مهندسی بی‌نهایت: تلسکوپ فضایی جیمز وب؛ نگاهی به وسعت کیهان

از زمانی که گالیله با تلسکوپ خود برای نخستین‌ بار به فضا نگاه کرد، حدود ۴۰۰ سال می‌گذرد. درطول این مدت، ما انسان‌ها نه‌تنها در ستاره‌شناسی، بلکه در تمام زمینه‌های علمی پیشرفت‌های چشمگیری داشته‌ایم. دانش ما در زمینه‌ی چینش آینه‌ها و عدسی‌ها و به‌ کار بردن فناوری‌های نوین در ساخت ابزارها، به ما این قدرت را داده است تا بتوانیم جهانی را که در آن زندگی می‌کنیم، ببینیم و از جایگاه خود آگاه شویم.

شاید بسیاری از ما، لحظه‌ای که تلسکوپ فضایی هابل نخستین تصویر از کیهان را به زمین ارسال کرد، به یاد داشته باشیم؛ در آن لحظه‌ی هیجان‌انگیز بود که علم ستاره‌شناسی وارد دوره‌ی جدیدی شد و گام در مسیر پیشرفت نهاد. هابل، تلسکوپی بود که به ما در فهم کیهان کمک شایانی کرد و با ثبت تصاویری حیرت‌انگیز از نقاط مختلف فضا، این نکته را یادآور شد که در این جهان هیچ نیستیم و باید قدر لحظه لحظه‌ی زندگی خود را بدانیم. علم ستاره‌شناسی نوین، به‌نوعی مدیون هابل است؛ تلسکوپی قدرتمند که اکنون با آغاز به‌کار رسمی جدیدترین تلسکوپ فضایی چندمنظوره‌ی جهان، جای خود را به آن داده است.

مدتی پس از تکمیل فرایند ساخت هابل، ایده‌ی ساخت تلسکوپی که بتواند جایگزین هابل باشد مطرح شد. ابتدا این تلسکوپ در حد ایده و نظریه بود؛ اما رفته‌رفته جدی شد تا اینکه بالاخره دانشمندان تصمیم گرفتند آن را بسازند. این تلسکوپ، جیمز وب نام دارد که پس از سال‌ها تأخیر و صرف هزینه سرانجام در واپسین روزهای سال ۲۰۲۱ به فضا پرتاب شد. جیمز وب، یکی از پرهزینه‌ترین و پیشرفته‌ترین تلسکوپ‌های جهان است و ناسا بر سر تأمین بودجه‌ی لازم برای آن، با مشکلاتی مختلفی مواجه شد. این تلسکوپ، ساختاری پیچیده دارد و بر خلاف هابل، به دور زمین گردش نمی‌کند؛ بلکه در مداری بسیار دورتر به دور خورشید در گردش است. در این مطلب قصد داریم با جیمز وب، جدیدترین و قدرتمندترین تلسکوپ فضایی حال حاضر جهان آشنا شویم.

ایده‌ی توسعه‌ی تلسکوپ جایگزین هابل، بین سال‌های ۱۹۸۹ تا ۱۹۹۴ مطرح شد. این تلسکوپ مفهومی فروسرخ با دیافراگم ۴ متری، Hi-Z نام داشت و در مداری به فاصله‌ی ۳ واحد نجومی (سه برابر فاصله‌ی زمین از خورشید) به دور خورشید گردش می‌کرد. این مدار بسیار دور بود؛ اما مزیت‌هایی نیز داشت. این تلسکوپ همچنان در حد ایده باقی ماند تا اینکه طرح‌های دیگری دوباره به آن جان تازه‌ای بخشیدند. دانشمندان نام اولیه‌ی این پروژه را NEXUS گذاشتند که در آن زمان بسیار نوآورانه بود؛ اما ناسا نظر دیگری داشت. در اواسط دهه‌ی ۹۰ میلادی، سازمان فضایی آمریکا اعلام کرد روی پروژه‌ای سرمایه‌گذاری می‌کند که سریع انجام شود، بهترین باشد و کم‌ترین هزینه را داشته باشد؛ بنابراین مدیران ارشد ناسا، تمرکز خود را روی ساخت یک تلسکوپ فضایی ارزان‌قیمت گذاشتند. نتیجه‌ی این تصمیم، تلسکوپ مفهومی NGST با دیافراگم ۸ متر بود که در مدار لاگرانژی ۲ (L2) به دور خورشید گردش می‌کرد؛ اما فقط ۵۰۰ میلیون دلار هزینه داشت.

طرح‌های پیشنهادی اولیه برای تلسکوپ فضایی جیمز وب.

ناسا پروژه را پذیرفت و بلافاصله با مرکز پرواز فضایی گادرد، شرکت هوافضای بال ارواسپیس و شرکت تی‌آردابلیو قرارداد همکاری بست تا آن‌ها بتوانند به انجام مطالعاتی روی ملزومات فنی پروژه و همچنین هزینه‌های مختلف آن بپردازند. در سال ۱۹۹۹، ناسا مسئولیت ساخت نسخه‌ی اولیه‌ی تلسکوپ مفهومی‌اش را به عهده‌ی شرکت لاکهید مارتین و تی‌آردابلیو گذاشت. در سال ۲۰۰۲، تلسکوپ مفهومی ساخته شد و تی‌آردابلیو قبول کرد که در ازای دریافت مبلغ ۸۲۴٫۸ میلیون دلار، تلسکوپ NGST را که اکنون با نام جیمز وب شناخته می‌شود، به‌طور کامل بسازد و تا سال ۲۰۱۰ آن را تحویل ناسا دهد. اواخر سال ۲۰۰۲، شرکت تی‌آردابلیو به تصاحب نورثروپ گرومن درآمد و پروژه جیمز وب نیز به این شرکت هوافضا واگذار شد.

ناسا بعدها در سال ۲۰۰۵ اعلام کرد که تغییراتی در برنامه ایجاد شده است و باید بخشی از تجهیزات تلسکوپ تغییر داده شوند که همین موضوع باعث شد پرتاب تلسکوپ با ۲۲ ماه تأخیر انجام شود و تاریخ پرتاب از سال ۲۰۱۱ به ۲۰۱۳ موکول شد. ناسا همچنین اعلام کرد که فرایند آزمایش سیستم‌ها در طول موج‌های کم‌تر از ۱٫۷ میکرومتر را انجام نخواهد داد تا تمرکز بر سایر بخش‌‌ها معطوف شود. در سال ۲۰۰۶ بازهم برنامه باید بازبینی می‌شد؛ اما این‌ بار قضیه صرفاً در زمینه‌ی فنی نبود، بلکه باید ناسا در زمینه‌ی مالی نیز یک سری تغییرات اعمال می‌کرد تا بودجه‌ای که دراختیار داشت به شکلی صحیح تقسیم شود.

در همان سال، ناسا برآورد کرد که هزینه ساخت و پشتیبانی از تلسکوپ جیمز وب در طول چرخه‌ی حیات، حدود ۴٫۵ میلیارد دلار خواهد بود. از این مقدار، ۳٫۵ میلیارد دلار صرف طراحی، تولید، پرتاب و قرارگیری در مدار خواهد شد و یک میلیارد دلار هزینه‌ی پشتیبانی از تلسکوپ در طول ده‌ها سال مأموریت خواهد شد. آژانس فضایی اروپا اعلام کرد که ۳۰۰ میلیون دلار از این بودجه را تأمین می‌کند و هزینه‌ی پرتاب را نیز قبول خواهد کرد. از سوی دیگر، آژانس فضایی کانادا نیز تأمین ۳۹ میلیون دلار کانادا از این بودجه را بر عهده گرفت. با توجه به این اطلاعات، هزینه‌ی اصلی پروژه بر دوش ناسا افتاد.

مدل تمام‌اندازه‌ی تلسکوپ فضایی جیمز وب در پارک بتری در منهتن در سال ۲۰۱۰.

