام است؛ بررسی جزئیات ابزارهای علمی، که قلب وب را شکل می‌دهند. زیرا برای تکمیل عملیات راه‌اندازی، پیش از شروع روند عادی علمی در تابستان، اندازه‌گیری عملکرد دقیق ابزارهای علمی ضروری است.

دانشمند اصلی راه‌اندازی وب، «اسکات فریدمن» (Scott Friedman) از مؤسسه‌ی علمی تلسکوپ فضایی (STScI) جزئیات این مرحله‌ی نهایی راه‌اندازی را توضیح داده است. با تراز کامل تلسکوپ و نزدیک شدن آن دمای برودتی نهایی رصدخانه، دانشمندان آماده‌اند تا آخرین مجموعه فعالیت‌های پیش از شروع رصدهای علمی را انجام دهند؛ راه اندازی ابزار علمی.

ابزارها شامل دوربین فروسرخ نزدیک (NIRCam)، طیف‌سنج فروسرخ نزدیک (NIRSpec)، تصویرگر فروسرخ نزدیک و طیف‌سنج بدون شکاف (NIRISS)، ابزار فروسرخ میانی (MIRI) و حسگر هدایت دقیق (FGS) روشن و به‌طور ایمن خنک شده‌اند. دانشمندان سازوکار و آشکارسازهای آن‌ها، از جمله چرخ‌های فیلتر، چرخ‌های توری و مجموعه میکرو شاتر NIRSpec را آزمایش کرده‌اند.

تیم اپتیک وب از تصاویری از ستارگان تنها که توسط هر یک از ابزارها گرفته شده است، برای تراز کردن آینه‌های اصلی و ثانویه‌ی رصدخانه استفاده کرد. اما قبل از اینکه وب کاملا آماده‌ی مشاهدات علمی بلندپروازانه‌ای شود که اسرار جهان را آشکار می‌کند، متخصصان باید کارهای بیشتری باید انجام دهند.

تیم راه‌اندازی اکنون مجموعه‌ی گسترده‌ای از کالیبراسیون‌ها و بررسی ویژگی‌های ابزارها را با استفاده از منابع متنوع نجومی آغاز خواهد کرد. بدین ترتیب توان عملیاتی هر ابزار اندازه‌گیری می‌شود تا معلوم شود که چه مقدار از نوری که وارد تلسکوپ می‌شود به آشکارسازها می رسد و ثبت می‌شود.

همیشه با هر بازتاب آینه‌ی تلسکوپ و درون هر ابزار مقداری تلفات وجود دارد و هیچ آشکارسازی نمی‌تواند همه‌ی فوتون‌هایی را که به آن ‌می‌رسد، ثبت کند. بنابراین دانشمندان این توان را در طول موج‌های متعدد نور با مشاهده‌ی ستارگان استانداردی که گسیل نور آن‌ها از داده‌های به دست آمده توسط رصدخانه‌های دیگر و همچنین از محاسبات تئوری مشخص است، اندازه‌گیری می‌کنند.

کالیبراسیون نجومی هر ابزار، پیکسل‌های آشکارسازها را در مکان‌های دقیق در آسمان ترسیم می‌کند تا اعوجاج‌های نوری کوچک اما اجتناب‌ناپذیری را که در هر سیستم اپتیکی وجود دارد، اصلاح کند. دانشمندان این کار را با مشاهده‌ی میدان نجومی وب، بخش کوچکی از آسمان در یک کهکشان نزدیک، یعنی ابر ماژلانی بزرگ، انجام می‌دهند.

این میدان توسط تلسکوپ فضایی هابل برای تعیین مختصات حدود ۲۰۰۰۰۰ ستاره با دقت ۱ میلی ثانیه‌ی قوسی (کمتر از ۰٫۳ میلیونم درجه) مشاهده شده است. کالیبراسیون این اعوجاج برای قرارگیری دقیق اهداف علمی در میدان دید ابزار علمی جیمز وب ضروری است. برای نمونه، برای به‌دست آوردن طیف صد کهکشان به‌طور هم‌زمان با استفاده از مجموعه‌ی ریزشاتر NIRSpec، تلسکوپ باید به گونه‌ای تنظیم باشد که هر کهکشان در شاتر مناسب باشد و یک‌چهارم میلیون شاتر وجود دارد!

