سائنسدانوں کا کہنا ہے کہ JWST ایک سال بعد 'غیر معمولی' کارکردگی کا مظاہرہ کر رہا ہے۔

جیمز ویب اسپیس ٹیلی سکوپ (جے ڈبلیو ایس ٹی) کو لانچ ہوئے ایک سال ہو گیا ہے، اور اس کی خطرناک تعیناتی اور احتیاط کے بعد، یہ بالآخر ناقابل یقین تصاویر اور ڈیٹا واپس بھیج رہا ہے۔ لانچ پیڈ سے مکمل آپریشنز تک پہنچنا، تاہم، کوئی آسان کام نہیں تھا۔ یہاں ایک یاد دہانی ہے کہ یہ سب کیسے ہوا۔

کرسمس ڈے 2021: تقریباً 25 سال کی ترقی کے بعد، JWST Ariane 5 راکٹ کے اوپر سے خلا میں چلا گیا۔ اس کا آغاز تکنیکی پریشانیوں، بجٹ اور نظام الاوقات میں اضافے، اور یہاں تک کہ امریکی کانگریس کی طرف سے (عارضی) منسوخی پر ایک فتح تھی۔ نتیجتاً، جذبات بہت زیادہ تھے کیونکہ لانچ پیڈ کاؤنٹ ڈاؤن صفر کے قریب تھا۔

"یہ تناؤ تھا،" تسلیم کرتے ہیں۔ سوسن ملالی، بالٹی مور میں اسپیس ٹیلی سکوپ سائنس انسٹی ٹیوٹ (STScI) میں JWST کے نائب پروجیکٹ سائنسدان۔ "میں یقین نہیں کر سکتا تھا کہ یہ حقیقی تھا،" مزید کہتے ہیں۔ نومی رو-گرنیNASA کے گوڈارڈ اسپیس فلائٹ سینٹر میں JWST GTO (گارنٹیڈ ٹائم آبزرویشنز) پوسٹ ڈاک جہاں وہ پلینٹری سسٹمز ٹیم کی مدد کر رہی ہے۔ "میں کسی قسم کی ایک اور تاخیر کی توقع کر رہا تھا۔ میں نے سوچا کہ یہ کبھی شروع نہیں ہونے والا ہے۔

ایک خطرناک سفر

پراجیکٹ کی ترقی کا اسٹاپ اسٹارٹ نوعیت دوربین کی بڑھتی ہوئی پیچیدگی کی وجہ سے ہوا، جس میں 6.5 میٹر پرائمری آئینے کے ساتھ ساتھ ایک نازک، پانچ پرت والی، ٹینس کورٹ کے سائز کی انسولیٹنگ سنشیلڈ بھی شامل ہے۔ دونوں عناصر کو راکٹ فارنگ کے اندر فٹ ہونے کے لیے کھرچنے کے بعد اوریگامی کی طرح سامنے آنا پڑا - ایک 30 دن کا عمل جو زمین سے 2 ملین کلومیٹر دور سورج کے دوسری طرف L1.6 Lagrange پوائنٹ تک دوربین کے سفر کے ساتھ موافق تھا۔

1993 میں ہبل اسپیس ٹیلی سکوپ کو اس کی ناقص آپٹکس کی وجہ سے خلابازوں کی مدد سے سروس فراہم کرنے کے لیے یہ نقطہ بہت دور ہے۔ اگر JWST کے آئینے میں اس کی تعیناتی کے دوران کچھ غلط ہو جاتا، تو ماہرین فلکیات کے پاس $10 بلین کی سفیدی باقی رہ جاتی۔ گہری خلا میں تیرتا ہوا ہاتھی

Rowe-Gurney کا کہنا ہے کہ "وہ پہلے 30 دن کافی اعصاب شکن تھے، کیونکہ کوئی بھی مسئلہ ایک نقطہ کی ناکامی تھی اور اس کا مطلب یہ ہوگا کہ ہمارے پاس دوربین نہیں ہوگی۔"

