این تلسکوپ ساخته شد تا به عمیقترین و چالشبرانگیزترین پرسشهای ما درباره کیهان پاسخ دهد: چگونگی شکلگیری نخستین ستارهها، تحول کهکشانها، چگونگی شکلگیری سیارههایی مانند زمین، و حتی منشأ حیات. بااینحال، در درجه اول یک تلسکوپ فروسرخ قدرتمند است و توانایی بیرقیب آن در این طیف، آن را به ابزاری ارزشمند در هدفی دیگر نیز تبدیل کرده است: دفاع از زمین در برابر سیارکهای خطرناک.
بشر نمیخواهد سرنوشتی مشابه دایناسورها داشته باشد. حدود ۶۶ میلیون سال پیش، برخورد سیارک چیکسولوب باعث انقراض آنها شد. این سیارک که ۱۰ تا ۱۵ کیلومتر عرض داشت، در نزدیکی شبهجزیره یوکاتان به زمین برخورد کرد و به سلطه ۱۶۵ میلیون ساله دایناسورها پایان داد. تنها دایناسورهای پرنده جان سالم به در بردند.
با این پیشزمینه هشداردهنده، تلاش برای شناسایی صخرههای فضایی خطرناکی که ممکن است به زمین برخورد کنند، افزایش یافته است. در سال ۱۳۸۳، کنگره ایالات متحده ناسا را موظف کرد که «برنامهای برای شناسایی، ردیابی، فهرستبندی و مشخصهیابی برخی سیارکها و دنبالهدارهای نزدیک به زمین ایجاد کند.» این تلاش بهویژه در شناسایی سیارکهای بزرگ که تهدیدی جدی برای بقای بشر محسوب میشوند، موفقیتآمیز بوده است.
یافتن بزرگترین سیارکهای کمربند اصلی کار دشواری نبوده است، زیرا آنها بهوضوح در تلسکوپهای قدرتمند ما دیده میشوند. سیارکهای بزرگتر از ۱۰۰ کیلومتر میتوانند ویرانگر باشند، اما معمولاً در مدارهای پایداری در کمربند اصلی باقی میمانند.
اما سیارکهای کوچکتر در ابعاد چند ده متری بسیار گریزانتر هستند. این اجرام به دلیل جرم کمتر، راحتتر میتوانند وارد جمعیت اجرام نزدیک زمین (NEO) شوند. اگرچه این سیارکها بهاندازهای بزرگ نیستند که تمدن بشر را نابود کنند، اما میتوانند با فرکانس بیشتری به زمین برخورد کنند و انفجارهایی در حد مگاتن ایجاد کنند. این همان چیزی است که باعث رویداد تونگوسکا در سال ۱۲۸۶و انفجار چلیابینسک در سال ۱۳۹۱ شد.
تلسکوپ جیمز وب به دانشمندان کمک میکند تا این گروه از سیارکها را بهتر درک کنند. پژوهشی جدید با عنوان «مشاهدات JWST از سیارکهای کمربند اصلی در مقیاس چند ده متری و بررسی منشأ شهابسنگها» که در مجله Nature منتشر شده است، این موضوع را بررسی میکند. نویسندگان اصلی این مقاله، ژولین دو ویت و آرتِم بوردانوف از مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) هستند.
نویسندگان مقاله میگویند: «کشف سیارکها برای تلاشهای دفاع سیارهای که هدف آن جلوگیری از برخورد اجرام با زمین است، ضروری است، بهویژه برای انفجارهای مگاتُنی که توسط سیارکهای چند ده متری ایجاد میشوند.» آنها توضیح میدهند که اگرچه سیارکهای بزرگتر (~۱۰۰ کیلومتر) از زمان شکلگیری خود در کمربند اصلی باقی ماندهاند، اما سیارکهای کوچکتر اغلب به جمعیت اجرام نزدیک زمین منتقل میشوند. اجرام نزدیک زمین به آنهایی گفته میشود که فاصله حضیض مداری آنها از خورشید کمتر از ۱.۳ واحد نجومی (AU) باشد، یعنی در محدودهای که میتوانند از مدار زمین عبور کنند یا تحت تأثیر گرانش زمین قرار بگیرند.
منبع: ناسا/JPL-Caltech
بیشتر سیارکها با استفاده از تلسکوپهای نوری زمینی که نور منعکسشده از سطح آنها را تشخیص میدهند، ردیابی میشوند. اما این روش میتواند منجر به خطاهای بزرگی شود. برای مثال، یک سیارک کوچک با آلبدوی (بازتابپذیری) بالا ممکن است بزرگتر از یک سیارک بزرگ با آلبدوی کم به نظر برسد.
