پرونده ويژه جيمز وب؛ بزرگ‌ترين تلسكوپ فضايي جهان چگونه تاريخ كيهان را بازنويسي خواهد كرد؟

براي نگاه به دوران آغازين كيهان و مشاهده چشمك‌زدن نخستين ستارگان، اول بايد آينه‌اي به بزرگي يك خانه بسازيد. سطح آن بايد چنان صاف باشد كه اگر آينه به اندازه قاره بود، هيچ تپه يا دره‌اي بزرگ‌تر از قوزك پا نداشت. فقط آينه‌اي چنين بزرگ و صاف مي‌تواند نور ضعيفي را كه از دورترين كهكشان‌ها در آسمان مي‌آيد، جمع‌آوري و متمركز كند؛ نوري كه مدت‌ها پيش منبع خود را ترك كرد و از اين‌رو كهكشان‌ها را هم‌زمان با شكل‌گيري در دوران جواني جهان نشان مي‌دهد. كم‌نورترين و دوردست‌ترين كهكشان‌هايي كه خواهيم ديد، هنوز در مرحله تولد هستند؛ وقتي نيروهاي اسرارآميز در تاريكي دست به دست هم دادند و نخستين دانه‌هاي ستارگان شروع به درخشش كردند.

اما براي خواندن اين فصل اوليه از تاريخ جهان، دانستن ماهيت آن نخستين ستارگان احتمالاً غول‌پيكر، دانستن ده ناپيدايي كه گرانش آن، ستارگان اوليه را به‌وجود آورد و دانستن درباره نقش مغناطيس و تلاطم و چگونگي رشد و راهيابي سياه‌چاله‌ها به مراكز كهكشان‌ها، داشتن آينه استثنايي كافي نيست.

دليل اينكه هيچ‌كس دوران تشكيل كهكشان را نديده، اين است كه نور ستارگان باستاني پس از سفر چندين ميليارد ساله از ميان بافت درحال انبساط فضا و رسيدن به ما، كشيده شده است. نور فرابنفش و مرئي ساطع‌شده از دورترين ستارگان آسمان درطول سفر به اينجا كشيدگي تقريباً ۲۰ برابري را در طول موج تجربه كرده و به تابش فروسرخ تبديل شده است. اما نور فروسرخ نوعي نور ناشي از جنبيدن اتم‌ها است كه از آن با عنوان گرما ياد مي‌كنيم؛ همان گرمايي كه از بدن‌هايمان و جو و زمين زير پايمان ساطع مي‌شود. افسوس كه اين منابع محلي گرما، شعله‌هاي كم‌فروغ ستارگان اوليه را در خود غرق مي‌كنند. براي مشاهده اين ستارگان، تلسكوپِ مجهز به آينه بزرگ بي‌نظير بايد بسيار سرد باشد و بايد به درون فضا پرتاب شود.

تونايي ديدن منابع فروسرخ ضعيف، صرفاً امكان دسترسي به فصل سرنوشت‌ساز كيهان (بازه زماني تقريباً از ۵۰ ميليون تا ۵۰۰ ميليون سال پس از بيگ بنگ) را به شما نمي‌دهد؛ بلكه اين نورها ديگر جنبه‌هاي احتمالاً همان‌قدر مهم كيهان، از مشخصات سياره‌هاي زمين‌مانند درحال گردش به دور ساير ستارگان تا سرعت بسيار مباحثه‌برانگيز انبساط فضا را نيز آشكار مي‌كنند. اما براي آنكه تلسكوپ كار كند، فراتر از آينه بي‌نقصي كه پس از پرتاب به آسمان فرايند بازشدن و كانون‌يابي را به‌طور خودفرمان اجرا مي‌كند، وجود يك عنصر ديگر ضروري است.

حتي در فضاي بيروني، زمين، ماه و خورشيد همچنان تلسكوپ را چنان گرم مي‌كنند كه نمي‌تواند چشمك ضعيف دورترين ساختارهاي كيهان را مشاهده كند؛ مگر آنكه تلسكوپ رهسپار نقطه خاصي به نام لاگرانژي ۲ شود كه از مسافت بين زمين و ماه، چهار برابر دورتر است. درآنجا، ماه، زمين و خورشيد همگي در يك جهت قرار دارند؛ درنتيجه تلسكوپ مي‌تواند با گشودن سپر خورشيدي خود كه هم‌اندازه با زمين تنيس است، تابش حرارتي هر سه جرم را به‌طور هم‌زمان مسدود كند. با قرارگيري در سايه بدين شيوه، تلسكوپ سرانجام مي‌تواند به سرمايي عميق وارد شود و بالاخره حرارت كم‌فروغ سپيده‌دم كيهاني را تشخيص دهد.

سپر خورشيدي هم تنها اميد تلسكوپ فروسرخ و هم پاشنه آشيل آن محسوب مي‌شود. اين بخش از تلسكوپ براي آنكه بدون سنگين‌كردن موشك، به اندازه كافي باز شود، بايد از ساختار نازك تشكيل شده باشد. به همين ترتيب، كل رصدخانه شامل آينه‌ها، دوربين‌ها و ديگر ابزارها، فرستنده‌ها و منابع انرژي آن بايد فقط نزديك به دو درصد يك تلسكوپ بزرگ زميني وزن داشته باشد. ساخت فضاپيمايي غول‌پيكر و درعين‌حال سبك كه بتواند تابش فروسرخ را حس كند، از هيچ انديشه متخصصين آسان نيست؛ اما استفاده اجتناب‌ناپذير از بافت نازك، استقرار سپر خورشيدي را به امري ذاتا خطرناك تبديل مي‌كند. به‌گفته مهندسان، چنين ساختاري «غيرقطعي» و كنترل يا پيش‌بيني بي‌نقص حركات آن غيرممكن است. اگر سپر خورشيدي حين بازشدن به اشكال بربخورد، كل تلسكوپ به زباله فضايي تبديل خواهد شد.

درحال‌حاضر، تلسكوپ كه به‌طرز باورنكردني فرايند ساخت را به پايان برده، تا شده و آماده قرارگيري برفراز موشك آريان ۵ است. موشك قرار است ۲۴ دسامبر (۳ دي)، ۳۰ سال پس از آنكه محموله‌اش، تلسكوپ فضايي جيمز وب (JWST) براي نخستين‌بار تصور و طرح‌ريزي شد، از گويان فرانسه پرتاب شود. تلسكوپ ۱۴ سال از برنامه عقب و بودجه آن ۲۰ برابر افزايش يافته است. جان ماتر، اخترفيزيكدان برنده جايزه نوبل كه به مدت ۲۵ سال دانشمند ارشد پروژه جيمز وب بوده است، مي‌گويد «ما براي جبران تمام اشتباهاتمان و انجام آزمايش و تمرين، تا جايي كه توانستيم به سختي كار كرديم.» اكنون ماتر مي‌گويد «مي‌خواهيم تلسكوپ ميليارد دلاريمان را برفراز توده‌اي از مواد منفجره قرار دهيم» و همه چيز را به دست سرنوشت بسپاريم.

داستان ساخت تلسكوپ فضايي جيمز وب درطول سه دهه گذشته، با پيشرفت خار‌ق‌العاده‌اي كه به‌ويژه به لطف پيشينيان جيمز وب در شناخت خود از كيهان به‌دست ‌آورده‌ايم، هم‌زمان شده است. با تلسكوپ فضايي هابل، آموختيم كه ستارگان، كهكشان‌ها و سياه‌چاله‌هاي كلان‌جرم خيلي قبل‌تر از آنچه هركس انتظار داشت، در تاريخ كيهان وجود داشتند و از آن زمان تاكنون دستخوش تغييرات اساسي شده‌اند. ما آموخته‌ايم كه ماده تاريك و انرژي تاريك، كيهان را به وجود آوردند. با تلسكوپ كپلر و ديگر ابزارها، ديده‌ايم كه تمام انواع سياره‌ها، ازجمله ميلياردها جهان بالقوه سكونت‌پذير صرفاً در راه شيري خودمان، كهكشان‌ها را مانند گوي‌هاي آويزان درختان كريسمس تزئين كرده‌اند. اين اكتشافات موجب برانگيختن پرسش‌هايي شده است كه تلسكوپ فضايي جيمز وب مي‌تواند پاسخ دهد. اخترشناسان اميد دارند كه مانند ديگر تلسكوپ‌ها، مشاهدات جيمز وب نيز پرسش‌هاي تازه برانگيزد. ماتر مي‌گويد «هر زمان كه تجهيزات جديدي مي‌سازيم، شگفت‌زده مي‌شويم.»

گرانت ترمبلي، اخترفيزيكدان در دانشگاه هاروارد كه تجربه فعاليت در كميته تخصيص زمان تلسكوپ را دارد، پرتاب جيمز وب را لحظه «جسارت انجام كارهاي بزرگ» مي‌داند. او مي‌گويد «جيمز وب قرار است اكتشافات شگفت‌انگيزي انجام دهد. ما در نيويورك تايمز حضور خواهيم يافت تا درباره چگونگي مشاهده تولد ستارگان در مرز زمان صحبت كنيم. اين يكي از كهكشان‌هاي اوليه است؛ اين داستان زمين‌هاي ديگر است.»

آخرين بار كه ناسا رصدخانه‌اي چنين مهم را پرتاب كرد (تلسكوپ فضايي هابل در سال ۱۹۹۰)، يك فاجعه رقم خورد. ساندرا فابر، اخترشناس كهنه‌كار به كوانتا مگزين مي‌گويد پرتاب هابل «كاملاً فاجعه‌بار بود.» او عضو تيمي بود كه در مركز پرواز فضايي گادرد ناسا در مريلند مستقر شد تا اختلال هابل را تشخيص دهد. در يكي از تصاوير هابل، ستاره به شكل حلقه به‌انديشه متخصصين مي‌آمد و از اين طريق، فابر و همكارانش پي بردند كه آينه اصلي تلسكوپ (نمونه معقر بزرگي كه نور را به آينه ثانويه‌اي بازتاب مي‌دهد كه سپس آن را روي لنزهاي دوربين مي‌تاباند) خميدگي كاملاً مناسب را براي تمركز نور پيدا نكرده و در اطراف لبه به اندازه نصف طول موج ضخيم‌تر بود. اگر آينه‌هاي اصلي و ثانويه با هم پيش از پرتاب آزمايش مي‌شدند، اين عدم تطابق كانوني مشخص مي‌شد؛ اما عجله براي پرتاب تلسكوپي كه دچار تاخيرهاي طولاني و افزايش بودجه بود، موجب شد اين آزمايش هرگز اتفاق نيفتد.