سب نے بتایا، ناکامی کے ایسے 344 ممکنہ پوائنٹس تھے: 344 پوائنٹس جہاں دوربین کے پیچیدہ حرکت پذیر حصوں کو خلا کے ٹھنڈے خلا میں بالکل کام کرنا پڑتا تھا۔ اس کے باوجود انہوں نے کام کیا - ناسا گوڈارڈ کی جین رگبی کے مطابق "غیر معمولی طور پر" JWST سے پہلے سائنس کے نتائج اس مہینے کے شروع میں STScI میں منعقد ہونے والی کانفرنس۔

Rowe-Gurney کا کہنا ہے کہ "جس دن میں جانتا تھا کہ یہ حقیقت میں کام کرنے جا رہا ہے، جب وہ مین بوم باہر نکلا، اور ثانوی آئینہ باہر ہو گیا، اور ہمارے پاس درحقیقت ایک دوربین موجود تھی،" رو-گرنی کہتے ہیں۔ "یہاں تک کہ اگر اس کے بعد کی تعیناتیاں کام نہیں کرتی ہیں، تو ہم روشنی کو پکڑ سکتے ہیں اور اسے آلات میں ڈال سکتے ہیں۔"

دوربین پر فوکس کرنا

دونوں شیشوں کی تعیناتی کے ساتھ، اگلا مرحلہ بنیادی آئینے کے 18 ہیکساگونل بیریلیم حصوں پر توجہ مرکوز کرنا تھا۔ یہ سات مراحل میں مکمل ہوا۔ ابتدائی طور پر، ہر طبقہ نے ایک مختلف غیر مرکوز تصویر تیار کی، لہذا پہلا مرحلہ یہ پہچاننا تھا کہ کون سی تصویر کس آئینے کے حصے سے تعلق رکھتی ہے۔ اگلا مرحلہ آئینے کو تقریباً سیدھ میں لانا تھا تاکہ 18 تصاویر تمام فوکس میں رہیں۔ اس کے بعد، حصوں کو مزید ایڈجسٹ کیا گیا تاکہ وہ ایک ہی نقطہ پر توجہ مرکوز کرنے لگے.

اس کے بعد فائن ٹیوننگ کے مختلف درجات اور اس بات کو یقینی بنایا گیا کہ فوکس مختلف آلات کے نقطہ نظر کے شعبوں میں آئے، اور پھر اس بات کو یقینی بنانے کے لیے کہ سیگمنٹس ایک دوسرے کے 50 nm کے اندر منسلک ہوں۔ آخر کار تین ماہ کے عمل کے بعد دوربین توجہ میں تھی۔

رفتار کی حد کو توڑنا

اچھی حالت میں دوربین کے ساتھ، اگلا مرحلہ اس کے انفرادی آلات کو کیلیبریٹ کرنا تھا۔ قریب اورکت کیمرا (NIRCam)، قریب اورکت سپیکٹرو میٹر (NIRSpec)، اور MIRI، ڈیٹیکٹرز کا سوٹ جو بناتا ہے۔ وسط اورکت والا آلہ.

دور دراز، گہری خلائی اشیاء آسمان پر جمی ہوئی دکھائی دیتی ہیں، لیکن نظام شمسی میں موجود اشیاء ستاروں، نیبولا اور کہکشاؤں کے پس منظر کے خلاف حرکت کرتی ہیں۔ لہذا، سیاروں، چاندوں، دومکیتوں اور کشودرگرہ کی تصویر بنانے کے لیے، JWST کو خلائی جہاز کو جسمانی طور پر موڑ کر ان کا پتہ لگانا پڑتا ہے۔ لانچ کرنے سے پہلے، ٹریکنگ کی رفتار کی حد متعارف کرائی گئی تھی: 30 ملی سیکنڈ فی سیکنڈ، جہاں ایک آرک سیکنڈ ڈگری کا 1/3600 واں ہے)۔

