סוף סוף זה קורה: אחרי 25 שנות פיתוח, תקציב שהתנפח ל-9.7 מיליארד דולר ולא פחות מ-13 דחיות, ביום שבת הקרוב ישוגר טלסקופ החלל ג'יימס ווב – הטלסקופ העוצמתי, המורכב והיקר ביותר שאי פעם נבנה. הטלסקופ, שנקרא בטעות "יורשו המדעי של טלסקופ החלל האבל", יפעל קצת יותר מחמש שנים בסך הכול, נתון המעלה את השאלה: האם הפרויקט יצדיק את ההשקעה?
הקונגרס רצה לחסל את ג'יימס ווב, הציבור הציל את הפרויקט
טלסקופ החלל ג'יימס ווב, שנקרא על שם ג'יימס ווב – המנהל השני של סוכנות החלל האמריקנית ומי שפיקח על פרויקט אפולו – החל את דרכו ב-1996. בנאס"א חיפשו במשך שנים טלסקופ חלל מהדור הבא, או Next Generation Space Telescope כשמו הזמני, שיאפשר לנו לראות את הגלקסיות הראשונות שנוצרו אחרי המפץ הגדול.
בנאס"א העריכו אז כי עלותו של טלסקופ כזה תהיה כ-500 מיליון דולר, וכי הטלסקופ ישוגר ב-2007. מהר מאוד התברר שכדי לקלוט את האותות החלשים מאותן גלקסיות רחוקות ועתיקות יהיה צורך לבנות טלסקופ גדול בהרבה, עד כדי כך שהוא לא ייכנס לאף משגר בחתיכה אחת. כך התנפח הפרויקט מ-500 מיליון ל-9.7 מיליארד דולר – והתעכב במשך 25 שנה.
ב-2011 רצו חברי הקונגרס לחתוך 1.9 מיליארד דולר מהתקציב הכולל של נאס"א במטרה לחסל את ג'יימס ווב, ש"שתה" כרבע מכל תקציב סוכנות החלל. הוועדה הביעה חוסר אמון בניהול הפרויקט, שכבר אז חרג במיליארדי דולרים מהתקציב. יום לפני ההצבעה, אסטרונומים, עיתונאים ואזרחים פרטיים הביעו אמון בג'יימס ווב וקראו לחברי הקונגרס לחזור בהם. ההצעה נפלה, ובוועדה המפקחת על נאס"א הסתפקו בהחלטה שלא תאפשר לתקצב את הטלסקופ ביותר מ-8 מיליארד דולר (תקרת תקציב, שאף היא, כאמור, נפרצה בסופו של דבר).
640px-JWST_people.jpg
"אוריגמי" של טלסקופ חלל
התוצאה הסופית היא מלאכת מחשבת של מדע והנדסה. טלסקופ החלל הוא מפלצת במשקל כ-6,500 קילוגרם ובגודל של כ-20 על 14 מטרים – כמעט כמו מגרש טניס.
למעשה, אולי ההישג ההנדסי המדהים ביותר של הפרויקט הוא היכולת של הטלסקופ להתקפל ולהתפרש חזרה כמו עבודת אומנות באוריגמי. המשגר אריאן 5 של סוכנות החלל האירופית שיישא את ג'יימס ווב הוא בקוטר 5 מטרים בלבד – ופירושו של דבר שהטלסקופ ישוגר כשמראותיו והמגן הסולארי שלו מקופלים. הפרישה מחדש בחלל תהיה המבחן המכריע של ג'יימס ווב. ב-2018 למשל, המפרש הסולארי נקרע במהלך פרישת מבחן, ודו"ח שבדק את התקלה מצא לא פחות מ-344 נקודות תורפה, שכל אחת מהן יכולה לסכן את המשימה כולה.
