• وحدة الأداة العلمية المتكاملة (ISIM)

وحدة الأداة العلمية المتكاملة هي واحدة من بين ثلاثة عناصر رئيسية تُؤلف نظام الطيران في مرصد ويب. العناصر الأخرى هي العنصر التلسكوبي البصري (OTE)، وعنصر المركبة الفضائية (حافلة المركبة الفضائية، والدرع الشمسي).

صورة توضيحية لـ ISIM. حقوق الصورة: ناسا تكبير الصورة صورة توضيحية لـ ISIM. حقوق الصورة: ناسا

تُعتبر ISIM قلب تلسكوب جيمس ويب الفضائي، وهي ما يدعوه المهندسون بالحمولة الرئيسية؛ وهي الوحدة التي ستستضيف أربعة أجهزة رئيسية ستكشف الضوء القادم من النجوم البعيدة، والمجرات، والكواكب التي تدور حول النجوم الأخرى. يُشابه الهيكل المصور هنا شاسيه السيارة ويُقدم دعماً للمحرك والمكونات الأخرى.

 

تحتوي أداة ISIM الأجهزة التالية:

  • الكاميرا العاملة في المجال القريب من تحت الأحمر (NIRCam)، المُقدمة من قبل جامعة اريزونا.
  • راسم الطيف العامل في المجال القريب من تحت الأحمر (NIRSpec)، المُقدم من وكالة الفضاء الأوروبية، مع مكونات أخرى مقدمة من قبل مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا.
  • الأداة العاملة في الجزء المتوسط من المجال تحت الأحمر، أو MIRI، وهي مُقدمة من قبل الاتحاد الأوروبي ووكالة الفضاء الأوروبية، ومن مختبر الدفع النفاث في باسادينا.
  • حساسات التوجيه والإرشاد/المصور العامل في المجال القريب من تحت الأحمر وراسم الطيف اللاشقي، أو FGS/NIRISS، المُقدم من قبل وكالة الفضاء الكندية.

التفاصيل التقنية المتعلقة بـ ISIM:

تُمثل أداة ISIM المكونة من أربعة أجهزة أساسية وعدد هائل من الأنظمة الفرعية في حمولة واحدة، مسعىً شاقاً. وبقصد تبسيط عملية الدمج، قسم المهندسون ISIM إلى ثلاث مناطق.

مكونات ISIM داخل المرصد. حقوق الصورة: ناسا تكبير الصورة مكونات ISIM داخل المرصد. حقوق الصورة: ناسا

المنطقة الأولى: تحتوي وحدة التبريد الفائق. وتقوم هذه الوحدة بتجميد الكواشف وصولاً إلى درجة حرارة 39 كلفن، وهي درجة حرارة ضرورية كي لا تتداخل الحرارة الذاتية للمركبة الفضائية مع الضوء تحت الأحمر القادم من المصادر الكونية البعيدة. ويُقدم النظام الفرعي للإدارة الحرارية لـ ISIM وOTE تبريداً فعالاً. وبعد ذلك، تقوم أجهزة أخرى بتبريد الكواشف إلى درجة حرارة أكثر انخفاضاً.

المنطقة الثانية: تضم هذه المنطقة الكترونيات ISIM، التي تُقدم سطوح التركيب وبيئة حرارية متحكم بها بالكترونيات التحكم بالأجهزة.

المنطقة الثالثة: تقع داخل حافلة المركبة الفضائية، وتحتوي النظام الفرعي المكرس لمعالجة بيانات وأوامر ISIM، بالإضافة إلى برمجيات الطيران المتعلقة بـ ISIM، وضاغط التبريد لأداة MIRI، والكترونيات التحكم.

 

  • الكاميرا العاملة في المجال القريب من تحت الأحمر (NIRCam)

تعتبر المصور الرئيسي لتلسكوب جيمس ويب الفضائي وستُغطي الأطوال الموجية الواقعة في المجال تحت الأحمر من 0.6 إلى 5 ميكرون. وستقوم NIRCam بكشف الضوء القادم من النجوم والمجرات القديمة جدا التي نتجت أثناء تشكل الكون، وستدرس توزع النجوم في المجرات القريبة، كما أنها سترصد النجوم الشابة في مجرة درب التبانة والأجسام الموجودة في حزام كايبر.

صورة توضيحية لـ nircam. حقوق الصورة: ناسا تكبير الصورة صورة توضيحية لـ nircam. حقوق الصورة: ناسا

NIRCam عبارة عن جهاز يمتلك كوروناغراف، وهو جهاز يسمح لعلماء الفلك بالتقاط صور للأجسام الخافتة جدا والموجودة حول المراكز اللامعة للأجسام، مثل الأنظمة النجمية.

