Peering at the edge of the universe 

Why a new space telescope? The James Webb Space Telescope will be 100 times more powerful than its predecessor, Hubble, and will be capable of capturing extremely faint infrared light from the very first galaxies at the edge of the universe. It will also be able to study planets around other stars in our own galaxy, examining their atmospheres for tell tale signs of life. (See box.) Originally scheduled to launch in 2010 and cost about $1 billion, Webb—a joint venture among U.S., European, and Canadian space agencies that took 10,000 people to construct—experienced a sequence of maddening delays as costs ballooned to $10 billion. But the colossal telescope finally has been shipped to French Guiana in South America, where it will be fitted onto a rocket and blasted into space on Dec. 18, beginning the most technically ambitious mission in NASA history. Should Webb successfully reach its destination nearly a million miles from Earth, the telescope will earn its nickname “First Light Machine,” as it sends back images of stars formed just 250 million years after the Big Bang. “It’s going to help us unlock some of the mysteries of our universe” and “rewrite the physics books,” says Greg Robinson, Webb’s program director at NASA. How does it work? The telescope utilizes several novel technologies. It relies on a 21-foot mirror made of ultra-lightweight beryllium chiseled into 18 hexagonal segments and coated with gold. Unlike most telescopes, which house a mirror or lens within a tube to block out light, Webb’s mirror will be exposed to open space, relying on five parasol-like sheets of aluminum-coated plastic—each as thin as notebook paper and as big as a tennis court—to block out light and heat from the sun, moon, and Earth. Webb includes four solar-powered cameras and sensors to collect data. How does Webb differ from Hubble? Hubble, launched in 1990, sent back dazzling images from deep space, and helped astrophysicists better determine the age of the universe, the nature of black holes, and the number of galaxies. It also led to the discovery that, thanks to “dark energy,” the universe is expanding at an accelerating rate. That’s where Webb comes in. By the time light from a 13 billion–year-old star reaches Earth, the expansion of the universe has stretched the light’s wavelength into the infrared spectrum, similar to how a siren’s pitch drops as an ambulance speeds away. For that reason, only an infrared-focused telescope is capable of peering into the “cosmic dawn.” Webb uses mirrors that capture six times more light than Hubble’s, and cameras with a 15-times-wider view. Hubble orbits the Earth at an altitude of 340 miles. Webb will be positioned out in space, roughly four times further away from the Earth than the Moon, for maximum light-gathering. How does it get to space? First, the 14,330-pound telescope must be folded, origami-style, to fit atop an Ariane 5 rocket. After about 30 minutes of flight, the telescope will be ejected from the rocket. “That’s when the nail biting starts,” says Heidi Hammel, a vice president at the Association of Universities for Research in Astronomy. To open the sunshield, about 150 release mechanisms made up of 7,000 parts must fire correctly over the course of three days. On the seventh day, the primary mirror will unfold. “Those who are not worried or even terrified about this are not understanding what we are trying to do,” says Thomas Zurbuchen, head of NASA’s science office. After a roughly 30-day journey, Webb will reach Lagrange Point 2, where the gravitational tugs of the sun and Earth balance out, creating a convenient region for space telescopes to park. Webb will orbit the Sun, not the Earth. What will Webb look for? Answers to astrophysics’ biggest questions. As it travels through space at 186,000 miles per second, light provides images on delay: The naked eye views the moon as it was 1.3 seconds ago, Jupiter as it was 40 minutes ago, and Andromeda— the nearest galaxy to ours—2.5 million years ago. Space telescopes are often compared to time machines, collecting light emitted billions of years ago. Scientists believe Webb will be vital for studying the end of the Dark Ages—the period between the Big Bang and the formation of stars. That could reveal insights about the “dark matter” that makes up about 80 percent of the universe’s mass. Webb can see back about 150 million years farther than Hubble, and thus may provide glimpses of the formation of the first stars, solar systems, and galaxies, says Caitlin Casey, an assistant professor of astronomy at the University of Texas at Austin. “With Webb,” she says, “we’re going right up to the edge of the observable universe.” Searching for signs of life Recent breakthroughs in astronomy have established that most stars have orbiting planets, which means our galaxy probably hosts billions of these “exoplanets.” Planets around other stars are too distant and dim to image clearly, but Webb can use its enormous capacity to gather infrared light to search the atmospheres of exoplanets for circumstantial evidence of extraterrestrial life, such as the presence of water, oxygen, carbon dioxide, methane, and other chemicals. One planetary system that Webb will study is about 40 light-years away: a small star calledTRAPPIST-1, orbited by seven Earth-size planets—three of which orbit in the zone where temperatures could be mild enough for liquid water to form. Researchers are particularly excited to measure the methane and carbon dioxide in the fourth planet’s atmosphere. “We all want to find another Earth, don’t we?” said Kevin Stevenson, an astronomer at the Johns Hopkins Applied Physics Laboratory. “Webb will provide us the first opportunity to really answer that question. 