ژانویه سال ۲۰۰۷، مهندسان اعلام کردند که از ۱۰ ابزار علمی تلسکوپ، ۹ عدد با موفقیت توانسته‌اند آزمایش‌های بدون محافظ را پشت سر بگذارند. ماه مارس سال ۲۰۰۸ نیز تلسکوپ توانست با موفقیت آزمایش بررسی اولیه‌ی طراحی را پشت سر بگذارد. تا سال ۲۰۱۱، تلسکوپ تمام آزمایش‌ها و بررسی‌ها را با موفقیت پشت سر گذاشت و وارد مرحله‌ی نهایی طراحی ساختار و طراحی بدنه شد. از آن‌جایی که پس از نهایی شدن پروژه و نزدیک شدن زمان پرتاب امکان تغییر در طراحی و ساختار وجود نداشت، مهندسان باید نهایت دقت خود را به کار می‌گرفتند و با ظرافت کامل، به بررسی ساختار و ابزار می‌پرداختند. از دهه‌ی ۹۰ میلادی که ایده‌ی تلسکوپ مطرح شد، تا سال ۲۰۱۱، دستاوردهای علمی جدیدی حاصل شده بودند که در تلسکوپ به‌ کار گرفته شدند. به‌عنوان مثال، در دهه‌ی ۹۰، دانشمندان نمی‌دانستند چگونه می‌توان تلسکوپی بزرگ با وزن کم طراحی کرد.

جیمز ادوین وب (راست)، مدیر سابق ناسا در کنار هری ترومن، رئیس‌جمهور سابق آمریکا در سال ۱۹۶۱. ناسا در سال ۲۰۰۲ در اقدامی بی‌سابقه نام فردی غیردانشمند را برای یک مأموریت علمی خود انتخاب کرد.

سال ۲۰۱۷، ناسا بازهم تاریخ پرتاب را تغییر داد و آن را به ۲۰۱۹ موکول کرد؛ زیرا برخی ابزارها نیاز به آزمایش بیشتر نیاز داشتند و شبیه‌سازی قرارگیری تلسکوپ در موشک نیز باید به‌طور دقیق انجام می‌شد. در همان زمان اریک اسمیت، مدیر پروژه‌ی جیمز وب گفت:

فضاپیمای حامل تلسکوپ و سپر خورشیدی، بزرگ‌تر و پیچیده‌تر از بسیاری از فضاپیماها هستند. فرایند مونتاژ و یکپارچه‌سازی برخی از بخش‌ها، بیش از آنچه برنامه‌ریزی کرده بودیم زمان‌بر است. به‌عنوان مثال، ما بیش از ۱۰۰ دستگاه رهاساز پرده‌های سپر خورشیدی داریم که باید آزمایش شوند؛ همچنین چندی پیش مدت‌زمان انجام آزمایش‌های ارتعاش را افزایش دادیم و با توجه به اطلاعاتی که از آن به دست آوردیم، باید بگوییم که فرایند ادغام و آزمایش آن نیز زمان‌بر خواهد بود. با در نظر گرفتن سرمایه‌گذاری هنگفت ناسا روی این پروژه و عملکرد خوب و رضایت‌بخش تا به امروز، ما تصمیم گرفته‌ایم که روی این آزمایش‌ها حساسیت بیشتری به خرج دهیم تا همه چیز برای پرتاب تلسکوپ در بهار سال ۲۰۱۹ آماده باشد.

بااین‌حال، مشکلات تمام‌ناشدنی به‌نظر می‌آمدند. در ۲۷ مارس ۲۰۱۸، اعلام شد که به‌دلیل مشکلات مربوط به سامانه‌ی پیشرانه و سپر خورشیدی، تلسکوپ دست‌کم تا پیش از مه ۲۰۲۰ پرتاب نخواهد شد. اندکی بعد، ناسا تاریخ پرتاب دقیق جیمز وب را ۳۰ مارس ۲۰۲۱ (۱۰ فروردین ۱۴۰۰) اعلام کرد. سپس در اوایل سال ۲۰۲۰، به‌دلیل مشکلات ناشی از دنیاگیری کووید ۱۹ و چالش‌های فنی، پرتاب به ۳۱ اکتبر ۲۰۲۱ (۹ آبان ۱۴۰۰) موکول شد. مشکلات مختلف یکی از پس دیگری ظاهر می‌شدند و تاریخ پرتاب مرتب به تعویق می‌افتاد تا آنکه پس از تقریباً ۲۵ سال فرایند طولانی‌مدت ساخت، جسم زمینی عجیب و غریبی که برای دهه‌ها صرفاً در عکس‌ها و ویدئوها ظاهر شده بود، سرانجام در ۴ دی ۱۴۰۰ به آسمان راه یافت. جدول زمانی پیشرفت جیمز وب به شرح زیر است:

• سال ۱۹۹۶: ایده‌ی ساخت نسل جدیدی از تلسکوپ فضایی مطرح و طرح مفهومی آن با نام NEXUS ساخته شد.
• سال ۲۰۰۰: پروژه NEXUS‌ لغو شد.
• سال ۲۰۰۲: شرکت تی‌آردابلیو اعلام کرد که برای ساخت تلسکوپ NGST حدود ۸۲۴٫۸ میلیون دلار بودجه لازم است.
• سپتامبر ۲۰۰۲: نام تلسکوپ از NGST‌ به جیمز وب تغییر یافت.
• ژانویه ۲۰۰۷: از ۱۰ ابزار علمی، ۹ ابزار توانستند آزمایش‌های بدون محافظ را با موفقیت پشت سر بگذارند.
• آوریل ۲۰۱۰: آزمایش بخش‌های فنی و طراحی مهم (آزمایش MCDR) با موفقیت انجام شد.
• ژوئیه ۲۰۱۱: خطر لغو شدن به دلیل کمبود بودجه، پروژه را تهدید کرد.
• نوامبر ۲۰۱۱: بودجه تأمین شد و توسعه‌ی جیمز وب ادامه یافت.
• سال ۲۰۱۲: ابزار رصد فروسرخ میانی (MIRI) توسط آژانس فضایی اروپا به آمریکا آورده شد.
• مارس ۲۰۱۳: حسگر هدایت کامل (FGS) و طیف‌سنج فروسرخ نزدیک (NIRISS) روی تلسکوپ نصب شد.
• ژوئیه ۲۰۱۳: قطعه‌ی MIRI‌ روی تلسکوپ نصب شد.
• مارس ۲۰۱۴: تصویربردار NIRCam و طیف‌سنج NIRSpec روی تلسکوپ نصب شدند.
• ژوئن ۲۰۱۴: تمام ابزارها در محفظه‌ی برودتی ناسا تحت شرایط شبیه‌سازی شده‌ی فضا آزمایش شدند.
• دسامبر ۲۰۱۴: دولت آمریکا ۶۵۰ میلیون دلار دیگر به بودجه‌ی پروژه اضافه کرد.
• فوریه ۲۰۱۵: بازوهای رباتیک، آینه‌های طلایی شش ضلعی را نصب کردند.
• دسامبر ۲۰۱۵: قرارداد اجاره‌ی سکوی پرتاب گویان فرانسه و موشک آریان ۵ امضا شد.
• مارس ۲۰۱۶: آزمایش برودتی تمام تجهیزات و آینه‌ها با موفقیت به اتمام رسید.
• مارس ۲۰۱۶: آینه‌ی دوم روی مجموعه‌ی OTE نصب شد.
• نوامبر ۲۰۱۶: ساخت تلسکوپ رسماً به پایان رسید؛ اما آزمایش‌های بیشتری نیاز بود.
• ژانویه ۲۰۱۷: جیمز وب پس از تجربه کردن یک ناهنجاری در اثر آزمایش، همچنان سالم بود.
• ژوئن ۲۰۱۸: براساس توصیه‌ی یک هیئت بازبینی مستقل، پرتاب جیمز وب به ۳۰ مارس ۲۰۲۱ موکول شد.
• ژوئیه ۲۰۲۰: همه‌گیری جهانی کرونا و مشکلات فنی موجب شد پرتاب تا ۳۱ اکتبر ۲۰۲۱ به تعویق بیفتد.
• ۲۵ دسامبر ۲۰۲۱: تلسکوپ فضایی جیمز وب برفراز موشک آریان ۵ از گویان فرانسه پرتاب شد.
• ۲۴ ژانویه ۲۰۲۲: جیمز وب به مدار نهایی‌اش در اطراف نقطه لاگرانژی ۲ در فاصله‌ی ۱٫۵ میلیون کیلومتری از زمین رسید.
• ۱۱ ژوئیه ۲۰۲۲: اتمام تمام فعالیت‌های راه‌اندازی و آمادگی برای آغاز کامل فعالیت‌های علمی.
• ۱۲ ژوئیه ۲۰۲۲: انتشار نخستین عکس‌های تمام‌رنگی و داده‌های طیف‌سنجی.

