شرح تفاصيل صور جيمس ويب الأولى ، معزز بالصور والرسومات التوضيحية

نشرت وكالة الفضاء الأمريكية "ناسا" يوم الثلاثاء، 12 تموز/يوليو مجموعة أولى من صور ملوّنة عالية الوضوح حصلت عليها من تلسكوب جيمس ويب الفضائي العملاق، الذي بلغت تكلفته زهاء 10 مليارات دولار أمريكي.

الجميع يتحدث عن تلك الصور البديعة التي أطلقها التلسكوب الجديد "جيمس ويب" الذي يقف الآن على مسافة 1.5 مليون كيلومتر من الأرض عند منطقة سحرية تسمى "نقطة لاجرانج الثانية". وسائل التواصل الإجتماعي مشتعلة، والجميع منبهر بالصور الجديدة، لكن السؤال الأهم لا يتعلق بمدى روعة صور كهذه، ولكن بما تقدمه للعلماء من بيانات جديدة حول مكونات وظواهر الكون.

هل حقا يستحق الأمر أن تُدفع 10 مليارات دولار فقط مقابل حفنة من الصور الجيدة؟! بالطبع لا، ولفهم الفكرة دعنا نبدأ من مهام التلسكوب جيمس ويب المتوقعة خلال عدة سنوات من الآن وتسمى في مجملها "دورة العمل رقم واحد" (Cycle 1)، وهي مجموعة من 266 مهمة بحثية حددها باحثون في 41 دولة حول العالم، سيقضي التلسكوب 6000 ساعة عمل في إنجازها.

ثلث تلك المهام تقريبًا ستكون متعلقة بدراسة المجرات، و23% منها ستهتم بالكواكب التي تدور حول نجوم أخرى غير الشمس، يلي ذلك 12% خُصِّصت لدراسة الفيزياء الفلكية الخاصة بالنجوم، ثم 6% من المهام لدراسة مجموعتنا الشمسية.

لقد مثّلت صور تليسكوب جيمس ويب بمجموعها عرضًا كونيًا مذهلًا بكل معنى الكلمة، خطف أنفاس ملايين البشر حول العالم وهم يشاهدون مناظر من الكون السحيق، لم يرها بشرٌ من قبل، فيها علامات لحوادث كونيّة حصلت قبل مليارات السنين الضوئية، من تصادم للمجرات واحتضار نجوم وميلاد أخرى، والسحب والأطياف الكونية للكواكب الخارجية والعلامات على أكوان سحيقة في الفضاء الذي لن يظلّ بعد هذه الصور مجرّد بقعة مطبقة من السواد.

مقارنة بين حجم مرآة تلسكوب هابل ( على اليسار ) مع حجم مرايا تلسكوب جيمس ويب ( على اليمين ) ، قياسا الى شخص بالغ ( أقصى اليسار )

ويبدو أن التلسكوب قد حقق نتائج أفضل حتّى مما حلم به العلماء الذي عكفوا على تطويره وبنائه على مدى العقود الثلاثة الماضية في الولايات المتحدة، بالتعاون مع وكالة الفضاء الأوروبية، ووكالة الفضاء الكندية، وذلك بفضل الاعتماد على تقنيات الأشعة تحت الحمراء القريبة، للكشف عن أعماق معتمة من الفضاء، ومعرفة حالة المجرّات الأولى في نقط تقترب مما يعتقد العلماء أنه بدء الكون، أو لحظة الانفجار العظيم، أي قبل حوالي 14 مليار سنة. جون ماثر، العالم الشهير الحائز على جائزة نوبل، وأحد  أبرز العاملين في مشروع "جيمس ويب" منذ العام 1995، قال بعد نشر الصور الأولى إنه قد رأى فيها أشياء لم يكن يعلم أصلًا أنها موجودة ويمكن لأي مرقاب أيًا كان حجمه الكشف عنها. 

نقطة أخرى هامة تتعلق بالتصوير في نطاق الأشعة تحت الحمراء، وهي القدرة على تخلل السحب الغازية الملقى بها في كل الفضاء بين النجمي، يشبه الأمر -لغرض التقريب- أن ينكسر ذراع أحدهم فيذهب إلى المستشفى ليطلب الطبيب صورة بالأشعة السينية، هذه الأشعة تخترق جلد اليد وتبين كسر العظام، ويب يفعل الأمر نفسه في نطاق الأشعة تحت الحمراء.

