تلسکوپ جیمز وب چگونه گذشته را نشان میدهد

تلسکوپ جیمز وب یک تلسکوپ قدرتمند است که به تازگی به فضا فرستاده شده و جایگزین تلسکوپ هابل گردیده است. ساخت تلسکوپ جیمز وب نزدیک به دو دهه به طول انجامید و قرار بود چند سال پیش به فضا فرستاده شود، ولی به دلیل همه گیری ویروس کرونا، پرتاب هابل هم به تاخیر افتاد. اطلاعات دقیق تر در رابطه با این تلسکوپ را می توانید در مقاله “تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا‎” مظالعه نمایید. اما در هر حال این تلسکوپ در ۲۵ دسامبر ۲۰۲۱ به فضا فرستاده شد و تاکنون تصاویری بسیار زیبا و با وضوح بالا از فضا و سیاه چاله ها ارسال نموده است.

اما یکی از مهمترین نکایت که در رابطه با این تلسکوپ غول پیکر مطرح است، توانایی آن در نمایش گذشته است.

اما آیا این تئوری واقعیت دارد؟ جیمز وب چگونه می تواند گذشته را نمایش دهد؟

جیمز وب چگونه کار میکند

اختلاف زمانی فضا با زمین واقعیت پیچیده ای است که حتما در مورد آن چیزهایی شنیده اید یا در فیلم هایی مانند اینتراستلار با آن آشنا شده اید. همه چیز به مدت زمان حرکت نور در جهان بستگی دارد.

جیمز وب پیچیده ترین و بزرگترین تلسکوپ فضایی تاکنون است و مجهز به کیت های تخصصی شگفت انگیزی است که قصد دارند به اعماق پنهان کیهان را کشف کنند. جیمز وب این کا را ربا نگاه کردن به نور ضعیف ستاره ها و کهکشان‌ های اولیه که پس از انفجار بزرگ در حدود ۲۵۰ میلیون سال ایجاد شده‌اند انجام می دهد.

جیمز وب دارای قدرت زووم فوق العاده ای است و قادر است سیارات دور را ببیند. تلسکوپ جیمز وب بر اساس سرعت حرکت نور کار می کند و می تواند اطلاعاتی از گذشته را مخابره کند زیرا نوری که به تلسکوپ فضایی جیمز وب می رسد ممکن است میلیون ها مایل از ستاره ای که دیگر وجود ندارد سفر کرده باشد.

جیمز وب قادر به مشاهده همه بخش های جهان نیست زیرا برخی از منابع نور به طور مداوم از ما دور می شوند و ممکن است هرگز نتواند به تلسکوپ فضایی جیمز وب برسند.

دور شدن نورها از ما به این دلیل است که جهان در حال انبساط است و تلسکوپ جیمز وب قرار است چگونگی انبساط جهان را کشف کند. تلسکوپ جیمز وب باید قادر به تصویربرداری دقیق از ستاره ها باشد که بتواند فضای تاریک بین آنها را اندازه گیری کند.

بررسی این اندازه‌ گیری‌ها تعیین می کند که ستاره‌ ها با چه سرعتی از هم دور می‌ شوند و در نهایت تعیین می کند که کل جهان با چه سرعتی در حال انبساط است.

نگاه به گذشته چگونه ممکن است؟

تلسکوپ وب با استفاده از طول موج های فروسرخ می تواند اولین ستارگان و کهکشان هایی را که حدود ۱۳ میلیارد سال پیش پس از انفجار بزرگ شکل گرفته اند را ببیند.

هر بار که به ماه یا خورشید نگاه می کنید در واقع به گذشته نگاه می کنید. زیرا نور خورشید ۸.۳ دقیقه طول می کشد تا به زمین برسد به این معنی که شما در حال نگاه کردن به ۸ دقیقه قبل هستید. با یک مثال جالب بهتر توضیح می دهیم اگر خورشید ناگهان ناپدید شود، هیچ کس تا ۸.۳ دقیقه متوجه ناپدید شدن خورشید نمی‌ شود، زیرا نور آن پس از ناپدید شدن همچنان روی زمین ظاهر می‌ شود.

وقتی به ماه نگاه می کنید هم همین اتفاق می افتد. سطح ماه حدود ۲۳۶۱۲۱ مایل از زمین فاصله دارد، بنابراین ۱.۳ ثانیه طول می کشد تا نور از ماه به ناظران سیاره ما برسد. وقتی به ماه نگاه می کنید، نوری را می بینید که ۱.۳ ثانیه قبل از ماه ساطع شده. تلسکوپ جیمز وب نور ساطع شده از میلیاردها سال پیش ستارگان دور دست را مشاهده می کند و به این شکل می تواند اطلاعاتی از گذشته به ما بدهد.