بزرگ‌ترین چالش طراحی تلسکوپ‌های فضایی، اندازه‌ی آن‌ها است. یک تلسکوپ فضایی، به وسیله‌ی موشک به فضا پرتاب می‌شود؛ بنابراین طراحان باید به‌گونه‌ای طراحی را انجام می‌دادند که امکان جمع‌شدن و قرارگیری تلسکوپ جیمز وب در قسمت بالایی موشک وجود داشته باشد. همچنین این طراحی باید به‌گونه‌ای می‌بود که باز شدن آن در فضا به ساده‌ترین شکل ممکن انجام شود.

تلسکوپ فضایی جیمز وب، بسیار بزرگ است. آینه‌ی اصلی این تلسکوپ ۶٫۵ متر قطر دارد و هیچ‌یک از وسایل پرتاب کنونی توانایی گنجایش وسیله‌ای با این ابعاد را ندارند. به‌عنوان مثال، آینه‌ی اصلی تلسکوپ فضایی هابل ۲٫۵ متر قطر دارد که فرایند انتقال آن به فضا ساده‌تر انجام شد. ابعادی که برای تلسکوپ جیمز وب پیشنهاد شد، انتقال آن به فضا را غیرممکن می‌کرد؛ اما مهندسان و طراحان باید برای این مشکل چاره‌ای می‌اندیشیدند. آینه‌ی اصلی تلسکوپ هابل، به دلیل قطر کم، یک تکه و به شکل دایره‌ای بود؛ اما از آن‌جایی که آینه‌ی اصلی تلسکوپ جیمز وب ۶٫۵ متر قطر دارد، نمی‌شد آن را یک تکه طراحی کرد.

به همین مظور، مهندسان آینه‌‌ی اصلی تلسکوپ را سه قسمت کردند که به هنگام باز شدن، در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند و آینه‌ای واحد را تشکیل می‌دهند؛ اما این آینه‌ی واحد نمی‌توانست به هر شکلی باشد زیرا باعث ایجاد انحراف نوری می‌شود. وظیفه‌ی طراحی حالت آینه‌ها، بر عهده‌ی مهندسان اُپتیک قرار گرفت. طبق شبیه‌سازی‌های انجام شده، بهترین حالت برای آینه‌ها، این بود که آن‌ها را به‌صورت مجموعه‌‌ای از آینه‌های کوچک‌تر و شش ضلعی طراحی کنند. آینه‌ی اصلی تلسکوپ جیمز وب در مجموع از ۱۸ آینه‌ی کوچک‌تر شش ضلعی ساخته شده است که به‌صورت خاصی در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند و در مرکز این آینه نیز یک سوراخ قرار دارد.

تلسکوپ جیمز وب نیز از نوع کاسگرین است و مرکز آینه‌ی اصلی آن سوراخ شده تا آینه‌ی ثانویه، نور بازتاب شده را به سمت چشمی که پشت سوراخ مرکزی قرار گرفته، ارسال کند. طراحی کاسگرین مزایای بسیاری دارد که از جمله‌ی آن می‌توان به جمع و جور بودن تلسکوپ‌هایی که از این طراحی استفاده می‌کنند اشاره کرد. در تلسکوپ‌های کاسگرین، فاصله‌ی کانونی زیاد است و اعوجاج تصویر نیز کاهش می‌یابد. تلسکوپ هابل از این نوع طراحی استفاده می‌کند؛ در واقع، بسیاری از تلسکوپ‌های پژوهشی طراحی مشابهی دارند.

یکی دیگر از چالش‌های پیش‌ روی طراحان، سپر خورشیدی تلسکوپ بود. تلسکوپ جیمز وب می‌تواند نورهای فروسرخ و نزدیک به آن را رصد کند. به‌منظور دریافت و مشاهده‌ی این سیگنال‌های گرمایی، دمای تلسکوپ باید به‌شدت پایین باشد. برای محافظت از تلسکوپ دربرابر منابع نور و گرما (مانند خورشید، زمین، ماه و بدنه‌ی خود رصدخانه)، مهندسان سپر خورشیدی ۵ لایه‌ای را از جنس ماده‌ای بسیار نازک به نام کپتون طراحی کردند که به اندازه‌ی زمین تنیس است. این سپر خورشیدی، همچون یک چتر یا سایه‌بان عمل می‌کند تا مانع از رسیدن گرما و نور به تلسکوپ شود. این سپر، دارای طول ۲۱٫۱۹۷ متر و عرض ۱۴٫۶۲ متر است که بزرگی آن موجب پوشش کامل تلسکوپ می‌شود. این لایه باعث می‌شود که تلسکوپ به‌طور میانگین در محیطی با دمای ۲۲۳- سانتی‌گراد قرار بگیرد.

نکته‌‌ی جالب در طراحی سپر خورشیدی، چندلایه بودن آن است. دانشمندان می‌توانستند این سپر را به‌صورت یک لایه‌ی ضخیم تولید کنند؛ اما ۵ لایه بودن آن مزایایی دارد. در این سپر خورشیدی، هر لایه سردتر از لایه‌های بیرونی‌تر است. بین این لایه‌ها فضای خلأ وجود دارد که عایق بسیار مناسبی است؛ بنابراین گرما بین لایه‌ها پخش و خارج می‌شود. اگر سپر خورشیدی از یک لایه‌ی ضخیم ساخته شده بود، گرما از بالا تا پایین سپر را فرا می‌گرفت و خروج آن به‌سختی انجام می‌شد.

طراحی لایه‌های این سپر خورشیدی می‌توانست به هر شکلی باشد؛ اما مهندسان دریافتند که بهترین حالت، طراحی کایت شکل است. این طراحی خاص و همچنین تعداد لایه‌های سپر خورشیدی، نقشی کلیدی در تلسکوپ ایفا می‌کنند. فاصله‌ی این لایه‌های کایت‌شکل نیز با دقت و ظرافت بالایی تعیین شده است تا بهترین عملکرد را در زمینه‌ی خنک‌سازی داشته باشند. طراحی کایت‌شکل لایه‌ها باعث می‌شود که حرارت، به طرفین هدایت شود و بخش باقیمانده به میان لایه‌ها منتقل می‌شود تا اینکه سرانجام از بین لایه‌ها نیز خارج می‌شود. این طراحی منحصربه‌فرد باعث می‌شود که گرمای باس ماهواره‌ای فوراً توسط لایه‌ها انتقال یابد تا به تجهیزات نوری نرسد.

تجهیزات اصلی نصب‌شده روی تلسکوپ، به‌صورت یکپارچه هستند و روی یک ماژول قرار گرفته‌اند. این ماژول که با نام «ماژول یکپارچه‌ی تجهیزات علمی» یا به‌اختصار ISIM شناخته می‌شود، در واقع یک ساختار داربست شکل یک‌تکه است که مهندسان به آن قلب تلسکوپ می‌گویند؛ زیرا تقریباً تمام ابزارهای علمی تلسکوپ، روی این شاسی نصب شده‌اند. ۴ عدد از ابزارهای علمی تلسکوپ، روی این ISIM نصب شده‌اند و به‌صورت یکپارچه کار می‌کنند. قرار دادن این تجهیزات روی یک شاسی، کاری بسیار دشوار است و مهندسان برای ساده کردن کار، ISIM را به سه ناحیه‌ی اصلی تقسیم کرده‌اند.