اقرأ ايضاً :بصناعة ألمانية وتصميم فرنسي ، إطلاق أول أسطول قطارات يعمل بالهيدروجين في العالم

أين يقع تلسكوب جيمس ويب؟ 

كل التفاصيل المتمعلقة بتلسكوب جيمس ويب مبهرة، فالمرقاب بحجم ملعب لكرة التنس، بلغت تكلفة إنشائه وتطويره وإرساله إلى الفضاء أكثر من 10 مليارات دولار أمريكي، واستغرق تجهيزه قرابة ثلاثة عقود على الأقل. أرسل العلماء هذا المرقاب الفضائي الهائل إلى نقطة في الفضاء أبعد من النقطة التي يوجد عندها القمر بأربعة أضعاف، أي على بعد مليون ميل عن الأرض (1.5 مليون كم)، وقد وضع في مدار حول الشمس لكي يلتقط صورًا فريدة للفضاء تتيح لنا رؤيته وتحليله بشكل لم يكن متاحًا للبشر من قبل. 

مصدر الصورة: الجزيرة الوثائقية

ماذا تقول صور تلسكوب جيمس ويب الخمسة؟ 

1. الحقل الفضائي العميق  الأول

الصورة الأولى التي تم الكشف عنها في فعالية خاصة في البيت الأبيض بحضور الرئيس الأمريكي جو بايدن، اختصرت الكثير مما يمكن أن يقال نظريًا عن تفوّق تلسكوب جيمس ويب الفضائي، والذي وصفت نتائجه بأنها أفضل بضعفين على الأقل مما كان متوقعًا في الماضي. هذه الصورة تعرف باسم "حقل ويب العميق الأول" (Webb’s First Deep Field)، وهي صورة فضائية ضخمة يحدّق فيها المرقاب برقعة من الفضاء حجمها بالنسبة للكون، أقرب ما تكون من حجم حبة الرمل حين تنظر إليها على بعد ذراع من عيني الرائي. وهذه الصورة الهائلة، هي مجرّد لمحة وحسب عمّا يمكن لهذا المرقاب الثوريّ أن يكشف عنه خلال الأشهر المقبلة، وذلك بحسب ما أكّدت عالمة الفضاء الأمريكية الشهيرة هايدي هاميل. 

مصدر الصورة: وكالة ناسا الفضائية

معظم النقاط والبقع الملونة في هذه الصورة هي مجرات وليست نجومًا، وكل مجرّة قد تحتوي على مليارات النجوم والكواكب. وهذا المربع الذي يظهر في الصورة أمامك، أشبه بحجم حبّة رمل على مسافة ذراع من عينك. تذكّر هذا التشبيه دائمًا وأنت تنظر إلى مثل هذه الصور من مرقاب جيمس ويب. وهذه الصورة تعرض أقدم صورة للكون وأعلاها وضوحًا على الإطلاق حتى اليوم. 

تأمل هذه الصورة قليلا، فكل بقعة فيها، صغيرة كانت أم كبيرة، لامعة أم خافتة، هي مجرة كاملة، ربما في حجم مجرتنا التي تحتوي على قرابة 400 مليار نجم، أو ربما أكبر من ذلك أو أصغر.

تحتوي الصورة(1) على عدة آلاف من المجرات، في مركزها يمكن أن ترى عنقودا من المجرات يسمى "سماك" (SMACS J0723.3-7327)، يبتعد عن الأرض مسافة 4.6 مليار سنة ضوئية، والتي تساوي 46 ألف مليار مليار كيلومتر، لكن تلك ليست أبعد مسافة رُصدت بواسطة الصورة، فعلى الأطراف تظهر بعض البقع التي تشير إلى مجرات أبعد من ذلك، على مسافة 13.2 مليار سنة ضوئية، وهي من أبعد ما توصلنا إليه من مجرات.