برخي مديران ناسا خواستار رهاكردن هابل شدند؛ تلسكوپي كه از قبل پروژه‌اي مباحثه‌برانگيز به‌شمار مي‌رفت. درعوض، سناتور باربارا ميكولسكي از مريلند بودجه براي مأموريت نجات را تأمين كرد. عمليات تعمير در فضا امكان‌پذير بود؛ زيرا هابل به‌عنوان تلسكوپي نوري كه به‌جاي نور فروسرخ به رنگ‌هاي رنگين‌كمان حساس است، مجبور نبود ميليون‌ها كيلومتر در اعماق فضا پيشروي كند و مي‌توانست از مدار نزديك زمين در ارتفاع ۵۴۷ كيلومتري، ديد واضحي به آسمان داشته باشد. سال ۱۹۹۳، شاتل فضايي به هابل متصل شد و فضانوردان نوعي لنز تماسي روي آن نصب كردند. تلسكوپ سپس توانست نجوم و كيهان‌شناسي را متحول كند.

تصاوير كهكشان مسيه ۱۰۰ كه تلسكوپ فضايي هابل پيش و پس از نصب لنز اصلاحي روي آينه اصلي تلسكوپ در دسامبر ۱۹۹۳ ثبت كرد.

شايد مهم‌ترين پرسش درباره جهان در بيش‌ترين سال‌هاي قرن بيستم، اين بود كه آيا جهان آغازي داشته يا هميشه همين‌گونه بوده است. جي گالاگر، اخترشناس و استاد برجسته دانشگاه ويسكانسين مديسن مي‌گويد براي فرد هويل، كيهان‌شناس بريتانيايي و ديگر باورمندان به «انديشه متخصصينيه حالت پايدار»، «سادگي، منطق قانع‌كننده بود. اينكه در يك نقطه چيزي تغيير كرد و جهان ماده را به‌وجود آورد؛ چرا بايد چنين مي‌شد؟» هويل به‌عنوان طرفدار انديشه متخصصينيه حالت پايدار، اعتقاد رقيبان خود به بيگ‌بنگ را به تأثير سفر پيدايش در جزوه رايگان مقدس نسبت داد.

سپس در سال ۱۹۶۴، صداي خش‌خش در آنتن راديو در آزمايشگاه بل در نيوجرسي به گوش رسيد. طبق پيش‌بيني انديشه متخصصينيه بيگ‌بنگ، اين صدا را ريزموج‌هايي ايجاد كرده بودند كه از هر نقطه آسمان از راه مي‌رسند. كشف «تابش زمينه كيهاني»، بلافاصله به مباحثه‌ها پايان نداد. دانشمندان طرفدار حالت پايدار نظير هويل به تفسير صداي خش‌خش بي‌اعتماد بودند و براي چندين دهه ديگر به انديشه متخصصينيه خود پايبند ماندند. اما براي ديگراني كه به‌محض ديدن پس‌تاب بيگ‌بنگ آن را تأييد كردند، تابش زمينه كيهاني يك معما به‌وجود آورد. يكنواختي تقريباً بي‌نقص ريزموج‌ها كه از تمام قسمت‌هاي آسمان مي‌آيند، نشان داد كه جهان تازه‌متولدشده به‌طرز شگفت‌آور يكدست است. فابر كه در اواخر دهه ۱۹۶۰ درباره كهكشان‌ها مطالعه مي‌كرد، مي‌گويد «معما اين است كه ما امروزه جهان را بسيار ناهمگون مي‌بينيم. درنتيجه چالش نخست در درك كهكشان‌ها اين است كه بفهميم جهان چگونه از توده‌اي يكدست به ناهمگون تبديل شد.»

كيهان‌شناس‌ها مي‌دانستند كه اتم‌ها بايد به تدريج دراثر گرانش در كنار هم جمع شده و درنهايت ساختارهايي نظير ستارگان و كهكشان‌ها را به‌وجود آورده باشند. اما روي كاغذ، به‌انديشه متخصصين مي‌آمد كه رشد ساختارها فوق‌العاده كند بوده است. نه‌تنها ماده درابتدا توزيعي يكنواخت داشت و از اين‌رو توسط گرانش به هيچ جهت خاصي كشيده نمي‌شد، بلكه انبساط فضا و فشار ايجادشده دراثر خود نور، هردو در پراكندگي ماده تأثيرگذار بود و كشش گرانشي ضعيف آن را خنثي مي‌كرد.

در دهه ۱۹۷۰، ورا رابين، اخترشناس از مؤسسه كارنگي در واشنگتن مشاهده كرد كه بخش‌هاي بيروني كهكشان‌ها گويي دراثر يك منبع گرانش اضافي و ناپيدا، بسيار سريع‌تر از حد انتظار مي‌چرخند. اين مدرك كه از وجود حجم چشمگيري ماده گمشده در و اطراف كهكشان‌ها به نام «ماده تاريك» حكايت مي‌كرد، با مشاهدات فريتس تسوئيكي، اخترشناس سوئيسي در دهه ۱۹۳۰ مطابقت داشت. تسوئيكي نتيجه گرفته بود كه كهكشان‌ها فراتر از آن چيزي كه صرفاً براساس ماده نوراني انتظار مي‌رود، يكديگر را جذب مي‌كنند. همچنين در دهه ۱۹۷۰، جيم پيبلس و جري اوستريكر از دانشگاه پرينستون محاسبه كردند كه قرص‌هاي كهكشان‌هاي چرخاني كه فقط از ستارگان، گاز و گردوغبار تشكيل شده‌اند، بايد ناپايدار و به شكل كره متورم شوند. آن‌ها فرض كردند كه ماده نامرئي بايد چاه گرانشي قدرتمندتري ايجاد كرده باشد كه قرص مرئي درون آن مي‌چرخد. سال ۱۹۷۹، فابر و گالاگر با نگارش مقاله‌اي تأثيرگذار، تمام شواهد براي ماده تاريك را گرد‌آوري كردند و تقريباً ۹۰ درصد از كل ماده موجود در جهان را از اين نوع دانستند. (برآورد كنوني تقريباً ۸۵ درصد است.)

پژوهشگران يادشده دريافتند كه ماده تاريك با گرانش چشمگير و نفوذناپذيري‌اش دربرابر فشار نور، مي‌توانست در جهان اوليه نسبتاً سريع انباشته شود. پيبلس كه سال ۲۰۱۹ نيمي از جايزه نوبل فيزيك را به پاس پژوهش‌هايش در كيهان‌شناسي به‌دست آورد، تصويري كيفي رسم كرد كه در آن ذرات ماده تاريك يكديگر را به صورت توده‌هايي معروف به هاله درمي‌آورند و سپس به توده‌هاي به مراتب بزرگ‌تر تبديل مي‌شوند. سيمون وايت، اخترشناس بريتانيايي اين فرايند «خوشه‌بندي سلسله‌مراتبي» را در شبيه‌سازي‌هاي رايانه‌اي اوليه در دهه ۱۹۸۰ نشان داد. هرچند ماده مرئي در آن زمان براي شبيه‌سازي بيش از حد پيچيده بود، پژوهشگران حدس زدند كه ماده تاريك فشرده‌شده، ماده نوراني را با نقش جزئي همراه خود آورده است: اتم‌ها با جمع‌شدن درون هاله‌هاي ماده تاريك درنهايت با يكديگر برخورد كردند، گرم شدند، به سمت مركز فرو رفتند و درنهايت ازانديشه متخصصين گرانشي درون ستارگان و كهكشان‌هاي قرصي‌شكل فروپاشيدند.

هرچند تصوير يادشده اغلب كيهان‌شناسان را متقاعد كرد، يك پرسش بزرگ اين بود كه تغييرات در چگالي ماده چگونه درابتدا ايجاد شد و فرايند خوشه‌بندي گرانشي را به راه انداخت. وايت كه اكنون بازنشست شده و در آلمان زندگي مي‌كند، به كوانتا مگزين گفت «افراد درباره شرايط اوليه معقول در مورد تشكيل ساختار كيهاني هيچ ايده‌اي نداشتند. شما مي‌توانستيد اين شبيه‌سازي‌ها را اجرا كنيد؛ اما نمي‌دانستيد چه چيز را بايد در ابتدا وارد كنيد.»

الن گوت، كيهان‌شناس آمريكايي در سال ۱۹۷۹ با عجله عبارت «درك شگفت‌انگيز» را در دفترچه يادداشت خود نوشت. او حساب كرده بود كه اگر فضا در آغاز بيگ‌بنگ مانند سطح بالون به‌طور ناگهاني منفجر شده باشد، آنگاه مي‌توان توضيح داد كه جهان چگونه چنين بزرگ، يكدست و مسطح شد. «تورم كيهاني»، عبارتي كه گوت از آن براي ناميدن جهش رشد آغازين استفاده كرد، به سرعت به‌عنوان ضميمه‌اي براي بيگ‌بنگ محبوب شد. كيهان‌شناسان كمي بعد اشاره كردند كه درجريان تورم، نوسانات كوانتومي در بافت فضا با انفجار فضا منجمد شدند و تغييرات چگالي ظريف را در سرتاسر جهان به‌وجود آوردند. نقاط متراكم احتمالي كه دراثر تورم ايجاد شدند، ممكن است به‌عنوان بذرهاي ساختارهاي آتي به‌كار رفته باشند.