نگاه کردن به لبه کیهان

 چرا تلسکوپ فضایی جدید؟ تلسکوپ فضایی جیمز وب 100 برابر قدرتمندتر از نسل قبلی خود، هابل خواهد بود و قادر به گرفتن نور مادون قرمز بسیار ضعیف از اولین کهکشان ها در لبه کیهان خواهد بود. همچنین میتواند سیارات اطراف ستارگان دیگر را در کهکشان خودمان مطالعه کند و جو آنها را برای یافتن نشانههایی از حیات بررسی کند. )به کادر نگاه کنید.( در ابتدا برنامه ریزی شده بود که در سال 2010 پرتاب شود و حدود 1 میلیارد دالر هزینه داشت، وب - سرمایه گذاری مشترک بین آژانس های فضایی ایاالت متحده، اروپا و کانادا که ساخت آن 10000 نفر را به خود اختصاص داد- با افزایش هزینه ها به 10 میلیارد دالر، با تاخیرهای دیوانه کننده ای روبرو شد. . اما این تلسکوپ عظیم در نهایت به گویان فرانسه در آمریکای جنوبی فرستاده شد، جایی که بر روی موشک نصب شده و در 18 دسامبر به فضا پرتاب می شود و جاه طلبانه ترین ماموریت فنی در تاریخ ناسا را آغاز می کند. اگر وب با موفقیت نزدیک به یک میلیون مایل از زمین به مقصد خود برسد، تلسکوپ نام مستعار خود را "نخستین ماشین نور" خواهد گرفت، زیرا تصاویری از ستارگان تشکیل شده تنها 250 میلیون سال پس از انفجار بزرگ را ارسال می کند. گرگ رابینسون، مدیر برنامه وب در ناسا می گوید: »این به ما کمک می کند تا برخی از اسرار جهان خود را باز کنیم« و »کتاب های فیزیک را بازنویسی کنیم«. چگونه کار می کند؟ این تلسکوپ از چندین فناوری جدید استفاده می کند. این آینه متکی بر یک آینه 21 فوتی ساخته شده از بریلیوم بسیار سبک است که به 18 بخش شش ضلعی بریده شده و با طال پوشانده شده است. بر خالف اکثر تلسکوپها که آینه یا عدسی را در یک لوله قرار میدهند تا نور را مسدود کند، آینه وب در معرض فضای باز قرار میگیرد که بر روی پنج ورقه چتر مانند از پالستیک با روکش آلومینیومی متکی است - هر کدام به نازکی کاغذ نوت بوک و به بزرگی. به عنوان یک زمین تنیس - برای جلوگیری از نور و گرما از خورشید، ماه و زمین. وب شامل چهار دوربین و حسگر خورشیدی برای جمع آوری داده ها است. وب چه تفاوتی با هابل دارد؟ هابل که در سال 1990 پرتاب شد، تصاویر خیره کننده ای را از اعماق فضا ارسال کرد و به اخترفیزیکدانان کمک کرد تا سن جهان، ماهیت سیاهچاله ها و تعداد کهکشان ها را بهتر تعیین کنند. همچنین منجر به کشف این شد که به لطف »انرژی تاریک«، جهان با سرعتی شتابان در حال انبساط است. اینجاست که وب وارد میشود. زمانی که نور یک ستاره 13 میلیارد ساله به زمین میرسد، انبساط جهان طول موج نور را به طیف مادون قرمز کشیده است، شبیه به همان چیزی که صدای آژیر هنگام دور شدن آمبوالنس با سرعت پایین میآید. . فقط به همین دلیل یک تلسکوپ متمرکز بر مادون قرمز قادر است به "سپیده دم کیهانی" نگاه کند. وب از آینه هایی استفاده می کند که شش برابر بیشتر از هابل نور می گیرند و از دوربین هایی با دید ۱۵ برابر بیشتر استفاده می کند. هابل در ارتفاع 340 مایلی به دور زمین می چرخد. وب برای حداکثر جمع آوری نور در فضا قرار خواهد گرفت، تقریبا چهار برابر دورتر از ماه از زمین. چگونه به فضا می رسد؟ ابتدا، تلسکوپ 14330 پوندی باید به سبک اوریگامی تا شود تا در باالی موشک آریان 5 قرار گیرد. پس از حدود 30 دقیقه پرواز، تلسکوپ از موشک به بیرون پرتاب می شود. هایدی همل، معاون رئیس انجمن دانشگاهها برای تحقیقات نجوم، میگوید: »این زمانی است که ناخن جویدن شروع میشود. برای باز کردن محافظ خورشید، حدود 150 مکانیزم رهاسازی متشکل از 7000 قطعه باید در طول سه روز به درستی شلیک کنند. در روز هفتم، آینه اولیه باز می شود. توماس زوربوخن، رئیس دفتر علمی ناسا میگوید: »کسانی که نگران این موضوع نیستند یا حتی نمیترسند، نمیدانند ما در حال انجام چه کاری هستیم. پس از یک سفر تقری با 30 روزه، وب به نقطه الگرانژ 2 می رسد، جایی که کشش های گرانشی خورشید و زمین متعادل می شوند و منطقه ای مناسب برای پارک تلسکوپ های فضایی ایجاد می کنند. وب به دور خورشید خواهد چرخید نه زمین. وب به دنبال چه چیزی خواهد بود؟ پاسخ به بزرگترین سواالت اخترفیزیک همانطور که در فضا با سرعت 186000 مایل در ثانیه حرکت می کند، نور با تأخیر تصاویری را ارائه می دهد: چشم غیرمسلح ماه را مانند 1.3 ثانیه قبل، مشتری را همانطور که 40 دقیقه پیش بود، و آندرومدا - نزدیک ترین کهکشان به کهکشان ما - 2.5 میلیون شیر را مشاهده می کند. سالها پیش. تلسکوپهای فضایی اغلب با ماشینهای زمان مقایسه میشوند که نور ساطع شده میلیاردها سال پیش را جمعآوری میکنند. دانشمندان بر این باورند که وب برای مطالعه پایان قرون تاریک - دوره بین انفجار بزرگ و تشکیل ستارگان - حیاتی خواهد بود. این می تواند بینش هایی را در مورد "ماده تاریک" که حدود 80 درصد از جرم کیهان را تشکیل می دهد، آشکار کند. کیتلین کیسی، دستیار استاد نجوم در دانشگاه تگزاس در آستین می گوید: وب می تواند حدود 150 میلیون سال دورتر از هابل را ببیند و بنابراین ممکن است اجمالی از شکل گیری اولین ستارگان، منظومه های خورشیدی و کهکشان ها را ارائه دهد. . او میگوید: «.»با وب، ما درست به لبه جهان قابل مشاهده میرویم جستوجوی نشانههای حیات پیشرفتهای اخیر در نجوم نشان داده است که بیشتر ستارگان سیاراتی در حال گردش دارند، به این معنی که کهکشان ما احتماالً میزبان میلیاردها سیاره فراخورشیدی است. سیارات اطراف ستارگان دیگر بسیار دور و کم نور هستند و نمی توان به وضوح تصویربرداری کرد، اما وب می تواند از ظرفیت عظیم خود برای جمع آوری نور مادون قرمز برای جستجوی جو سیارات فراخورشیدی برای یافتن شواهد غیرمستقیم حیات فرازمینی، مانند وجود آب، اکسیژن، دی اکسید کربن، و متان استفاده کند. و سایر مواد شیمیایی یکی از منظومههای سیارهای که وب مطالعه خواهد کرد، حدود 40 سال نوری از ما فاصله دارد: ستارهای کوچک به نام ، که توسط هفت سیاره به اندازه زمین میچرخد که سه سیاره از آنها -1TRAPPIST در منطقهای میچرخند که دمای آن برای تشکیل آب مایع به اندازه کافی مالیم باشد. محققان به ویژه برای اندازه گیری متا ن و دی اکسید کربن در جو سیاره چهارم هیجان زده هستند. "همه ما می خواهیم زمین دیگری پیدا کنیم، اینطور نیست؟" کوین استیونسون، ستاره شناس آزمایشگاه فیزیک کاربردی جان هاپکینز، گفت. وب اولین ..فرصتی را برای ما فراهم می کند تا واقعاً به این سؤال پاسخ دهیم