در ناحیه‌ی ۱، ابزار خنک‌سازی قرار گرفته است که وظیفه‌ی تنظیم دمای حسگرها را بر عهده دارد. این خنک‌سازها، باید همواره دمای حسگرها را روی ۳۹ درجه کلوین یا ۲۳۴- سانتی‌گراد نگه دارند. انجام این کار بسیار ضروری است؛ زیرا خنک‌سازی باعث می‌شود که گرمای بدنه‌ی تلسکوپ با نور فروسرخی که حاصل از حرارت منابع کیهانی دوردست است، تداخل نداشته باشد. سیستم مدیریت دمای ISIM و قطعات نوری نیز باعث می‌شود که دما پایین‌تر آید تا حسگرها بیشتر خنک شوند.

ناحیه‌ی سوم، در واقع در باس ماهواره‌ای قرار گرفته است. در این ناحیه، واحد فرمان و پردازش داده‌ی تلسکوپ قرار گرفته است؛ همچنین نرم‌افزار یکپارچه‌ی پرواز و تجهیزات الکترونیکی مربوط به کنترل در این ناحیه قرار گرفته‌اند. همان‌طوری که گفته شد، ۴ عدد از ابزارهای علمی تلسکوپ در این قسمت قرار گرفته‌اند که در ادامه به معرفی و بررسی آن‌ها می‌پردازیم.

نیرکم یک تصویربردار بسیار دقیق و پیشرفته ساخت دانشگاه آریزونا است که روی ماژول ISIM نصب شده است. این قطعه‌ی بسیار مهم، دو وظیفه‌ی اصلی دارد: نخست، باید از نورهای طیف ۰٫۶ تا ۵ میکرون تصویربرداری کند و دوم، به‌عنوان یک حسگر هماهنگ‌کننده عمل کند تا بتواند هر ۱۸ آینه‌ را به‌گونه‌ای تنظیم کند که بتوانند به‌عنوان آینه‌ای واحد عمل کنند. نیرکم یک دوربین فروسرخ است که ۱۰ آرایه شناساگر جیوه-کادمیم-تلورید یا HgCdTe (یکی از آلیاژهای کادمیم تلورید است که در شناساگرهای سریع و حساس در حسگر فروسرخ به کار برده می‌شود) دارد و هر یک از این آرایه‌ها دارای وضوح ۲۰۴۸×۲۰۴۸ هستند و خود دوربین فروسرخ نیز دارای میدان دید ۲٫۲×۲٫۲ آرک دقیقه است که در طول موج ۲ میکرون، وضوح زاویه‌ای ۰٫۰۷ آرک ثانیه دارد و به همین دلیل به‌عنوان برترین دوربین حال حاضر شناخته می‌شود.

در کنار نیرکم یک کرونوگراف (تصویربردار از تاج ستاره‌ای) قرار گرفته است که به‌صورت یکپارچه با آن کار می‌کند. کرونوگراف می‌تواند در جمع‌آوری داده‌های مربوط به سیاره‌های فراخورشیدی کمک شایانی کند و می‌تواند از هر چیزی که در نزدیکی جرمی بسیار نورانی قرار گرفته است، تصویربرداری کند؛ زیرا می‌تواند نور اجرام را به‌طور کامل حذف کند تا اجرام اطراف آن‌ها مشخص شوند. دوربین نیرکم تنها در دمای ۲۳۶- درجه‌ی سانتی‌گراد کار می‌کند.

دوربین نیرکم می‌تواند طی یک تصویربرداری با نوردهی ۱۰٬۰۰۰ ثانیه‌ای (۲٫۸ ساعت) از اجرامی با قدر ظاهری ۲۹+ با وضوح بالایی تصویربرداری کند. این دوربین می‌تواند هم‌زمان مشاهده و تصویربرداری کند و آینه‌ها را نیز کنترل کند. تمام مشاهدات این دوربین بین طول‌ موج‌های ۶۰۰ نانومتر تا ۵۰۰۰ نانومتر انجام می‌شوند. دقت حسگرهایی که آینه‌های تلسکوپ را هماهنگ می‌کنند، بسیار بالا است به‌گونه‌ای که می‌توانند آینه‌ها را به اندازه‌ی کمتر از ضحامت موی انسان، تکان دهند. به عبارت دیگر، دقت حرکت این حسگرها دست‌کم ۹۳ نانومتر است؛ اما در جریان آزمایش‌ها این دقت به ۵۲ و ۳۲ نانومتر نیز رسید که بسیار شگفت‌انگیز است.

حسگرهای نیرکم به‌طور کلی از قسمت‌های زیر تشکیل شده‌اند:

• حسگر جدا از هم هارتمَن (اندازه‌گیر جبهه موج)
• GRISM (ترکیب منشور و توری پراش)
• لنزهای ضعیف

بخش نیرکم نیز به‌طور جداگانه از قسمت‌های زیر تشکیل شده است:

• کِشنده آینه‌ها
• کرونوگراف
• نخستین آینه بازتابنده
• لنزهای کولیماتور (موازی کننده)
• تفکیک کننده پرتو دیوکروی
• چرخ‌های فیلترکننده طول موج بلند (فرکانس کم‌تر از ۳۰۰ کیلوهرتز)
• گروه لنزهای دوربین تصویربردار طول موج بلند
• صفحه کانونی طول موج بلند
• چرخ‌های فیلترکننده طول موج کوتاه
• گروه لنزهای دوربین تصویربردار طول موج کوتاه
• آینه بازتابنده طول موج‌های کوتاه
• لنز تصویربردار مردمکی
• صفحه کانونی طول موج کوتاه

دوربین نیرکم دارای دو سیستم نوری مجزا و کامل است که برای دقت در تصویربرداری استفاده می‌شوند. این دو سیستم که با نام بخش‌های A‌ و B شناخته می‌شوند، می‌توانند به‌طور هم‌زمان با یکدیگر کار و دو مسیر متفاوت از آسمان را مشاهده کنند. لنزهایی که در قسمت‌های داخلی این بخش‌ها به کار رفته‌اند، عدسی‌های نورشکن سه‌گانه هستند. این لنزها به ترتیب از لیتیم فلوراید، باریم فلوراید و سلنید روی ساخته شده‌اند. این سه لنز، موازی‌کننده هستند و بزرگ‌ترین آن‌ها دارای دیافراگم ۹۰ میلی‌متری است.

نیرکم وظایف مهمی بر عهده دارد که برای علم بسیار با ارزش‌ هستند. این دوربین با کاوش در عالم اولیه، چگونگی شکل‌گیری و تکامل نخستین اجرام نورانی جهان را بررسی خواهد کرد تا تاریخ یونیزه شدن مجدد جهان را بازگو کند. این دوربین می‌تواند پیش‌بینی کند که کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی که به‌طور مستقیم می‌بینیم، در عالم امروزی چه شکلی دارند؛ زیرا آسمانی که ما می‌بینیم متعلق به زمان حال نیست، بلکه گذشته است. به‌عنوان مثال، اگر ستاره‌ای در آسمان می‌بینید که هزار سال نوری از زمین فاصله دارد، در واقع شما تصویری از هزار سال گذشته‌ی ستاره را می‌بینید؛ نه زمان حال! دوربین نیرکم می‌تواند با بررسی اجرام دور و نزدیک، شکل امروزی آن‌ها را به‌طور دقیق پیش‌بینی کند. یکی دیگر از وظایف مهم این دوربین، بررسی ساختار فیزیکی و شیمیایی اجرامی است که در منظومه‌ی شمسی قرار دارند. با این کار جیمز وب می‌تواند در زمینه‌ی فهم ریشه‌ی حیات زمینی به دانشمندان کمک کند.