הישג הנדסי מדהים: הדמיית פריסת הטלסקופ ג'יימס ווב בחלל. קרדיט: NASA's Goddard Space Flight Center
כוח איסוף האור של כל טלסקופ תלוי בקוטר המראות שלו, וג'יימס ווב מתהדר במראה בקוטר 6.6 מטרים – בהשוואה, למשל, לטלסקופ החלל האבל שהמראה העיקרית שלו היא בקוטר 2.4 מטרים "בלבד". זאת ועוד, המראה של ג'יימס ווב מורכבת מ-18 מראות משושה בצורת חלת דבש, שכל אחת מהמראות הקטנות יותר עשויה בריליום מצופה זהב טהור. כדי למקסם את היכולת של המראות לשקף ולמקד אור, השכבה מחזירת האור של המראות לוטשה עד כדי 20 ננומטר, או 20 חלקי מיליארד המטר. לשם השוואה, עוביו של דף נייר ממוצע הוא 100,000 ננומטר.
לשם מה צריך מראה גדולה כל כך? כדי לאסוף יותר פוטונים של אור ממספר מקורות לפני המיקוד שלו במכשירי הטלסקופ. מאחר שג'יימס ווב נועד לצפות בגלקסיות הראשונות ביקום, האור שיגיע אליו יגיע ממרחקים גדולים יותר. החלל אמנם ריק ברובו, אבל הוא לא ריק לגמרי – ועל פני מרחקים אדירים חלקיקי אבק מפזרים את האור בדומה לערפל כאן בכדור הארץ.
51391443339_22be12889b_o.jpg
זאת ועוד, טלסקופ החלל ג'יימס ווב יקיף את נקודת לגראנז' 2, נקודה יציבה מבחינה כבידתית על ציר הארץ-שמש במרחק 1.5 מיליון ק"מ, שמאפשרת לעצם "לרחף" במקום תוך השקעה מינימלית של דלק. המרחק הרב נועד לוודא שג'יימס ווב לא יצטרך לסנן את הקרינה המוחזרת מכדור הארץ או מהירח, ומצד שני לוודא שהוא יהיה קרוב מספיק כדי לתקשר עם הקרקע בזמן סביר.
כמובן, למרחק הרב יש גם חסרונות. לא פחות מחמש משימות שירות נשלחו לטלסקופ החלל האבל, ואסטרונאוטים שבו לתקן ולשדרג את מערכותיו לאורך השנים. ג'יימס ווב אמנם נבנה עם נקודת עגינה לחללית, אבל סביר להניח שבמקרה של תקלה הפרויקט פשוט ייזנח. המרחק האדיר לטלסקופ הוא פי ארבעה מהמרחק הממוצע לירח, הנקודה הרחוקה ביותר שבני אדם אי פעם הגיעו אליה, כך שמשימת שירות לטלסקופ החלל ג'יימס ווב לא תהיה כדאית מבחינה כלכלית – וסביר להניח שבסוכנות החלל יעדיפו לבנות טלסקופ חדש.
כמו כן, נקודת לגראנז' 2 אמנם תאפשר לטלסקופ לשמור על מסלול יציב בהשקעה מינימלית של דלק, אבל "מינימלית" אין פירושה אפס. ג'יימס ווב משוגר עם מספיק דלק כדי לשמור על מיקומו למשך חמש שנים לכל הפחות – ועשר שנים לכל היותר. כן, טלסקופ החלל ג'יימס ווב מגיע עם תאריך תפוגה, שאחריו הוא ייזרק ממסלול ויפסיק להיות שימושי בשל קרינת השמש העזה. למעשה, ג'יימס ווב לא יכול להיות "יורשו" של האבל מאחר שהאבל עשוי להאריך חיים עד שנת 2040, הרבה אחרי שג'יימס ווב ייצא מכלל שימוש.
863px-L2_rendering.jpg
לראות את היקום סמוך למפץ הגדול
אז למה לשגר טלסקופ שעלותו 9.7 מיליארד דולר, שעלול לא לעבוד ובוודאות יפסיק לעבוד תוך כמה שנים? כדי להציץ אחורה בזמן ולראות את היקום כפי שהיה עד 100 וייתכן שאף 50 מיליון שנה בלבד אחרי המפץ הגדול.
