טלסקופ החלל – הדור הבא בפתח

קישור ישיר לדף זה: https://www.hayadan.org.il/webb271202.html

הטלסקופ, על שמו של ג’יימס ווב, מראשי נאס”א בהקמתה ומנהלה במשך כמה שנים יוצב בנקודת לגראנז’, עם שמשייה ענקית טלסקופ החלל שיחליף את האבל הוותיק יאפשר ללמוד על הכוכבים והגלקסיות הקדומי

אבי בליזובסקי

אחד משירי חג המולד הידועים נקרא “לילה שקט”, אבל שמי הלילה האמיתיים אינם שקטים וגם אינם בהירים כלל ועיקר: התפוצצויות סופרנובה מתפשטות, גלקסיות מתנגשות, חורים שחורים בולעים כוכבים שלמים. עד בכל הנוגע שקט. באירועים הללו משתחררות כמויות אנרגיה אדירות, אבל הם מתרחשים במרחק שנות אור רבות מאוד. עד כאן בהירות.

כדי לקבל תמונה ברורה יותר של האירועים המסעירים הללו, חותרים האסטרונומים לשגר לחלל טלסקופים גדולים ומשוכללים יותר ויותר. מאמצים אלה, שהחלו עוד בימיו של ליימן שפיצר, שהעלה את הרעיון לראשונה ב-,1946 נועדו לאפשר למדענים לצפות בחלל בלא הפרעות האטמוספירה של כדור הארץ ולהסיק מסקנות ביתר דייקנות.
אחרי התחלה הססנית הצליח הטלסקופ הנודע ביותר מסוג זה, האבל (Hubble), לספק תוצאות מרהיבות. המכשיר נקרא על שמו של אחד האסטרונומים החשובים ביותר במאה העשרים, האיש שהוכיח מעל לכל ספק שהיקום עצום ומתפשט ואשר עשה את פריצת הדרך הראשונה בניסיון לאמוד את גילו.

יורשו המתוכנן של הטלסקופ האבל לא יישא את שמו של מדען, אלא דווקא של ביורוקרט. מסימני הזמן כנראה. ג’יימס וב (Webb) היה המנהל השני של סוכנות החלל האמריקאית, נאס”א. אם התוכניות לא ישתבשו, טלסקופ החלל וב ישוגר בשנת .2010 ג’יימס וב הצליח בתקופת כהונתו להגשים את תוכניתה של נאס”א להנחית אדם על הירח בפחות מעשר שנים; לוח הזמנים לשיגור הטלסקופ הנושא את שמו נראה נינוח יותר.

האסטרונומים למדו להיות אסירי תודה על כל פירור של מדע אמיתי הנושר משולחנות תחנת החלל, הנשלטת על ידי נאס”א. אם הטלסקופ וב אכן ייבנה וישוגר (חוזים מוקדמים למימוש התוכנית כבר הוצאו לפני חודשים ספורים), צפויה להם סעודה עשירה למדי.

טלסקופים אסטרונומיים אוספים אור באמצעות מראות קעורות. ככל שהמראה גדולה יותר, כך גדלה עוצמתו של הטלסקופ. אבל ממדיה של מראה טלסקופית בחלל תלויים בממדיו של הטיל הנושא אותה. כדי להתגבר על מכשלה זו תורכב המראה של הטלסקופ “וב” מ-36 חלקים, שאותם אפשר לקפל ולאחסן בחלל קומפקטי. כשהמראה תיפרס, יגיע קוטרה לשישה מטרים. לכן כושר איסוף האור של וב יהיה פי שבעה מזה של האבל.

חלקי המראה יהיו דקיקים. עוביים לא יעלה על שני מילימטרים ואפשר יהיה לייצרם מבריליום, המתכת השנייה ברשימת המתכות הקלות (גם זכוכית היא אפשרות סבירה). בחלל משקל שווה כסף, כך שזהו יתרון ברור. ואולם מראה דקה כל כך עלולה להיות גמישה. זו אינה תכונה טובה: כדי למנוע עיוות בתמונות שהיא מעבירה על המראה להיות נוקשה. בניסיון להתגבר על בעיה זו יצויד כל אחד מחלקי המראה של הטלסקופ וב בארבעה מקבעים.

הדבר המחוכם ביותר בנוגע לטלסקופ וב יהיה ככל הנראה מיקומו בחלל. הטלסקופ האבל חג סביב כדור הארץ, ועל כן חלקים משמעותיים של הרקיע נסתרים ממנו בכל סיבוב. עובדה זו מקשה עליו להתבונן זמן רב בכיוון מסוים. וב, לעומת זאת, ירחף באזור מוזר המכונה נקודת לגראנז’, שבו שדות הכבידה של כדור הארץ והשמש מאזנים זה את זה ויוצרים אזור נייטרלי. על כן, אם המדענים מעוניינים בכך, הוא יכול לצפות ברציפות בכיוון מסוים.

