تکامل باورنکردنی تلسکوپ های فروسرخ ناسا

دانشمندان به مدت 40 سال جهان را با تلسکوپ های فضایی مادون قرمز، از جمله این ماموریت های ناسا، از سمت چپ مطالعه کرده اند: ماهواره نجوم فروسرخ (IRAS)، که در سال 1983 پرتاب شد. تلسکوپ فضایی اسپیتزر که در سال 2003 پرتاب شد. و تلسکوپ فضایی جیمز وب، پرتاب در سال 2021 اعتبار: NASA/JPL-Caltech

تلسکوپ وب پنجره جدیدی به روی کیهان گشود، اما بر اساس ماموریت های 40 سال پیش، از جمله اسپیتزر و ماهواره نجوم فروسرخ، ساخته شده است.

در 25 دسامبر ناسا دوسالگی راه اندازی را جشن خواهند گرفت تلسکوپ فضایی جیمز وب – بزرگترین و قدرتمندترین رصدخانه فضایی تاریخ. وضوح تصاویر او الهام بخش جهان شد و دانشمندان تازه شروع به کشف فضل علمی او کرده اند.

موفقیت وب مبتنی بر چهار دهه تلسکوپ فضایی است که نور فروسرخ (که با چشم غیرمسلح نامرئی است) را نیز شناسایی می کند – به ویژه کار دو تلسکوپ بازنشسته ناسا با سالگردهای بزرگ در سال گذشته: ژانویه چهلمین سال از پرتاب در اخترشناسی فروسرخ بود. ماهواره (IRAS)، در حالی که آگوست بیستمین سالگرد پرتاب تلسکوپ فضایی اسپیتزر را رقم زد.

https://www.youtube.com/watch?v=-SnkkXFhY1k
از ناسا تلسکوپ فضایی جیمز وب بر اساس چهار دهه کار روی تلسکوپ‌های فضایی که نور فروسرخ را نیز شناسایی می‌کنند، به‌ویژه دو تلسکوپ دیگر بازنشسته ناسا: ماهواره نجوم فروسرخ (IRAS) و تلسکوپ فضایی اسپیتزر. اعتبار: ناسا/JPL-کلتک

این میراث در تصاویر ناسا از Rho Ophiuchus، یکی از نزدیک ترین مناطق ستاره ساز به زمین، می درخشد. IRAS بود اولین تلسکوپ مادون قرمز پرتاب شد در مدار زمین، بالای جو، که اکثر طول موج های فروسرخ را مسدود می کند. ابرهای متراکم از گاز و غبار رو اوفیوشی نور مرئی را مسدود می کند، اما دید مادون قرمز IRAS آن را به اولین رصدخانه ای تبدیل کرده است که از میان این لایه ها عبور می کند تا ستارگان تازه متولد شده را در اعماق درون خود آشکار کند.

بیست سال بعد، آشکارسازهای فروسرخ چندگانه اسپیتزر به ستاره شناسان کمک کرد تا سن خاص تری از بسیاری از ستارگان منطقه را تعیین کنند و بینشی در مورد چگونگی ارائه ستاره های جوان در سراسر جهان در حال توسعه هستند. نمای مادون قرمز حتی با جزئیات بیشتر وب فوران‌های فوران از ستارگان جوان و همچنین دیسک‌های مواد اطراف آنها را نشان می‌دهد – ترکیب منظومه‌های سیاره‌ای آینده.

ابرهای گاز و غبار در فضا – مانند رو اوفیوشی که در اینجا نشان داده شده است – عمدتاً نور مادون قرمزی را ساطع می کنند که چشم انسان قادر به تشخیص آن نیست. IRAS، اولین تلسکوپ فروسرخ در مدار زمین، در سال 1983 از این منطقه تصویربرداری کرد و ویژگی های پنهان قبلی، از جمله ستارگان تازه شکل گرفته در اعماق غبار را آشکار کرد. اعتبار: NASA/JPL-Caltech

مثال دیگر Fomalhaut است، ستاره ای که توسط قرصی شبیه به کمربند سیارکی ما احاطه شده است. چهل سال پیش، این دیسک یکی از اکتشافات اصلی IRAS بود، زیرا به شدت وجود حداقل یک سیاره را پیشنهاد می کرد، در زمانی که سیارات خارج از منظومه شمسی هنوز کشف نشده بودند. مشاهدات بعدی اسپیتزر نشان داد که این دیسک دو بخش دارد – یک منطقه سرد، بیرونی و یک منطقه گرم و درونی – و شواهد بیشتری برای سیارات نشان داد.

