ایده استفاده از تلسکوپ‌های فضایی اولین بار از سوی لیمان اسپیتزر درسال ۱۹۴۶ مطرح شد. انگیزه دانشمندان از ارائه طرح‌های مفهومی این‌چنینی، مشاهده کیهان در طیف گسترده‌تر و بدون مزاحمت اتمسفر زمین بوده، در واقع از بین امواج گوناگون الکترومغناطیسی، فقط نور مرئی و بخش کوچکی از طول موج‌های مادون قرمز و بخشی از طول موج رادیویی از جو زمین عبو می‌کند و مابقی به وسیله جو زمین جذب یا منعکس می‌شود. بنابراین تلسکوپ‌های فضایی با قرار گرفتن در بالای اتمسفر نادیدنی‌ها را رصد می‌کنند.
تلسکوپ‌های فضایی از سال ۱۹۶۸ و به صورت‌های گوناگون مورد استفاده قرار گرفتند. تاکنون اثرگذارترین تلسکوپ فضایی، هابل بوده که تکامل‌یافته همان طرح اسپیتزر است و در سال ۱۹۹۰ پرتاب شده و هنوز در مدار زمین فعال است.
تلسکوپ فضایی جیمز وب بزرگ‌ترین و قدرتمند‌ترین تلسکوپ حال حاضر است که ساخت آن از سال ۲۰۰۴ آغاز شده و بیش از ده هزار نفر از مهندسان و دانشمندان از ۳۰۰ دانشگاه در این پروژه مشارکت داشته‌اند. مجریان اصلی پروژه جیمز وب، آژانس فضایی آمریکا (Nasa)، اروپا (ESA) و کانادا (CSA) هستند و تاکنون حدود ده میلیارد دلار صرف این پروژه کرده‌اند.
دیر رسیدن بهتر از هرگز نرسیدن است!
تلسکوپ فضایی جیمز وب در مدار زمین-خورشید و در نقطه لاگرانژی دوم سیستم دوتایی زمین و خورشید (نقاط لاگرانژی در یک سیستم دوتایی نقاطی هستند که برآیند نیروهای گرانشی دو جسم در آن نقطه دقیقا نیروی جانب مرکز لازم برای جسمی که در آن نقطه قرار می‌گیرد را فراهم می‌کند)، در فاصله ۱۵۰ میلیون کیلومتری از زمین مستقر خواهد شد و برخلاف تلسکوپ فضایی هابل دسترسی و تعمیر آن تقریبا ناممکن به نظر می‌آید. به همین دلیل لازم است تمامی مراحل مأموریت و عملکرد تمامی قطعات تلسکوپ بارها مورد آزمایش قرار بگیرند.
جیمز وب اولین بار قرار بود در سال ۲۰۱۱ پرتاب شود، اما تصمیم ناسا برای جایگزین کردن برخی قطعات باعث شد پرتاب برای سال ۲۰۱۳ برنامه‌ریزی شود. در سال ۲۰۱۲ در حالی که بخش‌های مختلف تلسکوپ آزمایشات خود را پشت سر می‌گذاشتند، ناسا متوجه شد که بودجه موردنیاز برای پروژه تقریبا دو برابر میزان برآورد شده و حدود ۸.۸ میلیاد دلار است. هم‌زمانی بحران اقتصادی آمریکا و محدود کردن بودجه پروژه‌های فضایی با این قضیه باعث شد که ناسا پرتاب را به ۷ سال بعد، یعنی ۲۰۱۸ موکول کند. در واقع این تصمیم ناسا برای جلوگیری از لغو پروژه گرفته شد. در طی این هفت سال آزمایشات بیشتری طراحی شدند تا احتمال خطا در پروژه به نزدیک صفر برسد، چرا که کوچک‌ترین خطایی در عملکرد تلسکوپ هزینه میلیاردی انجام‌شده را از بین می‌برد.
