"إجابات عن أسئلة شائعة".. كيف يمكن لتلسكوب ناسا الجديد رؤية "العودة بالزمن" إلى بدايات الكون؟
شغلت اللقطات المذهلة والرائدة للكون المبكر، العالم في وقت سابق من هذا الأسبوع، عندما أصدرت ناسا الصور الأولى من تلسكوبها الفضائي الجديد الخارق.
وألقى جيمس ويب نظرة غير مسبوقة على "حضانة نجمية"، ونجم يحتضر مغطى بالغبار و"رقصة كونية" بين مجموعة من المجرات، إلى جانب تلميحات من بخار الماء في الغلاف الجوي لكوكب خارجي بعيد.
لكن الأمر الأكثر إثارة هو أن علماء الفلك يقولون إن هذا مجرد "غيض من فيض".
ومن المتوقع أن يرصد التلسكوب الذي تبلغ قيمته 10 مليارات دولار (7.4 مليار جنيه إسترليني) النجوم الأولى التي تتألق، ويكتشف الكواكب الصالحة للحياة في المجرات البعيدة، ويعود بالزمن إلى ما بين 100-200 مليون سنة من الانفجار العظيم.
ولكن بصرف النظر عن كونها صورا مبهرة وجميلة للمجرات والسدم وحتى الطيف الجوي للعالم البعيد WASP-96 b، ما هي أهمية الصور للعلماء وأفراد الجمهور والإنسانية بشكل عام؟.
وبهذا الصدد، تحدث MailOnline إلى عدد من علماء الفلك للحصول على إجابات لجميع الأسئلة الكبيرة.
ما هو جيمس ويب؟
على عكس المراصد الكبيرة على الأرض، أطلق جيمس ويبفي الكون حتى يتمكن من مراقبة الأجسام البعيدة دون أن تتعطل رؤيته بسبب الغلاف الجوي للأرض، والذي يحجب أطوال موجات الضوء في الطيف الأحمر إلى منتصف الأشعة تحت الحمراء.
وهذا ما يجعل جيمس ويب مميزا، لأنه يكتشف الأشعة تحت الحمراء بأطوال موجية أطول مما يمكن أن تستشعره أعيننا.
وبشكل أساسي، عندما ينتقل الضوء القادم من أبعد مجرات الكون عبر الفضاء، فإنه يتمدد بسبب تمدد الفضاء. وهذا يعني أنه بحلول الوقت الذي يصل فيه الضوء إلى الأرض، فإن عملية التمدد هذه حولت الأطوال الموجية القصيرة من الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية إلى أطوال موجية أطول من الأشعة تحت الحمراء. وفقط التلسكوبات التي يمكنها اكتشاف ضوء الأشعة تحت الحمراء يمكنها رؤية الضوء الخافت من المجرات البعيدة والأشياء الأخرى، وبالتالي التقاط صور لها، وهو ما يستطيع جيمس ويب فعله.
ولا يدور جيمس ويب أيضا حول الأرض، كما فعل سابقه هابل، ولكنه يدور حول الشمس على بعد مليون ميل (1.5 مليون كيلومتر) من كوكبنا في ما يسمى نقطة لاغرانج الثانية أو L2.
وقدمت الصور الخمس الأولى للتلسكوب الفضائي الفائق مناظر لمجرات بعيدة وسدم وكوكب خارج المجموعة الشمسية غير مرئية للعين المجردة.
واستولت على سديم الحلقة الجنوبية، وخماسية ستيفان، وسديم كارينا، وطيف من الكواكب الخارجية WASP-96 b ومجموعة مجرات تعرف باسم SMACS 0723.
وشوهد الأخير كما ظهر قبل 4.6 مليار سنة، على الرغم من وجود العديد من المجرات أمام وخلف العنقود، بما في ذلك الضوء من مجرة سافر لمدة 13.1 مليار سنة قبل أن تلتقطها مرايا جيمس ويب.
لماذا نشاهد ذلك الآن فقط، في حين أن بعضها موجود من مليارات السنين؟
للضوء سرعة محدودة، لذا فقد استغرق بالفعل ما يصل إلى 13 مليار سنة حتى يصل الضوء المتولد من بعض هذه المجرات والنجوم إلينا الآن.
وبالمقارنة، يستغرق الضوء حوالي ثانية واحدة للسفر من القمر و8 دقائق من الشمس. لذلك نرى الشمس كما كانت منذ 8 دقائق. وإذا اختفت، فسنكتشف بعد 8 دقائق.