اوايل دهه ۱۹۹۰، اين تغييرات چگالي جزئي در تابش زمينه كيهاني اندازه‌گيري شد؛ دستاوردي كه جايزه نوبل را براي جان ماتر، دانشمند ارشد تلسكوپ جيمز وب به ارمغان آورد. اما حتي پيش از اين موفقيت، افرادي نظير فابر نقاط متراكم را به نقشه افزودند. سال ۱۹۸۴، او و سه همكارش مقاله‌اي در نشريه نيچر منتشر كردند كه همه‌چيز را به يكديگر ارتباط مي‌داد. فابر مي‌گويد مقاله آن‌ها «نخستين توصيف كلي اين مسئله است كه تورم چگونه مي‌تواند نوسانات را به‌وجود آورد و نوسانات بعدا براي تشكيل كهكشان‌ها چه كاري انجام مي‌دهند.»

اما داستان از ابتدا تا انتها حدس و گمان بود و حتي اگر به‌طور گسترده صحت داشت، تاريخ‌ها و جزئيات مهم ناشناخته بود. يكي از تاثيرگذارترين اكتشافات تلسكوپ هابل و انگيزه‌بخش اصلي براي ساخت وب، جانشين آن در سال ۱۹۹۵، دو سال پس از نصب لنز اصلاحي به‌وقوع پيوست. باب ويليامز كه در آن زمان مدير مؤسسه علوم تلسكوپ فضايي در بالتيمور، مركز عمليات‌هاي هابل بود، به پيشنهاد برخي از پژوهشگران پسادكترا تصميم گرفت تمام صد ساعت زمان اختياري خود را كه با آن مي‌توانست هابل را به هر نقطه دلخواه نشانه بگيرد، صرف نشانه‌گيري به سمت هيچ كند؛ بخشي تاريك و كوچك و فاقد هيچ‌گونه ويژگي خاص از آسمان كه باريك‌تر از ماه كوچك بود. هدف از انجام اين كار، جستجوي هرگونه جرم دوردست فوق‌العاده كم‌نور بود كه امكان داشت از چشم تلسكوپ‌هاي كمتر حساس پنهان شده باشد.

همكاران ويليامز باور داشتند كه نشانه‌گيري تلسكوپ به سمت هيچ بيهوده است. بااين‌حال، درجريان ۱۰۰ ساعت نورگيري، در گنجينه گشوده شد: مستطيلي كوچك و درخشان از فضا با هزاران كهكشان در اشكال، اندازه‌ها و رنگ‌هاي مختلف. اخترشناسان شگفت‌زده شدند.

كهكشان‌هاي دورتر در تصوير «زمينه ژرف هابل»، قرمزتر به‌انديشه متخصصين مي‌آيند؛ زيرا نور آن‌ها مسافتي طولاني‌تر را ازطريق فضاي درحال انبساط پيموده و از اين‌رو به طول موج‌هاي بلندتر فروسرخ منتقل شده است. تصوير زمينه ژرف ازطريق اين كدگذاري رنگي، نمايي سه‌بعدي از كيهان و جدول زماني تكامل كهكشان‌ها را ارائه مي‌دهد. كهكشان‌ها در تمام سنين و مراحل رشد نمايان شده‌اند؛ مدركي كه نشان مي‌دهد جهان درطول زمان به‌طور اساسي تغيير كرده است. فابر مي‌گويد «انديشه متخصصينيه حالت پايدار از بين رفت. ديگر قرار نيست درباره آن بشنويم. اين يك كشف فكري بسيار بزرگ بود؛ اينكه مي‌توانيد يك تصوير با تلسكوپ بگيريد، مي‌توانيد به گذشته نگاه بيندازيد و ببينيد كه جهان قبلا هيولايي متفاوت بود.»

تصوير معروف هابل نشان داد كه اجرام روشن بسيار سريع‌تر از آنچه اغلب متخصصان انتظار داشتند، در جهان شكل گرفتند. درنتيجه اين انديشه متخصصينيه تقويت شد كه آن‌ها نه به تنهايي با قدرت گرانش خود، بلكه به پشتوانه هاله‌هاي ماده تاريك پا به هستي گذاشتند.

كهكشان‌هاي دوران باستان ظاهر عجيب، كوچك و آشفته داشتند؛ مانند بچه اردك‌هاي زشتي كه ميلياردها سال طول مي‌كشد تا به قو تبديل شوند. فابر مي‌گويد جهان زيبا با كهكشان‌هاي مارپيچ و بيضوي زيباي امروز درواقع نوعي رشد اخير است و اين موضوع در تصوير نيز قابل مشاهده بود. برخي از كهكشان‌هاي جوجه اردكي درحال تصادم و ادغام و همراهي از انديشه متخصصينيه خوشه‌بندي سلسله‌مراتبي در رشد ساختار كيهاني بودند. توده‌هاي ستارگان در كهكشان‌هاي قديمي درخشندگي شگفت‌انگيزي داشتند كه نشان مي‌دهد آن ستارگان، پرجرم‌تر و درخشان‌تر از ستارگان خورشيدمانند امروزي بودند.

برجسته‌ترين نكته درباره جدول زماني تكامل كهكشان‌ها در تصوير زمينه ژرف هابل، اين است كه هيچ آغازي ديده نمي‌شود. تا جايي كه چشم شيشه‌اي هابل كار مي‌كند، كهكشان ديده مي‌شود. فضانوردان بعدا دوربين‌هاي ارتقايافته روي تلسكوپ نصب كردند؛ اما حتي در تصاوير زمينه عميق‌تر آن‌ها نيز لكه‌هاي نور احتمالاً تا انتقال به سرخ ۱۰ مشاهده شدند؛ محدوده‌اي كه با تقريباً ۵۰۰ ميليون سال پس از بيگ‌بنگ برابر است. درحال‌حاضر تصور مي‌شود كه ساختارها احتمالاً صدها ميليون سال قبل از آن شروع به شكل‌گيري كردند.

اما فرايند شكل‌گيري كهكشان‌ها و پي‌ريزي ستارگان، دورتر و كم‌نورتر از آن است كه هابل بتواند تشخيص دهد. نور ساطع‌شده از اين كهكشان‌ها از بخش مرئي طيف الكترومغناطيس خارج و به قسمت فروسرخ وارد شده است. براي ديدن آن‌ها، به تلسكوپ بزرگ‌تري نياز داريم كه بتواند نور فروسرخ را حس كند. نتا باكل، اخترفيزيكدان دانشگاه پرينستون به كوانتا مگزين گفت «آنچه هابل با تصوير زمينه ژرف هابل موفق به انجامش شد، اين يافته بود كه كهكشان‌هاي واقع در انتقال به سرخ‌ها بسيار بيشتر از حد تصور هستند. يك پرسش براي جيمز وب اين است كه انتقال به سرخ چه زماني و چگونه اينقدر زود آغاز شد.»

اكتبر ۱۹۹۵، دو ماه پيش از آنكه هابل به سياهي خيره شود و نگاهي اجمالي به تاريخچه زمان بيندازد، ميشل مايور، اخترشناس سوئيسي در كنفرانسي در فلورانس ايتاليا از كشف بزرگي ديگر خبر داد: او به همراه ديديه كلاز، دانشجوي خود سياره‌اي را در حال چرخش به دور ستاره‌اي ديگر مشاهده كرد.

در پشت تالار سخنراني مايور، ناتالي باتالها كه در آن زمان در دانشگاه كاليفرنيا تحصيل مي‌كرد، نتوانست اهميت آنچه را كه تازه شنيده بود، درك كند. او گفت «خنده‌دار است كه چگونه اين اتفاقات رخ داد؛ زيرا با نگاه به گذشته، لحظه‌اي بسيار مهم محسوب مي‌شد. اين لحظه، طلوع عصري تازه از اكتشافات سياره‌هاي فراخورشيدي بود؛ اما درعين‌حال لحظه‌اي تحول‌آفرين در زندگي من به‌شمار مي‌رفت و هنوز آن را نمي‌دانستم.»

در آن زمان، جستجو براي يافتن سياره فراخورشيدي يك اقدام كم‌اهميت علمي بود و روش مايور و كلاز همچون تيري در تاريكي به‌انديشه متخصصين مي‌آمد. آن‌ها با استفاده از طيف‌سنج (اسپكتروگراف) كه نور ستاره را به اجزاي رنگي خود تقسيم مي‌كند، بيش از ۱۰۰ ستاره خورشيدمانند را تحت انديشه متخصصين قرار دادند تا اثر دوپلر را شناسايي كنند؛ جايي كه جرم هنگام نزديك‌شدن يا دورشدن به‌ترتيب آبي‌تر يا قرمزتر مي‌شود. اين روش مي‌تواند لرزيدن ستاره را دراثر گرانش سياره درحال چرخش به دورش نشان دهد. تكنيك طيف‌سنجي غيرممكن به‌انديشه متخصصين مي‌رسيد؛ زيرا سياره بايد به‌طرز غيرمنطقي سنگين و نزديك به ستاره ميزبانش باشد تا لرزش آن براي بهترين طيف‌سنج‌هاي موجود رؤيت‌پذير شود. بااين‌حال وقتي مايور و كلاز به ۵۱ پگاسي، ستاره‌اي خورشيدمانند در فاصله ۵۰ سال نوري از زمين نگاه كردند، لرزش بزرگي را ديدند. آن‌ها با حذف ديگر احتمالات، نتيجه گرفتند كه سياره‌اي به اندازه مشتري هر ۴/۲ روز يك‌بار به دور ستاره مي‌چرخد؛ هشت برابر نزديك‌تر از فاصله عطارد از خورشيدمان.

