تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا به عنوان پیشرفته‌ترین ابزار بشر برای کاوش کیهان قرار است به غواصی عمیق در جهان هستی بپردازد و اسرار ناشناخته زیادی را برای ما افشا کند، اما دقیقا چگونه این کار را انجام خواهد داد؟ ناسا در حال آماده‌سازی ۱۷ حالت ابزار علمی تلسکوپ فضایی جیمز وب است و در حالی که هنوز ۱۰ حالت دیگر برای بررسی نهایی و راه‌اندازی باقی مانده است، اکنون فرصت داریم تا برخی از آنها را که تاکنون آماده شده‌اند، بررسی کنیم.
این هفته تیم عملیات جیمز وب برای راه‌اندازی ابزار NIRCam ،NIRISS و NIRSpec چراغ سبز نشان داد و این باعث شد هفت حالت از ۱۷ حالت در نظر گرفته شده برای کاملا عملیاتی شدن تلسکوپ فضایی جیمز وب آماده شود.
ابزار NIRCam ابزاری روی تلسکوپ فضایی جیمز وب است که دو وظیفه اصلی دارد. این ابزار به عنوان تصویربرداری از طول موج ۰.۶ تا پنج میکرون و همچنین به عنوان یک حسگر جبهه موج برای حفظ عملکرد آینه‌های ۱۸ بخشی به عنوان یک آینه واحد عمل می‌کند. به عبارت دیگر، این ابزار، دوربین است و همچنین برای ارائه اطلاعات برای تراز کردن ۱۸ بخش آینه اصلی استفاده می‌شود و در عین حال این یک دوربین فروسرخ با ۱۰ آرایه آشکارساز جیوه-کادمیم-تلورید (HgCdTe) است و هر آرایه دارای وضوح ۲۰۴۸ در ۲۰۴۸ پیکسل است.
حسگر هدایت ظریف و تصویرگر نزدیک به فروسرخ و طیف‌نگار بدون شکاف (FGS-NIRISS) نیز ابزاری در تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) است که یک حسگر هدایت دقیق و یک ابزار علمی را با یک تصویرگر فروسرخ نزدیک و یک طیف‌نگار ترکیب می‌کند. این ابزار توسط آژانس فضایی کانادا (CSA) طراحی و توسط شرکت هانی‌ول (Honeywell) به عنوان بخشی از پروژه بین‌المللی برای ساخت یک تلسکوپ فضایی بزرگ فروسرخ با ناسا و آژانس فضایی اروپا ساخته شده است. ابزار FGS-NIRISS نور را از طول موج‌های ۰.۸ تا ۵.۰ میکرون مشاهده می‌کند و دارای چهار حالت مشاهده مختلف است.
ابزار NIRSpec نیز یکی از چهار ابزار علمی است که با تلسکوپ فضایی جیمز وب به پرواز درآمده است. NIRSpec یک طیف‌نگار چند جرمی است و می‌تواند به طور همزمان طیف فروسرخ نزدیک تا ۱۰۰ جرم مانند ستاره‌ها یا کهکشان‌ها را با وضوح طیفی کم، متوسط و بالا اندازه‌گیری کند. مشاهدات آن نیز در محدوده طول موج ۰.۶ میکرومتر تا ۵.۰ میکرومتر انجام می‌شود. همچنین دارای مجموعه‌ای از دیافراگم‌ها برای طیف‌سنجی با وضوح بالا از منابع جداگانه و همچنین یک واحد میدان انتگرال (IFU) برای طیف‌سنجی سه‌بعدی است. این ابزار توسط آژانس فضایی اروپا طراحی و توسط شرکتی به نام استریوم (Astrium) ساخته شده است.
