مجید جویا

 تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا که قرار است در سال 2014 به فضا فرستاده شود، جایگزین تلسکوپ هابل خواهد شد و قرار است ابزاری برای یافتن کلید همه سوال‌های بزرگی باشد که اخترشناسان امیدوارند در دهه‌های پیش رو پاسخی برای آنها بیابند. توانایی وعده شده آن برای بررسی تشکیل اولین کهکشان‌ها، آن را در سال 2001 به اولویت اصلی برنامه ده ساله اخترشناسی و اخترفیزیک تبدیل کرد. بدون این تلسکوپ، اهداف علمی مشخص شده در برنامه ده‌ساله جدید، که در آگوست 2010 / مرداد 1389 منتشر شد، غیر قابل دسترس خواهد شد.

به گزارش نیچر، مایکل ترنر، از کیهان شناسان دانشگاه شیکاگو و عضوی از کمیته برنامه‌ریزی دو دهه گذشته می‌گوید: «ما پرتاب و موفقیت بزرگ علمی تلسکوپ وب را جزو پیش‌فرض‌های ارزیابی اخیر خود در نظر گرفته‌ایم. همه چیز بر مبنای این مساله تدوین شده است.»

آینه اصلی 6.5 متری وب که تقریبا سه برابر قطر آینه هابل است، بزرگ‌ترین قطعه‌ای خواهد بود که تاکنون به فضا پرتاب شده است. این تلسکوپ به مجموعه‌ای از فناوری‌های جدید و ناآزموده متکی خواهد بود که از ابزارهای حساس حسگر نور تا سیستم‌ سرمایشی که دمای این فضاپیمای بزرگ را زیر 50 درجه کلوین نگاه می‌دارند، دربر می‌گیرد. این تلسکوپ باید دقیقا در اولین تلاش شروع به کار کند، جایی در فاصله 1.5 میلیون کیلومتری زمین: چهار برابر فاصله ماه از زمین و دور از دسترس تمام فضاپیماها برای تعمیر تلسکوپ. اگر جیمز وب (که به افتخار مدیر ناسا در طول برنامه ماموریت‌های آپولو  نام‌گذاری شده) شکست بخورد، پیشرفت اخترشناسی تا یک نسل کامل عقب خواهد افتاد.

علی‌رغم این که تلسکوپ وب برای اخترشناسان بسیار حیاتی است، آنها احساسات متناقضی در مورد آن دارند. برای تامین هزینه‌های این پروژه که تا 5 میلیارد دلار برآورد شده، جیمز وب منابعی را به خود اختصاص داده که برای پروژه‌های بزرگ دیگر در نظر گرفته شده بودند و امکان تکمیل هیچ یک از آنها تا پایان ساخت این تلسکوپ وجود ندارد. ماموریت‌هایی مانند تلسکوپ پیمایش فروسرخ میدان وسیع که برای بررسی انرژی تاریک جهان طراحی شده بود و در تازه‌ترین برنامه ده ساله به عنوان اولویت اصلی پروژه‌های اخترشناسی فضایی برگزیده شده، باید تا زمان پرتاب جیمز وب صبر کنند. 

بدتر از همه اینکه، هزینه جیمز وب در حال افزایش است. در سال 2009 / 1388، ناسا برای پوشش هزینه‌های اضافی این پروژه 95 میلیون دلار اضافه خرج کرد. این تلسکوپ در سال 2010 / 1389 نیاز به 20 میلیون دلار اضافی دیگر داشت و در سال 2011 / 1390، نیاز به 60 میلیون دلار فراتر از بودجه دارد (حتی زمزمه‌هایی مبنی بر بیشتر شدن این ارقام هم به گوش می‌خورد).

کمیته دولتی ناظر بر بودجه ناسا، گروه مستقلی را برای بررسی علل افزایش هزینه‌های این پروژه اختصاص داده است. جان کاسان، رئیس این گروه و مدیر سابق پروژه‌های ویجر، گالیله و کاسینی ناسا، تاکید می‌کند که وظیفه این گروه دادن پیشنهاد است نه تصمیم گیری. وی در مورد گزینه‌های احتمالی می‌گوید که «همه گزینه‌ها روی میز است»، گزینه‌هایی که شامل حذف ابزارها و یا کم کردن سطح برنامه می‌شود.