نه‌تنها مايور و كلاز سياره‌اي فراخورشيدي پيدا كردند (و درنهايت نيمي از جايزه نوبل فيزيك را در سال ۲۰۱۹ به‌دست آوردند)، بلكه خود سياره با نام ۵۱ پگاسي بي (ديميديوم) به‌تنهايي درك جزوه رايگان‌هاي درسي از منظومه‌هاي خورشيدي را دگرگون كرد. همان‌طور كه هايدي همل، دانشمند سياره‌اي مي‌گويد «درباره چگونگي تشكيل منظومه شمسي‌مان، افسانه‌اي جذاب به ما ياد داده بودند»؛ داستاني كه طراحي شده بود تا توضيح دهد چرا سياره‌هاي سنگي، نزديك به ستاره قرار مي‌گيرند؛ درحالي‌كه غول‌هاي گازي و سياره‌هاي يخي در فواصل دورتر تشكيل مي‌شوند. پس ۵۱ پگاسي بي به‌عنوان يك مشتري جديد چگونه اينقدر به ستاره‌اش نزديك بود؟

باتالها واكنش حضار را به ارائه مايور در فلورانس به ياد مي‌آورد: سكوت. بااين‌حال اندكي بعد، شك و ترديد جاي خود را به كشف مشتري‌هاي جديد بيشتر داد و با بهبود تلسكوپ‌ها و تكنيك‌ها، ديگر سياره‌هاي فراخورشيدي نيز ظاهر شدند.۱۶ سال پس از آن روز مهم در فلورانس، باتالها عهده‌دار مديريت تيمي در ناسا شد كه نخستين سياره فراخورشيدي سنگي تأييدشده را كشف كرد: كپلر ۱۰بي.

وقتي ميشل بايور خبر كشف بزرگ خود را اعلام كرد، باتالها چندان فكر خود را مشغول مشتري جديد تازه‌يافت‌شده نكرد و به مطالعه لكه‌هاي ستاره‌اي در سانتا كروز ادامه داد. سپس يك سال بعد يا بيشتر، او با دانشمندي به نام بيل بوروكي در مركز تحقيقات ايمز ناسا در سيليكون ولي آشنا شد. بوروكي مصمم به ساخت تلسكوپي بود كه بتواند نه فقط غول‌هاي گازي، بلكه سياره‌هاي فراخورشيدي سنگي و زمين‌مانند را شناسايي كند. او بدين منظور قصد داشت از روش گذر استفاده كند؛ بدين معني كه به‌جاي رديابي تغييرات در رنگ نور ستاره، مانند آنچه مايور و كلاز انجام دادند، به‌دنبال افت نورهايي در شدت نور ستاره باشد كه به‌صورت دوره‌اي دراثر گذر سياره درحال عبور از مقابل ستاره رخ مي‌دهند.

باتالها فكر نمي‌كرد كه تكنيك گذر جواب بدهد. لكه‌هاي ستاره‌اي كه از قضا آن‌ها را مي‌شناخت، تقريباً هم‌اندازه زمين هستند؛ درنتيجه او فكر كرد كه يك سياره درحال گذر كوچك، از لكه ستاره‌اي روي ستاره چرخان تمايزپذير نيست. او درباره اين اشكال براي بوروكي نوشت. بوروكي در پاسخ گفت ناسا طرح پيشنهادي او را تا حدي به‌همين‌دليل، رد كرده است و از باتالها خواست براي فهميدن تفاوت بين لكه‌هاي ستاره‌اي و جهان‌هاي سنگي، با او در مركز ايمز همكاري كند.

كپلر سياره‌هاي هم‌اندازه زمين را كشف كرد. باتالها گفت «كپلر ۱۰بي در ده روز نخستي كه از فضاپيما داده گرفتيم، شناسايي شد.» وقتي آن‌ها درخشندگي ستاره ميزبان را در طول زمان ثبت كردند، افت نور براي چشم قابل مشاهده بود. مشاهدات بعدي از زمين تأييد كرد كه جرم تحت انديشه متخصصين سياره‌اي واقعي است و براساس جرم و شعاعش بايد جهاني سنگي باشد. باتالها در ژانويه ۲۰۱۱ پس از آنكه اخترشناسان اروپايي مدعي كشف سياره‌اي فراخورشيدي به نام كوروت- ۷بي شدند، كشف قطعي خود را ارائه داد. بااين‌حال كپلر ۱۰بي و كوروت- ۷بي، هيچ‌كدام عنوان مطلوب «زمين‌مانند» را به‌دست نياوردند؛ زيرا به‌جاي «كمربند حيات»، محدوده‌اي كه آب در آن مايع است، در نزديكي ستاره والدشان درحال چرخش بودند. (نخستين سياره سنگي، آبي و بالقوه زمين‌مانند با نام كپلر ۱۸۶اف، در سال ۲۰۱۴ خبرساز شد؛ اما باتالها به‌طور رسمي در اين كشف مشاركت نداشت.)

تلسكوپ كپلر قبل از آنكه به دليل خرابي موتور پيش از موعد از كار بيفتد ، بيش از ۲۶۰۰ سياره فراخورشيدي كشف كرد. در كل بيش از ۴۵۰۰ مورد شمارش شده است؛ عددي كافي براي اخترشناسان تا خصوصيات آماري آن‌ها را مطالعه كنند. همان‌طور كه ۵۱ پگاسي بي نشان داده بود، منظومه شمسي ما غيرمعمولي است. به‌عنوان مثال، متداول‌ترين نوع سياره در كهكشان، اندازه‌اي بين سياره‌هاي سنگي و غول‌هاي گازي دارد؛ درحالي‌كه محله كيهاني ما فاقد آن است. دانشمندان سياره‌اي هنوز بيشتر بودن اين به اصطلاح ابرزمين‌ها يا زيرنپتون‌ها، خصوصيات اين سياره‌هاي متوسط يا چگونگي تشكيل آن‌ها را درك نكرده‌اند. براي توضيح وجود آن‌ها به اصول جديدي از شكل‌گيري و تكامل سياره‌اي نياز است.

پژوهشگران با برون‌يابي داده‌هاي كنوني، به اين نتيجه رسيده‌اند كه كهكشان ما ميلياردها سياره سنگي و آبي دارد؛ يافته‌اي كه نشان مي‌دهد حيات نيز ممكن است رايج باشد. بااين‌حال تا زماني كه واقعا شواهد از حيات را در جهاني ديگر پيدا نكنيم، اين ايده محتمل باقي مي‌ماند كه ظهور حيات روي زمين اتفاقي بود و ما تنها هستيم.

خوشبختانه، تلسكوپ جيمز وب براي كاوش جو و اقليم ديگر زمين‌ها و حتي اگر خوش‌شانس باشيم، يافتن شواهد از يك زيست‌كره (بيوسفر) واقعي بيگانه به اندازه كافي قدرتمند است. باتالها مي‌گويد «فروسرخ براي سياره‌هاي فراخورشيدي فوق‌العاده است.»

يك روز صبح در سال ۱۹۸۷، ريكاردو جياكني كه در آن زمان مدير مؤسسه علوم تلسكوپ فضايي (STScI) بود، از گارث ايلينگورث، معاون خود خواست درباره جانشين هابل فكر كند. ايلينگورث به كوانتا مگزين گفت «واكنش فوري اين بود كه آه، ما حتي هنوز هابل را پرتاب نكرده‌ايم و ميليون‌ها كار داريم كه بايد درباره آن انجام دهيم. تلسكوپ اشكالات بزرگ دارد؛ بنابراين چگونه مي‌توانيم به اين مسئله هم فكر كنيم؟» جياكني گفت «به من اعتماد كن، بايد زود دست به كار شوي؛ زيرا مي‌دانم انجام اين كار مدت‌ها طول مي‌كشد.» هابل از حوالي سال ۱۹۷۰ در دست ساخت بود و در سال‌هاي اوليه، نانسي رومن، اخترشناس ناسا پس از دهه‌ها تلاش لايمن اسپيتزر، فيزيكدان انديشه متخصصيني دانشگاه پرينستون، مديريت آن را برعهده داشت. اين دو دانشمند به‌عنوان مادر و پدر هابل شناخته مي‌شوند.

ايلينگورث كه اصالت استراليايي دارد، با پير بلي از فرانسه و پيتر استاكمن از آمريكا، همكاران خود در مؤسسه علوم تلسكوپ فضايي همراه شد تا درباره تلسكوپ فضايي نسل بعدي ايده‌پردازي كند. اما آن‌ها اساسا ايده‌اي در سر نداشتند. ايلينگورث مي‌گويد «ما درباره آنچه مي‌تواند فراتر از هابل رود، تلاش‌هاي آن را تكميل و حوزه‌هاي جديد را كاوش كند، شروع به فكر كرديم و فروسرخ حوزه‌اي شفاف بود.» رصد نور فروسرخ از روي زمين بسيار دشوار است؛ اما سه پژوهشگر پي بردند كه در فضا چيزهاي فراواني براي مشاهده وجود خواهد داشت. «وقتي تلسكوپ قدرتمند جديدي آنجا قرار دهيد، شمار بي‌اندازه‌اي افق علمي باز مي‌كنيد.»

ايلينگورث، بلي و استاكمن فهميدند كه تلسكوپ فروسرخ به‌دليل تشخيص طول موج‌هاي بزرگ‌تر، براي برخورداري از حساسيت مشابه با هابل (با آينه اصلي ۲/۴ متري)، بايد به‌طرز چشمگير بزرگ‌تر باشد. آن‌ها فكر كردند كه چنين آينه‌اي براي جاشدن درون موشك، احتمالاً ناگزير بايد تا شود. سه پژوهشگر همچنين مي‌دانستند كه تلسكوپ بايد سرد باشد؛ درغيراين صورت گرماي آن، ابزارهايش را اشباع خواهد كرد. آن‌ها به‌جاي خنك‌سازي فعالانه تلسكوپ، به بهره‌برداري از سرماي شديد فضاي بيروني با مسدودسازي گرماي زمين، ماه و خورشيد فكر كردند. بيش از سه دهه طول كشيد تا تلسكوپ فروسرخ بزرگي كه پژوهشگران به‌طور مبهم در ذهن داشتند، آماده پرتاب از گويان فرانسه شود.

