טלסקופ החלל ווב: רואים רחוק. מאוד!

בימים אלה צפוי טלסקופ החלל וֶבּ לתפוס את מקומו של הטלסקופ האבל אחרי יותר מ־30 שנות פעילות. כמה רחוק במרחב ובזמן (!) יוכל להגיע וֶבּ? מה הוא רואה שעין אנושית אינה מסוגלת לקלוט? ואיך הוא יוכל לעזור לנו לגלות את סודות בריאת היקום?

כתב: גלעד יסעור, גליליאו צעיר

לגיליון דיגיטלי מתנה לחצו כאן

ב־24 באפריל 1990 שוגר טלסקופ החלל האבּל. בִּרְבות השנים הוא סיפק לנו תמונות מרהיבות ואִפשר אין־ספור תגליות שקידמו את המדע. בימים אלה יוצא לדרך טלסקופ חלל חדש – טלסקופ החלל על שם ג’יימס וֶבּ. בזכותו נוכל לערוך תצפיות רחוקות לעבר היקום כפי שהיה זמן לא רב לאחר המפץ הגדול, להביט אל המקומות הנסתרים שכוכבים נולדים בהם כדי להעמיק את הידע שלנו על תהליך היווצרותם, ולחקור פלנטות חוץ־שמשיות (כוכבי לכת שנמצאים מחוץ למערכת השמש).

מה מיוחד בטלסקופ החלל וב שבזכותו נוכל לגלות את כל הדברים האלה? קודם כול הוא גדול, גדול מאוד. קוטר המראה הראשית של האבל הוא 2.4 מטר. המראה הראשית של טלסקופ היא שמאפשרת לו לאסוף אור. להבדיל מהטלסקופים הראשונים שיוצרו עם עדשות, טלסקופים מודרניים, בעיקר הגדולים שבהם, מבוססים על מראות. ככל שהמראה גדולה יותר, יכולת איסוף האור של הטלסקופ גבוהה יותר. קוטר המראה הראשית של וב הוא 6.5 מטר, כלומר הוא יוכל לאסוף אור הרבה יותר מהאבל ולצפות באובייקטים עמומים ורחוקים מאוד.

ייחוד אחר שלו הוא סוג הקרינה שהוא מסוגל לקלוט. בני אדם מסוגלים לראות אור בטווח הצבעים שבין אדום לסגול – תחום האור הנראֶה. אך זהו רק חלק קטן מאוד מכלל סוגי הקרינה הקיימים בטבע. כל גוף חם למשל, גם אנחנו, פולט קרינה מסוג תת־אדום – אור שאיננו מסוגלים לראות. בעלי חיים שונים מצליחים לזהות את האור הזה, וכך למשל היתושים יודעים למצוא אותנו גם בחושך. מה לווב וליתושים? לפני כן נסביר על הִתפשטות היקום.

מביט אל העבר

בסוף שנות ה־20 של המאה ה־20 הכריז המדען אֶדווין האבּל (שעל שמו נקרא טלסקופ החלל) על תגליתו המהפכנית: היקום מתפשט. הוא הביט לעבר גלקסיות רבות ביקום וראה שהן מתרחקות מאיתנו. הוא זיהה שככל שהגלקסיה רחוקה יותר, כך היא מתרחקת מאיתנו מהר יותר. מה יכול להסביר זאת?

האם אנחנו גלקסיה מאוד לא נחמדה וכולם רוצים להתרחק מאיתנו, או שזו תופעה כללית של היקום? האפשרות השנייה היא הסבירה יותר, ולכן האבל הבין שהדרך היחידה שכל נקודה ביקום תראה את שאר היקום מתרחק ממנה, היא אם היקום עצמו מתרחב.

אפשר לדַמות את היקום המתרחב לכיכר לחם תופח עם צימוקים. ככל שהלחם תופח, המרחק בין הצימוקים הולך וגדל, וכל צימוק רואה את האחרים מתרחקים ממנו. אילו היינו צימוק, ככל שנביט על צימוק רחוק יותר מאיתנו, הוא יתרחק בקצב גבוה יותר, כי המרחק בינינו מלא ביותר בצק שתופח. אילו היה חוט שמחבר בין שני צימוקים לפני התפיחה, כדי להמשיך ולחבר ביניהם הוא היה צריך להתארך ולהתארך כל הזמן. 

נחזור לווב. וב מתוכנן לצפות רחוק מאוד־מאוד. במרחב, ובזמן. ככל שהוא יביט רחוק יותר, הוא יראה גלקסיות שלאור שלהן לקח זמן רב יותר להגיע אלינו, ולכן למעשה הוא יביט אל העבר! וב מתוכנן להביט יותר מ־13.5 מיליארד שנים אחורה בזמן, כמעט לראשית הזמן, לעבר הגלקסיות הרחוקות מאיתנו ביותר, וכך לחקור את היקום הצעיר שלאחר המפץ הגדול.

וב צופה כה רחוק, ולכן האור שהוא יראה נע ביקום מיליארדי שנים. האור עובר גם הסחה לאדום מכיוון שאור כחול משתנה לאדום ואור אדום משתנה לאור תת־אדום (התופעה הכללית נקראת אֵפֵקט דוֹפְּלֶר; רובכם מכירים אותה מכך שהצליל של צופר אמבולנס משתנה מגבוה לנמוך כאשר האמבולנס חולף על פניכם).