وفقط مع هذا التلسكوب الفضائي الكبير يمكننا أخيرا اكتشاف هذا الضوء، لأنه على مدار سنوات من سفره عبر الفضاء والوقت بالنسبة لنا، فإنه يمتد من الطاقة العالية من خلال الضوء المرئي، إلى الأشعة تحت الحمراء.
أين الارض؟
الأرض غير مرئية في أي من الصور. وذلك لأن الجزء السفلي من تلسكوب جيمس ويب الفضائي، وهو عبارة عن درع بحجم ملعب التنس، يواجه دائما الشمس لحجبه.
وهذا يعني أن الأرض دائما ما تكون بين جيمس ويب والشمس أيضا، لذلك لن يلتقطها التلسكوب أبدا.
ماذا سيحدث للمجرات في الصور الآن؟
من الصعب معرفة ذلك على وجه اليقين. وقيل إن بعضها سيندمج مع مجرات أخرى، والبعض يكون قد شكل نجوما جديدة، والبعض الآخر قد يكون "ميتا" ولم يعد يشكل نجوما على الإطلاق.
ماذا يعني أن تنظر إلى الكون البعيد؟
عندما ينظر التلسكوب بعيدا، فإنه أيضا ينظر إلى الوراء في الوقت المناسب. ويستغرق الضوء الذي يستقبله التلسكوب وقتا للسفر عبر الفضاء.
لذلك، لا نرى الأشياء كما هي الآن ولكن كما كانت في الوقت الذي أطلقت فيه الضوء الذي سافر لمليارات السنين عبر الكون للوصول إلينا.
ولرؤية الأشياء الخافتة جدا والبعيدة، يحتاج التلسكوب إلى مرآة عملاقة لتجميع الضوء.
ومع مرآة جيمس ويب الأكبر، ستكون قادرة على رؤية الطريق بالكامل تقريبا إلى بداية الكون، منذ أكثر من 13.5 مليار سنة.
ويحدد حجم منطقة مرآة التلسكوب حساسيته، أو مقدار التفاصيل التي يمكنه رؤيتها. ونظرا لأن تلسكوب ويب يحتوي على مرآة أكبر بكثير من تلسكوب هابل، فيمكنه النظر إلى الوراء في الوقت المناسب.
كما أن قدرته على رؤية الكون في ضوء الأشعة تحت الحمراء ذات الطول الموجي الأطول مهمة أيضا، لأن النجوم والكواكب التي تشكلت مؤخرا غالبا ما تكون مخفية خلف كتل الغبار التي تمتص الضوء المرئي.
ويمكن لضوء الأشعة تحت الحمراء اختراق هذه العوائق. وذلك لأن الضوء من الأجسام البعيدة يتمدد بسبب تمدد كوننا - وهو تأثير يُعرف باسم الانزياح الأحمر - يدفع الضوء خارج النطاق المرئي إلى الأشعة تحت الحمراء.
ويحتوي المرصد المداري، المصمم ليكون أقوى بنحو 100 مرة من هابل، على مرآة ذهبية عملاقة يبلغ عرضها ما يزيد قليلا عن 21 قدما تتكون من 18 مقطعا سداسيا فرديا يمكن طيها.
ويمنح هذا السطح العاكس جيمس ويبالدقة والحساسية اللازمتين لإنجاز مهمته.
وتم إعداد ويحتوي للنظر على وجه التحديد في الأشعة تحت الحمراء، وهي غير مرئية لأعيننا ولكنها تسمح لها بتحديد التوهج من أكثر الأشياء بعدا في الكون. إنها تعمل بنفس الطريقة التي تستخدم بها نظارات الرؤية الليلية تقنية التصوير الحراري لالتقاط ضوء الأشعة تحت الحمراء.
ونظرا لأن الكون يتوسع، فإن جميع المجرات التي نراها من الأرض تقريبا تبتعد عنا. وهذا يعني أنه بالنسبة لنا، يبدو أن ضوءها له طول موجي أطول، أو انزياح أحمر.
إذا ذهبت إلى الفضاء باستخدام تلسكوب، فهل سترى نفس الشيء؟
للأسف لا، فإن تلسكوب جيمس ويب الفضائي هو أكثر مرصد فضائي تعقيدا تم بناؤه على الإطلاق كما أنه أقوى بمئة مرة من هابل - الأب الروحي للتلسكوبات الفضائية - ويمكنه التعمق أكثر في الفضاء.
واستغرق إنشاء المرصد عقودا وتكلفة بناءه 10 مليارات دولار (7.4 مليار جنيه إسترليني).
وبعد إطلاقه، كان على المهندسين الانتظار بفارغ الصبر للتأكد من محاذاة جميع مرايا ويب مع أجزاء صغيرة من عرض شعرة الإنسان. ويقولون إن أداءها الحاد الآن أفضل مما كان متوقعا.