ایک بار خلا میں، تاہم، ٹیم نے محسوس کیا کہ یہ حد تھوڑی مایوسی تھی۔ "ہم جانچ کر رہے تھے کہ ہم کتنی تیزی سے ٹریک کر سکتے ہیں، اور ہمیں احساس ہوا کہ ہم حقیقت میں بہت تیزی سے کر سکتے ہیں،" رو-گرنی کہتے ہیں، جو حرکت پذیر اہداف اور بکھری ہوئی روشنی پر ڈیٹا اکٹھا کرنے کے لیے آلات بنانے میں شامل تھے۔

ٹریکنگ کی بڑھتی ہوئی رفتار کچھ مہینوں بعد کارآمد ثابت ہوئی، جب JWST نے چھوٹے کشودرگرہ Dimorphos پر DART (ڈبل ایسٹرائڈ ری ڈائریکشن ٹیسٹ) کے اثرات کا مشاہدہ کیا۔ DART مشن تھا۔ طبیعیات کی دنیاسائنسی ہے سال کی پیش رفت 2022 کے لیے، اور JWST ابتدائی حد سے تین گنا زیادہ تیزی سے ٹریک کر کے اس کے اثرات سے نکالے گئے ملبے کی تصویر کشی کرنے میں کامیاب رہا، سیارچے کو دھندلا کیے بغیر منظر کے میدان میں رکھتے ہوئے۔ درحقیقت، دوربین نے اس کے بعد سے 120 ملی سیکنڈ فی سیکنڈ تک ٹریکنگ کی رفتار حاصل کی ہے۔ تاہم، یہ جتنی تیزی سے ٹریک کرتا ہے، اس کی ٹریکنگ کی کارکردگی اتنی ہی کم ہوتی ہے، جس سے درمیانی سطح پر سمجھوتہ ہوتا ہے۔ "اگلے سال میں محفوظ ٹریکنگ کی شرح 75 ملی سیکنڈ فی سیکنڈ تک رکھی جائے گی، رفتار کی حد کو دوگنا کرنے سے بھی زیادہ، لہذا ہم دوربین کو توڑے بغیر نظام شمسی میں مزید اشیاء کی پیروی کرنے کے قابل ہو جائیں گے،" Rowe-Gurney کا کہنا ہے کہ.

بکھری ہوئی روشنی کو ہٹانا

جب JWST کسی روشن چیز کو گھورتا ہے - ایک سیارہ، ایک ستارہ، یہاں تک کہ ایک دور دراز کواسر - کچھ اضافی روشنی ایک پھیلاؤ کا نمونہ بناتی ہے۔ یہ نمونہ JWST کی بہت سی تصاویر میں پیش منظر کے ستاروں کے ارد گرد نظر آنے والے "اسپائکس" کی وجہ ہے، اور اگرچہ خوبصورت ہے، لیکن یہ سائنسی تفصیلات کو غیر واضح کر سکتا ہے۔ خوش قسمتی سے، ہر دوربین کے منفرد پھیلاؤ کے پیٹرن کو پوائنٹ اسپریڈ فنکشن کے طور پر بیان کیا جاسکتا ہے، اور JWST اور اس کے آلات کے لیے اس پوائنٹ اسپریڈ فنکشن کی شکل کو نمایاں کرکے، ماہرین فلکیات ضرورت پڑنے پر تصاویر سے خارجی روشنی کو ہٹا سکتے ہیں۔

ایک معاملہ JWST کی وولف – Rayet ستارہ WR 140 کی تصویر تھا، جو 5000 نوری سال کے فاصلے پر واقع ہے۔ جب پہلی بار JWST کی طرف سے تصویر کشی کی گئی، تو ماہرین فلکیات ستارے کے گرد 17 مرتکز حلقے، یا خول دیکھ کر دنگ رہ گئے۔ ابتدائی طور پر ان انگوٹھیوں کو دوربین سے امیجنگ نوادرات کے طور پر سمجھا جاتا تھا، لیکن پوائنٹ اسپریڈ فنکشن کو ہٹانے کے بعد، یہ انگوٹھی ابھی تک موجود تھی۔ تخروپن پر مبنی مزید تحقیقات سے پتہ چلتا ہے کہ بائنری ستاروں سے آنے والی تارکیی ہوائیں دھول کے حلقے پیدا کر سکتی ہیں جہاں وہ آپس میں ٹکرا کر گاڑھی ہو جاتی ہیں۔ مزید یہ کہ، نقلی حلقوں کا نمونہ WR 140 کے ارد گرد کے حلقوں کے پیٹرن سے بالکل مماثل ہے، یہاں تک کہ ہماری نظر میں اورکت کے اخراج میں اضافہ کی وجہ سے انگوٹھیوں کو کاٹنے والی لکیری خصوصیت تک۔