فرصت گلدین
اولین صحبت‌ها در مورد جایگزینی هابل مربوط به سال 1989 / 1368 است، یعنی یک سال قبل از پرتاب آن. اخترشناسان حتی آن موقع می‌دانستند که میدان دید هابل نمی‌تواند به 500 میلیون سال ابتدایی بعد از مهبانگ برسد، زمانی که اولین ستاره‌ها و کهکشان‌ها شکل می‌گرفتند. 

در سال 1993 / 1372، ناسا از کمیته‌ای از اخترشناسان به ریاست آلن درسلر درخواست کرد تا نیازمندی‌های چنین تلسکوپی را تعریف کنند. آینه تلسکوپ جدید باید آن قدر بزرگ باشد که نور ضعیف این کهکشان‌های اولیه را گردآوری کند. در نتیجه کمیته توصیه کرد که آینه اصلی باید دست کم 4 متر قطر داشته باشد و بسیار سرد هم باشد، چرا که در دمای بالاتر از 50 درجه کلوین، تشعشعات فروسرخ مانع دیده شدن فوتون‌های مطلوب اخترشناسان می‌شود. علاوه بر آن، این تلسکوپ باید بسیار دورتر از زمین باشد. در طول موج‌های فروسرخ زمین مانند چراغی روشن می‌درخشد، در نتیجه کمیته فاصله 1.5 میلیون کیلومتری از زمین را توصیه کرد: دومین نقطه لاگرانژی زمین که کشش جاذبه‌ای زمین و خورشید یک ناحیه پایدار برای فضاپیماها ایجاد می‌کند.

در دسامبر 1995 / آذر 1374، درسلر نتیجه کار کمیته را به دانیل گلدین رئیس وقت ناسا ارائه کرد. گلدین فریفته طرح شد و به جای آینه 4 متری، یک آینه 6 تا 8 متری را پیشنهاد کرد. ناسا برخی از فناوری‌های مورد نیاز را در اختیار داشت، مانند تلسکوپ فضایی سرد فروسرخ اسپیتزر با یک آینه 0.85 متری از جنس بریلیوم. این موضوع و نوآوری‌های دیگر می‌توانستند در عین کاهش هزینه‌ها، یک آینه بسیار بزرگ به جیمز وب بدهند.

برخی اخترشناسان در مورد برآوردهای اولیه بودجه این تلسکوپ، که از 500 میلیون تا 1 میلیارد تخمین زده می‌شد بدبین بودند. ولی در ابتدا به نظر می‌رسید که روش گلدین درست باشد: اولین ماموریت‌ها با این رویکرد کاملا موفقیت آمیز بودند. از میان این ماموریت ها می‌توان به ماموریت رهیاب سطحی مریخ، و ماموریت جستجوگر ماه اشاره کرد. ولی در ادامه با شکست متوالی چند ماموریت فضایی مریخ، ورق برگشت و اعتبار ناسا لکه دار شد و به همگان یادآوری کرد که شعار «سریع‌تر، بهتر، ارزان‌تر» که شعار گلدین بود، بند چهارمی هم دارد که همانا «پرخطرتر» است. با پایان دوران گلدین، ناسا به روش‌های سنتی و کم خطر و البته بسیار پرهزینه‌تر خود در آزمایش‌های بسیار دقیق و نظارت فراگیر بازگشت.

این تغییر سبب افزایش هزینه‌های تلسکوپ به بالاتر از یک میلیارد دلار شد، قطر تلسکوپ باید از 8 به 6.5 متر کاهش می‌یافت تا به کاهش هزینه‌ها کمک کند. ولی در این هنگام یک فاکتور دیگر وارد شد: دانشمندان شروع به افزایش سطح پیچیدگی کردند.

افزایش توانایی‌ها
در هر بازبینی، اهداف علمی جیمز وب بیشتر می‌شدند. بسته ابزارهای اصلی شامل یک دوربین دید گسترده نزدیک فروسرخ، یک طیف ‌نگار چندگانه فروسرخ نزدیک برای بررسی اولین ستاره‌ها و کهکشان‌ها؛ یک دوربین و طیف نگار همه منظوره فروسرخ میانی به همراه آرایه‌ای از 62هزار ابزار الکترومکانیکی به ضخامت چند تار موی انسان برای امکان‌پذیر شدن طیف نگاری هم‌زمان از حداکثر 100 جسم فضایی برای مشاهده اجسام غباراندود در راه شیری؛ و یک حسگر هدایت کننده دقیق و تصویربردار با فیلتر قابل تنظیم برای پشتیبانی از سه ابزار دیگر. این ظرفیت‌های افزایش یافته باید با مجموعه‌ای از فناوری‌های گران قیمت و ناآزموده پشتیبانی می‌شدند.