מיקום הטלסקופ ייאפשר גם להגן עליו מפני קרינת השמש וכדור הארץ (המחזיר כמות גדולה של אור) בעזרת שמשייה ענקית. הגנה כזאת אי אפשר לספק לטלסקופ החג סביב כדור הארץ, משום שהשמש וכדור הארץ משנים בלי הרף את מיקומם היחסי. השמשייה חיונית, משום שהטלסקופ וב לא יתחקה אחר אור נראה, אלא אחר אותות אינפרה-אדומים. במלים אחרות, הוא יקלוט פליטת חום. כדי לקלוט אותות כאלה, יש לצננו ככל האפשר; טמפרטורת ההפעלה שלו היא 35 מעלות מעל לאפס המוחלט. כדי להצליח בכך, על השמשייה להחזיר או לפוגג את כל האנרגיה הסולרית המגיעה לטלסקופ, למעט חלקיק אחד מ-13 מיליון.

הטלסקופ וב נועד לאתר קרינה אינפרה-אדומה, משום שמשימתו היא להתבונן רחוק יותר בחלל (כלומר, גם רחוק יותר לאחור בזמן) מכל טלסקופ אחר. מכיוון שהיקום מתפשט, עצמים רחוקים נסוגים במהירות מכדור הארץ. מסיבה זו, אורם נראה אדום יותר מכפי שהיה נראה ללא תנועה. הסיבה לכך היא אפקט דופלר, שבתחום הקול הוא הופך את קולה של סירנה מתרחקת לעמוק יותר מזה של סירנה קבועה.

אסטרונומים מקווים להיעזר בטלסקופ וב כדי להתבונן בהיווצרותן של הגלקסיות, ואפילו ביצירת הכוכבים המוקדמים ביותר. איש עדיין לא צפה בדור ראשון זה של כוכבים, שנוצרו ישירות מהמימן וההליום הראשוניים שנוצרו במפץ הגדול. כל הכוכבים שאפשר לראות היום הם צעירים יחסית. הם מכילים מרכיבים כבדים יחסית, אשר – אם התיאוריה הקוסמולוגית נכונה – היו יכולים להיווצר רק בליבות של הכוכבים המוקדמים ביותר.

האבל, כמו גם טלסקופים גדולים על פני כדור הארץ, איפשרו כמה הצצות בגלקסיות מוקדמות, שחלקן נראות שונות מהגלקסיות הספירליות והאליפטיות השכיחות שמראן מוכר יותר. לדברי ג’ון מאדר, מדען בכיר בתוכנית לפיתוח הטלסקופ במרכז גודארד לטיסות חלל של נאס”א בגרינבלט שבמרילנד, וב אמור לעקוב אחר גלקסיות קדומות רבות ולספק מידע על השינוים שהתחוללו בהן. חקר גלקסיות אלה עשוי לסייע לפתור את אחת התעלומות המרכזיות של הפיסיקה המודרנית – טבעו של מה שמכונה “החומר אפל”. זהו חומר שאי אפשר לראות באמת, אלא רק להתחקות אחריו באמצעות השפעות כוח הכבידה שלו.

הטלסקופ וב יוכל לגלות גלקסיות מרוחקות, שמכדור הארץ חלקן נראות כניצבות בשורה זו אחר זו. הגלקסיה הקרובה יותר תעקם את האור של הרחוקה יותר במידה יחסית למאסה שלה. למעשה, הטלסקופ יפעל כעדשת כבידה. כך הוא יספק נתונים על המאסה האמיתית של הגלקסיה הקרובה, שאותה אפשר יהיה להשוות לערך הנמוך שעליו מצביעה כמות החומר הזוהר שבה.

עדשות כבידה כאלה אותרו גם באמצעות הטלסקופים הקיימים, אבל לעתים נדירות. בהתחשב במספר הגלקסיות הרבות שהטלסקופ וב יוכל לראות, יש להניח שהוא יסייע לאסטרונומים להבין טוב יותר כיצד מתפזר החומר האפל ביקום.

ההתבוננות בקרינה אינפרה-אדומה צופנת בחובה יתרונות נוספים. בחלק זה של הספקטרום סופגים כוכבי הלכת את האנרגיה של הכוכבים שסביבם הם חגים ופולטים אותה חזרה. לכן הניגוד בין כוכבי לכת לכוכבים גדולים יותר ניכר יותר בקרינה אינפרה-אדומה.

לדברי ד”ר מאדר, מסיבה זו יוכל הטלסקופ וב לצפות בכוכבי לכת בממדיו של יופיטר, הסמוכים לכוכבים. כמה זמן יידרש עד לשיגור ספינת חלל לאותם כוכבים, זו כבר שאלה שונה לגמרי.