پاسخ به برخی از سوالات در رابطه با تلسکوپ جیمز وب

در اینجا نکاتی را درباره این تصاویر و آنچه تلسکوب جیمز وب ممکن است در گام بعدی آشکار سازد، بررسی می‌کنیم

چه نکته خاصی درباره این تصاویر وجود دارد؟ مگر پیش از این تصاویر تلسکوپ فضایی هابل را در اختیار نداشتیم؟

درست است؛ پیش از این تلسکوپ هابل وجود داشت و الان هم وجود دارد که تصاویر زیادی از فضا تهیه کرده است. اما تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) بسیار بزرگتر است و بنابراین تصاویر آن جزییات دقیق‌تری دارد. این تلسکوپ همچنین نسبت به هابل تصاویر را در طول موج‌های متفاوتی رصد می‌کند که به آن امکان می‌دهد چیز‌هایی را ببیند – به خصوص اجرامی را در فواصل بسیار دورتر ثبت کند – که تلسکوپ هابل قادر به ثبت آن نیست.

تلسکوپ هابل تا چه میزان نزدیک به لبه انتهایی کیهان قابل مشاهده را می‌تواند رصد کند؟ در خبر‌ها فاصله ۱۳.۵ میلیارد سال نوری ذکر شده است. این به نظر بسیار نزدیک به عمر ۱۳.۸ میلیارد سال نوری کیهان است.

تلسکوپ جیمز وب قادر است بین ۱۰۰ تا ۲۵۰ میلیون سال بعد از «انفجار بزرگ کیهانی» (مهبانگ یا big bang) را مشاهده کند، اما هر چند این فاصله از نظر زمانی حدود ۱۳.۷ میلیارد سال پیش است، اما از لحاظ مسافت ۱۳.۷ میلیارد سال نوری نیست، بلکه دورتر از آن است چرا که کیهان در حال توسعه و انبساط است.

آیا تلسکوپ جیمز وب «اَبَر سیاه‌چاله‌ها» را نیز مطالعه خواهد کرد؟ آیا می‌تواند تصویری مشابه تصویر تلسکوپ «افق رویداد» (Event Horizon Telescope) تهیه کند؟

تلسکوپ فضایی جیمز وب قادر به تهیه تصاویری از یک ابرسیاه‌چاله مانند تصاویر تلسکوپ «افق رویداد» نیست – آن نوع دیگری از تلسکوپ است، اما آن‌ها را مطالعه خواهد کرد. در حقیقت تصویر مربوط به «پنج‌گانه استفان» که اکنون منتشر شده است اطلاعات جالبی درباره یکی از ابرسیاه‌چاله‌ها در اختیار ستاره‌شناسان قرار می‌دهد.

آیا امکان دارد همگرایی گرانشی (gravitational lensing) مانند آنچه در اولین تصویر میدان عمقی تلسکوپ جیمز وب دیده شد به اندازه‌ای نیرومند باشد که خودتان را ببینید؟ مانند اینکه نور دوربرگردان ۳۶۰ درجه‌ای می‌زند؟

سیاه‌چاله‌ها می‌توانند یک خصوصیت موسوم به «حوزه فوتونی» (photon sphere) داشته باشند؛ جایی که کشش گرانشی به اندازه‌ای نیرومند است که نور به دور سیاه‌چاله می‌چرخد؛ بنابراین بطور نظری، اگر بتوانید نور را درست به سمت بیرون حوزه فوتونی بتابانید، چرخش آن نور را از سمت دیگر سیاه‌چاله خواهید دید.

اگر تلسکوپ جیمز وب اکنون تا زمان ۱۳.۵ میلیارد سال گذشته را می‌بیند، آیا می‌توانیم روزی تلسکوپی بسازیم که فراتر از آغاز زمان را «ببیند»؟

یک محدودیت بنیادین در این خصوص وجود دارد که تا چه زمانی در گذشته را می‌توانیم ببنیم؛ زیرا تا زمانی در حدود ۳۸۰ هزار سال پس از انفجار کیهانی (مهبانگ)، جهان آفرینش (کیهان یا universe) بطور کامل مملو از پلاسمای داغ و بنابراین تار و مبهم بوده است.