تلسکوپ فضایی جیمز وب یا به اختصار تفجو، یک تلسکوپ فضایی است که قرار است در فواصلی بسیار دورتر از تلسکوپ فضایی هابل، جانشین آن شود تا وضوح و حساسیت بسیار بالاتری را فراهم کند و گستره وسیعی از تحقیقات در زمینه‌های نجوم و کیهان‌شناسی امکان‌پذیر گردد، از جمله مشاهده برخی از وقایع و اجرام دوردست در جهان مانند شکل‌گیری و تکامل اولین کهکشان‌ها. اهداف دیگر این تلسکوپ عبارتند از فهم چگونگی شکل‌گیری ستارگان و سیاره‌ها و تصویربرداری مستقیم از سیاره‌های فراخورشیدی و نواخترها.
آینه اصلی تفجو، عنصر بصری تلسکوپ، از ۱۸ قسمت آینه شش ضلعی تشکیل‌شده که آینه‌ای با قطر ۶٫۵ متر را تشکیل می‌دهند. این آینه بسیار بزرگ‌تر از آینهٔ هابل با قطر ۲٫۴ متر است. برخلاف هابل که طیف‌های اشعه فرابنفش، طیف مرئی و مادون‌قرمز (۰٫۱ تا ۱ میکرومتر) را مشاهده می‌کند، تفجو در محدوده فرکانس پایین‌تری از نور مرئی با طول‌موج بلند از طریق مادون‌قرمز (۰٫۶ تا ۲۷ میکرومتر) رصد خواهد کرد، که به آن اجازه می‌دهد اجرام بزرگ انتقال به سرخ را مشاهده کند که برای هابل بسیار دور و قدیمی هستند. تلسکوپ باید بسیار سرد نگه داشته شود تا بتواند اشعه مادون‌قرمز را بدون تداخل دریافت کند، بدین منظور تلسکوپ در فضا در نزدیکی نقطه لاگرانژی خورشید قرار خواهد گرفت و یک آفتاب‌گیر بزرگ آینه و دیگر قطعات تلسکوپ را زیر ۲۲۳/۲- درجه سانتیگراد نگه می‌دارد.
تفجو توسط ناسا –با مشارکت آژانس فضایی کانادا و آژانس فضایی اروپا– توسعه داده‌شده‌است و به افتخار جیمز ای. وب، که از سال ۱۹۶۱ تا ۱۹۶۸ به‌عنوان مدیر ناسا مشغول به کار بوده و نقش مهمی در برنامه فضایی آپولو داشته، نام‌گذاری شده‌است. توسعه تلسکوپ جیمز وب در سال ۱۹۹۶ برای پرتاب در سال ۲۰۰۷ آغاز شد اما پروژه تأخیرهای زیاد و هزینه‌های گزافی داشت و در سال ۲۰۰۵ طراحی دوباره شد. ساخت تفجو در اواخر سال ۲۰۱۶ تکمیل شد و پس از آن مرحله آزمایش‌های گسترده روی آن آغاز شد. در ماه مارس ۲۰۱۸، ناسا پس از انفجار آفتاب‌گیر تلسکوپ در زمان شبیه‌سازی پرتاب ارسال را به تأخیر انداخت. پرتاب در ژوئن ۲۰۱۸ پس از توصیه‌های یک هیئت بررسی مستقل دوباره به تعویق افتاد و در حال حاضر برای ۲۰۲۱ برنامه‌ریزی شده‌است. ناسا تاریخ جدید پرتاب تلسکوپ فضایی جیمز وب را ۳۱ اکتبر ۲۰۲۱ اعلام کرد. این تلسکوپ قرار است با موشک آریان ۵ ساخت سازمان فضایی اروپا و از پایگاه گویان فرانسه به فضا پرتاب شود. دشواری های مربوط به پرتابگر آریان ۵ اکنون باعث شده تا تاریخ پرتاب به ۲۵ دسامبر ۲۰۲۱ برسد. تأخیر در پرتاب از سال ۲۰۱۸ به دلیل بررسی‌های مجدد و سپس دنیاگیری کووید ۱۹، ۱۰ میلیارد دلار هزینه برای ناسا به همراه داشته‌است.
این تلسکوپ در ۲۵ دسامبر ۲۰۲۱ در ساعت ۱۵:۵۰ (به وقت تهران) از پایگاه فضایی گویان فرانسه پرتاب گردید. و پس از گذراندن 29 روز در مدار L2 قرار میگیرد جیمزوب ۶ ماه پس از پرتاب،رصد را آغاز خواهد کرد و بین ۵.۵ تا۱۰سال در نقطه L2 باقی خواهدماند.
ویژگی ها
تفجو وزنی معادل با نصف وزن هابل دارد اما مساحت آینه اصلی آن بیش از ۶ برابر آینه هابل است. جیمز وب برای اخترشناسی مادون‌قرمز طراحی شده اما همچنین می‌تواند پرتوهای نارنجی و قرمز را نیز رصد کند.
تلسکوپ‌های زمینی باید از میان اتمسفر رصد کنند که بسیاری از امواج غیرقابل مشاهده می‌شوند. حتی در جاهایی که اتمسفر شفاف است بسیاری از ترکیبات شیمیایی مانند آب، دی‌اکسید کربن و متان که در جو زمین وجود دارند کار تجزیه و تحلیل را بسیار سخت می‌کنند. تلسکوپ‌های فضایی موجود مانند هابل نمی‌توانند این دسته از امواج را مطالعه کنند، زیرا آینه‌ها به اندازه کافی خنک نیستند (آینه هابل در حدود ۱۵ درجه سانتیگراد نگهداری می‌شود).