بسیاری از تلسکوپ های دیگر، از جمله تلسکوپ ناسا تلسکوپ فضایی هابلاز آن زمان تاکنون مشغول مطالعه Fomalhout بوده‌اند و در اوایل سال جاری تصاویری از وب واضح‌ترین تصویری را که تاکنون از ساختار دیسک به دست آمده به دانشمندان ارائه کردند. دو حلقه سنگ و گاز که قبلاً دیده نشده بود را در دیسک داخلی نشان داد. ترکیب کار نسل‌های تلسکوپ، داستان Fomalhout را به وضوح می‌آورد.

Ro Ophiuchus همچنین توسط تلسکوپ فضایی اسپیتزر ناسا تصویربرداری شده است. اسپیتزر نسبت به پیشینیان خود میدان دید وسیع تری داشت و وضوح بهتری داشت که این تصویر دقیق تر از منطقه و همچنین اطلاعات بیشتری در مورد تشکیل ستاره ارائه می کرد. اعتبار: NASA/JPL-Caltech/Harvard-Smithsonian CfA

یک بررسی نجومی مادون قرمز رویایی

زمانی که IRAS در سال 1983 پرتاب شد، دانشمندان مطمئن نبودند که این ماموریت چه چیزی را فاش خواهد کرد. آنها نمی توانستند پیش بینی کنند که مادون قرمز در نهایت تقریباً در همه زمینه های نجوم، از جمله مطالعه تکامل کهکشانبر چرخه زندگی ستاره هابر منبع غبار کیهانی در همه جابر جو سیارات فراخورشیدیبر حرکت سیارک ها و دیگر اجرام نزدیک به زمینو حتی ماهیت یکی از بزرگترین اسرار کیهانی تاریخ، انرژی تاریک.

IRAS آغازی برای رهبری اروپا بود رصدخانه فضایی مادون قرمز (ISO) و رصدخانه فضایی هرشل; بر ماهواره AKARI به رهبری ژاپن; کاوشگر پیمایشی مادون قرمز منطقه وسیع ناسا (WISE).و در هوای آژانس سوفیا (رصدخانه استراتوسفری برای نجوم فروسرخ)، و همچنین بسیاری رصدخانه های بالون.

تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا Rho Ophiuchus را مانند قبل نشان داد و ویژگی‌های جدیدی از منطقه ستاره‌شناس را در این تصویر خیره‌کننده از سال 2023 به اخترشناسان نشان داد. Webb بر اساس میراث تلسکوپ‌های فروسرخ مانند IRAS و Spitzer ساخته شده است. با احترام: NASA، ESA، CSA، STScI، Klaus Pontoppidan (STScI)

مایکل ورنر، اخترفیزیکدان در آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا (JPL) در کالیفرنیای جنوبی می‌گوید: «نور فروسرخ برای درک اینکه از کجا آمده‌ایم و چگونه به اینجا رسیده‌ایم، چه در بزرگ‌ترین و چه در کوچک‌ترین مقیاس اخترفیزیک، ضروری است. ورنر، که در مشاهدات فروسرخ متخصص است، به عنوان دانشمند پروژه برای اسپیتزر خدمت می کند. ما از فروسرخ برای نگاه کردن به فضا و زمان استفاده می کنیم تا به ما کمک کند تا بفهمیم جهان مدرن چگونه به وجود آمده است. و مادون قرمز به ما امکان می دهد شکل گیری و تکامل ستارگان و سیارات را مطالعه کنیم، که به ما در مورد تاریخچه منظومه شمسی خودمان می گوید.

مفهوم هنرمند از ماهواره نجوم فروسرخ (IRAS) در مدار. اعتبار: NASA/JPL

به اسپیتزر

اگر IRAS یک مأموریت مسیریابی بود، اسپیتزر برای آن طراحی شده بود در اعماق جهان فروسرخ شیرجه بزنید. بسیاری از اهداف سیاره‌ای وب در اولین سال زندگی‌اش قبلاً بوده است با اسپیتزر مطالعه کردکه به لطف میدان دید وسیع و وضوح نسبتاً بالا، طیف وسیعی از اهداف علمی را دنبال می کند. اسپیتزر در طول ماموریت 16 ساله خود شگفتی های جدیدی را از لبه جهان (از جمله برخی از دورترین کهکشان هایی که تاکنون مشاهده شده است در آن زمان) به منظومه شمسی خودمان (به عنوان یک یک حلقه جدید در اطراف زحل). محققان همچنین از دریافت این که تلسکوپ ابزاری عالی برای این کار است شگفت زده شدند مطالعه سیارات فراخورشیدی (سیارات خارج از منظومه شمسی)، چیزی که هنگام ساختن آن انتظارش را نداشتند.

