وكالة ناسا يواصل إعادة تعريف فهمنا للكون

الفضاء ليس صعبا فقط بسبب علم الصواريخ. إن مهمة نقل مهمة ناسا من التطوير والتمويل إلى البناء والإطلاق - كل ذلك قبل أن نستخدم الشيء للأغراض العلمية - يمكن أن تمتد لعقود. لقد تم قضاء حياتهم المهنية بأكملها في وضع قمر صناعي واحد في الفضاء. وقد ساعد جون ماثر، عالم الفيزياء في وكالة ناسا الحائز على جائزة نوبل، في إرسال اثنين بالفعل.

في كتابهم الجديد، داخل مصنع النجوم: إنشاء تلسكوب جيمس ويب الفضائي، أكبر وأقوى مرصد فضائي تابع لناسا، يأخذ المؤلف كريستوفر وانجيك والمصور كريس جان القراء في جولة خلف الكواليس لرحلة تلسكوب جيمس ويب الفضائي. من البداية إلى المدار. فحوصات النسيج لتكنولوجيا التصوير الجذرية التي تمكننا من التعمق في الكون المبكر أكثر من أي وقت مضى مع لمحات عن الباحثين والمستشارين والمديرين والمهندسين والفنيين الذين جعلوا ذلك ممكنًا خلال ثلاثة عقود من الجهد. في مقتطف من كتاب "الكتابة" لهذا الأسبوع، نظرة على عالم مشروع JWST جون ماثر ورحلته غير المحتملة من ريف نيوجيرسي إلى وكالة ناسا.
جون ماثر رجل صبور. استغرق حصوله على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2006 ثلاثين عامًا. تلك الجائزة، للأدلة القاطعة على الانفجار الكبير، كانت مبنية على آلة بحجم حافلة تسمى COBE، وهي مهمة أخرى لناسا لم تحدث تقريبًا. تصميم دراما؟ كنت هناك. هل تتنقل بين التأخيرات غير المتوقعة؟ فعلت ذلك. كان اختيار ناسا لماذر كعالم في مشروع JWST بمثابة بصيرة خالصة.

مثل ويب، كان من المقرر أن يكون COBE - مستكشف الخلفية الكونية - بمثابة آلة زمنية للكشف عن لقطة من الكون المبكر. كان العصر المستهدف بعد 370 ألف سنة فقط من الانفجار الكبير، عندما كان الكون لا يزال ضبابًا من الجسيمات الأولية دون بنية يمكن تمييزها. وهذا ما يسمى بعصر إعادة التركيب، عندما يبرد الكون الساخن إلى نقطة تسمح للبروتونات بالارتباط بالإلكترونات لتكوين الذرات الأولى، معظمها هيدروجين مع رش من الهيليوم والليثيوم. ومع تشكل الذرات، انقشع الضباب، وأصبح الكون واضحا. اخترق الضوء. هذا الضوء القديم، من الانفجار الكبير نفسه، موجود معنا اليوم كبقايا من إشعاع الموجات الدقيقة تسمى الخلفية الكونية الميكروويفية.

طويل القامة ولكن ليس مهيبًا أبدًا، ومتطلبًا ولكنه لا يعني أبدًا، ماذر هو دراسة في التناقضات. قضى طفولته على بعد ميل واحد فقط من طريق أبالاتشيان في مقاطعة ساسكس الريفية، نيو جيرسي، حيث كان أصدقاؤه منشغلين بالأمور الدنيوية مثل الأعمال المنزلية في المزرعة. ومع ذلك، كان ماثر، الذي كان والده متخصصًا في تربية الحيوانات والإحصاء، مهتمًا أكثر بالعلوم والرياضيات. في سن السادسة، استوعب مفهوم اللانهاية عندما ملأ صفحة في دفتر ملاحظاته برقم كبير جدًا وأدرك أنه يستطيع الاستمرار إلى الأبد. لقد حمل نفسه بالكتب من مكتبة متنقلة كانت تزور المزارع كل أسبوعين. كان والده يعمل في محطة التجارب الزراعية بجامعة روتجرز وكان لديه مختبر في المزرعة مزود بمعدات النظائر المشعة لدراسة التمثيل الغذائي وخزانات النيتروجين السائل مع السائل المنوي المجمد للثيران. كان والده أيضًا أحد أوائل مستخدمي أجهزة الكمبيوتر في المنطقة، حوالي عام 1960، حيث كان يحتفظ بسجلات إنتاج الحليب لـ 10000 بقرة على بطاقات IBM المثقوبة. وكانت والدته، وهي معلمة في مدرسة ابتدائية، متعلمة تمامًا أيضًا، وعززت اهتمام جون الصغير بالعلوم.