FGS/NIRISS
تلسکوپ فضایی جیمز وب بر روی اولین کهکشان‌ها تمرکز خواهد کرد
یکی از اعلان‌های اخیر ناسا، آماده‌سازی حالت طیف‌سنجی با وضوح متوسط(MIRI's MRS) و چشم‌انداز به اشتراک‌گذاری داده‌های مهندسی مرتبط با آن را خاطرنشان کرده است. واژه MIRI مخفف عبارت «ابزار میان‌فروسرخ» است که در عبارت MIRI's MRS با حالت طیف‌سنجی با وضوح متوسط ترکیب شده است.
«آلوارا لابیانو» و «دیوید لا» که هر دو از محققان تلسکوپ‌های فضایی هستند، می‌گویند: حالت MRS یکی از پیچیده‌ترین حالت‌های ابزار تلسکوپ جیمز وب است که از یک طیف‌نگار میدان انتگرال تشکیل شده است که اطلاعات طیفی و مکانی را به طور همزمان برای کل میدان دید ارائه می‌کند. آنها افزودند: این طیف‌نگار، «مکعب‌های داده» سه‌بعدی را ارائه می‌کند که در آن هر پیکسل در یک تصویر حاوی یک طیف منحصر به فرد است. این طیف‌نگارها ابزار بسیار قدرتمندی برای مطالعه ترکیب و سینماتیک اجرام نجومی هستند، زیرا آنها مزایای تصویربرداری سنتی و طیف‌سنجی را با هم ترکیب می‌کنند.
ابزار MRS برای حفظ قدرت تفکیک که طول موج مشاهده شده تقسیم بر کوچکترین اختلاف طول موج قابل تشخیص است، ساخته شده است. لا و لابیانو در این پست گفتند: این ابزار به اندازه کافی قدرتمند است تا ویژگی‌های اتمی و مولکولی کلیدی را در محیط‌های مختلف مشاهده کند و در بالاترین توان خود قادر به مطالعه انتشار هیدروژن از اولین کهکشان‌ها خواهد بود.
مشخص کردن کیفیت تصویر و تراز مکانی برای MIRI's MRS
لا و لابیانو می‌گویند: این ابزار در جابه‌جایی‌ها به سمت طول موج‌های بلندتر، ویژگی‌های هیدروکربن مولکولی را در کهکشان‌های غبارآلود نزدیک بررسی می‌کند و ردپای طیفی درخشان عناصری مانند اکسیژن، آرگون و نئون را که می‌تواند به ما درباره خواص گاز یونیزه شده در محیط میان‌ستاره‌ای بگوید، تشخیص می‌دهد. آنها افزودند: در فاصله نزدیک‌تر به زمین نیز MRS نقشه‌هایی از ویژگی‌های طیفی ناشی از یخ‌آب و مولکول‌های آلی ساده در سیارات غول‌پیکر در منظومه شمسی خودمان و در دیسک‌های تشکیل‌دهنده سیاره در اطراف ستارگان دیگر تولید خواهد کرد.
هنگامی که کیفیت تصویر و هم‌ترازی فضایی چندین نوار اطلاعات به خوبی مشخص شد، تیم مسئول ابزار MIRI بر روی کالیبره کردن پاسخ طیف‌سنجی این ابزار کار خواهد کرد که به گفته لا و لابیانو شامل چندین مرحله مانند محدود کردن طول موج و وضوح طیفی صحیح در هر ۱۲ میدان دید برای جیمز وب است.
این دو دانشمند می‌گویند: ما قدرت تفکیک طیفی استثنایی MRS را با بخش کوچکی از یک طیف به دست آمده از مشاهدات مهندسی اخیر هسته کهکشانی فعال در هسته کهکشان سیفرت NGC 6552 نشان می‌دهیم. هنگامی که MRS آماده شود، نقشی حیاتی در برنامه‌های علمی ایفا خواهد کرد که جزو اولین وظایفی هستند که تلسکوپ فضایی جیمز وب در خدمت نجوم انجام می‌دهد این در حالی است که تنها چند هفته دیگر تا این راه‌اندازی باقی مانده است.