سال ۱۹۸۹، اخترشناسان پيشگام در مؤسسه علوم تلسكوپ فضايي گردهم جمع شدند تا درباره مزاياي علمي تلسكوپ فضايي فروسرخ مباحثه كنند. در جريان شروع فاجعه‌بار و نجات هابل ، گفتگوها كاهش يافت و سپس در ميانه دهه ۱۹۹۰ دوباره از سر گرفته شد. سال ۱۹۹۵، از جان ماتر، اخترفيزيكدان مركز پرواز فضايي گادرد خواسته شد به پروژه ملحق شود. ماتر با فهميدن اينكه تلسكوپ فروسرخ براي افراد زيادي به‌شدت مفيد خواهد بود، همه كارهايش را رها كرد و درخواست همكاري را پذيرفت. او از آن زمان دانشمند ارشد تلسكوپ فضايي جيمز وب بوده است.

ماتر براي ساخت تلسكوپ فروسرخ به طرح‌هاي جسورانه نظير تلسكوپ‌هايي كه تا مي‌شوند، فكر كرده بود. بااين‌حال، در وضعيت دشوار كمبود بودجه در سال ۱۹۹۶، كميته‌اي متشكل از اخترشناسان ارشد كه طرح مفهومي تلسكوپ فروسرخ را مطالعه مي‌كردند، آينه‌اي چهار متري را پيشنهاد دادند كه با جاشدن درون فرينگ موشك، به‌طرز چشمگير هزينه‌ها و پيچيدگي را كاهش مي‌داد. ايلينگورث فكر مي‌كرد اين طرح «احمقانه است و به خوبي هابل نخواهد بود.» دنيل گلدين، مدير وقت ناسا نيز به‌وضوح احساس مشابهي داشت. او در نشست جامعه اخترشناسي آمريكا در همان سال گفت «چرا چنين چيز ساده‌اي مي‌خواهيد؟ چرا به‌دنبال ۶ يا ۷ متر نرويم؟ شما واقعا يك مشت آدم ترسو هستيد.» گلدين سپس مورد تشويق ايستاده حضار قرار گرفت. ايلينگورث گفت «در ذهن من، او تلسكوپ را نجات داد.» تلسكوپ بزرگ‌تر و همچنين تاشدني شد.

پس از صحبت‌هاي سنگين درباره ۸ متر، ناسا سرانجام در سال ۲۰۰۱ بر سر اندازه ۶/۵ متر براي قطر آينه چندبخشي به توافق رسيد و به تلسكوپ نسل بعدي، ناحيه‌اي ۶ برابر بزرگ‌تر از هابل براي جمع‌آوري نور بخشيد. اكنون پرسش اين بود: چگونه مي‌توان آينه‌اي ۶/۵ متري را درون فرينگ ۵/۴ متري موشك جا داد؟

ماتر گفت «بخش اشكال طراحي اين است كه چگونه آينه را تا مي‌كنيد.» پيمانكاران خارجي طرح‌هاي آينه‌اي رقابتي ارائه دادند. آينه لاكهيد مارتين مانند ۶ گلبرگ گل تا شده بود؛ طرح بال ارواسپيس به ميز تاشو شباهت داشت؛ تي‌آردابليو پيشنهاد داد كه بخش‌هاي آينه مانند نحوه قرارگيري صفحات گرامافون در جعبه‌هاي موسيقي قديمي، روي تلسكوپ سوار شوند. به مدت يك سال، ماتر و تيمش تكه‌هايي از هر طرح را انتخاب كردند. به‌دليل تجربه گسترده تي‌آردابليو در ساخت ماهواره‌هاي پيچيده براي ارتش آمريكا و ساخت‌وساز موفقيت‌آميز رصدخانه پرتو ايكس چاندرا، قرارداد اصلي به اين شركت واگذار شد. (تي‌آردابليو اندكي بعد به تصاحب نورثروپ گرومن درآمد.) طراحي آينه به طرح بال ارواسپيس نزديك‌تر شد: مجموعه‌اي از ۱۸ بخش شش‌ضلعي، شش‌ضلعي بزرگ‌تري را تشكيل مي‌دهند كه از دو طرف تا مي‌شود. مايكل منزل كه مديريت طرح پيشنهادي لاكهيد مارتين را برعهده داشت، به‌عنوان مهندس ارشد وب بر سر پروژه آورده شد.

آينه‌ها از بريليوم ساخته شد؛ ماده‌اي سبك، قدرتمند و مستحكم كه به شكل پودر، سمي است. به گفته ماتر، بريليوم ماده‌اي دردسرساز محسوب مي‌شود؛ اما تنها چيزي است كه مي‌تواند مؤثر باشد. بريليوم پودري در اوهايو تحت فشار به بلوك تبديل شد و سپس در آلاباما تحت برش قرار گرفت. در مرحله بعد، ۱۸ بخش آينه با لايه طلا كه نور فروسرخ را به‌طور عالي بازتاب مي‌دهد، پوشانده و در كارخانه‌اي اختصاصي در كاليفرنيا جلا داده شدند. سارا كندرو، اخترشناس بلژيكي بريتانيايي كه روي ابزار فروسرخ مياني (MIRI)، يكي از تجهيزات وب كار كرده است، مي‌گويد «شكل‌دادن و صيقل‌دادن آينه‌هاي تلسكوپ، هنر تاريكي است كه به صدها سال پيش بازمي‌گردد.»

براي گشودن آينه و ايجاد كانون مشترك در فضا، به موتورهايي با دقت بي‌سابقه نياز است. ماتر گفت «اين چيزي است كه بايد فورا اختراع مي‌كرديم. اگر نتوانيد اين كار را كنيد، نمي‌توانيد كل رصدخانه را به كار بيندازيد.» بال ارواسپيس عملگرهايي را ارائه داد كه مي‌توانند هر شش‌ضلعي طلايي را در گام‌هاي ۱۰ نانومتري يا يك ده‌هزارم عرض مو به حركت درآورند. ماتر مي‌گويد موتورها با خم‌كردن يا تبديل حركت بزرگ به حركت كوچك كار مي‌كنند. بااين‌حال، طراحي بال با وجود بودجه دولتي، داراي حقوق انحصاري است. ماتر افزود «وقتي از تلسكوپ عكس مي‌اندازيم، بايد مطمئن شويم كه هيچ‌كس نمي‌تواند موتورها را ببيند.»

موسسات مختلف از دانشگاه آريزونا تا سازمان فضايي اروپا، براي ساخت دوربين‌ها، طيف‌سنج‌ها و تاج‌نگارها عضو پروژه شدند و درعوض، زمان گسترده براي رصد با تلسكوپ به‌دست خواهند آورد.

براي ساخت سپر خورشيدي، قطعه نازك و شكننده‌اي كه سرنوشت تلسكوپ فروسرخ به آن گره خورده است، تيم به سرعت كپتون را انتخاب كرد؛ پلاستيكي نقره‌اي و لغزنده كه به درون بسته چيپس سيب‌زميني شباهت دارد؛ اما ضخامتش به اندازه موي انسان است. ازآنجاكه امكان پارگي وجود دارد، سپر خورشيدي نيازمند چندين لايه براي افزونگي است. همچنين لايه‌ها بايد پهن و جدا و به وسيله سامانه‌اي از ميله‌ها، كابل‌ها و ريسمان‌ها محكم نگاه داشته شوند. سامانه‌هاي پيش‌رانش و پنل‌هاي خورشيدي به سمت خورشيد قرار مي‌گيرند و اپتيك و ابزارها كه بايد در دماي منفي ۲۳۳ درجه سانتي‌گراد فعاليت كنند، در سمت تاريك واقع مي‌شوند. ماتر مي‌گويد «تلسكوپ فضايي جيمز وب اولين‌هاي بسياري دارد؛ اولين‌هاي چشمگير مهيب و سپر خورشيدي يكي از آن‌ها است.»

منزل كه ريش خاكستري پرپشتي دارد، بر فعاليت صدها نفر روي يكي از پيچيده‌ترين پروژه‌هاي مهندسي در تاريخ نظارت مي‌كند. او در گفتگويي تازه با كوانتا مگزين، چالش پيش‌رو در ساخت سپر خورشيدي را توضيح داد. او گفت «اگر جسمي سخت مانند در را برداريد و لولايي مناسب بسازيد، مي‌توانيد نحوه حركتش را پيش‌بيني كنيد. مثل آب خوردن است. حالا تصور كنيد پتويي شل و ول داريد. تلاش كنيد پتو را روي تخت خود بكشيد و شكلي را كه قرار است پيدا كند، پيش‌بيني كنيد. وحشتناك است. همين امر در مورد ريسمان صدق مي‌كند؛ ريسمان‌هايي كه سپر خورشيدي را مي‌كشند و به ميليون‌ها روش مختلف مي‌توانند حركت كنند. وضعيت براي ما بدتر است: اكنون كل اين تجربه را در گرانش صفر قرار دهيد؛ جايي كه اجسام مي‌توانند به مكان‌هاي ناخواسته بروند. درآنجا گشودن بي‌دردسر سپر خورشيدي، به اشكالي بسيار سخت تبديل مي‌شود.»

حوالي سال ۲۰۰۴، چاك پريگو و كيت پريش، مهندسان ناسا به دفتر منزل در گادرد رفتند و گفتند راهي براي طراحي سپر خورشيدي دارند. پريگو تكه‌اي كاغذ از روي ميز منزل برداشت و آن به شكل Z تا كرد. سپر خورشيدي را مي‌توان به شكل زيگزاگ‌هاي بسيار بيشتر كه گاهي‌اوقات تاكردن آكاردئوني ناميده مي‌شود، تا كرد. منزل به كوانتا مگزين گفت «من در تشخيص پاسخ بد بسيار خوب هستم و در تشخيص پاسخ مناسب نيز عملكرد خيلي خوبي دارم. همه ما آن را ديديم و فكر كرديم بايد همين روش را پيگيري كنيم.» نورثروپ گرومن نيز به‌طور جداگانه به همين نتيجه‌گيري رسيد.