تفجو در نزدیکی زمین و خورشید -در نقطه L2 لاگرانژی- حدود ۱٬۵۰۰٬۰۰۰ کیلومتری مدار زمین عمل می‌کند. برای مقایسه هابل در ۵۵۰ کیلومتری و ماه تقریباً در ۴۰۰هزار کیلومتری سطح زمین چرخش می‌کنند. این فاصله می‌تواند تعمیرات یا ارتقاء سخت‌افزار تفجو پس از راه‌اندازی را عملاً غیرممکن کند. اشیاء در این فاصله می‌توانند هماهنگ با زمین دور خورشید بچرخند که اجازه می‌دهد تلسکوپ در یک فاصله تقریباً ثابت از زمین باقی بماند و برای محافظت از گرما و نورِ خورشید و زمین از یک سپر خورشیدی استفاده کند. این باعث می‌شود که دمای فضاپیمای زیر ۲۲۰- درجه سانتیگراد نگه داشته شود که برای رصد امواج مادون‌قرمز مورد نیاز است. پیمانکار اصلی شرکت نورثروپ گرومن است.
سپر خورشیدی
برای رصد در طیف مادون‌قرمز، تفجو باید بسیار سرد (زیر ۲۲۰- درجه سانتیگراد) نگه داشته شود در غیر این صورت تابش مادون‌قرمز اجزای تلسکوپ را در هم خواهد شکست؛ بنابراین، از یک سپر نوری بزرگ برای جلوگیری از نور و حرارتِ خورشید، زمین و ماه استفاده می‌شود و موقعیت آن در نزدیکی نقطه لاگرانژی خورشید تمام این سه جسم (خورشید، زمین و ماه) را در یک طرف فضاپیما نگه خواهد داشت.
سپر خورشیدی دارای پنج لایه است که از یک لایهٔ نازکی از جنس پلی‌آمید ساخته شده‌است، به‌همراه اندودِ آلومینیوم در یک طرف و سیلیکون در طرف دیگر سپر. اِشکال تصادفی ساختار این لایه‌های ظریف در طی آزمایش، یک عامل تأخیر در اجرای پروژه است.
اپتیک
عنصر تلسکوپ نوری تفجو یک بازتابنده از جنس بریلیم با ابعاد ۶٫۵ متری با مساحت کل ۲۵ متر مربع است. این ابعاد برای تجهیزات پرتابی موجود بسیار بزرگ است، بنابراین آینه از ۱۸ قسمت شش ضلعی تشکیل شده‌است که پس از پرتاب تلسکوپ راه‌اندازی می‌شوند.
ابزار علمی
ماژول یکپارچهٔ تجهیزات علمی (ISIM) چارچوبی است که توان الکتریکی، محاسبات منابع، قابلیت خنک سازی و همچنین پایداری ساختاری تلسکوپ وِب را فراهم می‌کند. مهندسان به این قسمت قلب تلسکوپ می‌گویند. این قسمت با ترکیب گرافیتی-اپوکسی به زیر ساختار تلسکوپ جیمز وب متصل است. ISIM دارای چهار ابزار علمی و یک دوربین راهنما است.
- دوربین رصد مادون‌قرمز نزدیک (NIRCam) یک تصویربردار بسیار دقیق و پیشرفته است که توسط دانشگاه آریزونا طراحی شده و روی ماژول ISIM نصب می‌شود. وظیفه این بخش تصویر برداری از نورهای طیف ۰٫۶ تا ۵ میکرومتر است همچنین به‌عنوان حسگر هماهنگ‌کننده عمل می‌کند تا بتواند هر ۱۸ آینه را به‌گونه‌ای تنظیم کند که بتوانند به‌عنوان آینه‌ای واحد عمل کنند. همکار دانشگاه آریزونا در ساخت NIRCam شرکت لاکهید مارتین می‌باشد.
- طیف‌سنج مادون‌قرمز نزدیک (NIRSpec) یک طیف‌سنج چند جرمی است که توسط آژانس فضایی اروپا طراحی شده‌است که می‌تواند به‌طور هم‌زمان طیف مادون‌قرمز را با رزولوشن پایین، متوسط و بالا اندازه‌گیری کند. طراحی NIRSpec سه حالت مشاهده را فراهم می‌کند: یک حالت با وضوح کم با استفاده از یک منشور، یک حالت با وضوح متوسط و حالت دیگری با وضوح بالا.
- ادوات طیف‌سنج مادون‌قرمز میانه یا MIRI محدوده طول موج مادون‌قرمز میانه را از ۵ تا ۲۷ میکرومتر اندازه‌گیری خواهد کرد. این قسمت شامل هر دو دوربین متوسط مادون‌قرمز و یک طیف‌سنج تصویربرداری است. MIRI با همکاری آژانس فضایی اروپا و آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا طراحی شده‌است.
- حسگر هدایت کامل / تصویربردار مادون‌قرمز نزدیک و طیف‌سنج بی‌لغزش (FGS/NIRISS)، که توسط آژانس فضایی کانادا طراحی و توسعه داده شده‌است، که می‌تواند طول موج‌های بین ۰٫۸ تا ۵ میکرومتر را مشاهده کند.