كما تم ضبطه خصيصا لرؤية السماء بالأشعة تحت الحمراء - الضوء بأطوال موجية أطول مما يمكن أن تستشعره أعيننا.
لذا لا، لن يتمكن تلسكوبك الصغير من رؤية ما يراه ويب، حتى لو كنت محظوظا بما يكفي للانطلاق في الفضاء.
هل توجد أي ثقوب سوداء في الصور؟
نعم! ستحتوي المجرات في خماسية ستيفان على ثقوب سوداء فائقة الضخامة في قلبها، كما هو الحال مع العديد في صورة المجال العميق.
وسيكون هناك أيضا ثقوب سوداء في جميع أنحاء صور المجرات التي يلتقطها ويب في المستقبل، وكذلك في تلك التي تم إصدارها في الأيام القليلة الماضية.
وستكون هذه في مراكز المجرات، منتشرة بين الحضانات النجمية الشاسعة وحتى الثقوب السوداء العائمة الوحيدة التي لن تُرى أبدا.
ويعتقد علماء الفلك أن الثقوب السوداء الهائلة تقع في مركز كل المجرات الكبيرة تقريبا، حتى مجرتنا درب التبانة. ويمكن لعلماء الفلك اكتشافها من خلال مراقبة تأثيرها على النجوم والغازات القريبة.
هل يمكن للإنسان أو الأشياء من صنعه أن تصل إلى أي من المجرات المصورة؟
لسوء الحظ، مع التكنولوجيا الحالية أو حتى المعروفة، لا توجد طريقة يمكننا من خلالها الذهاب أو إرسال أي شيء صنعه الإنسان إلى هذه المجرات البعيدة.
وقد يكون من الممكن الوصول إلى الأشياء الموجودة في مجرتنا يوما ما، ولكن حتى تلك الأجسام تقع على مسافات هائلة.
لماذا هذه الصور مهمة جدا؟
هناك إثارة هائلة داخل المجتمع العلمي حول الاكتشافات التي يمكن أن يقوم بها ويب. وما نراه هو مجرد لمحة بسيطة عن الصور والعلوم والمعرفة التي لم تأت بعد. والأهم من ذلك أنه عرض جميل لجميع أنواع العلوم المختلفة التي سيقوم بها هذا التلسكوب.
والهدف النهائي لويب هو التعمق أكثر في الزمن 13.5 مليار سنة إلى نقطة خلال 100-200 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم.
وسيلتقط صورا للنجوم الأولى التي تتألق في الكون وتستكشف الكواكب البعيدة لمعرفة ما إذا كانت صالحة للحياة.
وقال الدكتور ستيفن ويلكنز، رئيس قسم علم الفلك في جامعة ساسكس، لـ MailOnline: "في حين أن هذه الصور ستكون ذات قيمة علمية بشكل فردي (سيكون هناك العديد من الأوراق)، إلا أنها مفيدة للغاية كتحقق من أن المرصد يمكنه القيام بالعلوم التي نحتاجها فعل".
ما هو جيمس ويب؟
كان جيمس ويب، الذي توفي عام 1992 عن عمر يناهز 85 عاما، ثاني مدير في تاريخ ناسا، حيث تولى المنصب بناء على طلب جون إف كينيدي في عام 1961.
وأدار الوكالة حتى عام 1968 وكان له دور أساسي في برامج أبولو التي تشهد نيل أرمسترونغ وباز ألدرين يمشيان على سطح القمر في العام التالي لمغادرته.
وفي عام 2002، أعلنت وكالة الفضاء الأمريكية أن تلسكوبها الجديد الذي تبلغ تكلفته 10 مليارات دولار سيُطلق عليه اسمه.
متى سنرى المزيد من الصور؟
ليس هناك وقت طويل للانتظار. من المتوقع أن تطلق الصور التالية، بحلول نهاية الأسبوع. ويمكن بعد ذلك نشرها بانتظام إلى حد ما.
كيف سيقرر علماء الفلك ما الذي سيلتقطونه بعد ذلك؟
خطط الخبراء بالفعل لما سيصوره ويب خلال عامه الأول من العمليات. وجاء ذلك بعد أكثر من 1000 اقتراح من الباحثين حول ما يجب ملاحظته، والتي تم تقليصها بعد ذلك من قبل مجموعات من العلماء.
ومع إطلاق الصور الخمس الأولى للعالم يوم الثلاثاء، كان ويب يراقب بالفعل نجما أوليا يسمى CED110IRS4-LRS.
وقام أولا بفحص الكويكب 1998-BC1 ثم انتقل إلى سلسلة من ملاحظات كوكب المشتري، بدءا من الحلقات الخافتة لعملاق الغاز.