يعمل الكوروناغراف الموجود في NIRCam عبر قيامه باحتجاز ضوء الأجسام الأكثر لمعانا، مما يُمكن علماء الفلك من مشاهدة الأجسام العاتمة القريبة – يشابه هذا الأمر تماما ما تقوم به عندما تقي عينك من ضوء الشمس برفع يدك فوقها، وهو أمر يسمح لك بالتركيز على الطريق الموجود أمامك. وبالاعتماد على الكوروناغراف، يتمنى علماء الفلك تحديد مميزات الكواكب التي تدور حول النجوم القريبة.

ونشاهد هنا فيديو توضيحي لهذه الكاميرا: 

  • راسم الطيف بالقرب من المجال تحت الأحمر (NIRSpec)

إن راسم الطيف العامل في المجال القريب من تحت الأحمر سيعمل عند مجال من الأطوال الموجية يمتد بين 0.6 إلى 5 ميكرون. تم جمع NIRSpec وهو يخضع الآن للفحص في أوروبا.

 

يُستخدم راسم الطيف، الذي يُدعى أحيانا بالمقياس الطيفي، لتشتيت الضوء القادم من الأجسام وتشكيل الطيف. يساعدنا تحليل طيف الجسم في معرفة الكثير عن خواصه الفيزيائية بما في ذلك درجة الحرارة، والكتلة، والتركيب الكيميائي. في الحقيقة تقوم الجزيئات والذرات الموجودة في الجسم بوضع بصمتها على شكل خطوط في طيف الجسم والتي توضح لنا بدورها ما هي العناصر الموجودة ويمكن أن تكشف عن كنز من المعلومات حول الظروف الفيزيائية للجسم. يُعتبر كلٌ من التحليل الطيفي والقياس الطيفي (وهي العلوم التي تفسر هذه الخطوط) الأدوات الأكثر حدة وقوة التي يمكن استخدامها بقصد استكشاف الكون.

 

العديد من الأجسام التي سيدرسها تلسكوب جيمس ويب، مثل المجرات البدائية التي تشكلت بعد الانفجار العظيم، خافتٌ جدا بحيث يتوجب على المرآة العملاقة لتلسكوب جيمس ويب إمعان النظر بتلك الأجسام لمئات الساعات لجمع ضوء كاف لتشكيل الطيف. ولدراسة الآلاف المجرات أثناء مهمته التي ستستمر لمدة خمس سنوات، تم تصميم NIRSpec ليقوم برصد 100 جسم في الوقت نفسه. NIRSpec هو أول راسم طيفي سيتواجد في الفضاء وفي الوقت نفسه يمتلك قدرة ملحوظة على إجراء مراقبات متعددة بشكل متزامن. ولجعل ذلك الأمر ممكنا، كان على علماء ومهندسي مركز غودارد ابتكار تكنولوجيا جديدة لنظام مصراع ميكروي للتحكم بكيفية دخول الضوء إلى NIRSpec.

 

أحد التكنولوجيات الفريدة الموجودة في NIRSpec والتي تمكنه من الحصول على 100 مراقبة طيفية متزامنة هي النظام الالكتروميكانيكي-الميكروي والمسمى بـ "الصفيفة ميكروية المصراع". لخلايا المصراع الميكروي الموجودة في NIRSpec عرض شعرة من رأس الإنسان تقريبا، ولهذه المصَارع أغطية تُفتح وتُغلق عندما يتم تطبيق حقل مغناطيسي عليها. ويمكن التحكم بكل خلية بشكل منفرد، مما يسمح بفتحها وغلقها لرؤية أو حجب قسم من السماء.

 

أدى هذا التعديل للأداة إلى جعلها قادرة على القيام بتحاليل طيفية للعديد من الأجسام بشكل متزامن. ولأن الأجسام التي سيقوم NIRSpec بالنظر إليها بعيدة جدا وخافتة جدا، إذا لا بد من وجود جهاز يحجب الضوء الناتج عن الأجسام اللامعة القريبة. تعمل المصَارع بشكل مشابه للناس عندما تحاول التحديق والتركيز على جسم ما معين عبر حجب مصادر الضوء الأخرى التي تُسبب تداخلا مع ضوء الجسم الذي يرغبون بالنظر إليه. ونشاهد في الفيديو التالي توضيحاً لهذه الأداة: 

 

  • أداة المجال المتوسط من الأشعة تحت الأحمر (MIRI)