وفي نهاية المطاف، دفعت فرصة الطقس الدافئ على مدار العام ماثر في عام 1968 إلى جامعة كاليفورنيا، بيركلي، للدراسات العليا في الفيزياء. كان سينضم إلى حشد من الناس مفتونين بإشعاع الخلفية الكونية الميكروي المكتشف حديثًا، والذي تم اكتشافه بالصدفة في عام 1965 من قبل علماء الفلك الراديوي أرنو بينزياس وروبرت ويلسون. ابتكر مستشار أطروحته تجربة بالون لقياس طيف أو لون هذا الإشعاع لمعرفة ما إذا كان قد جاء بالفعل من الانفجار الكبير. (إنه كذلك.) والشيء الواضح التالي هو رسم خريطة لهذا الضوء لنرى، كما اقترحت النظرية، ما إذا كانت درجة الحرارة تتغير بشكل طفيف عبر السماء. وبعد سنوات، هذا ما وجده هو وفريق COBE: تباين الخواص، وهو توزيع غير متساوٍ للطاقة. تشير هذه التقلبات في درجات الحرارة الصغيرة إلى تقلبات في كثافة المادة، كافية لوقف التوسع، على الأقل محليًا. ومن خلال تأثير الجاذبية، ستتجمع المادة في بحيرات كونية لتشكل النجوم والمجرات بعد مئات الملايين من السنين. في جوهر الأمر، ماذر و حقام الفريق بالتقاط مخطط صوتي لكون الرضيع.

ومع ذلك، فإن مهمة COBE، مثل ويب، عانت من النكسات. اقترح ماذر والفريق مفهوم المهمة (للمرة الثانية) في عام 1976. وقبلت ناسا الاقتراح، ولكن في ذلك العام، أعلنت أن هذا القمر الصناعي ومعظم القمر الصناعي الآخر منذ ذلك الحين فصاعدًا سيتم تسليمه إلى المدار بواسطة المكوك الفضائي، والذي كان في حد ذاته لا يزال قيد التشغيل. في التنمية. وسيكشف التاريخ حماقة مثل هذه الخطة. فهم ماذر على الفور. أدى هذا إلى ربط تصميم COBE بحجرة الشحن الخاصة بالمكوك غير المبني. سيحتاج المهندسون إلى تلبية المتطلبات الدقيقة للكتلة والحجم لسفينة لم تحلق بعد. الأمر الأكثر إزعاجًا هو أن COBE يتطلب مدارًا قطبيًا، وهو ما يصعب على المكوك الفضائي توصيله. كان فريق COBE مثقلًا بعد ذلك بتخفيضات الميزانية والتسويات في تصميم COBE نتيجة لتجاوز التكاليف لمهمة رائدة أخرى في علوم الفضاء، وهي القمر الصناعي الفلكي بالأشعة تحت الحمراء، أو IRAS. ومع ذلك، استمر العمل الشاق في تصميم أدوات حساسة بدرجة كافية لاكتشاف التغيرات في درجات الحرارة التي لا تتجاوز بضع درجات فوق الصفر المطلق، أي حوالي 270 درجة مئوية تحت الصفر. منذ عام 1980 فصاعدًا، كان ماذر منشغلًا بإنشاء COBE طوال اليوم وكل يوم. كان الفريق بحاجة إلى اختصار الأمور واتخاذ قرارات محفوفة بالمخاطر للبقاء في حدود الميزانية. وردت أنباء عن إطلاق COBE في مهمة المكوك الفضائي STS-82-B في عام 1988 من قاعدة فاندنبرج الجوية. جميع الأنضمة داهبة.