نیراسپک یک طیف‌سنج چند جرمی، ساخت آژانس فضایی اروپا است و روی ISIM نصب شده است. این طیف‌سنج پیشرفته می‌تواند در اقدامی بی‌سابقه به‌طور هم‌زمان طیف فروسرخ نزدیک ۱۰۰ جرم (مانند کهکشان‌ها، ستاره‌ها و...) را با وضوح پایین، متوسط و بالا اندازه‌گیری کند. میدان رصد این طیف‌سنج ۳ آرک دقیقه در ۳ آرک دقیقه است و طول موج‌های بین ۰٫۶ میکرومتر تا ۵ میکرومتر را می‌بیند. این طیف‌سنج دارای یک سری گشودگی‌های منحصربه‌فرد است که می‌تواند از اجرام به‌صورت تک‌تک طیف‌نگاری کند. همچنین یک واحد میدان یکپارچه به نام IFU نیز دارد که برای طیف‌نگاری سه‌بعدی استفاده می‌شود. آژانس فضایی اروپا مسئول نصب این قطعه روی شاسی ISIM بوده است.

دانشمندان در نظر دارند که به کمک نیراسپک نخستین نور عالم و دوره‌ی یونیزه شدن مجدد را مشاهده کنند. بررسی چگونگی شکل‌گیری کهکشان‌ها و تولد ستاره‌ها و منظومه‌های نیاسیاره‌ای نیز از جمله اهداف ساخت این قطعه است. دانشمندان می‌خواهند به کمک نیراسپک منظومه‌های سیاره‌ای را بررسی کنند تا شاید نشانه‌هایی از منشأ حیات بیابند.

طیف‌سنج نیراسپک چهار سازوکار اصلی دارد که عبارت‌اند از:

• چرخ فیلتر کننده‌ی طیف
• مکانیزم فوکوس مجدد روی سوژه (RMA) که دو آینه دارد
• تجهیزات میکروشاتر (MSA) که برای طیف‌سنجی چند جرمی به کار می‌رود
• چرخ توری پراش (GWA) که دارای ۸ موقعیت است. همچنین ۶ توری پراش، یک منشور و یک آینه نیز در این قسمت واقع شده‌اند.

همان‌طوری که گفته شد، این طیف‌سنج وظیفه دارد نخستین‌ نور جهان پس از پایان دوره‌ی تاریکی و همچنین دوره‌ی یونیزه شدن مجدد را مشاهده کند. طیف‌سنج فروسرخ نزدیک (NIRS) در وضوح طیفی بین ۱۰۰ و ۱۰۰۰ به بررسی نخستین منابع نوری در عالم (مانند ستاره‌ها، کهکشان‌ها و سحابی‌های فعال) می‌پردازد. این نورها، نشان‌دهنده‌ی آغاز دوره‌ی یونیزه شدن مجدد جهان هستند. به کمک طیف‌سنج چند جرمی (اجرامی با انقال به سرخ بین ۱ تا ۷) در وضوح طیفی ۱۰۰۰، رصدهایی از تعداد زیادی کهکشان انجام می‌شود تا بتواند اطلاعات بیشتری را از اجرام کوچک‌تر در عالم اولیه، دراختیار دانشمندان بگذارد.

یکی از طیف‌نگارهای نیراسپک، با کنتراست بالا تصویربرداری می‌کند و می‌تواند با وضوح طیفی ۱۰۰ تا چند هزار، به رصد اجرام بپردازد تا بتواند تصویر کامل و دقیقی از شکل‌گیری و تکامل ستاره‌ها و منظومه‌های ستاره‌ای به دانشمندان ارائه دهد. از دیگر وظایف این طیف‌نگار، بررسی اجرام منظومه‌ی شمسی در کنتراست بالا و وضوح طیفی متوسط است. سیاره‌ها، قمرها، دنباله‌دارها و اجرام کمربند سیارکی کویپر توسط این طیف‌نگار بررسی می‌شوند تا دانشمندان بتوانند در مورد ریشه‌های حیات اطلاعات بیشتری به دست آورند.

میری ‌یک طیف‌سنج فوق پیشرفته ساخت آژانس فضایی اروپا و آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا است. میری در واقع از یک دوربین و یک طیف‌سنج که فروسرخ میانه را بین ۵ میکرون تا ۲۸ میکرون رصد می‌کند، تشکیل شده است. میری یک کرونوگراف نیز دارد که به‌صورت ویژه برای مشاهده‌ی سیاره‌های فراخورشیدی به‌کار می‌رود. بیشتر تجهیزات تلسکوپ جیمز وب، طیف‌های فروسرخ نزدیک یا برخی از طول موج‌های نور مرئی را مشاهده می‌کنند؛ اما میری برخلال سایر تجهیزات می‌تواند طول موج‌های بلندتر نور را مشاهده کند. این ابزار برای انجام رصد در طول موج‌های بلند، از آرایه‌هایی سیلیکونی که توسط آرسنیک آلاییده شده‌اند، استفاده می‌کند. تصویربردار میری به‌گونه‌ای طراحی شده تا میدان دید وسیعی داشته باشد؛ اما طیف‌نگار میری این‌گونه نیست و میدان دید محدودی دارد.

از آن‌جایی که میری طول موج‌های بلندتری را مشاهده می‌کند؛ بنابراین نیاز دارد که خنک‌تر از سایر تجهیزات باشد. به همین منظور، مهندسان برای این قسمت یک سیستم خنک‌کننده‌ی ویژه را در نظر گرفته‌اند که شامل یک لوله پالسی پیش خنک‌کننده و یک حلقه ژول-تامسون به‌عنوان مبدل حرارتی است. این تجهیزات باعث می‌شوند که دمای میری به هنگام کار در فضا تا ۷ درجه‌ی کلوین یا ۲۶۶- درجه‌ی سانتی‌گراد پایین بیاید.

در واقع طیف‌نگار نصب شده در میری می‌تواند طول موج‌های بین ۴٫۶ و ۲۸٫۶ میکرون را رصد کند و چهار کانال مجزا دارد که هر کدام، توری پراش و ابزار برش تصویر مخصوص خود را دارند. میدان دید این طیف‌نگار ۳٫۵ آرک ثانیه در ۳٫۵ آرک ثانیه است. اوایل سال ۲۰۱۴، ادوات میری روی ماژول ISIM نصب شدند و یکپارچگی آن‌ها نیز آزمایش شد. میری توسط یک ساختار هگزاپاد پلاستیکی و پایه‌هایی از جنس فیبرکربن روی ISIM و در کنار باس ماهواره‌ای نصب شده است؛ اما ایزوله شده تا دمای مشخص و ثابتی داشته باشد و از دمای محیط اطراف و باس که به‌شدت گرم می‌شود، تأثیر نپذیرد.

بخش‌های اصلی میری عبارت‌اند از:

• تجهیزات نوری طیف‌نگار (شامل طیف‌نگارهای اصلی و پیش‌نیاز)
• آرایه‌های صفحات کانونی
• ماژول کالیبراسیون نورهای ورودی (شامل آینه‌ها، منبع کالیبراسیون تصویربردار و پوشش کنترل آلودگی)
• هگزاپاد پلاستیکی و پایه‌های فیبرکربن
• تصویربردار اصلی
• ابزارهای برش تصویر
• صفحه اصلی که تجهیزات روی آن قرار دارند

بیشتر قسمت‌های میری در ساختار اصلی ISIM قرار گرفته‌اند؛ اما خنک‌کننده در ناحیه‌ی ۳ قرار گرفته که در نزدیکی باس ماهواره‌ای است. تصویربردار اصلی میری یک طیف‌نگار ویژه با وضوح پایین دارد که می‌تواند طیف‌سنجی بدون برش را بین طول موج‌های ۵ تا ۱۲ میکرون انجام دهد. جنس منشورهای این طیف‌نگار از فلز ژرمانیم و سولفید روی است تا باعث پاشش بیشتر نور شود.