WR 140 کے مشاہدات پہلی بار اس بات کی نمائندگی کرتے ہیں کہ بائنری ستارے کے گرد ٹکرانے والی ہوا کے ڈھانچے کو 3D میں نقشہ بنایا گیا ہے۔ لیکن اگر ماہرین فلکیات نے سب سے پہلے دوربین میں بکھری ہوئی روشنی کے اخراج کا نمونہ نہ بنایا ہوتا تاکہ وہ اسے ہٹا سکیں، تو یہ سمجھنا ناممکن تھا کہ مشاہدات ہمیں کیا بتا رہے ہیں۔

فلکیات دانوں کا نیا کھلونا۔

وولف – رائیٹ ستارے کی مثال سے پتہ چلتا ہے کہ مشاہدات کرتے وقت دوربین کو جاننا کتنا ضروری ہے۔ "یہ ایسی چیز ہے جس کے بارے میں آپ کو بہت کچھ سوچنا پڑتا ہے،" ملالی کہتے ہیں۔ "ہر قدم جس طرح سے آپ امید کر رہے ہیں کہ آپ کی ٹیم میں ایک ماہر ہوگا جو آلہ کے بارے میں یا اس قسم کے مشاہدات کے بارے میں زیادہ سے زیادہ جانتا ہو۔"

اس کے مطابق، JWST کے پیچھے محرکات میں سے ایک ابتدائی ریلیز سائنس (ERS) چند ماہرین فلکیات کو دوربین اور اس کے آلات سے واقف ہونے میں مدد فراہم کرنا تھا تاکہ وہ دوسروں کو بعد میں مشاہدہ کرنے والے چکروں کی رفتار میں اضافہ کر سکیں۔ "یہ ایک نئے کھلونے کی طرح ہے،" Rowe-Gurney کہتے ہیں۔ "اس بات کو یقینی بنانے کے لیے کہ یہ قابل اعتماد ہے کہ ڈیٹا کو پروسیس اور کیلیبریٹ کرنے کے طریقے پر بہت کام ہو رہا ہے۔"

خوش قسمتی سے، JWST گیند کھیل رہا ہے۔ مولی کا کہنا ہے کہ "آلہ ساز سائنسدان یہ کہہ سکتے ہیں کہ وہ اب بھی اپنے آلات کے بارے میں جان رہے ہیں اور آپ کے ڈیٹا میں سے بہت کم منظم اور نوادرات اور اس طرح کی چیزوں کو کیسے ہٹانا ہے،" ملالی کہتے ہیں، "لیکن مجموعی طور پر جو تاثر مجھے ہر ایک سے مل رہا ہے وہ یہ ہے کہ ٹیلی سکوپ شاندار کارکردگی کا مظاہرہ کر رہا ہے۔"

اثر کا خطرہ

ابھی تک، JWST کی کارکردگی کے لیے صرف ایک ہی انتباہ ہے: مائیکرو میٹروائڈ اثرات سے ہونے والا نقصان۔ اوسطاً، دوربین کے آئینے کو مہینے میں ایک بار اتنی بڑی چیز سے ٹکرایا جاتا ہے جو اثر انداز ہو سکے۔ ویو فرنٹ سینسنگ، جو کہ دوربین کی اپنی آپٹکس کی سیدھ میں غلطیوں کا پتہ لگانے کی صلاحیت ہے جو روشنی کی لہروں کے مرحلے سے باہر جانے کے طور پر ظاہر ہوسکتی ہے۔ ویو فرنٹ سینسنگ میں یہ کمی تصاویر کو کم تیز بنا سکتی ہے۔