با فرارسیدن سال ۲۰۱۸ مجددا مشکلات فنی زیادی در تلسکوپ وجود داشت که ناشی از خطای انسانی، کم‌تجربگی و پیچیدگی بسیار بالای زیرسیستم‌ها بود. این بار با تخمینی خوش‌بینانه تاریخ پرتاب به مارس ۲۰۲۱ تغییر یافت که در سال‌های اخیر با شیوع کووید-۱۹ و محدودیت فعالیت‌ها مجددا تأخیر چندماهه‌ای در این پروژه ایجاد شد، اما سرانجام با نهایی شدن آزمایشات، جیمز وب به محل پرتاب منتقل شد و در صورت مساعد بودن شرایط جوی در نخستین روزهای دی به مقصد ابدی خود در فضا پرتاب خواهد شد.
در تمام این فرازونشیب‌ها صرف هزینه‌های گزاف مالی و علمی روی چنین پروژه‌ای همواره محل نقدهای بسیار بوده است.
چشم جهانی نگران چشم جهان
این تلسکوپ ده میلیارد دلاری قرار است که با موشک آریان ۵ از ایستگاه گویان واقع در آمریکای جنوبی به فضا پرتاب شود. این موشک از سوی شرکت فرانسوی آریان‌اسپیس و به سفارش آژانس فضایی اروپا طراحی و ساخته شده و تا کنون بیش از ۱۰۰ پرتاب را با موفقیت به انجام رسانده است. هر پرتاب آریان ۵ حدود ۱۵۰ میلیون دلار هزینه دارد. کلاهک ۵.۴ متری این موشک از بزرگ‌ترین کلاهک‌های موجود در جهان است، با این حال جیمز وب برای جا شدن در این کلاهک باید مانند اوریگامی تا شود، چرا که آینه‌های جیمز ۶.۳ متر طول دارند و سپرهای خورشیدی آن به اندازه یک زمین تنیس است!
۲۹ روز نفس‌گیر:
چالش برانگیزترین بخش مأموریت بازه جدا شدن تلسکوپ از موشک تا استقرار کامل آن در مدار موردنظر است. در مورد جیمز وب ۱۷۸ مکانیسم رهاسازی باید به‌طور صحیح انجام شود. نقص در هرکدام از این مکانیسم‌ها این تلسکوپ ده میلیارد دلاری را تبدیل به زباله فضایی می‌کند!
برخی از عملکردهای اصلی در طی این ۲۹ روز به شرح زیر است:
بخش اصلی تلسکوپ شامل آینه ۶.۵ متری با ساختار مقعر است که از ۱۸ شش‌ضلعی کوچک‌تر تشکیل شده، این آینه‌ها از جنس بریلیوم و روکش طلا هستند. مجموع طلای به‌کاررفته در جیمز وب حدود ۵ گرم است!
استارترکر (Star Tracker) برای تعیین موقعیت تلسکوپ در فضا به کار می‌رود و باس فضاپیما (Spacecraft Bus) مسئول پردازش اطلاعات دریافت‌شده است.
در تصویر اجزای مختلف جیمزوب نشان داده شده که به کاربرد هر یک پیش‌تر اشاره شد. کاربردهایی که از نظر مفهومی ساده بنظر می‌رسد، اما طراحی و عملی کردن آنها در استانداردهای فضایی، مرزهای مهندسی را به چالش می‌کشد.
آنچه نادیدنی‌ست، آن بینی!
تلسکوپ فضایی جیمز وب اساسا قرار است جایگزین هابل باشد، بنابراین تمامی فعالیت‌های هابل را می‌توان از جیمز وب انتظار داشت. آینه‌های جیمز حدودا ۳ برابر آینه‌های هابل طول دارد، اما وزن آن ۶۲۰۰ کیلوگرم، یعنی تقریبا نصف وزن هابل است. همچنین مدار این دو تلسکوپ باهم فرق دارد که به جیمز وب قابلیت‌هایی فراتر از هابل خواهد داد.