بينما يجمع المزيد من البيانات، هل يمكن للعلماء مراجعة العمر المقبول حاليا للكون ليكون أكبر بكثير من 13.8 مليار سنة؟
هناك احتمال أن يؤدي تحليل ويب إلى قيام العلماء بمراجعة تقديراتهم لعمر الكون.
وسيعتمد هذا على قياسات جديدة لتوسعها. ولكن إذا فعلوا ذلك، فمن المرجح أن ينخفض بدلا من أن يرتفع.
وعلى سبيل المثال، إذا كان الكون يتوسع بشكل أسرع مما كنا نظن، فقد يكون أصغر بكثير من 13.8 مليار سنة المقبولة حاليا.
بالتفصيل: ما الذي تظهره صور ويب الأولى بالفعل؟
- SMACS 0723
كانت أول صورة كاملة الألوان تم إصدارها عبارة عن مركب من قسم واحد من المساحة التقطته كاميرا ويب.
ويُظهر مجموعة مجرات كما ظهرت قبل 4.6 مليار سنة.
وهناك العديد من المجرات أمام وخلف العنقود، بما في ذلك الضوء من مجرة سافرت لمدة 13.1 مليار سنة قبل أن تلتقطها مرايا ويب. وعناقيد المجرات هي أكبر الأجسام في الكون التي ترتبط ببعضها البعض بفعل جاذبيتها.
وتحتوي على مئات أو آلاف المجرات، والكثير من البلازما الساخنة، وكمية كبيرة من المادة المظلمة - وهي كتلة غير مرئية تتفاعل فقط مع المادة العادية من خلال الجاذبية ولا تبعث الضوء أو تمتصه أو تعكسه.
وتم تكوين مركب SMACS 0723، المعروف باسم الحقل العميق الأول لجيمس ويب، من صور بأطوال موجية مختلفة تم التقاطها خلال 12.5 ساعة فقط. وبالمقارنة، يستغرق هابل أسابيع للحصول على نفس الصورة الميدانية العميقة.
- WASP-96b
بعد ذلك، كشفت وكالة ناسا عن الطيف الأكثر تفصيلا للغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية حتى الآن.
وسمح للعلماء باكتشاف بخار الماء في الغلاف الجوي لـ WASP-96 b - كوكب عملاق غازي ساخن منتفخ يشبه كوكب المشتري إلى حد ما والذي يبعد أكثر من 1000 سنة ضوئية عن الأرض.
وعلى الرغم من أن WASP-96 b ليس الكوكب المناسب لاستضافة الحياة، لأنه قريب جدا من نجمه الأم وبالتالي حار جدا، سيبحث ويب عن عوالم موجودة.
- السديم الدائري الجنوبي
يلتقط هذا السديم سديما كوكبيا على بعد 2500 سنة ضوئية من الأرض يُعرف باسم سديم الحلقة الجنوبية.
وعلى الرغم من أن اسمه "سديم كوكبي"، إلا أنه في الواقع لا علاقة له بالكواكب.
وبدلا من ذلك، هو عبارة عن كرة عملاقة متوسعة من الغاز والغبار أضاءها نجم يحتضر في قلبه.
ويقوم النجم بإخراج حلقات من المواد لآلاف السنين في جميع الاتجاهات. وهذا لأنه مع تقدم النجوم في العمر تغير الطريقة التي تصنع بها الطاقة وتنطلق مع طبقاتها الخارجية، قبل أن تنشط نفس المادة عندما تصبح ساخنة جدا مرة أخرى.
وباختصار، بالإضافة إلى النظر في كيفية ولادة النجوم الأولى، سيقوم ويب أيضا بتصنيف كيفية موتها.
- سديم كارينا
كشف ويب أيضا عن صورة متلألئة لنجوم صغار في سديم كارينا، وهو أحد أضخم وألمع السدم في الفضاء ويقع على بعد حوالي 7600 سنة ضوئية في الكوكبة الجنوبية المسماة كارينا.
والسدم عبارة عن حضانات نجمية حيث تولد النجوم، وهذا بالتحديد موطن للعديد من النجوم العملاقة، بما في ذلك بعضها أكبر من الشمس.
وتُظهر اللقطة المذهلة حافة منطقة تشكل نجوم قريبة وشابة تسمى NGC 3324 في سديم كارينا.
ويوجد في الجزء السفلي من الصورة الجزء الغربي من NGC 3324، وما تسميه ناسا "المنحدرات الكونية" - منظر طبيعي برتقالي بني من "الجبال الصخرية" و"الوديان" المليئة بنجوم متلألئة.
المصدر: ديلي ميل