ناسا در آستانه پرتاب نسل تازهای از رصدخانههای فضایی خود قرار دارد؛ تلسکوپی که قرار است برای ردیابی سیر تکامل کیهان در گذر زمان، حدود یک میلیارد کهکشان را بررسی کند، به مطالعه ماده و انرژی تاریک بپردازد و در جستوجوی سیارات دوردست، بخشهای وسیعی از آسمان را زیر نظر بگیرد.
تاریخچه تلسکوپ فضایی «نانسی گریس رومن» (Nancy Grace Roman) کمی نامعمول است. بخشی از فناوری و سختافزاری که زمینه شکلگیری این مأموریت را فراهم کرد، در ابتدا از سوی «دفتر شناسایی ملی آمریکا» (NRO) برای برنامههای جاسوسی توسعه یافته بود و سپس در سال ۲۰۱۲ در اختیار ناسا قرار گرفت. ناسا طی بیش از یک دهه، این میراث فناوری را برای اهداف علمی بازطراحی و تکمیل کرد.
اگر پرتاب رومن موفقیتآمیز باشد، به دلیل برخورداری از میدان دید بسیار وسیع و نسل پیشرفتهای از آشکارسازهای فروسرخ، قادر خواهد بود بخشهایی از کیهان را با سرعتی بسیار بیشتر و در گسترهای وسیعتر از تلسکوپ فضایی هابل بررسی و ثبت کند.
رومن قرار است چه چیزی را کشف کند؟
یکی از مأموریتهای اصلی رومن بررسی ساختار بزرگمقیاس جهان و مطالعه توزیع سهبعدی ماده تاریک است. ماده تاریک تاکنون مستقیما مشاهده نشده، اما دانشمندان از طریق تأثیر گرانشی آن بر ماده مرئی و اجرام کیهانی به وجود آن پی بردهاند.
این تلسکوپ همچنین ابرنواخترها را رصد خواهد کرد تا اخترشناسان بتوانند سرعت انبساط جهان را با دقت بیشتری اندازهگیری کنند. چنین مشاهداتی به شناخت بهتر ماده و انرژی تاریک کمک میکند؛ پدیدهای ناشناخته که با شتاب گرفتن انبساط جهان ارتباط دارد.
رومن در مقیاسی نزدیکتر نیز به جستوجوی سیارات خواهد پرداخت. این تلسکوپ تغییرات بسیار کوچک در نور ستارههای نزدیک مرکز کهکشان راه شیری را زیر نظر میگیرد تا از طریق پدیده «ریزهمگرایی گرانشی»، سیارات سرگردانی را شناسایی کند که بدون گردش به دور یک ستاره، در کهکشان در حرکتاند.
در ریزهمگرایی، گرانش جرم پیشزمینه نور ستارهای دورتر را برای مدتی کوتاه تقویت میکند. بررسی دقیق این تغییر روشنایی وجود اجرامی را آشکار میکند که مشاهده مستقیم آنها بسیار دشوار است.
فناوری برای دیدن سیاراتی شبیه زمین
«در نهایت، رومن یک ابزار «کروناگراف» (تاجنگار) دارد که این فناوری را برای ماموریتهای آینده که قصد دارند سیاراتی شبیه به زمین را در اطراف ستارههای دیگر شناسایی کنند، آزمایش خواهد کرد. کروناگراف بخش عمده نور یک ستاره را مسدود میکند تا اخترشناسان بتوانند سیارات بسیار کمنورتری را که به دور آن میچرخند، شناسایی کنند. برای یک سیاره شبیه زمین در اطراف یک ستاره شبیه خورشید، ستاره میزبان میتواند ۱۰ میلیارد برابر درخشانتر از سیاره باشد. کروناگرافِ تلسکوپ رومن به آن کمک خواهد کرد تا سیارات دوردست را هنگام عبور از مقابل یک ستاره مطالعه کند.»
رومن به ابزار «کروناگراف» آزمایشی هم مجهز است. این فناوری بخش عمده نور یک ستاره را مسدود میکند تا امکان مشاهده اجرام بسیار کمنورتر اطراف آن، از جمله سیارات، فراهم شود. اهمیت این فناوری زمانی روشنتر میشود که بدانیم یک ستاره میزبان شبیه خورشید ممکن است حدود ۱۰ میلیارد برابر درخشانتر از سیارهای شبیه زمین باشد که به دور آن میچرخد.