عمل المهندسون وبشكل دقيق على تركيب جهاز الأشعة تحت الحمراء المتوسطة داخل وحدة الأجهزة العلمية المتكاملة (ISIM) الموجودة على متن تلسكوب جيمس ويب الفضائي، وتمَّ هذا الأمر داخل غرفة نقية في مركز غودارد لرحلات الفضاء في غرينبلد-ميريلاند. وكخلفٍ لتلسكوب هابل الفضائي، سيكون تلسكوب جيمس ويب الفضائي أقوى التلسكوبات الفضائية التي تم بنائها على الإطلاق. وسيرصد أكثر الأجسام بعدا في الكون، ويُقدم صورا لأولى المجرات المتشكلة ويُشاهد الكواكب غير المستكشفة حول النجوم البعيدة.

صورة توضيحية لـ miri. حقوق الصورة: ناسا تكبير الصورة صورة توضيحية لـ miri. حقوق الصورة: ناسا

يُمكن لأداة كاميرا الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (MIRI) وراسمها الطيفي رؤية الضوء الموجود في الجزء المتوسط من المجال تحت الأحمر، عند الأطوال الموجية الأكبر من تلك التي تستطيع عين الإنسان رؤيتها.

 

تُغطي MIRI مجال الطول الموجي الواقع بين 5 و28 ميكرون. وستسمح لها كواشفها الحساسة برؤية الانزياح الضوئي نحو الأحمر للمجرات البعيدة، والنجوم المتشكلة حديثا، والمذنبات المرئية بشكل خافت جداً، بالإضافة إلى أجسام حزام كايبر.

 

ستُقدم كاميرا MIRI مشهداً لحقل واسع جدا وعلى نطاقٍ عريض، مما سيؤدي إلى حدوث الكثير من الإثارة في مجال علم التصوير الفلكي الذي جعل من هابل محبوبا على مستوى العالم ككل. وسيتمكن راسم الطيف من الحصول على القياسات الطيفية متوسطة الدقة، الأمر الذي سيقدم بدوره تفاصيل فيزيائية جديدة عن الأجسام البعيدة التي سيتم رصدها. ونُشاهد في الفيديو التالي توضيحاً لهذه الأداة: 

 

تمتلك أداة MIRI ثلاث صفائف من كواشف السيليكون والزرنيخ (Si:As). وتقدم وحدة الكاميرا تصوير واسع الحقل، وتُعطينا وحدة راسم الطيف قياسات طيفية متوسطة الدقة ضمن مجال أقل مقارنة مع المُصور. وتبلغ درجة الحرارة العاملة والاسمية لـ MIRI قيمة 7 كلفن. ولا يمكن الوصول إلى هذا المستوى من التبريد باستخدام التبريد السلبي الذي يُقدم من قبل النظام الفرعي لإدارة العمليات الحرارية. وبدلا من ذلك، هناك عملية تُنجز على خطوتين: مبرد استباقي نبضي وأنبوبي يقوم بنقل الجهاز إلى درجة حرارة تبلغ 18 كلفن، وبعدها المبادل الحراري المُسمى بحلقة جول–تومسون الذي يدفع بدرجة حرارة الجهاز إلى 7 كلفن.

 

  • حساسات التوجيه والإرشاد/المصور العامل في المجال القريب من تحت الأحمر وراسم الطيف اللاشقي (FGS/NIRISS)

صورة توضيحية لـ fgs. حقوق الصورة: ناسا تكبير الصورة صورة توضيحية لـ fgs. حقوق الصورة: ناسا

تسمح حساسات التوجيه والإرشاد لويب بالتوجه بدقة بحيث يُمكنه التقاط صور عالية الدقة. وسيُستخدم كل من المصور العامل في المجال القريب من تحت الأحمر وراسم الطيف اللاشقي في البحث عن الأهداف العلمية التالية: كشف الضوء الأول، وكشف الكواكب الخارجية وتوصيفها، والتحليل الطيفي لعبور الكواكب الخارجية. تعمل هذه الأداة في مجال الطول الموجي الممتد بين 0.8 ميكرون و5 ميكرون، وهي متخصصة في ثلاث وضعيات أساسية، إذ يتصدى كلٌ منها لمجال طول موجي منفصل. تُمثل أداة FSG "المرشد"، الذي يُساعد التلسكوب في عملية التوجه. ونشاهد في الفيديو التالي توضيحاً لهذه الحساسات: 

المصدر: ناسا


ترجمة: همام بيطار


اترك تعليقاً () تعليقات