این تصویر برداشت یک هنرمند از تلسکوپ فضایی اسپیتزر را نشان می دهد. پس زمینه تصویر مادون قرمز اسپیتزر از هواپیمای کهکشان راه شیری را نشان می دهد. اعتبار: NASA/JPL

با هر تلسکوپ، شما فقط به خاطر خودش داده نمی گیرید. شان کری، مدیر سابق مرکز علمی اسپیتزر در IPAC، یک مرکز پردازش داده و علم در Caltech، گفت: شما یک سوال خاص یا یک سری سوالات می‌پرسید. به دلیل دانشی که با تلسکوپ هایی مانند اسپیتزر و IRAS به دست آورده ایم، سوالاتی که می توانیم با وب بپرسیم بسیار پیچیده تر و متنوع تر هستند.

مفهوم هنرمند تلسکوپ فضایی جیمز وب. اعتبار: ناسا

برای مثال، کری گفت: «ما سیارات فراخورشیدی را با اسپیتزر و هابل کاوش کرده‌ایم و متوجه شده‌ایم که با تلسکوپ فروسرخ در آن منطقه چه کارهایی می‌توانید انجام دهید، چه نوع سیاراتی جالب‌تر هستند، و چه چیزهایی می‌توانید در مورد آن بیاموزید. آنها بنابراین وقتی وب راه اندازی شد، ما پریدیم سیاره فراخورشیدی از ابتدا یاد بگیرید.

ماموریت طیف فتومتر ناسا برای تاریخ کیهان، عصر یونیزاسیون و کاوشگر یخ ها (SPHEREx) به اخترشناسان کمک می کند تا هم جهان ما را درک کنند و هم اینکه چقدر مواد تشکیل دهنده حیات در منظومه های سیاره ای کهکشان ما مشترک هستند. اعتبار: Caltech

وب همچنین راه را برای ماموریت های مادون قرمز آینده هموار می کند. ناسا می آید SPHEREx ماموریت (Spectro-Photometer for the History of Universe, Epoch of Reionization and Ices Explorer) و همچنین رصدخانه پرچمدار بعدی آژانس، تلسکوپ فضایی نانسی گریس رمبه کاوش جهان در پرتوهای فروسرخ ادامه خواهد داد.

ایده هنرمند از تلسکوپ فضایی رومی نانسی گریس. اعتبار: مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا

اطلاعات بیشتر در مورد ماموریت ها

IRAS پروژه مشترک ناسا، آژانس برنامه هوافضای هلند و شورای تحقیقات علم و مهندسی بریتانیا بود. این ماموریت توسط JPL برای ناسا مدیریت شد. Caltech در پاسادنا JPL را برای ناسا اجرا می کند.

JPL مأموریت تلسکوپ فضایی اسپیتزر را برای اداره مأموریت علمی ناسا در واشنگتن دی سی تا زمانی که این مأموریت در ژانویه 2020 بازنشسته شد، اداره می کرد. عملیات علمی در مرکز علمی اسپیتزر در Caltech انجام شد. عملیات فضاپیما در فضای لاکهید مارتین در لیتلتون، کلرادو مستقر شد. داده ها در آرشیو علوم مادون قرمز که توسط IPAC در Caltech مدیریت می شود، بایگانی می شوند.

تلسکوپ فضایی جیمز وب برترین رصدخانه علوم فضایی جهان است. وب اسرار منظومه شمسی ما را حل می کند، به فراتر از جهان های دور در اطراف ستاره های دیگر نگاه می کند و ساختارها و منشاء اسرارآمیز جهان و مکان ما در آن را بررسی می کند. Webb یک برنامه بین المللی است که توسط ناسا با شرکای خود ESA هدایت می شود.آژانس فضایی اروپا) و CSA (آژانس فضایی کانادا).