پرسش بعدي اين بود كه چگونه تاي آكاردئوني را تا زمان آمادگي سپر خورشيدي براي گشوده‌شدن، در جاي خود نگه داريم. اندي تائو، مهندس نورثروپ گرومن راه‌حل را پيدا كرد: ۱۰۷ گيره كه مانند پنجه گربه جمع مي‌شوند.

استفاده از گيره يك اشكال پيچيده ديگر به‌وجود آورد: گيره‌ها سوراخ ريز درست مي‌كنند. اگر پس از بازشدن، سوراخ‌هاي ريز روي هر ۵ لايه كپتون هم‌راستا شوند، پرتو خورشيد امكان عبور و گرمايش اپتيك را به‌دست مي‌آورد. منزل گفت «اشكال سوراخ يكي از آن جزئيات كوچك پنهان است كه تا وقتي در بحر كار نرويد، متوجه آن نخواهيد شد.» اندي تائو سرانجام خود به راه‌حل اين اشكال پي برد. او به‌دنبال يك پيكربندي مناسب از گيره‌ها رفت تا حفره‌هاي درست‌شده در پنج لايه كپتون هرگز از هيچ زاويه‌اي هم‌راستا نشوند.

موانع چنان آهسته از سر راه برداشته مي‌شدند كه اخترشناسان براي اشاره به وضعيت از «اشكال تلسكوپ فضايي جيمز وب» استفاده كردند. سال ۱۹۹۶، ماتر و تيم او برآورد كردند كه تلسكوپ ۵۶۴ ميليون دلار هزينه خواهد داشت (يك حدس تا حدي غيرصادقانه با هدف جلب حمايت كنگره) و در سال ۲۰۰۷ پرتاب خواهد شد. با افزايش هزينه‌ها و به تعويق‌افتادن هرچه بيشتر تاريخ پرتاب، كاسه صبر كنگره لبريز شد. سال ۲۰۱۱، جيمز وب تقريباً لغو شد؛ اما دانش‌آموزان دبستاني نامه‌هايي براي واشنگتن نوشتند و سناتور ميكولسكي دوباره به كمك ناسا آمد.

شيشه، فلز و پلاستيك به تدريج در اتاق‌هاي تميز گادرد، نوثروپ گرومن، بال ارواسپيس و نقاط ديگر به يكديگر متصل شدند. اما سخت‌افزار مونتاژشده نمي‌توانست به همين سادگي به سمت آسمان فرستاده شود؛ زيرا تلسكوپ قرار است ميليون‌ها كيلومتر از زمين فاصله داشته باشد و از اين‌رو فضانوردان نمي‌توانند آچار به دست به سراغ آن بروند. آن‌طور كه جان آرنبرگ، مهندس نورثروپ گرومن مي‌گويد «يك اشتباه مرتكب شويد، شكست مي‌خوريد.» جيمز وب بايد در نخستين و تنها تلاش به‌طور بي‌نقص راه‌اندازي شود؛ بدين معنا كه بايد به‌طور گسترده و پرزحمت روي زمين تحت آزمايش قرار گيرد. درجريان اين آزمايش‌ها در سال‌هاي ۲۰۱۷ و ۲۰۱۸، اشكالات يكي پس از ديگري خود را نشان دادند.

پس از «آزمايش لرزش»، دسته‌اي از پيچ‌ها و واشرها كه بايد پوشش سپر خورشيدي را در جاي خود نگاه مي‌داشتند، روي زمين پيدا شدند. يك وقت ديگر، سپر خورشيدي به مانع برخورد كرد و پاره شد. دفعه بعد سپر توانست گشوده شود؛ اما يك ريسمان به دور چيزي كه نبايد پيچيده شد.

تلسكوپ هنگام ارسال به مركز فضايي جانسون در هيوستون، گرفتار دردسر ديگري شد. در آن زمان جيمز وب در اتاقي قرار داده شد كه فضانوردان آپولو زماني ماه‌نوردي‌هايشان را در آن تمرين كردند و براي شبيه‌سازي شرايط فضاي بيروني، دماي بسيار پاييني داشت. درحالي‌كه سازندگان ابزار نظير سارا كندرو درحال آزمودن سخت‌افزار سرد بودند، توفند هاروي از راه رسيد. كل شهر به‌طور فاجعه‌بار دچار سيل شد؛ اما بزرگ‌ترين نگراني براي تيم جيمز وب، تأمين نيتروژن مايع بود. اگر اين ماده تمام مي‌شد، دماي تلسكوپ به سرعت بالا مي‌رفت و به ابزارها آسيب مي‌رساند. درنتيجه از تأمين‌كنندگان نيتروژن مايع خواسته شد تا كاميون‌ها را از ميان سيلاب ارسال كنند.

اشكالات تداوم يافت. ابتداي امسال، معلوم شد فرستنده‌ها كه داده‌ها را به زمين ارسال مي‌كنند، دچار اشكال شده‌اند و بايد تعمير شوند. به گفته ترمبلي يك تأخير مجموعه‌اي از اشكالات و البته هزينه‌هاي بيشتر را در پي دارد. او افزود «صرفاً براي نگاه‌داشتن تلسكوپ به مدت يك ماه در اتاق تميز، ده ميليون دلار هزينه مي‌شود.» با افزايش سرمايه‌گذاري، نياز به موفقيت مأموريت نيز افزايش يافت. ترمبلي گفت «اگر ناسا علاقه‌مند به پذيرفتن ريسك بيشتر بود، هزينه تلسكوپ فضايي جيمز وب نصف مي‌شد.»

درنهايت اشكالات برطرف شد. مهندسان نورثروپ گرومن، سپر خورشيدي را در تاسيسات اين شركت در ردوندو بيچ كاليفرنيا براي چندين مرتبه با موفقيت باز كردند. اما به نقل از منزل، حتي پس از آنكه لايه‌هاي براق به آرامي باز شدند،‌ «آن اندازه كه احتمالاً فكر مي‌كنيد، خوشحال نشديم. زيرا همگي مي‌دانيم كه عملكرد سپر خورشيدي فقط به اندازه‌ آخرين باري كه تا شد، خوب خواهد بود.»

هزينه نهايي جيمز وب به ده ميليارد دلار نزديك مي‌شود. اين عدد تقريباً ۲۰ برابر برآورد اوليه است؛ اما همچنان چند ميليارد دلار از ناو هواپيمابر كمتر است. پس از وقوع دنياگيري كوويد ۱۹ و تاخيرهاي ناشي از آن، اواخر ۲۰۲۱ به تاريخ پرتاب تبديل شد. در ماه سپتامبر، تلسكوپ از آزمون نهايي در ردوندو بيچ سربلند بيرون آمد: گوش‌هاي طلايي به عقب رفتند، سپر خورشيدي پنهان و كل رصدخانه به پهلوي خود چرخانده و بعدا راست شد. سپس تلسكوپ تحت مطالعه قرار گرفت تا معلوم شود چيزي تغيير كرده است يا نه. در مرحله بعد، جيمز وب درون محفظه حمل‌ونقل قرار گرفت و تاسيسات نورثروپ گرومن را ترك كرد.

گارث ايلينگورث، كه از ابتدا در طيفي از موقعيت‌هاي مختلف با تلسكوپ همراه بوده است، براي بدرقه جيمز وب به ردوندو بيچ رفت. او به كوانتا مگزين گفت «تلسكوپ آنجا ايستاده بود، بلند و باشكوه. در روز بعد، اتاق تميز از هرگونه سخت‌افزار مرتبط با همراهي جيمز وب خالي شد.» تاريخ دقيق ارسال از كاليفرنيا به‌دليل نگراني از خطر دزدي دريايي در آب‌هاي آزاد، مخفي نگاه داشته شد. اوايل اكتبر، تلسكوپ ازطريق كانال پاناما به گويان فرانسه سفر كرد؛ منطقه‌اي در نزديكي استوا كه سازمان فضايي اروپا، موشك سنگين آريان ۵ خود را از آنجا پرتاب مي‌كند تا از مزيت چرخش سريع‌تر زمين بهره بگيرد.

آزمايش بخش‌هاي آينه در اتاق تميز مركز پرواز فضايي گادرد ناسا در مريلند و كمك به بسته‌بندي سپر خورشيدي براي واپسين بار در فوريه ۲۰۲۱.

تيم جيمز وب مشغول تمرين كارهاي روزمره‌اي است كه درجريان سفر يك ماهه تلسكوپ به نقطه لاگرانژي ۲ و سپس دوره پنج‌ماهه راه‌اندازي آن، در ۲۴ ساعت شبانه‌روز و هفت روز هفته انجام خواهد داد. منزل گفت «آيا احساس اطمينان دارم؟ بله. من مطمئنم كه ما هرآنچه در توانمان بود، انجام داديم. خطر به‌طرز قابل قبولي پايين است و كاملاً اطمينان دارم كه همه چيز خوب پيش خواهد رفت. آيا ممكن است اشكالي پيش بيايد؟ البته كه امكان دارد.»

وقتي هابل شروع به كار كرد، بشريت مانند كودكان نزديك‌بيني كه براي نخستين‌بار عينك به چشم مي‌زنند، توانايي ديدن كيهان را به‌دست آورد. ما همچنين آموختيم چيزهايي آن بيرون وجود دارند كه قادر به ديدنشان نيستيم.

سال ۱۹۹۸، دو تيم رقيب از اخترشناسان از هابل در كنار ديگر تلسكوپ‌ها استفاده كردند تا ابرنواخترها را در كهكشان‌هاي دوردست رصد كنند و مطمئن شوند كه سرعت انبساط جهان درحال افزايش است. اين تلاش وجود عامل شتاب‌دهنده‌اي را آشكار كرد كه تمام فضا را پر كرده است. اين عامل كه با نام انرژي تاريك شناخته مي‌شود، تقريباً ۷۰ درصد از حجم فضا را تشكيل مي‌دهد. ۲۶ درصد ديگر سهم ماده تاريك است و ۴ درصد باقي‌مانده، اتم‌هاي نوراني و تابش‌ها هستند.