اقرأ ايضاً :إندماج أربع مجرات قزمة في تجمعٍ واحدٍ ، وتدفق نهرٌ من النجوم ، هذا مارصده هابل

ولكي لا نجنح نحو المبالغة، دعنا نخبرك بوضوح أن التلسكوب السابق لجيمس ويب، المعروف باسم "مرصد هابل الفضائي"، التقط صورا شبيهة من قبل لما نعرفه باسم "حقل هابل العميق جدًا"، لكن هابل -والذي انطلق نحو الفضاء قبل أكثر من 30 سنة- التقط تلك الصور في عدة أسابيع، بينما التقطها التلسكوب جيمس ويب فقط في 12.5 ساعة فقط، ما يبين الفارق الكبير في القدرات بين جيمس ويب وأقرب منافسيه، وهذا مفهوم بالطبع، فمرآة التلسكوب جيمس ويب أكبر بعدة أضعاف من سابقه هابل، كما أنها أكثر دقة، وفي علم الفلك فإن التلسكوب صاحب المرآة الأكبر يمتلك قدرات أكبر بالتبعية.

مقارنة بين صورة تلسكوب هابل ( على اليسار ) مع صورة تلسكوب جيمس ويب ( على اليمين ) لنفس المكان ، يلاحظ بها تفوقا لافتا لخليفة هابل

لكن ذلك ليس هو الفارق الوحيد، فالتلسكوب جيمس ويب يعمل في نطاقات الأشعة تحت الحمراء وليس نطاق الضوء المرئي مثل سابقه، بمعنى أنه يرى ما لا تراه العين المجردة، فطيف الإشعاع المغناطيسي كبير جدًا، ولا تتمكن أعيننا البشرية إلا من التقاط نطاق الضوء المرئي فقط، أما باقي نطاقات الضوء فتحتاج إلى أدوات خاصة، هل شاهدت في الأفلام من قبل أحدهم يستخدم نظارة رؤية ليلية تعمل بالأشعة تحت الحمراء لرصد جنود أو أشخاص يتحركون

في جنح الظلام؟

الأمر شبيه في حالة التلسكوب جيمس ويب، مع فارق أنه أدق وأكبر بفارق هائل، ما يُمكِّنه من النظر إلى مجرات بعيدة لم يكن مرصد آخر ليلتقط صورًا لها، لأن موجات الضوء الصادرة من تلك المجرات تتمدد بفعل تمدد الكون، وحينما تصل إلينا تكون قد دخلت في نطاق الأشعة تحت الحمراء، وهنا يجيء الدور الفعال لمرصد جيمس ويب، فهو الأكبر والأقوى على الإطلاق في هذا النطاق، وبذلك من المتوقع أن نرى أعمق صور الكون وأكثرها دقة بفضل هذا التلسكوب قريبًا، وهي صور لم نرها في حياتنا من قبل.

2- سديم كارينا 

السديم (Nebula) هو سحابة عملاقة من الغاز والغبار الكوني الذي تولد فيه النجوم، وهذا السديم الذي يظهر في الصورة يدعى "سديم كارينا" (Carina Nebula). 

مصدر الصورة: ناسا / واشنطن بوست

يعد سديم كارينا أحد أكبر مناطق تكوّن النجوم في مجرة ​​درب التبانة، ويبعد عن الأرض حوالي 7600 سنة ضوئية، أي أن السفر بسرعة الضوء من الأرض إلى هذه المنقطة سيستغرق 7600 عام، وهذا يعني أن ما يظهر أمامنا في الصورة ليس هو سديم كارينا كما يبدو لحظة التقاطه، بل كما كان قبل 7600 سنة، لحظة صدور الضوء الذي سجله تلسكوب جيمس ويب من المصدر. 

في الصور القديمة، لم نتمكن أبدًا من سبر أغوار تلك السحب النجمية البديعة، لكن الآن أصبحنا نرى من خلالها، حيث كشف ويب عن حضانات نجمية ناشئة، مليئة بمئات النجوم الطِفلة، ومجرات تقع في الخلفية، كذلك تمكننا من الكشف عن نجوم لا تزال مجموعاتها الشمسية في طور التكوين، تشبه شمسنا قبل 4.5 مليار سنة.

3. السديم الدائري الجنوبي

اقرأ ايضاً :تلسكوب هابل يرصد مجرات حلزونية تبعد عن الأرض 53 مليون سنة ضوئية

هذا السديم الكوكبي بطول نصف سنة ضوئية، ويبعد عن الأرض 2000 سنة ضوئية يدعى "السديم الدائري الجنوبي" أو "السديم الحلقي الجنوبي" (Southern Ring Nebula). هذه الصورة عالية الوضوح توضح لنا شكل النجم الشبيه بالشمس حين يكون في حالة احتضار. 