حسگرهای شناسایی میری می‌توانند انتقال به سرخ کهکشان‌های دوردست، ستاره‌های تازه متولد شده، دنباله‌دارهای کم‌نور و اجرام موجود در کمربند سیارکی کویپر را مشاهده کنند. طیف‌نگار می‌تواند با وضوح متوسط نیز تصویربرداری کند که اطلاعات تازه‌ای از اجرام دوردست را دراختیار دانشمندان می‌گذارد؛ اطلاعاتی که هابل قادر به جمع‌آوری آن‌ها نیست.

اف‌جی‌اس/نیریس یکی دیگر از ابزارهای علمی نصب شده روی ماژول ISIM ساخت آژانس فضایی کانادا است. این ادوات در واقع ترکیبی از یک حسگر هدایت کامل و یک تصویربردار و طیف‌سنج فروسرخ نزدیک است. اف‌جی‌اس/نیریس می‌تواند طول موج‌های بین ۰٫۸ تا ۵ میکرون را مشاهده کند. این ادوات می‌تواند رصدها را با چهار حالت متفاوت انجام دهد. از نظر فیزیکی، اف‌جی‌اس و نیریس با یکدیگر ترکیب شده‌اند و در یک محفظه قرار گرفته‌اند؛ اما واقعیت این است که آن‌ها دو کار کاملاً متفاوت را انجام می‌دهند. نیریس از اف‌جی‌اس استفاده می‌کند تا تلسکوپ را روی سوژه‌ی مورد نظر ثابت نگه دارد و رصدها را انجام دهد و به همین دلیل به آن اف‌جی‌اس (مخفف حسگر هدایت دقیق) می‌گویند. طیف‌سنج فروسرخ نزدیک دارای یک حالت طیف‌نگاری ویژه است که فقط برای رصد سیاره‌های فراخورشیدی استفاده می‌شود. شناساگر نیریس دارای آرایه شناساگری از جنس جیوه-کادمیم-تلورید یا HgCdTe است و وضوحی برابر با ۲۰۴۸×۲۰۴۸ پیکسل و میدان دید ۲٫۲ آرک دقیقه در ۲٫۲ آرک دقیقه دارد. حسگر هدایت دقیق کمک می‌کند تا تلسکوپ روی سوژه‌ی مورد نظر ثابت بماند؛ همچنین FGS داده‌های لازم را به واحد کنترل موقعیت ارسال می‌کند تا تلسکوپ راحت‌تر روی سوژه‌ها فوکوس یا به اطراف چرخش کند.

به‌طور کلی، نیریس طراحی شده تا کارهای زیر را انجام دهد:

• تصویربرداری فروسرخ نزدیک
• طیف‌نگاری بدون‌شکاف با میدان عریض
• طیف‌نگاری بدون‌شکاف از یک جرم خاص
• تداخل‌سنجی پوششی دهانه‌ای

حالت تداخل‌سنجی پوششی دهانه‌ای از یک صفحه‌ی پوششی دهانه‌ای هفت سوراخه استفاده می‌کند و می‌تواند به شناسایی سیاره‌های فراخورشیدی چرخان در اطراف ستاره‌های شناخته‌شده که در طیف‌های اصلی نور هستند، کمک کند. واحد اف‌جی‌اس ‌به‌گونه‌ای طراحی شده تا بتواند تلسکوپ را روی ستاره‌های از پیش تعیین شده متمرکز کند که همین موضوع باعث می‌شود اهداف، همواره ارزش مطالعه کردن را داشته باشند. عمل تغییر جهت تلسکوپ توسط دیگر قسمت‌ها، مانند سیستم‌های موجود در باس ماهواره‌ای و آینه‌های تلسکوپ انجام می‌شود.

باس ماهواره‌ای، آخرین قطعه‌ای بود که روی تلسکوپ نصب شد. همان‌طوری که پیش‌تر نیز گفته شد، بخشی از ناحیه ۳ ماژول ISIM نیز درون باس ماهواره‌ای قرار گرفته است. باس ماهواره‌ای تلسکوپ جیمز وب شامل کامپیوترها، سیستم‌های قدرت، نیرومحرکه و... می‌شوند که برای کنترل تلسکوپ در فضا مورد نیاز هستند. ساختار باس ماهواره‌ای این تلسکوپ ۳۵۰ کیلوگرم وزن دارد و می‌تواند وزن ۶٫۵ تُنی تلسکوپ را تحمل کند. ساختار باس ماهواره‌ای، از کامپوزیت گرافیت ساخته شده است که در سال ۲۰۱۵ و در ایالت کالیفرنیا، سرهم شد. باس ماهواره‌ای می‌تواند دقت تنظیم جهت را تا ۱ آرک ثانیه کاهش دهد و لرزش را نیز تا ۲ میلی آرک ثانیه پایین آورد.

تلسکوپ فضایی جیمز وب به حالت کاملاً مونتاژشده در تاسیسات نورثروپ گرومن.

باس ماهواره‌ای به همراه یک سری تجهیزات مهم دیگر، درون یک جعبه از جنس فیبر کربن قرار گرفته است. پیش از پرتاب، پنل‌های خورشیدی نیز در این جعبه قرار می‌گیرند تا در فضا باز شوند. خنک‌کننده‌ی MIRI ‌و برخی از تجهیزات الکترونیکی ISIM نیز درون این جعبه قرار دارند. همان‌طوری که گفته شد، در قسمت پردازش رایانه‌ای، یک حافظه‌ی جامد قرار دارد. ظرفیت این حافظه، ۵۹.۹ گیگابایت است که با نام SSR شناخته می‌شود. یک دیش ماهواره‌ای کوچک نیز در زیر باس قرار گرفته است که وظیفه‌ی ارسال و دریافت اطلاعات را بر عهده دارد. تلسکوپ به‌گونه‌ای طراحی شده تا بتواند با شبکه‌ی ارتباطی اعماق فضای ناسا ارتباط برقرار کند. مرکز اصلی ارتباطات تلسکوپ، در مریلند آمریکا واقع شده است.

نخستین چیزی که باید بدانید این است که آینه‌های تلسکوپ، بزرگ‌تر از چیزی هستند که به نظر می‌رسند. ۱۸ آینه‌ی شش ضلعی برای تشکیل آینه‌ی اصلی استفاده شده است که هرکدام از آن‌ها ۱٫۳۲ متر قطر دارند. این آینه‌ها پیش از پرتاب جمع شدند تا درون موشک قرار بگیرند. پس از پرتاب و قرارگیری در فضا، آن‌ها باز شدند و یک آینه‌ی واحد را تشکیل دادند. الگوی قرارگیری این آینه‌ها در کنار یکدیگر، از ساختار کندوی عسل الهام گرفته شده است. آینه‌ی اصلی تلسکوپ ۶٫۵ متر قطر دارد که ۷ برابر بزرگ‌تر از آینه‌ی اصلی تلسکوپ هابل است. تلسکوپ جیمز وب قرار است در فاصله‌ی ۱٫۵ میلیون کیلومتری از زمین قرار بگیرد و به دور خورشید گردش کند.

نصب ۱۸ بخش آینه اصلی تلسکوپ فضایی جیمز وب.

آینه‌ها باید در مرحله‌ی اول، به‌خوبی طی سطوح و مراحل مختلفی پولیش داده می‌شدند؛ زیرا گرانش زمین باعث خمیدگی آن‌ها می‌شود و در دماهای مختلف، عملکرد متفاوتی دارند. ابتدا باید یک مرحله پولیش انجام می‌شد و سپس آینه‌ها به اتاق فریزر فرستاده شدند، مدتی را در آنجا ماندند، مجدداً بیرون آمدند و فرایند پولیش آن‌ها تکرار شد. سطح آینه‌ها به هنگام قرارگیری در دماهای پایین، باید همچنان براق می‌ماندند تا نهایت کارایی را داشته باشند؛ بنابراین باید آینه‌ها بارها و در دماهای مختلف پولیش خوردند تا به براقی قابل قبولی دست یابند و بتوانند در دمای پایین فضا، همچان حالت اولیه‌ی خود را حفظ کنند. وقتی که بریلیم به‌طور کامل پولیش خورد و براق شد، آن‌گاه پوشش طلا به آن افزوده شد.