معماهاي ديگر خيلي زود ظاهر شدند. وندي فريدمن، اخترشناس كانادايي آمريكايي از هابل براي رصد ستارگان متغير تپنده به نام قيفاووسي استفاده كرد. به‌لطف اين مشاهدات، در سال ۲۰۰۱ او و تيمش سرعت كنوني انبساط فضا را اندازه گرفتند و با دستيابي به دقت ۱۰ درصد، پيشرفتي بزرگ نسبت به اندازه‌گيري‌هاي پيشين رقم زدند. در سال‌هاي پس از اندازه‌گيري فريدمن، سرعت انبساط كيهان به يكي از مباحثه‌برانگيزترين موضوعات در كيهان‌شناسي تبديل شده است. مسئله اين است كه براساس عناصر شناخته‌شده جهان و معادلات حاكم، انديشه متخصصينيه‌پردازان نتيجه مي‌گيرند كه فضا بايد اكنون بسيار آهسته‌تر از آنچه اندازه‌گيري‌ها نشان مي‌دهند، درحال انبساط باشد. انبساط سريع جهان احتمالاً به وجود عناصر ناشناخته اضافي در كيهان، فراتر از ماده تاريك و انرژي تاريك اشاره دارد. اما فريدمن كه زني آرام و مقتدر به‌انديشه متخصصين مي‌آيد، هنوز متقاعد نشده است كه اندازه‌گيري‌ها صحيح هستند. او مديريت تيمي را برعهده خواهد داشت كه با استفاده از جيمز وب، قيفاووسي‌ها و ديگر ستارگان را بسيار عميق‌تر مورد كاوش قرار خواهد داد. آن‌ها اميدوار هستند تا سرعت انبساط جهان را با دقت كافي اندازه‌گيري كنند تا مطمئن شوند آيا عناصر بنيادين بيگانه در كار هستند يا نه.

درهمين‌حال، تصوير زمينه ژرف هابل داستاني شگفت‌انگيز از تكامل كهكشان روايت كرد كه دانش بشر را از تاريخ كيهان به‌طرز چشمگير افزايش داد. بااين‌حال، خوانش يكي دو فصل اول و بسيار مهم داستان برعهده جيمز وب خواهد بود.

مارسيا ريكه، استاد كهنه‌كار دانشگاه آريزونا كه به‌عنوان يكي از پيشگامان اخترشناسي فروسرخ شناخته مي‌شود، در ۲۰ سال گذشته مشغول نظارت بر طراحي و ساخت دوربين فروسرخ نزديك (NIRCam)، يكي از چهار ابزار اصلي جيمز وب بوده است. او و تيمش در آريزونا درحال برنامه‌ريزي براي استفاده از تقريباً ۹۰۰ ساعت زمان رصد تضمين‌شده‌شان با تلسكوپ هستند تا يك مطالعه ميداني ژرف ديگر انجام دهند و عميق‌تر از هميشه به گذشته نگاه بيندازند. درحالي‌كه هابل مي‌تواند لكه‌هاي كم‌نور كهكشان‌ها را در انتقال به سرخ ۱۰ يا ۵۰۰ ميليون سال پس از بيگ‌بنگ مشاهده كند، جيمز وب بايد بتواند آن لكه‌ها را بسيار واضح‌تر ببيند و كهكشان‌هاي جديدي را كشف كند كه بسيار قبل‌تر، شايد تا ۵۰ يا ۱۰۰ ميليون سال پس از بيگ‌بنگ جوانه زدند.

ريكه و تيمش تصويري بهتر از زمينه ژرف هابل خلق خواهند كرد. آن‌ها پس از استفاده از دوربين فروسرخ نزديك براي دريافت تصوير از بخش تاريك آسمان، كهكشان‌هايي را كه در دوردست‌ترين نقاط اين قسمت واقع شده‌اند، شناسايي خواهند كرد. تيم ريكه همچنين براي اندازه‌گيري طيف كهكشان‌ها، طيف‌سنج فروسرخ نزديك جيمز وب (NIRSpec) را به‌كار خواهد گرفت و از اين طريق، قادر به فهميدن تركيبات شيميايي آن‌ها خواهد شد. ناگفته نماند كه هابل از طيف‌سنج برخوردار نيست.

طيف‌سنجي نشان خواهد داد كه كدام عناصر جدول تناوبي در هر پيش‌كهكشان وجود داشت و چگونه اين عناصر درطول زمان تكامل يافتند. داستان پذيرفته‌شده اين است كه ابرهاي گاز، ستارگان و كهكشان‌هاي اوليه عمدتا از هيدروژن تشكيل شده بودند و ابرنواخترها و ديگر رويدادهاي انفجاري به تدريج عناصر سنگين را شكل دادند. ريكه مي‌گويد «اما چيزهاي عجيبي وجود دارد. نزديك به مرزي كه هابل مي‌تواند به آن برسد، اختروش‌ها (مراكز فوق درخشان كهكشان‌ها كه از سياه‌چاله‌هاي كلان‌جرم پديد آمده‌اند) وجود دارند و به‌انديشه متخصصين مي‌آيد آن‌ها تقريباً از همان عناصر خورشيد برخوردار هستند. باور اين همانندي عناصر سخت است؛ درنتيجه چيزي وجود دارد كه زودتر اتفاق مي‌افتد و ما نمي‌توانيم آن را به خوبي درك كنيم.»

به تعداد اخترشناسان، اخترفيزيكدانان و كيهان‌شناسان، دلايل براي تمايل به ديدن نخستين ستاره‌ها و كهكشان‌ها وجود دارد. براي ريسا وكسلر، كيهان‌شناس در دانشگاه استنفورد، ديدن آن اجرام اوليه راهي براي تماشاي محصول ماده تاريك است. او و همكارانش از پيش‌كهكشان‌ها استفاده خواهند كرد تا به توزيع اندازه هاله‌هاي ماده تاريكي كه بايد در جهان اوليه وجود داشته باشد و زمان تشكيل آن‌ها پي ببرند. اين دانش مي‌تواند نشان دهد كه آيا ماده تاريك سرد است؛ يعني از ذرات كم‌سرعت ساخته شده يا گرم است؛ زيرا ذراتي كه به اطراف مي‌چرخند، براي انباشته‌شدن درون هاله‌ها به زمان بيشتري نياز دارند. اين مطالعه دمايي سرنخي مهم براي درك ماهيت ماده تاريك خواهد بود.

ديگر پژوهشگران مي‌خواهند نخستين ستارگان را درك كنند. به باور برخي از آن‌ها، جيمز وب «ستارگان جمعيت سه» را رصد خواهد كرد؛ هيولاهايي اوليه كه فرض مي‌شود تقريباً ۱۰ هزار برابر سنگين‌تر از خورشيد ما بوده‌اند. چنين ستارگاني به حل يك راز بزرگ ديگر درباره تشكيل كهكشان كمك خواهند كرد: سياه‌چاله‌هاي كلان‌جرم چگونه از مراكز كهكشان‌ها سر درآوردند. اين نوع فروچاله‌هاي گرانشي، ازانديشه متخصصين فيزيكي كوچك اما فوق‌العاده قدرتمند هستند و مي‌توانند ميليون‌ها برابر خورشيد ما وزن داشته باشند. هيچ‌كس نمي‌داند سياه‌چاله‌هاي كلان‌جرم چگونه چنين سنگين شدند يا چه زماني يا چرا خصوصيات آن‌ها با خصوصيات كهكشان‌هاي ميزبانشان همبسته شد. يك انديشه متخصصينيه اين است كه ستارگان جمعيت سه منشأ سياه‌چاله‌ها هستند؛ اما ميليون‌ها انديشه متخصصينيه ديگر وجود دارد. جيمز وب به‌دنبال آثار ديگر سناريوها خواهد گشت.

انديشه متخصصينيه‌پردازان احتمالات بسياري را براي چگونگي ظهور ساختارها در جهان جوان شبيه‌سازي كرده‌اند. اما آن‌ها نمي‌توانند كارشان را به‌سادگي با تابش زمينه كيهاني آغاز كنند و براي ديدن آنچه اتفاق افتاده است، آن تصوير را روي رايانه به سمت جلو تكامل دهند. پيتر بهروزي، همكار انديشه متخصصينيه‌پردار ريكه در آريزونا كه تشكيل ستارگان و كهكشان‌ها را شبيه‌سازي مي‌كند، مي‌گويد «بسياري از شرايط اوليه به خوبي درك نشده است؛ چيزهايي نظير ميدان مغناطيسي و اينكه آنجا چقدر تلاطم در گاز وجود دارد. رسيدن از نقطه‌اي بي‌نهايت متراكم در تابش زمينه كيهاني به ابر گاز ريزي كه از انديشه متخصصين گرانشي منقبض مي‌شود و تشكيل ستاره مي‌دهد، تلاش زيادي مي‌طلبد.»

بهروزي در ادامه مي‌گويد «اغلب اوقات آنچه پژوهشگران انجام مي‌دهند، صرف‌انديشه متخصصين كردن است. آن‌ها با ابر كروي گازي شروع مي‌كنند و از توزيع اندازه توده ماده تاريك اطلاع ندارند؛ درنتيجه حدس مي‌زنند. آن‌ها درباره ميدان مغناطيسي نمي‌دانند. آن‌ها هيچ‌چيز درباره چرخش يا تلاطم گاز نمي‌دانند؛ درنتيجه تمام اين جاهاي خالي را با حدسيات پر مي‌كنند.»

