ג'יימס ווב

בחודש האחרון, היה קשה שלא לשמוע על הטלסקופ "ג'יימס ווב". איפה יעגון, ומה הוא יגלה? בכתבה הזאת נדבר על המדע וההנדסה מאחוריי הטלסקופ החדשני לכבוד הגעתו ליעד – נקודת לגראנז השנייה, שסביבה יחוג במהלך פעילותו.-נעם שמעוני

על מנת שנוכל לדבר על ההנדסה מאחוריי הטלסקופ החדשני, עלינו להבין תחילה: איך עובדים טלסקופים? כשנכנס אור לתוך הטלסקופ, הוא פוגע במראות הראשיות, שמכוונות כך שכל האור שמוחזר מהמראות הראשיות פוגעות בעוד מראה שממול אותם מראות ראשיות. אחר כך קרני האור מוחזרות גם מהמראה המשנית אל תוך המצלמה שנמצאת בדרך כלל בין המראות הראשונות. כדי לעזור לכם להמחיש את החגיגה הזאת, כדאי שתעיפו מבט על השרטוט של מהלך קרני האור בטלסקופ של האבל.

ב-1989, כשנה לפני שיגור טלסקופ החלל האבל (הטלסקופ שהביא לנו הרבה תמונות של החלל, כולל התמונה הראשונה של חור שחור), הבינו המדענים מאחוריי האבל שעל מנת שישגרו טלסקופ חלל זמן קצר לאחר שהאבל יגיע לקצה יכולתו, יצטרכו להתחיל לעבוד מיד, מכיוון שידעו שייקח לפחות 20 שנה לעבוד על טלסקופ חלל בסדר גודל שתיכננו.

לאחר מכן, זמן קצר אחריי שיגור האבל בשנת 1990, בייצור המראה של הטלסקופ הייתה סטייה מאוד קלה (ליתר דיוק, סטייה של 2% מעובי שערה של אדם!) שגרמה לתמונות שלקח להיראות מטושטשות. כתוצאה מכך, נאלצו המהנדסים לשלוח אסטרונאוטים שיתקינו מעין "משקפיים" על הטלסקופ כדי לתקן את הסטייה הזאת וכך לתקן את חדות התמונות. אך מכיוון שהאבל נמצא במרחק קרוב יחסית לכדור הארץ, וג'יימס ווב יטוס כמיליון וחצי קילומטרים מכדור הארץ אל נקודת לגראנז השנייה, שעליה נדבר בהמשך, המהנדסים הבינו שמאוד כדאי ללכת על בטוח ולתת למראות טווח תנועה שיאפשר כיוונון המראות מרחוק במקרה של סטייה.

בהמשך הדרך, נתקלו המהנדסים בהרבה בעיות כמו העובדה שמכיוון שהטלסקופ הוא מאוד גדול, צריך לחשוב על דרך יצירתית להכניס אותו לתוך הAriane 5, שאף אותו לא הצניעו בגודל ובמחיר. הפתרון שעליו חשבו גדולי המהנדסים לדורותינו, הוא לקפל את הלווין כמו אוריגמי: החלקים הצדדיים של המראה הראשית, מגן השמש (שנדבר עליו בהמשך) והמראה המשנית יתקפלו אל אמצע הטלסקופ. את תהליך הקיפול אפשר לראות בסרטון: https://youtu.be/Li6We0l5pYQ

תחנת השיגור הייתה בגוויאנה הצרפתית שנמצאת קרוב לקו המשווה. היה חשוב לשגר ליד קו המשווה, מכיוון שסיבוב כדור הארץ נותן דחיפה קטנה למשגר.

אך לטלסקופ היה דרך לעבור מקליפורניה בארצות הברית לגוויאנה הצרפתית, דרך הים, 9,300 קילומטרים. תחילה, ארזו את הטלסקופ המקופל ב"מזוודה" מיוחדת בשם STTARS שנועדה להגן עליו מפני הסביבה החיצונית, והיה כחדר נקי נייד. לאחר מכן, נלקח בנסיעה מאוד איטית לספינה “MN Colibri” שתוכננה להסיע חלקי חלליות גדולים ומשא רגיש. כל זה נעשה בתאריך לא ידוע, שלא חלילה יבואו פיראטים כדי לגנוב את הטלסקופ.

אבל בעצם, אם צריך להשקיע כל כך הרבה זמן, כסף ותכנון על שיגור הטלסקופ, למה הוא צריך לשהות בחלל? ההחלטה לשגר טלסקופים לחלל נובעת משתי סיבות עיקריות: קודם כל, טלסקופים בכדור הארץ יכולים לראות רק בחצי מהיום, שהוא בעצם הלילה. זאת בניגוד לטלסקופים בחלל שיכולים לצלם ולצפות בחלל בכל עת.