ثم انفجر المكوك الفضائي تشالنجر في عام 1986، مما أسفر عن مقتل جميع أفراد طاقمه السبعة. ناسا أوقفت رحلات المكوك إلى أجل غير مسمى. COBE، الذي أصبح الآن مقيدًا بمواصفات المكوك، لم يتمكن من الإطلاق على أي نظام صاروخي آخر. كان COBE كبيرًا جدًا بالنسبة لصاروخ دلتا في هذه المرحلة؛ ومن المفارقات أن ماذر كان يضع دلتا في ذهنه في أول رسم له في عام 1974. وتطلع الفريق إلى أوروبا بحثًا عن مركبة إطلاق، لكن هذا لم يكن خيارًا بالنسبة لناسا. وبدلاً من ذلك، قاد مديرو المشروع عملية إعادة تصميم لتخفيض مئات الجنيهات، لتقليص كتلة الإطلاق إلى 5000 رطل، مع الوقود، الأمر الذي سيجعلها ضمن حدود الدلتا ببضعة أرطال. أوه، واضطر ماكدونيل دوغلاس إلى بناء صاروخ دلتا من قطع الغيار، بعد أن اضطر إلى وقف السلسلة لصالح مكوك الفضاء.

عمل الفريق على مدار الساعة خلال العامين المقبلين. كان التحدي الأخير في التصميم هو... انتظر... حاجب الشمس الذي يجب الآن طيه داخل الصاروخ وإطلاقه مرة واحدة في المدار، وهو أسلوب جديد. حصلت COBE على الضوء الأخضر للإطلاق من قاعدة فاندنبرج الجوية في كاليفورنيا، وهو الموقع المطلوب في الأصل لأنه سيوفر وصولاً أسهل إلى مدار قطبي مقارنة بإطلاق مكوك من فلوريدا. تم تحديد موعد الإطلاق في نوفمبر 1989. وتم تسليم COBE قبل عدة أشهر.

ثم، في السابع عشر من أكتوبر، اهتزت أرض كاليفورنيا بشدة. ضرب زلزال بقوة 6.9 درجة مقاطعة سانتا كروز، مما تسبب في أضرار واسعة النطاق للمباني. وشعر فاندنبرج، الذي يقع على بعد 200 ميل جنوبًا، بالهزة. ولحسن الحظ، تم تثبيت COBE بشكل آمن فقط لأن اثنين من المهندسين المشرفين عليه قاما بتأمينه في ذلك اليوم قبل الذهاب للزواج. لم تتعرض الآلة لأي ضرر وتم إطلاقها بنجاح في 18 نوفمبر. وجاءت المزيد من الدراما مع الرياح العاتية في يوم الإطلاق. تبع ذلك مخاوف لا تعد ولا تحصى في الأسابيع الأولى من التشغيل: فقد برد منظم البرد بسرعة كبيرة؛ أدى انعكاس ضوء الشمس على الجليد في القطب الجنوبي إلى إحداث فوضى في نظام الطاقة. أدت الإلكترونات والبروتونات المحاصرة في أحزمة فان ألين إلى تعطيل عمل الإلكترونيات؛ وما إلى ذلك وهلم جرا.

تلاشت كل التأخيرات، وكل الدراما، في ذاكرة بعيدة بالنسبة لماذر مع ظهور نتائج تجربة COBE. وقد يستغرق تجميع البيانات أربع سنوات. لكن النتائج كانت مذهلة. جاءت النتيجة الأولى بعد أسابيع من الإطلاق، عندما عرض ماذر الطيف على الجمعية الفلكية الأمريكية وحظي بحفاوة بالغة. كان الانفجار الكبير آمنًا كنظرية. وبعد ذلك بعامين، في اجتماع للجمعية الفيزيائية الأمريكية في أبريل 1992، أظهر الفريق أول خريطة لهم. البيانات مطابقة للنظرية تماما. كان هذا هو الشفق الناتج عن الانفجار الكبير الذي كشف عن البذور التي ستنمو لتصبح نجومًا ومجرات. ووصفه الفيزيائي ستيفن هوكينج بأنه "أهم اكتشاف في القرن، إن لم يكن في كل العصور".