پژوهشگران در تلاش هستند تا پيش از آنكه جيمز وب چگونگي تشكيل ستارگان و كهكشان‌ها را نشان دهد، پيش‌بيني‌هايشان را به‌طور رسمي ثبت كنند؛ از اين‌رو كار حدسي به‌تازگي ميان آن‌ها سرعت گرفته است. حتي حدس‌هاي محافظه‌كارانه نيز مي‌توانند شبيه‌سازي‌هايي با نتايج بسيار متفاوت ايجاد كنند. بهروزي گفت «نتيجه اصلي پژوهش من اين است كه حتي اگر تلاش كنيد حدسي منطقي بزنيد، هنوز هيچ سرنخي نداريم كه جيمز وب چه خواهد ديد.»

ناتاشا باتالها، دومين فرزند ناتالي باتالها، ۱۸ ساله بود كه براي تماشاي پرتاب تلسكوپ كپلر به فلوريدا رفت. او آن زمان به همراه خواهر كوچك‌ترش به اتاق تماشايي رفته بود كه تيم علمي ناسا در آن حضور داشت. او به كوانتا مگزين گفت «درجريان پرتاب، اضطرابي كه در آن فضا وجود داشت، ترسناك بود.» پس از پرتاب، صحنه دلهره به شادي تبديل شد. براي او ديدن اينكه يك تيم، كاري به اين بزرگي انجام مي‌دهد، الهام‌بخش بود.

ناتاشا در دوران نوجواني، جزوه رايگان زندگي‌نامه سالي رايد را خواند. سپس او مانند مادرش كه از رايد الهام گرفته بود، تصميم گرفت يا اخترشناس يا فضانورد شود. ناتاشا آرزو داشت كه نخستين انسان روي مريخ باشد. پس از پرتاب كپلر و كشف هرچه بيشتر سياره‌هاي فراخورشيدي، او به احتمال حيات فرازميني و چگونگي پي‌بردن به وجود آن روي سياره‌ها ازطريق مشاهدات تلسكوپ از آسمان‌هايشان علاقه‌مند شد. ناتاشا در دو رشته اخترشناسي و اخترزيست‌شناسي مدرك دكترا گرفت و سپس اندكي پس از پايان عمر كپلر و رفتن مادرش به سانتا كروز براي تدريس، در مركز ايمز مشغول مطالعه جو سياره‌هاي فراخورشيدي شد.

ناتاشا باتالها اكنون بخشي از جامعه پژوهشي رو به رشدي محسوب مي‌شود كه هدف نهايي‌اش شناسايي «گازهاي آثار زيستي» است؛ گازهايي در جو سياره‌ها كه فقط حيات مي‌تواند عامل وجودشان درآنجا باشد. هر نوع مولكول، طول موج مخصوصي دارد كه جذب مي‌كند؛ درنتيجه با جمع‌آوري نور ساطع‌شده از ستاره وقتي سياره درحال گذر از مقابل آن است و نيست و مطالعه اينكه كدام طول موج‌هاي نور ستاره هنگام عبور سياره بيشتر افت مي‌كند، مي‌توانيد ببينيد كدام مولكول‌ها در آسمان آن سياره وجود دارند.

اكسيژن كانديدايي بديهي براي گاز اثر زيستي محسوب مي‌شود. اما اين عنصر چنان واكنش‌پذير است كه بعيد است پيدا شود؛ مگر آنكه منبع اكسيژن سياره، مثلا زيست‌كره‌اي كه عمل فتوسنتز انجام مي‌دهد، آن را به‌طور پيوسته تأمين كند. فتوسنتز چنان روشي ساده و كارآمد براي گرفتن انرژي است كه به باور اخترزيست‌شناسان، احتمالاً روي هر سياره زنده‌اي تكامل مي‌يابد؛ درنتيجه جستجوي اكسيژن هوشمندانه است.

بااين‌حال ديدن اكسيژن به‌خودي خود متقاعدكننده نخواهد بود. شبيه‌سازي‌هاي رايانه‌اي نشان مي‌دهد كه اكسيژن تحت برخي شرايط مي‌تواند آسمان سياره‌هاي بي‌جان را پر كند. هايدي همل، دانشمند سياره‌اي، اشكال را نبود هيچ گازي با اثر زيستي مي‌داند. او مي‌گويد «متان روي زمين را عمدتا گاوها توليد مي‌كنند؛ اما اگر به نپتون نگاه كنيد، مي‌توانيد حجم بالاي متان را درحالي ببينيد كه توسط گاوها توليد نشده است.»

تركيبي ويژه از گازها، اثر زيستي بهتري است. همل افزود «قرار نيست يك گاز [اثر زيستي] باشد. بايد تركيبي از گازها در وضعي باشند كه از عدم توازن در آن‌ها حكايت كند. آن‌ها نمي‌توانند اين گونه طبيعي شكل بگيرند.»

تلسكوپ‌هاي كنوني هم‌اكنون اثر انگشت‌هاي مولكولي را در آسمان مشتري‌هاي جديد پيدا كرده‌اند؛ اما اين اجرام سياره‌هايي بي‌جان هستند. شناسايي سيگنال‌هاي ضعيف‌تر از آسمان سياره‌هاي سنگي احتمالاً سكونت‌پذير، فقط از عهده جيمز وب برمي‌آيد. اين تلسكوپ نه‌تنها تقريباً صد برابر هابل قدرت تفكيك خواهد داشت، بلكه سياره‌هاي فراخورشيدي دورتر را دربرابر پس‌زمينه ستارگان ميزبانشان واضح‌تر خواهد ديد؛ زيرا سياره‌ها درمقايسه با ستارگان، نور فروسرخ بيشتري ساطع مي‌كنند. از همه مهم‌تر، ديد جيمز وب از سياره‌هاي فراخورشيدي به واسطه ابرها محدود نخواهد شد؛ درحالي‌كه وجود ابر معمولاً مانع از آن مي‌شود كه تلسكوپ‌هاي نوري، متراكم‌ترين و كم‌ارتفاع‌ترين لايه‌هاي جو را ببينند. باتالها مي‌گويد «تصور كنيد در هواپيما هستيد و به لايه ابر زير پا نگاه مي‌كنيد؛ اما نمي‌توانيد اصلا سطح [زمين] را ببينيد. وقتي به نور فروسرخ نگاه كنيد، مي‌توانيد به‌طور ناگهاني از ميان لايه ابر ببينيد.»

سياره‌هاي فراخورشيدي ازجمله اهداف دور اول مشاهدات تلسكوپ فضايي جيمز هستند. اين مرحله كه «چرخه يك» نام دارد، به‌محض تكميل استقرار و راه‌اندازي تلسكوپ (تقريباً ۶ ماه پس از پرتاب) آغاز خواهد شد. جامعه سياره فراخورشيدي، رهبري مطالعات طيف‌سنجي گذر سه غول گازي را به‌عنوان بخشي از اين مشاهدات اوليه برعهده ناتالي باتالها قرار داده است.

از بين سياره‌هايي كه جيمز وب در چرخه اول به آن‌ها نگاه خواهد كرد، سه سياره منظومه تراپيست كه در كمربند حيات ستاره‌شان مي‌چرخند، احتمالاً بهترين موقعيت را براي برخورداري از گازهاي قابل تشخيص آثار زيستي دارند. بااين‌حال اينكه آيا جيمز وب شانس واقعي براي شناسايي گازهاي اثر زيستي دارد يا نه، مباحثه‌برانگيز است. باتالها مي‌گويد «اغلب مباحثه بر سر تشخيص اكسيژن مطرح مي‌شود. اكسيژن يك طول موج فروسرخ را در محدوده حساسيت جيمز وب جذب مي‌كند؛ درنتيجه ازانديشه متخصصين تئوري سياره درحال گذر غني از اكسيژن مي‌تواند در طيف نور ستاره‌اش در آن طول موج، افت چشمگير به‌وجود آورد. بااين‌حال اين طول موج در مرز جايي است كه آشكارساز حساسيت خود را از دست مي‌دهد.» ديگر انواع و تركيبات گازها را راحت‌تر مي‌توان تشخيص داد؛ اما نسبت‌دادن قطعي آن‌ها به حيات احتمالاً سخت‌تر است.

جيمز وب ممكن است صرفاً سياره‌هاي احتمالاً زنده را شناسايي كند. آنگاه مطالعه نزديك‌تر آن‌ها برعهده تلسكوپ‌هاي فضايي آتي خواهد بود. اخترشناسان اكنون مشغول برنامه‌ريزي براي آن‌ها هستند. تلسكوپ فضايي نانسي گريس رومن ناسا كه قرار است در دهه جاري پرتاب شود، عمدتا براي مطالعه انرژي تاريك طراحي شده است. سياره‌هاي فراخورشيدي زمين‌مانند در ميدان ديد تلسكوپ مفهومي آتي ناسا با نام موقت لاوكس خواهند بود. لاوكس تلسكوپي فرابنفش، نوري و فروسرخ است كه اگر كنگره بودجه آن را تأمين كند، در ميانه دهه ۲۰۴۰ پرتاب خواهد شد. آنچه در آن زمان به آن نگاه خواهيم كرد، بستگي به چيزهايي دارد كه در چند سال آينده مي‌آموزيم.

صبح يك روز بهاري، ناتاشا باتالها با پيامي از يوهانا تسكه، اخترشناس همكار خود بيدار شد: «به‌دستش آورديم.» ۲۶۶ برنامه چرخه اول به‌تازگي اعلام شده بود و طرح پيشنهادي باتالها به مديريت او و معاونت تسكه به فهرست راه يافت.

برنامه باتالها و تسكه گسترده‌ترين كارزار از بين تمام كارزارهاي سياره فراخورشيدي در چرخه اول خواهد بود: ۱۴۲ ساعت مطالعه ابرزمين‌ها و زيرنپتون‌ها، «سياره‌هاي پل» فراگيري كه منظومه شمسي ما آن‌ها را ندارد و تركيبات، سكونت‌پذيري و تاريخچه تشكيلشان نامعلوم است. با فرض اينكه درطول چند ماه آينده، همه چيز به درستي گشوده شود و تلسكوپ فضايي جيمز وب كانون خود را پيدا كند، از طرف باتالها و تيمش به ۱۱ سياره پل نگاه خواهد كرد.