دلیل استفاده از طلا، درصد بالای بازتابندگی آن است و می‌تواند وقتی که تلسکوپ در نور فروسرخ است، نهایت بازتابندگی را داشته باشد. این پوشش طلا، باید به اندازه‌ای ضخامت داشته باشد که بتواند تمام سطح آینه را پوشش دهد؛ اما در عین حال باید به اندازه‌ای نازک باشد که به آینه‌های بریلیمی اصلی، آسیبی وارد نکند. فرایند قرار دادن پوشش طلا روی آینه‌ها، با نام «انجام پوشش بخاری در خلأ» شناخته می‌شود. طی این فرایند، آینه‌ها را در یک محفظه‌ی خلأ قرار گرفتند و سپس تمام هوای موجود در محفظه تخلیه شد تا فضای خلأ ایجاد شود. سپس مقدار بسیار اندکی از طلا در شرایط خاصی تبخیر و به درون محفظه تزریق شد. لایه‌های پشتی آینه که قرار نیست با طلا پوشانده شوند، توسط لایه‌هایی محافظت می‌شوند تا آسیبی نبینند. پس از تزریق طلای تبخیر شده به درون محفظه، اتم‌های طلا به آرامی روی سطح‌های براق آینه‌های بریلیمی نشستند و این فرایند تا زمانی ادامه یافت که ضحامت لایه پوششی طلا، به ۱۰۰ نانومتر برسد.

طلا بسیار نرم و انعطاف‌پذیر است و یک لایه پوششی بسیار نازک از آن، همچون شیشه شفاف عمل می‌کند تا از سطح بسیار ظریف بریلیمی محافظت کند و سطحی به‌شدت بازتابنده را فراهم آورد.

تکنیسین ناسا مشغول کار روی آینه‌های تلسکوپ جیمز وب در مرکز پرواز فضایی مارشال.

همان‌طور که در ابتدا گفته شد، پرتاب تلسکوپ بارها به تعویق افتاد و تاریخ نهایی سرانجام ۲۵ دسامبر ۲۰۲۱ تعیین شد. جیمز وب به‌عنوان تلسکوپی بسیار حساس باید به وسیله‌ی موشکی مطمئن به فضا پرتاب می‌شد. آژانس فضایی اروپا اعلام کرد که هزینه‌ی پرتاب جیمز وب را بر عهده می‌گیرد و آن را به وسیله‌ی موشک آریان ۵ به فضا پرتاب می‌کند. آریان ۵، یکی از موفق‌ترین و مطمئن‌ترین موشک‌های حال حاضر جهان است و شرکت‌های مختلف از آن برای انتقال محموله‌های فضایی خود به مدار زمین استفاده می‌کنند. ناسا نیز پذیرفت که تلسکوپ فضایی جدیدش را به وسیله‌ی این موشک و از پایگاه فضایی گویان فرانسه پرتاب کند.

آریان ۵ تا به امروز با ۱۰۸ پرتاب موفق از بین ۱۱۳ پرتاب، گزینه‌ای مناسب و ایمن برای پرتاب جیمز وب محسوب می‌شد. سکوی پرتاب تلسکوپ به نام ELA-3 در گویان فرانسه (واقع در آمریکای جنوبی) قرار دارد و از مزیت نزدیکی به استوا بهره می‌برد. در نزدیکی استوا، چرخش زمین می‌تواند نیروی پیش‌برنده‌ی بیشتری را ایجاد کند و موشک سریع‌تر و راحت‌تر به فضا پرتاب شود. سرعت چرخش زمین در خط استوا، ۱۶۷۰ کیلومتر بر ساعت است. برای آن‌که تلسکوپ بتواند در قسمت بالایی موشک جای بگیرد، باید جمع شود. در تصویر زیر می‌توانید چگونگی قرار گرفتن تلسکوپ در قسمت بالایی موشک را مشاهده کنید.

پس از پرتاب و خارج شدن از زمین، تلسکوپ یک سفر ۳۰ روزه را آغاز کرد تا به فاصله‌ی ۱٫۵ میلیون کیلومتری زمین برسد. این نقطه، به نقطه‌ی لاگرانژی ۲ معروف است. نقاط لاگرانژی، پنج نقطه بین دو جرم هستند که در این نقاط، نیروی گرانش میان دو جرم خنثی می‌شود. زمین و خورشید نیز ۵ نقطه لاگرانژی دارند که ماهواره‌ها و تلسکوپ‌های فضایی را در این نقاط قرار می‌دهند. نقطه لاگرانژی ۲ یک ویژگی جالب دارد. اگر هر جرمی در این نقطه قرار بگیرد، با زمین در یک راستا خواهد بود و به همراه زمین، به دور خورشید گردش می‌کند. قرار گرفتن جیمز وب در این نقطه، باعث می‌شود که سپر خورشیدی بتواند گرما و نور خورشید، زمین و ماه را به‌طور هم‌زمان دفع کند.

از نظر ارتباطی نیز قرارگیری در نقطه L2 مزایایی دارد. از آن‌جایی که تلسکوپ هم‌زمان با زمین به دور خورشید گردش می‌کند؛ ارتباط با آن ساده خواهد بود و هیچ‌گاه از نقطه راداری خارج نمی‌شود. سه آنتن زمینی در استرالیا، کالیفرنیا و اسپانیا هستند که با جیمز وب ارتباط برقرار می‌کنند. تلسکوپ هابل این چنین نیست و هر ۹۰ دقیقه یک‌بار، در قسمت سایه زمین قرار می‌گیرد و امکان ارتباط با آن به‌صورت دائمی وجود ندارد؛ اما تلسکوپ جیمز وب همواره دردسترس است. جدول زمانی رویدادهای پس از پرتاب به شرح زیر است.

در این لحظه، عملیات پرتاب انجام شد و موشک آریان ۵ توانست ۸ دقیقه بعد تلسکوپ را به مدار وارد کند. پس از خارج شدن از زمین، سیستم‌های باقیمانده‌ی موشک از تلسکوپ جدا و ۳۳ دقیقه پس از پرتاب، پنل‌های خورشیدی به آهستگی باز شدند.

دو ساعت پس از پرواز، آنتن بزرگ تلسکوپ جهت برقراری ارتباط باز شد و با زمین ارتباط برقرار کرد. حدود ۱۰ ساعت و ۳۰ دقیقه پس از پرتاب، تلسکوپ از مدار ماه گذر کرد و یک چهارم مسیر خود تا نقطه‌ی لاگرانژی ۲ را پیمود. ۱۲٫۵ ساعت پس از پرتاب، پیشرانه‌های کوچکی که روی تلسکوپ هستند فعال شدند تا با انجام یک مانور سریع، تلسکوپ را در مسیر درست قرار دهند.

۲٫۵ روز پس از پرتاب، پیشرانه‌ها دوباره فعال شدند تا یک مانور دیگر را انجام دهند. سپس در روز سوم، پالت‌های سپر خورشیدی از جمله نخستین تجهیزاتی بودند که باز شدند و برخی از سیستم‌های دیگر را نیز فعال و باز کردند. در روز پنجم، کاورهای سپر خورشیدی نیز گشوده شدند.

در روز دهم، سپر خورشیدی به‌طور کامل گشوده شد و نقطه‌ی عطف مهمی در راه‌اندازی تلسکوپ رقم خورد. سپس در روز یازدهم نوبت به بازشدن آینه‌ی ثانویه‌ی جیمز وب رسید و درنهایت در پایان هفته‌ی دوم پس از پرتاب، با گشوده‌شدن بال‌های آینه اصلی، فرایند بازشدن تلسکوپ با موفقیت به پایان رسید.