تحدث ماثر بتواضع عن هذا الاكتشاف في خطاب قبوله جائزة نوبل في عام 2006، ونسب الفضل الكامل لفريقه الرائع وزميله جورج سموت، الذي تقاسم الجائزة معه في ذلك العام. لكنه لم يقلل من أهمية الإنجاز. وأشار إلى أنه يشعر بسعادة غامرة إزاء "الاعتراف الأوسع بأن عملنا كان على نفس القدر من الأهمية الذي عرفه الأشخاص في عالم علم الفلك الاحترافي منذ فترة طويلة".

ويحافظ ماذر على هذه الواقعية اليوم. ورغم قلقه بشأن التأخير، والتهديدات بالإلغاء، وتجاوز التكاليف، والعداء غير الخفي في المجتمع العلمي الأوسع بشأن "التلسكوب الذي أكل علم الفلك"، فإنه لم يترك هذا الأمر يستهلكه هو أو فريقه. وقال: “ليس هناك أي فائدة من محاولة إدارة مشاعر الآخرين”. "إن الكثير من آراء المجتمع هي: "حسنًا، لو كنت أمتلك النيكل، لكنت أنفقته بشكل مختلف". لكن الأمر ليس كذلك.

ليس النيكل الخاص بهم. والسبب وراء حصولنا على النيكل في المقام الأول هو أن وكالة ناسا تواجه تحديات كبيرة بشكل لا يصدق. لقد وافق الكونجرس على مواجهتنا لتحديات كبيرة. والتحديات العظيمة ليست مجانية. شعوري هو أن السبب الوحيد وراء وجود برنامج لعلم الفلك في وكالة ناسا ليستمتع به أي شخص - أو يشتكي منه - هو أننا نقوم بمشاريع صعبة بشكل مدهش. نحن ندفع إلى حافة ما هو ممكن”.

وأضاف ماذر أن ويب ليس أفضل قليلاً من تلسكوب هابل الفضائي؛ إنها أقوى بمئة مرة. ومع ذلك، فإن مصدر قلقه الأكبر خلال تصميم المهمة لم يكن أدوات علم الفلك المتقدمة، بل درع الشمس الضخم الذي كان يجب أن ينفتح. تم تصميم التكرار في جميع الأدوات وجميع آليات النشر؛ هناك طريقتان أو أكثر لجعلها تعمل في حالة فشل الطريقة الأساسية. ولكن هذه ليست المشكلة الوحيدة مع حاجب الشمس. إما أن تعمل أو لا تعمل.

الآن يستطيع ماذر التركيز بشكل كامل على العلوم التي يجب الحصول عليها. يتوقع المفاجآت. سوف يتفاجأ إذا لم تكن هناك مفاجآت. وقال: "كل شيء تقريبًا في علم الفلك يأتي بمثابة مفاجأة". "عندما يكون لديك معدات جديدة، سوف تحصل على مفاجأة." حدسه هو أن ويب قد يكشف شيئًا غريبًا عن الكون المبكر، وربما وفرة من الأجسام قصيرة العمر التي لم يسبق لها مثيل والتي تقول شيئًا عن الطاقة المظلمة، أو القوة الغامضة التي يبدو أنها تعمل على تسريع توسع الكون، أو القوة الغامضة بنفس القدر. المادة المظلمة. كما أنه لا يستطيع الانتظار حتى يقوم Webb بتحويل كاميراته إلى Alpha Centauri، وهو أقرب نظام نجمي إلى الأرض. ماذا لو كان هناك كوكب مناسب للحياة؟ ومن المفترض أن يتمتع ويب بالحساسية اللازمة لاكتشاف الجزيئات الموجودة في غلافه الجوي، إن وجدت.

قال ماثر: "سيكون ذلك رائعًا". تلميحات للحياة من أقرب نظام نجمي؟ نعم، رائع بالفعل.

المصدر: بوابة الوفد