اس طرح کے اثرات لانچ سے پہلے متوقع تھے، اور ان سے اتنے بڑے ہونے کی توقع نہیں تھی کہ دوربین کی عمر کو خطرہ لاحق ہو جائے۔ تاہم، مئی 2022 میں آئینے کے حصوں میں سے ایک کو عام سے زیادہ بڑا اثر ملا۔ JWST کانفرنس کے پہلے سائنس کے نتائج میں اپنی گفتگو میں، رگبی نے رپورٹ کیا کہ اس اثر نے ایک پاؤں پر زخم چھوڑ دیا، جس سے ٹیلی سکوپ کی کل ویو فرنٹ کی خرابی 9 nm تک بڑھ گئی۔ یہ اہم ہے کیونکہ اگر ویو فرنٹ کی خرابی 150 nm تک پہنچ جاتی ہے، تو دوربین اپنے سائنسی اہداف کو پورا کرنے کے لیے اب اتنی حساس نہیں رہے گی - یعنی JWST کے لیے اسی پیمانے کے صرف 10 اثرات "گیم اوور" ہوں گے۔

اس امکان سے کسی حد تک گھبراہٹ میں، ناسا نے خطرے کی تحقیقات کے لیے ایک مائیکرو میٹروائڈ ورکنگ گروپ بلایا ہے۔ L2 پر مائیکرو میٹروائڈ آبادی اچھی طرح سے معلوم ہے۔ جو چیز واضح نہیں ہے وہ ہے اثرات کی حرکی توانائی اور ویو فرنٹ سینسنگ کے انحطاط کے درمیان تعلق۔ کیا اس طرح کے بڑے اثرات انتہائی نایاب ہیں اور JWST مئی میں محض بدقسمت تھا؟ یا کیا دوربین پیش گوئی سے زیادہ تعدد پر زیادہ سنگین اثرات کا تجربہ کرے گا؟

Quasars، exoplanets اور دور دُنیا کے ماحول: JWST کے پہلے نتائج پر مزید

جب تک کہ ورکنگ گروپ جوابات کے ساتھ نہیں آتا، ٹیلی اسکوپ کے مینیجر ماہرین فلکیات کو ان کے مشاہدات (جہاں ممکن ہو - وقت کے لحاظ سے حساس مشاہدات مستثنیٰ ہیں) کی حوصلہ افزائی کرکے خطرے کو کم کررہے ہیں تاکہ دوربین مائیکرو میٹروائڈز کی "بارش" کی طرف اشارہ نہ کرے۔

اگر یہ نظام کامیاب ہو جاتا ہے، یا ورکنگ گروپ اثرات کی مشکلات کے بارے میں ایک یقین دہندہ جواب لے کر آتا ہے، تو JWST کی اس سے پہلے لمبی زندگی ہونی چاہیے۔ اس کے بے عیب لانچ اور L2 کے سفر کی بدولت جس میں کورس میں کم سے کم تصحیح کی ضرورت تھی، اسکوپ کے پاس بورڈ پر کافی پروپیلنٹ موجود ہے تاکہ کم از کم مزید 27 سال تک اپنا مشن جاری رکھ سکے۔ اگر مشن کے پہلے 12 مہینے کوئی اشارہ ہیں، تو ان 27 سالوں میں ایک شاندار آلے سے سنسنی خیز نئے خیالات اور ڈیٹا کی ریمز تیار کرنی چاہئیں، جس میں فلکی طبیعیات، ایکسوپلینیٹ اسٹڈیز، کاسمولوجی اور بہت کچھ کو تبدیل کرنے کے زیادہ امکانات ہیں۔ JWST کے آغاز کی رولر کوسٹر سواری ختم ہو سکتی ہے، لیکن اصل سفر ابھی شروع ہوا ہے۔