دانشمندان همچنین وضوح تصاویر ستاره‌ای را اندازه‌گیری خواهند کرد، چیزی که اخترشناسان آن را «تابع نقطه گستر» (Point Spread Function) می‌نامند. دانشمندان می‌دانند که تلسکوپ وب، کیفیت تصویری را به ابزار ارائه می‌کند که فراتر از انتظارات پیش از پرتاب است، اما هر ابزار، اپتیک اضافی هم دارد. این واحدهای اپتیکی عملکردهای خاصی را مانند عبور نور از فیلترها برای دریافت اطلاعات رنگی درباره‌ی اهداف نجومی یا استفاده از توری پراش برای تجزیه‌ی نور ورودی به رنگ‌های تشکیل دهنده‌ی آن انجام می‌دهند. اندازه‌گیری تابع نقطه گستر در هر ابزار در طول موج‌های مختلف، کالیبراسیون مهمی برای تفسیر داده‌های وب در آینده فراهم می‌کند.

در این مرحله همچنین هدف‌گیری دقیق هر ابزار آزمایش خواهد شد. برای برخی از مشاهدات، کافی است تلسکوپ با استفاده از موقعیت یک ستاره‌ی راهنما در حسگر هدایت دقیق نشانه‌گیری شود و مکان هدف علمی نسبت به آن ستاره‌ی راهنما مشخص باشد. این کار هدف علمی را با دقت چند دهم ثانیه‌ی قوسی در کانون مطالعه قرار می‌دهد.

در برخی جنبه‌ها دقت بیشتری لازم است که تقریبا به یک‌صدم ثانیه‌ی قوس می‌رسد. برای مثال، برای تاج‌نگاری، ستاره باید پشت یک ماسک قرار بگیرد تا نور آن مسدود شده و به سیاره‌ی فراخورشیدی مجاور امکان تابش بدهد. در مشاهدات سری زمانی، دانشمندان بررسی می‌کنند که اتمسفر یک سیاره‌ی فراخورشیدی چگونه نور ستاره را طی ساعاتی که از مقابل آن می‌گذرد جذب می‌کند و امکان اندازه‌گیری خواص و اجزای جو سیاره را فراهم می‌کند. هر دو کاربرد مستلزم این هستند که ابزار علمی اصلاحاتی را به سیستم کنترل هدف‌گیری تلسکوپ بفرستد تا هدف علمی را دقیقا در مکان صحیح در میدان دید ابزار قرار دهد.

یک فعالیت مهم دیگر در فاز راه‌اندازی ابزار وب، رصد اهداف متحرک است. بیشتر اجرام نجومی آن‌قدر دور هستند که در آسمان ثابت به‌نظر می‌رسند. اما این در مورد سیارات، ماهواره‌ها و حلقه‌ها، سیارک‌ها و دنباله‌دارها در منظومه‌ی شمسی ما صادق نیست. رصد این اجرام مستلزم آن است که رصدخانه جهت اشاره‌ی خود را نسبت به ستاره‌های راهنمای پس‌زمینه در طول رصد تغییر دهد. قابلیتی که پیش از راه‌اندازی کامل، با مشاهده‌ی سیارک‌هایی با سرعت‌های ظاهری مختلف و با استفاده از هر ابزار علمی آزمایش می‌شود.

به گفته‌ی فریدمن اکنون تلسکوپ جیمز وب دو ماه آخر راه‌اندازی را پیش رو دارد تا کاملا برای مأموریت علمی خود آماده شود. هنوز ویژگی‌ها و قابلیت‌های مهم ابزارها برای آزمایش، اندازه‌گیری و نمایش توانایی باقی مانده است اما وقتی این‌ها کامل شد، وب آماده است تا برنامه‌های علمی بزرگی را که ستاره‌شناسان و عموم مردم مشتاقانه منتظر آن بودند، آغاز کند. راه زیادی تا آن لحظه‌ی تاریخی نمانده است.