אבל סיבה טובה יותר להחלטה היא ההשפעה של האטמוספירה של כדור הארץ על האור שבא מהחלל. כל חומר בולע ופולט אזורי אור מיוחדים אליו. בעזרת העובדה הזאת, אפשר לדעת ממה מורכבים חומרים רחוקים – כמו האטמוספירה של כוכבי לכת. במקרה שנרצה לבדוק אם באטמוספירה של כוכב לכת מסוים יש חמצן שחיוני לחיים, לא נוכל לבדוק זאת על כדור הארץ, שבו אור תמיד בא במגע בחמצן.

מה שמיוחד בווב, הוא שהוא משתמש בעיקר באורכי גל של אור אינפרא-אדום. הסיבה לכך נמצאת באפקט דופלר; אם אבקש ממכם לדמיין מכונית צופרת שמאיצה לכיוונינו ואז חולפת על פנינו, כנראה שדמיינתם את צליל הצופר גבוהה כשהמכונית מתקרבת אליכם, ונמוך יותר כשהיא מתרחקת. זאת היא דוגמה טובה לשינוי אורכי הגל כתוצאה מתאוצה לכיוון או מכיוון הצופה. אותה תופעה קורית עם הכוכבים שמסביבנו: אנחנו יודעים שככל שהכוכבים רחוקים מאיתנו, המהירות בהם מתרחקים מאיתנו גבוהה יותר. ככל שהמהירות של הכוכבים הזזים הרחק מאיתנו גבוהה יותר, אורך גל האור שנפלט מהם לכיוונינו הוא גדול יותר. כך יוצא שאור נראה הופך לאור אינפרא-אדום, שהעין לא יכולה לראות. לכן, שימוש בטלסקופ חלל שמשתמש באור אינפרא-אדום כמו ווב, יאפשר לנו לראות למרחקים גדולים הרבה יותר.

בעצם, כשאנחנו יכולים לראות רחוק יותר, אנחנו יכולים לראות גם יותר אחורה בזמן, זאת מכיוון שלאור יש מהירות. לכן, ככל שנסתכל על משהו שרחוק יותר (שבעצם אנחנו מסתכלים על האור שנפלט או מוחזר ממנו), אנחנו נראה אותו יותר אחורה בזמן. לדוגמה, לוקח לאור מהשמש לכדור הארץ שמונה דקות להגיע. לכן, אם השמש פתאום תיעלם, ייקח לנו 8 דקות עד שנדע שקרה משהו, זאת מכיוון שייקח שמונה דקות לאחרוני קרני האור להגיע אלינו. בגלל זה, אם נסתכל לדוגמה על כוכב לכת במרחק 1 מיליון שנות אור, אנחנו בעצם נראה את הכוכב הזה כפי שהיה נראה לפני 1 מיליון שנים.

בעיה נוספת שצצה, היא שעצמים בטווח טמפרטורה מסוים פולטים גם הם אור אינפרא-אדום. לכן, היו צריכים להכין מגן תרמי, שיחסום את החום הנפלט מהשמש ומכדור הארץ. גודל המגן הינו 21 על 14 מטרים, ועשוי מ-5 שכבות עם מרווח בין כל שכבה, כך שהחום יוכל לצאת באופן אפקטיבי. כל שכבה עשויה מהחומר "קפטון", שיכול לעמוד בטמפרטורות גבוהות, ומצופה באלומניום. ל-2 השכבות הראשונות יש עוד שכבת ציפוי של "סיליקון מאולח", על מנת להחזיר לחלל את חום השמש. בצד הקר של המגן הטמפרטורה תהיה בסביבות -233 מעלות צלזיוס. לעומת זאת, בצד החם, הטמפרטורה תהיה בסביבות 85 מעלות צלזיוס.

עובדה נחמדה – אם מגן השמש היה קרם הגנה, היה לו דירוג הגנה של 1 מיליון!

בסוף המסע, ווב יגיע לנקודת הלגראנז השנייה, אחת מחמש נקודות שבהן גוף קטן, כמו ווב, יכול להישאר באופן קבוע ביחס לכדור הארץ והירח. הנקודה השנייה נמצאת מאחוריי כדור הארץ; כך המראות מופנות לכיוון הריק בזמן שהמחשב שנמצא על הטלסקופ (שהמראות צריכות גם הגנה מפניו, מכיוון שפולט חום) נמצא לכיוון כדור הארץ, ויכול לתקשר בכל עת עם המדענים שמנתחים את ממצאיו.

כאן 11 העלו סרטון על הטלסקופ, כמה ימים לפני ששוגר, ושם תוכלו לראות סיכום של רוב מה שקראתם עד עכשיו, ובנוסף לזה – עונה על השאלה הידועה "למי איכפת?" https://youtu.be/byjeFwS5hBI

למשך כחצי שנה לאחר הגעתו לנקודת הלגראנז השנייה בתאריך 24.1, יבצע הטלסקופ ווב כיולים, ולא יחל עדיין בצילומיו.

הטלסקופ נקרא על שם ג'יימס ווב, שהיה המנהל של נאסא בזמן משימת אפולו 11. בעזרתו, נוכל לראות רחוק אל העבר ואולי אף נגלה דברים חדשים.