جیمز وب به نقطه‌ای از فضا و زمان خیره خواهد شد که پیش از این هرگز دیده نشده است؛ بیش از ۱۳.۵ میلیارد سال پیش، زمانی که اولین کهکشان‌ها و ستارگان در حال شکل‌گیری بوده‌اند. این امکان برای نگاه به گذشته در واقع به کمک پدیده انتقال به سرخ و به علت گسترش کیهان، برای ما ایجاد می‌شود. تلسکوپ جیمز وب با حساسیتی بی‌سابقه برای دریافت طیف مادون قرمز طراحی شده است.
نه تنها برای چشم‌اندازهای دوردست، بلکه جیمز وب برای رصد سیارات منظومه خورشیدی نیز مفید خواهد بود. مأموریت دیگر این تلسکوپ مشاهده و مطالعه منشأ، ساختار و روند تکامل سیارات منظومه خورشیدی است. همچنین جیمز وب وظیفه دارد سیارات فراخورشیدی را که اطراف ستاره دیگری جز خورشید در گردش‌اند مطالعه کند. جیمز وب برای این مطالعات از تکنیک طیف‌سنجی انتقالی استفاده خواهد کرد و از این طریق اطلاعات ارزشمندی در مورد ترکیبات اتمسفر این سیارات کسب می‌کند. در این مورد سیاراتی که در مناطق قابل سکونت منظومه‌ها قرار دارند و شانس وجود آب مایع در آنها بالاست، بیشتر مورد توجه هستند. از مقایسه نتایج این دو مطالعه اطلاعات ارزشمندی درمورد زندگی در خارج از زمین و حیات بیگانه حاصل می‌شود که می‌تواند زمینه‌ساز اکتشاف بعدی انسان در اعماق فضا باشد.
البته باید توجه داشت اینها صرفا بخش پیش‌بینی‌شده مأموریت تلسکوپ جیمز وب است، آنچه که جذابیت پروژه‌های فضایی را دو چندان می‌کند، این است که همواره در اعماق فضا چیزی منتظر کشف شدن است، چیزی که ما هرگز منتظر مشاهده آن نبودیم!
ولخرجی یا شاهکار مهندسی؟
با توجه به هزینه‌های زیاد مالی و انرژی‌ای که معمولا صرف پروژه‌های فضایی می‌شود، این‌دست از پروژه‌های بلندپروازنه علی‌رغم موفقیت‌های حداکثری همواره نقدهای بسیاری را متحمل هستند. جیمز وب نیز از این قضیه مستثنی نبوده است.
از مهم‌ترین نقدها این است که حتی با فرض موفقیت حداکثری آیا این پروژه ۱۷ سال و ۱۰ میلیارد دلار ارزش دارد؟ آیا بهتر نبود همین هزینه صرف بهبود احوال زمین شود؟
در یک پاسخ مبتنی بر تاریخ می‌توان گفت دستاورد بشریت از پروژه‌های فضایی در طی انجام آن پروژه میسر می‌شود. بیشتر تکنولوژی‌های به‌کاررفته در جیمز وب و همه پروژه‌های فضایی، برای اولین بار مورد استفاده قرار گرفته‌اند و برخی دیگر حاصل بهبود تکنولوژی‌های پیشین هستند. برای مثال سعی کنید زندگی بدون GPS را تصور کنید و سپس در تاریخ دنبال کنید چه چیزی امکان توسعه آن را فراهم آورده است.
از زاویه‌ای دیگر، پروژه جیمز وب و مانند آن، بهای پرسش‌های بنیادین آدمی است؛ بهایی که انسان می‌پردازد تا بیشتر بداند، تا یک قدم به آغاز جهان نزدیک‌تر شود، تا چگونگی و شاید روزی چرایی کیهان را درک کند.