האסטרונום האמריקני אדווין האבל – שעל שמו נקרא טלסקופ החלל האבל – סיפק ראיות חד-משמעיות לכך שהיקום שלנו מתפשט: הגלקסיות מתרחקות זו מזו בקצב הולך ומאיץ. כאשר מריצים את השעון אחורנית, אפשר לקבוע שלפני 13.8 מיליארד שנה היה כל החומר ביקום מרוכז בנקודה סינגולרית אחת. החומר המרוכז הזה "התפוצץ" ויצר את כל החלקיקים, האטומים, המולקולות, הגלקסיות, כוכבי השבת והלכת שאנו רואים היום. אלא שעד היום לא ראינו את הגלקסיות והכוכבים הראשונים שנוצרו מיד אחרי המפץ הגדול, כך שאיננו מבינים את ראשית האבולוציה של היקום שלנו.
ההנחה היא שגלקסיות גדולות וספירליות כמו גלקסיית שביל החלב שלנו הן תוצר של מיזוגים בין גלקסיות במרוצת השנים, וכי הגלקסיות הראשונות היו קטנות, צפופות וגושיות. טלסקופ החלל ג'יימס ווב יאפשר למדענים לחקור את הרכב, תכונות וקצב ייצור הכוכבים של הגלקסיות הראשונות. בנוסף, עוד לא ברור הקשר שבין חורים שחורים על-מסיביים הנמצאים במרכזי הגלקסיות היום – כמו גם במרכז שביל החלב – לבין היווצרות של גלקסיות, ומדענים רוצים להבין את הדינמיקה של גלקסיות ללא חורים שחורים כדי להבין את תפקידם בימינו.
כדי לראות את הגלקסיות החלוציות הללו יש צורך בטלסקופ עוצמתי בתחום התת-אדום. משום שהיקום מתפשט בקצב הולך ומאיץ, ככל שעצם מסוים רחוק יותר מאיתנו כך הוא מתרחק מאיתנו במהירות רבה יותר. גלי האור מהמגיעים מאותם מקורות מתרחקים נמתחים יחד עם החלל, ועוברים הסחה לאדום בתהליך שנקרא אפקט דופלר – בדומה לגלי קול של סירנה המתרחקת מאיתנו ברחוב. הגלקסיות הראשונות ביקום הן גם הגלקסיות הרחוקות ביותר והמתרחקות ביותר, ולכן האור שמגיע אלינו מהן מוסח לתחום התת-אדום של הספקטרום האלקטרומגנטי – וצריך טלסקופ בתחום התת-אדום כדי לראות אותן.
שעה שהטווח העיקרי של טלסקופ החלל האבל הוא בתחום האור הנצפה והעל-סגול, טלסקופ החלל ג'יימס ווב מסוגל לראות אור באורכי גל של בין 0.6 ל-28.5 מיקרומטר – כשהוא מכסה את הטווח החסר שבין טלסקופ החלל האבל מצד אחד לטלסקופ החלל שפיצר מצד שני. יצוין כי שעה שטלסקופ החלל ג'יימס ווב "נוגע" בתחום האור הנצפה, הוא מסוגל לראות רק אדום, חלק ניכר מהאור הנצפה בכתום, אבל שום דבר מעבר לצהוב.
גם מסיבה זו, לומר שטלסקופ החלל ג'יימס ווב הוא יורשו המדעי של האבל – זה לא מדויק בלשון המעטה: מדובר בשני טלסקופים שונים בתכלית.
הגלקסיות הראשונות ביקום הן גם הרחוקות והמתרחקות ביותר, ולכן האור שמגיע מהן מוסח לתחום התת-אדום. קרדיט: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt/Caltech-IPAC
אלא שכמו האבל, ג'יימס ווב יהיה טלסקופ רב-תכליתי, שישמש למגוון רחב של תצפיות קרובות ורחוקות – החל ממים בכוכבי לכת במערכת השמש שלנו כמו מאדים, דרך האטמוספרות בכוכבי לכת חוץ שמשיים וכלה בכוכבים הראשונים שהחלו לנצנץ ביקום. אם הכול ילך כשורה בשיגור בחמישי, ובהמשך בריקוד הבלט העדין של פרישת המכשירים בחודש ינואר, מדענים ברחבי העולם צפויים לריב על הזכות לעשות שימוש בזמנו היקר, והקצר, של הכלי המדעי המורכב ביותר שהאנושות בנתה מאז ומעולם.