علاوه بر این باید اطمینان حاصل شود که تکان‌های زمان پرتاب، خلا فضای بیرون جو و فرایند کند کاهش دما به هیچ یک از اجزای تلسکوپ آسیب نمی‌رساند. به خصوص سطوح نوری تلسکوپ باید همه این‌ها را تحمل کنند و تا حد نانومتر هم از جای خود تکان نخورند. طول عمر کاری این مجموعه در فضا هم باید دست کم 5 سال باشد.

به این ترتیب ناسا تنها در مرحله تولید فناوری‌های اولیه تلسکوپ باید 2 میلیارد دلار خرج می‌کرد. با این حال، ناسا هیچ یک از قابلیت‌های تلسکوپ را برای کنترل هزینه‌ها حذف نکرد. در عوض، آژانس‌های فضایی اروپا و کانادا را به شراکت دعوت کرد و با عقد قرارداد با تعدادی از شرکت‌ها و دانشگاه‌ها برای تولید اجزای تلسکوپ، حمایت کنگره را نیز جلب کرد. (برای مشاهده اینفوگراف در ابعاد بزرگ، اینجا را کلیک کنید)

گذراندن آزمایش‌ها
اکنون یک سال است که مدل‌های مهندسی اجزای متعدد جیمز وب در یک اتاق ایزوله در حال آزمایش هستند. اجزای سیستم پرواز تا سال 2011 / 1390 آماده می‌شوند. فناوری‌های پرمخاطره نیز طبق برنامه، نقاط عطف خود را پشت سر گذاشته‌اند و برای پرتاب در سال 2014 / 1393آماده هستند.

عمده چالش باقیمانده قبل از پرتاب، یکی کردن و آزمایش اجزای پرواز برای اطمینان از این است که مجموعه آنها به درستی کار می‌کنن. روش سنتی ناسا برای آزمایش، سوار کردن کامل سیستم و آزمودن آن در شرایطی بسیار نزدیک به حالت اصلی است. ولی مشکلی که در این مورد وجود دارد این است که این تلسکوپ بسیار بزرگ‌تر از آن است که در اتاق‌های خلاء ناسا جا شود. از این رو همان‌طور که اهداف علمی این تلسکوپ نیاز به خلق فناوری‌های جدید داشت، طراحان این ماموریت مجبور به توصیه پروتکل‌های جدیدی برای آزمودن آنها نیز شدند.

درسلر می‌گوید: «برخی آزمایش‌ها ضروری هستند و برخی هم اگر انجام شوند، خوب است. با داشتن چیزی به این عظمت، تمایل طبیعی به بررسی دوباره و سه‌باره هر قسمت احساس می‌شود که شاید نتوانیم از عهده آن بر بیاییم.» از طرف دیگر وی یادآوری می‌کند که تصمیم مشابهی برای کاهش هزینه‌ها، منجر به این شد که تازه هنگامی‌که تلسکوپ فضایی هابل در مدار قرار گرفت، دانشمندان به ایرادی در آینه اصلی آن پی بردند که کل برنامه را تا مرز شکست پیش برد.

حامیان این پروژه آن را با هابل مقایسه می‌کنند که با قیمت‌های امروز (و تازه بدون احتساب 4 پرواز شاتل برای حمل اجزای آن به مدار) بین 4 تا 5 میلیارد دلار هزینه ساخت آن شده بود. در حالی‌که این تلسکوپ نه در مدار زمین که قرار است به فاصله بسیار دور 1.5 میلیون کیلومتری از زمین برود؛ هزینه آن در بدترین شرایط و با احتساب افزایش هزینه در سال‌های آینده، تازه معادل هزینه‌های هابل خواهد بود.

با تمام این اوصاف، با صرف این همه هزینه، بودجه‌های ثابت و رو به کاهش، روند نزولی تعداد ماموریت‌های میان مدت اخترفیزیک و خشم عمومی از افزایش هزینه‌های دولتی، حتی فکر کردن به شکست هم جایز نیست.