در روز ۲۸ام، با اتمام فرایند چندروزه‌ی استقرار بخش‌های آینه، هرکدام از این ۱۸ بخش به همراه آینه‌ی ثانویه از پیکربندی زمان پرتاب خارج شدند. سپس روز بعد، مانور تزریق به مدار پیرامون لاگرانژی ۲ انجام شد و جیمز وب با موفقیت به مقصد نهایی‌اش در فاصله‌ی ۱٫۵ میلیون کیلومتری از زمین رسید.

بیش از یک ماه پس از پرتاب، حسگر هدایت دقیق یا اف‌جی‌اس و پس از آن نیرکم و نیراسپک فعال شدند. نخستین تصویری که نیرکم ثبت کرد، از ستاره‌های بسیار درخشان بود تا دانشمندان مطمئن شوند نور به درستی از تلسکوپ عبور می‌کند و به ادوات می‌رسد. از آن‌جایی که هنوز آینه‌های اصلی با یکدیگر تراز نبودند، این تصویر فوکوس نداشت و تار بود. هفته‌ی ششم پس از پرتاب، فرایند تراز کردن آینه اصلی آغاز شد و به وسیله‌ی ثبت تصویر از ستاره‌ای نورانی، آن را آزمایش کردند.

در ماه سوم، تلسکوپ روی میدان‌های دید تمام ابزارها تراز شد و سپس چندین روز بعد، ابزارهای فروسرخ نزدیک شامل نیرکم، نیراسپک و اف‌جی‌اس/نیریس به‌صورت غیرفعال تا محدوده‌ی دمایی منفی ۲۳۴ تا ۲۳۹ درجه‌ی سانتی‌گراد خنک شدند.

بیش از ۱۲۰ روز پس از پرتاب، فرایند هم‌ترازی آینه‌های تلسکوپ با موفقیت به پایان رسید و نخستین تصویر با کیفیت با نیرکم ثبت شد. با پایان مرحله‌ی تراز آینه‌ها، تیم جیمز وب توجه خود را به راه‌اندازی ابزارهای علمی تلسکوپ معطوف کرد.

۱۱ ژوئیه، راه‌اندازی حالت‌های مختلف عملکرد تمام ابزارها به پایان رسید و تلسکوپ فعالیت علمی‌اش را به‌طور رسمی آغاز کرد. ۱۲ ژوئیه ناسا درجریان رویدادی در کاخ سفید، نخستین تصویر تمام‌رنگی جیمز وب به نام «زمینه ژرف وب» را منتشر کرد. چند ساعت بعد، سه تصویر دیگر به‌همراه داده‌های طیف‌سنجی یک سیاره فراخورشیدی نیز درمعرض دید عموم قرار گرفتند.

همان‌طور که بارها اشاره شده، جیمز وب قرار است جانشین هابل شود؛ بنابراین هر آنچه تا به امروز از هابل دیده‌ایم،‌ به‌علاوه‌ی موارد بی‌شمار دیگر باید از جیمز وب نیز انتظار داشته باشیم. جیمز وب تلسکوپی بسیار قدرتمند است که می‌تواند نورهای عالم اولیه را رصد کند و به ما در فهم این دوره‌ی مهم کمک شایانی کند. دانشمندان در حال حاضر اهدافی را برای جیمز وب تعیین کرده‌اند که بر سایرین اولویت دارند. این اهداف عبارت‌اند از: سیاره‌های فراخورشیدی، سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم، نیاکهکشان‌ها (کهکشان‌هایی قدیمی که کهکشان‌های جدیدتر را به وجود آورده‌اند)، اختروش‌ها، سیاره‌های زمین‌سان دارای آب، عالم نخستین و دوره‌ی یونیزه شدن مجدد جهان، مشتری و قمرهای مهم آن، دنباله‌دارها، سیاره‌های فراکهکشانی و اجرام کمربند کویپر.

یکی از اهدافی که دانشمندان هم‌اکنون مشاهده‌ی آن را آغاز کرده‌اند، منظومه‌‌ی تراپیست ۱ است. این منظومه دارای چندین سیاره‌ی زمین‌سان است و تلسکوپ جیمز وب می‌تواند به‌وضوح آن را مشاهده کند و اطلاعات مفیدی را دراختیار دانشمندان بگذارد. این منظومه اهمیت ویژه‌ای دارد؛ حتی اگر هیچ یک از سیاره‌های آن قابل سکونت نباشند، دانشمندان می‌توانند اطلاعات ارزنده‌ای از آن‌ها به دست آورند که به ما در یافتن سیاره‌های دیگر کمک خواهند کرد.

بررسی سیاره‌های منظومه‌ی شمسی نیز در دستور کار دانشمندان قرار دارد. دانشمندان می‌توانند با بررسی این سیاره‌ها، احتمالاً به اطلاعات ارزنده‌ای در خصوص منشأ حیات دست یابند. جیمز وب در نور فروسرخ نیز رصد را انجام می‌دهد؛ بنابراین باید انتظار داشته باشیم که سیاره‌های فراخورشیدی و فراکهکشانی جدیدی کشف کند. به دلیل قدرت بالا و بزرگ بودن آینه‌ی اصلی تلسکوپ، طی چند سال آینده شاهد انتشار تصاویر بی‌نظیری از کهکشان‌ها و اجرام آسمانی خواهیم بود که نظیر آن‌ها را تا به امروز مشاهده نکرده‌ایم.

ناسا تا به امروز (۲۴ تیر ۱۴۰۱)، درمجموع چهار تصویر تمام‌رنگی علمی از جیمز وب منتشر کرده است. علاوه‌براین‌ها، چند تصویر آزمایشی از ستاره‌ی HD84406 و سیاره مشتری نیز منتشر شده است. اجرام عکس‌برداری‌شده در چهار تصویر یادشده عبارت‌اند از خوشه کهکشانی SMACS 0732، گروه کهکشانی پنج‌قلوی استفان، سحابی سیاره‌ای حلقه جنوبی و سحابی کارینا یا شاه‌تخته که در ادامه می‌توانید آن‌ها را مشاهده کنید.

جیمز وب، قدرتمندترین تلسکوپ فضایی ساخته‌ی دست بشر محسوب می‌شود. ناسا، آژانس فضایی اروپا، آژانس فضایی کانادا و تعدادی از دانشگاه‌های ایالتی آمریکا، در توسعه‌ی این پروژه نقش داشته‌اند و تلاش‌های بی‌شماری برای پیشرفت آن انجام داده‌اند و هزینه‌های بسیاری متحمل شده‌اند. این تلسکوپ نخستین‌های بسیاری دارد و از پیشرفته‌ترین و پیچیده‌ترین ابزارها بهره می‌برد. نزدیک به ۱۰ میلیارد دلار برای این پروژه هزینه شده که مبلغ هنگفتی است. از زمان پرتاب تا رسیدن به مقصد، دانشمندان و مهندسان روزهای بسیار دلهره‌آوری را سپری می‌کردند؛ زیرا فقط یک اشتباه با شکست کل مأموریت مساوی بود؛ اما خوشبختانه به‌لطف سال‌ها آزمون و تلاش، تلسکوپ به سلامت به مقصد خود رسید و مأموریت رصد کیهان و پرده‌برداری از اسرار آن را آغاز کرد.

درمجموع، تلسکوپ فضایی جیمز وب می‌تواند علم نجوم و کیهان‌شناسی را دگرگون سازد و آغازگر عصر تازه‌ای شود که به افزایش شناخت ما از کیهان منجر خواهد شد. تلسکوپ با مشاهده‌ی کهکشان‌های عالم اولیه و نخستین نورها، به ما خواهد گفت منشأ وجود ما کجا است و سیاره‌ها چگونه درطول این مدت شکل گرفته‌اند. جیمز وب می‌تواند به ما در یافتن سیاره‌های فراخورشیدی که امکان زندگی در آن‌ها وجود دارد کمک و شاید منشأ حیات زمینی را نیز مشخص کند.