וב עתיד להביט כה רחוק עד שאפקט ההסחה לאדום יגרום לאור, שהיה במקור בתחום האור הנראה, להיראות לנו שייך לתחום התת־אדום. לכן, כמו יתושים, וב מביט בתחום תדרים זה.

רואה כוכבים נולדים

ההתמקדות בתחום התת־אדום תעזור לווב גם לצפות בכוכבים נולדים. רבים מהכוכבים נולדים בערפיליות. ערפילית היא ענן עצום של חומר (שעשוי בעיקר ממימן ומהֶליוּם) שקורס פנימה לתוך עצמו, עד שצפיפות החומר גבוהה דייה להיווצרות כוכב. בגלל שהתהליך מתרחש בלב ליבה של הערפילית, החומר הרב מסביב מפריע לראות את כל האקשן שמתרחש במרכז.

אפילו שהחומר מפריע לאור הנראה, קרינת התת־אדום עוברת דרך הערפילית כמעט ללא הפרעה. כך יוכל וב לראות את היווצרות הכוכבים.

איך משגרים ענק לחלל?

אמרנו שווב הוא טלסקופ ענקי, הוא למעשה גדול מכל חללית. אז איך משגרים אותו לחלל? כדי להיכנס למשגר הוא מתקפל, ממש כמו אוריגמי.

להבדיל מהמראה הראשית של האבל, שהיא מראה אחת שלמה, המראה הראשית של וב מורכבת מ־18 מראות קטנות בצורת משושים, שכולן יחד יוצרות מראה אחת גדולה. בעת השיגור, שש מראות (שלוש מכל צד) מתקפלות החוצה, וכך הוא נכנס למשגר. רק כשבועיים לאחר השיגור, כשכבר יהיה רחוק מאיתנו יותר מהירח, הוא יפרוס את חלקי המראה הצדדיים, והמראה הראשית תושלם.

בנוסף, המקום של וב בחלל יהיה שונה מאוד מזה של האבל. האבל מקיף את כדור הארץ בגובה של 540 קילומטרים, אך המרחק של וב מאיתנו יהיה גדול הרבה יותר. למה?

כמו שאמרנו, כל גוף חם פולט קרינת תת־אדום. כדור הארץ עצמו הוא מקור לקרינה תת־אדומה רבה, וכמוהו גם הירח והשמש. אילו רצה וב לקיים את התצפיות שלו ממקום דומה לזה של האבל, זה כמו שצפר היה רוצה לצאת להאזין לציפור שיר נדירה, עדינה וחרישית מאמצע תל אביב הסואנת.

לכן המטרה היא לשגר את וב הרחק מכדור הארץ, אך לא רחוק מדי, כדי שהוא יוכל לתקשר איתנו בקלות.

איפה יש חניה לטלסקופ?

נקודות לַגרָאנְז’ של השמש וכדור הארץ הן חמש נקודות מיוחדות בחלל שאם מחנים בהן חללית, היא תישאר שם ותקיף את השמש בדיוק באותה מהירות שכדור הארץ מקיף אותה. וב משוגר לעבר נקודת לגראנז’ השנייה – L2. כדי להגיע אליה, הוא ממריא מכדור הארץ לכיוון ההפוך מהשמש, וטס למרחק של מיליון וחצי קילומטר. המסע יימשך כחודש.

כלומר וב יהיה רחוק מהאבל כמעט פי 3,000. שם, בנקודת L2, קרינת כדור הארץ והירח תהיה חלשה הרבה יותר, אך לא תיעלם לגמרי. וכדי שלא יתחמם ויישרף בשל הקרבה לשמש, מותקנת עליו “שמיכה” של חמש שכבות שתפקידן להגן עליו מהשמש ולשמור על טמפרטורה נמוכה מאוד. ה”שמיכה” הזאת תעזור לו לשמור על טמפרטורה של מינוס 223 מעלות צלזיוס. כך הוא יהיה קר מספיק שקרינת החום העצמית שלו לא תפריע לחיישנים שלו לערוך את התצפיות. כמו המראה, גם אותן שכבות הגנה נשארות מקופלות בעת ההמראה וייפתחו במלואן, לגודל של מגרש טניס (!), רק כשישה ימים לאחר ההמראה, בזמן המסע שלו לנקודת L2. התהליך חייב להיות איטי ועדין ביותר, מאחר שהעובי של כל אחת מהשכבות הוא מיקרונים אחדים, פחות מעובי שערה.

וב הוא המדרגה הגדולה הבאה שהאנושות מבקשת לטפס עליה בדרכה להבין את היקום וכל אשר בו.

הכותב הוא סטודנט לתואר שני בפיזיקה באוניברסיטה העברית ומדריך בעמותת “הדובה הגדולה” לאסטרונומיה תצפיתית dubagdola.com

הכתבה פורסמה בירחון גליליאו צעיר גיליון ינואר 2022

עוד בנושא באתר הידען:

• טלסקופ החלל – הדור הבא בפתח
• איזור קר בחלל עשוי להיות שריד של המפץ הגדול
• שפיצר לכד את האור העתיק ביותר ביקום
• לרגל שיגור טלסקופ החלל ווב: חמש תמונות הטלסקופים הכי מלהיבות של היקום
• טלסקופ החלל ג’יימס ווב – המחליף של האבל שוגר בהצלחה – שידור חי