إلى اليسار (الصورة في نطاق الضوء المرئي لتلسكوب هابل) إلى اليمين (الصورة في نطاق الأشعة تحت الحمراءلتلسكوب جيمس ويب)
مصدر الصورة: وكالة ناسا

تعمًَد الباحثون وضع صورتين لسديم "سديم الحلقة الجنوبية" (Southern Ring Nebula)، الأولى في نطاق الضوء المرئي والثانية التي التقطها جيمس ويب في نطاق الأشعة تحت الحمراء. السدم الكوكبية هي ببساطة سحب ملونة من الغاز والغبار تمثل بقايا نجم عاش قبل ملايين السنوات، وقبل أن يموت قام بنفض أغلفته الخارجية في صورة رياح نجمية عاتية، تقبع نواة هذا النجم في منتصف تلك السحابة، في شكل قزم أبيض.

في الصورة القديمة، لم يكن من الممكن للعلماء اختراق جسم هذا السديم، لكن مع نطاقات الأشعة تحت الحمراء ودقة جيمس ويب، تمكنا الآن من الغوص داخله، فنلاحظ مثلًا أنه يحوي في مركزه نجمين وليس نجما واحدا فقط، ويمكن بسهولة أن يقوم العلماء بدراسة تأثير هذين النجمين المتجاورين على شكل السديم وتطوره.

4. طيف WASP-96 b

هذا كوكب خارجي غازي عملاق، يدور حول نجم على بعد 1150 سنة ضوئية من الأرض، وهو قريب جدًا من النجم لدرجة أنه يدور في مدار ه في غضون ثلاثة أيام ونصف فقط. وقد تمكن التلسكوب بتصوير أطياف هذا الكوكب وحسب، وهي أطياف قد تدلّ على وجود الماء في الغلاف الجوي للكوكب، وأنه على الأرجح محاط بالغيوم والضباب.  ومن الممكن الاستفادة من التقنية التي استخدمت في تصوير هذا الطيف من أجل دراسة الأغلفة الجوية لكواكب صخرية أصغر تدور حول نجوم في مناطق أقرب في الفضاء، حيث يمكن العثور على الماء على سطحها كما هي الحال في كوكب الأرض.

مصدر الصورة: وكالة ناسا

5. خماسية ستيفان 

يظهر في هذه الصورة خمس مجرّات كما هي مرقّمة أدناه، وهي مجرات شديدة التقارب من بعضها، حتى أن اثنتين منهما تقتربان من مرحلة التداخل أو الاصطدام وتشكيل نجوم جديدة. النجوم الأحدث عمرًا تبدو باللون الأزرق، أما الأقدم فتظهر بالأحمر. 

مصدر الصورة: ناسا / واشنطن بوست

اقرأ ايضاً :"القمر الصناعي العابر لرصد الكواكب الخارجية" TESS ، إنشائه والهدف من إطلاقه

حيث بينت لنا هذه الصورة قدرات التلسكوب جيمس ويب على تشريح الأجرام الكونية، وهو مستوى من الدقة لم نرَ له مثيل من قبل، تأمل الصورة مرة أخرى التي أصدرها التلسكوب مؤخرًا لمجموعة من خمس مجرات تسمى "خماسية ستيفان" (Stephan’s Quintet)، وفيها تظهر 5 مجرات، واحدة منها على مسافة 40 مليون سنة ضوئية، والبقية على مسافة 290 مليون سنة ضوئية.

بفضل القدرة الاختراقية للأشعة تحت الحمراء، والدقة العالية للغاية لأجهزة ويب، يتمكن العلماء من رصد تفاصيل لم يسبق لها مثيل في مجموعة المجرات هذه، حيث يمكن أن نلاحظ مجموعات متلألئة من ملايين النجوم الشابة، ومناطق ولادة النجوم الجديدة، وتأثر رباعي المجرات القريبة جذبويًا على بعضها البعض، والأكثر دراماتيكية هو أن ويب التقط موجات تصادمية ضخمة بسبب صدام المجرات، كذلك تمكَّن العلماء من ملاحظة وجود ثقب أسود عملاق بأحد المجرات (تسمى NGC 7320 وتقع أعلى الصورة)، تبلغ كتلته 24 مليون ضعف كتلة الشمس، يسحب المواد بنشاط شديد ويصدر طاقة ضوئية تعادل 40 مليار ضعف طاقة الشمس.