سیارکها همچنین تابش فروسرخ یا انرژی حرارتی منتشر میکنند و این همان جایی است که JWST وارد میدان میشود. به گفته پژوهشگران، «به دلیل حساسیت فوقالعاده در این طیف نوری و قطر زیاد آینه، تلسکوپ جیمز وب برای تشخیص تابش حرارتی سیارکها و آشکارسازی کوچکترین سیارکهای کمربند اصلی ایدهآل است.» آنها نشان دادهاند که اندازهگیریهای فروسرخ JWST میتواند اندازه یک جرم را با دقت ۱۰ تا ۲۰ درصد تعیین کند، درحالیکه روش آلبدو ممکن است تا سه تا چهار برابر خطا داشته باشد، که میتواند منجر به درک نادرستی از جمعیت سیارکهای کمربند اصلی شود.
بوردانوف، دو ویت و همکارانشان روش جدیدی برای شناسایی سیارکهای چند ده متری با استفاده از پردازندههای گرافیکی (GPU) و تکنیکی به نام «رهگیری مصنوعی» توسعه دادهاند. این روش در ابتدا برای جستجوی سیارههای فراخورشیدی ساخته شده بود، اما اکنون در فهرستبندی سیارکها نیز کاربرد دارد. این روش از دادههایی که JWST هنگام مشاهده منظومه TRAPPIST-1 در سالهای ۱۴۰۱-۱۴۰۲ جمعآوری کرده است، استفاده میکند.
آنها در مقاله خود نوشتهاند: «پس از اعمال چارچوب مبتنی بر GPU برای شناسایی سیارکها در بررسیهای هدفمند سیارههای فراخورشیدی، موفق شدیم ۸ سیارک شناختهشده و ۱۳۹ سیارک جدید را شناسایی کنیم.» این ۱۳۹ جرم جدید در هیچ فهرست قبلی ثبت نشده بودند.
این سیارکها از ابعاد یک اتوبوس تا چندین برابر یک استادیوم متغیر هستند و کوچکترین اجرامی محسوب میشوند که تاکنون در کمربند اصلی سیارکها شناسایی شدهاند.
بوردانوف میگوید: «ما تاکنون توانستهایم اجرام نزدیک زمین را تا اندازه ۱۰ متر شناسایی کنیم، اما اکنون میتوانیم این اجرام کوچک را از فاصلهای بسیار دورتر ببینیم و مدار آنها را دقیقتر ردیابی کنیم، که این موضوع برای دفاع سیارهای کلیدی است.»
دو ویت توضیح میدهد که این پژوهش در ابتدا برای کشف سیارههای فراخورشیدی در منظومه TRAPPIST-1 طراحی شده بود، اما در طول این تحقیقات، اجرام دیگری مانند سیارکها نیز مشاهده شدند که معمولاً بهعنوان نویز نادیده گرفته میشدند. اما اکنون، آنها به روشی برای استخراج دادههای پنهان از این مشاهدات دست یافتهاند.
این پژوهش تازه آغاز راه است. هر بار که JWST چیزی را مشاهده میکند، دادههای ارزشمندی تولید میشود. این دادهها میتوانند برای شناسایی سیارکهای بیشتر و درک منشأ آنها استفاده شوند. سیارکهای چند ده متری احتمالاً محصول برخوردهای زنجیرهای هستند و محققان میخواهند ارتباط آنها را با خانوادههای مختلف سیارکها بررسی کنند.
دو ویت میگوید: «دادههای آرشیوی زیادی برای بررسی باقی مانده است و ما اکنون در حال آمادهسازی برای استخراج تمام آنها هستیم.» او اضافه میکند که این کار به بودجه نیاز دارد اما میتواند به ما درک بهتری از ساختار سهبعدی کمربند اصلی سیارکها بدهد.
کشف سیارک بالقوه خطرناک 2024YR4 توجهات را به تهدید سیارکها جلب کرده است. این جرم فضایی ممکن است در سال ۱۴۱۰ به زمین برخورد کند، اما دانشمندان هشدار میدهند که جای نگرانی نیست. در سال ۱۴۰۶، این سیارک دوباره از نزدیکی زمین عبور خواهد کرد و با مشاهدات دقیقتر، خطر آن دوباره ارزیابی خواهد شد.
اگرچه زمان مشاهده با JWST بسیار محدود است، اما پژوهشگران امیدوارند که بتوانند برای شناسایی هدفمندتر سیارکها از این تلسکوپ استفاده کنند و روشهای خود را برای دفاع سیارهای توسعه دهند.