درس ويب نواة هذه المجرة النشطة بتفصيل كبير باستخدام مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة المسمى "نير سبيك" (NIRSpec) بمساعدة كاميرا أخرى تعمل في نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة تسمى "ميري" (MIRI)، بالاتحاد مع وحدات إلكترونية جديدة تسمى (IFUs). مثل أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي، مكَّنت هذه الأدوات المتنوعة العلماء من تشريح المجرة تمامًا في أربعة مستويات في التركيب وثلاثة مستويات في سرعة الجزيئات، فكأنهم دخلوا إليها وتأملوا محيط ثقبها الأسود بأعينهم!

مصدر الصورة: وكالة ناسا الفضائية

وإضافة إلى هذه الصور الخمسة المذهلة أعلاه، والتي تعدّ بحق إنجازًا كبيرًا للبشرية بما تتيح للعلماء استكشافه ودراسته ومعرفته عن الكون الشاسع، فإن تلسكوب جيمس ويب يتيح كذلك إمكانية جمع بيانات مهمّة عن التركيب الكيميائي للنجوم والكواكب خارج نظامنا الشمسي، وهي معلومات من شأنها أن تساعد على تشكيل مقاربات جديدة لسؤال الحياة في مكان آخر خارج مجرّة درب التبانة. 

أصل الكون

يوفر هذا المستوى من الدقة لعلماء الفلك مقعدًا قريبا من الشاشة في سينما ضخمة لمشاهدة الاندماج والتفاعلات بين المجرات التي تعتبر بالغة الأهمية لدراسة تطور النجوم والمجرات، وهو قدر من البيانات لم يتمكنوا من الوصول إليه من قبل، سواء بهذه الدقة أو هذه السهولة، تذكر أننا نتحدث عن تلسكوب لم يكمل بعد أسبوعين من العمل.

كل هذا ولم نتحدث بعد عن إمكانات التلسكوب جيمس ويب في الكشف عن الكواكب التي تدور حول نجوم غير الشمس، فقد كشف باحثو ويب عن دراستهم5 لكوكب يسمى "واسب" (WASP-96 b) تبين أنه يمتلك غلافا جويا مشبعا بالبخار، مع أدلة على وجود سحب وضباب. قدَّمت صور ويب القياسات الأكثر تفصيلاً إلى الآن للغلاف الجوي لهذا الكوكب، كما تمكَّنت من رصد التغييرات الطفيفة في طبيعة الضوء الذي يمر من النجم خلاله، وصولا إلى مرآة التلسكوب.

الفكرة البسيطة إذن أن جيمس ويب هو بمثابة نافذة جديدة تمامًا على منجم بيانات هائل لا نعرف له قاعا إلى الآن، من المرجح أن تُمهِّد هذه البيانات لقفزة واسعة في علوم الفيزياء والفلك، ومن المتوقع أن تساعد العلماء على سبر أغوار هذا الكون وحل أعمق مشكلاته، وهي كثيرة في الحقيقة، يكفيك أن تعرف أن كل ما نعرفه عن هذا الكون، كل ما نتمكن من رصده ودراسته، يمثل فقط 4-5% من تركيبه.

أما الـ95% الأخرى فتمثل ما نسميه بالطاقة والمادة المُظلمتين، ونحن لا نعرف أي شيء عنهما بعد، بل لا نعرف بعد إن كانت هذه الكيانات موجودة فعلا أم أننا فقط نتخبط في أخطاء نظرياتنا عن الكون. نعم، لقد كنا بحاجة إلى أدوات بقوة جيمس ويب من أجل إجراء دراسات أعمق وأدق حول تطور المجرات وبنيتها، تساعدنا بالتبعية في التأكد من صحة هذه الفرضيات أو خطأها، وبالتالي الخروج بنظريات جديدة تعرفنا بأصل هذا الكون، وربما مستقبله البعيد.

المصادر:

1. Webb Delivers Deepest Image of Universe Yet
2. Webb Captures Dying Star’s Final ‘Performance’ in Fine Detail
3. Webb Reveals Cosmic Cliffs, Glittering Landscape of Star Birth
4. Webb Sheds Light on Galaxy Evolution, Black Holes
5. Webb Reveals Steamy Atmosphere of Distant Planet in Exquisite Detail
6. Nasa Official Site.