«کروناگراف» رومن بیش از آنکه ابزار اصلی مأموریت علمی این تلسکوپ باشد، بستری برای آزمایش فناوریهایی است که میتوان در نسلهای آینده رصدخانههای فضایی برای تصویربرداری مستقیم از سیارات مشابه زمین آنها را به کار گرفت.
از فناوری شناسایی تا رصد اعماق کیهان
یکی از مهمترین ویژگیهای رومن میدان دید فوقالعاده وسیع آن است. قطر آینه اصلی این تلسکوپ حدود ۲.۴ متر و تقریبا هماندازه آینه هابل است، اما رومن در هر تصویر محدودهای از آسمان را ثبت میکند که حدود ۱۰۰ برابر وسیعتر از میدان دید هابل است.
همین ویژگی مأموریت رومن را از هابل و تلسکوپ فضایی جیمز وب متمایز میکند. هابل و جیمز وب برای بررسی بسیار دقیق بخشهای نسبتا کوچکی از آسمان فوقالعاده قدرتمندند؛ رومن در مقابل برای پیمایش سریع بخشهای عظیمی از آسمان طراحی شده است.
این قابیلت به «طراحی سامانه نوری» برمیگردد. نسبت فاصله کانونی به قطر آینه در رومن به آن امکان میدهد بخش وسیعتری از آسمان را روی صفحه کانونی خود ثبت کند؛ قابلیتی که اکنون به ابزاری قدرتمند برای نقشهبرداری کیهانی تبدیل شده است.
دوربینی با حدود ۳۰۰ میلیون پیکسل
ناسا برای بهرهبرداری از این میدان دید گسترده، صفحه کانونی بزرگی برای رومن ساخته است که از ۱۸ آشکارساز فروسرخ تشکیل میشود. هر یک از این آشکارسازها حدود ۱۶ میلیون پیکسل دارد و مجموعه آنها دوربینی با وضوح تقریبی ۳۰۰ مگاپیکسل ایجاد میکند. آشکارسازهای فروسرخ رومن از نظر فناوری تقریبا مشابه آشکارسازهای استفادهشده در تلسکوپ جیمز وب است، اما تعداد پیکسلهای هر آشکارساز رومن بیشتر است.
فروسرخ طول موجی بلندتر از نور مرئی دارد و چشم انسان قادر به دیدن آن نیست. رصد جهان در این محدوده به اخترشناسان امکان میدهد اجرام بسیار دور و کمنور را بررسی کنند و به بخشهایی از کیهان دسترسی پیدا کنند که در نور مرئی بهسادگی قابل مشاهده نیستند.
دن فیگر، استاد مؤسسه فناوری راچستر و نویسنده مقاله، میگوید در اوایل دهه ۲۰۰۰ همراه با همکارانش روی پیشبرد فناوری استفادهشده در این نوع از آشکارسازها کار کرده است. پژوهشگران باید اطمینان حاصل میکردند که این حسگرها در شرایط مشابه محیط فضا قادرند حتی ضعیفترین پیامهای نوری را ثبت کنند.
فناوری چگونه مسیر کشفیات علمی را تغییر میدهد؟
به اعتقاد فیگر، داستان رومن نمونهای از رابطه دیرینه میان پیشرفت فناوری و کشف علمی است. بسیاری از بزرگترین تحولات اخترشناسی زمانی رخ دادهاند که ابزار تازهای امکان دیدن چیزی را فراهم کرده که پیش از آن از چشم انسان پنهان بوده است.
گالیله با استفاده از تلسکوپ توانست قمرهای مشتری را مشاهده کند. در قرن نوزدهم صفحات عکاسی جای چشم انسان را در بسیاری از رصدهای نجومی گرفت و امکان پیمایش دقیقتر آسمان را فراهم کرد.
از دهه ۱۹۷۰ نیز آشکارسازهای الکترونیکی بهتدریج جای صفحات عکاسی را گرفتند و حساسیت ابزارهای نجومی را بهشدت افزایش دادند. توسعه آشکارسازهای فروسرخ پس از آن پنجره تازهای به جهان گشود و زمینهساز مجموعهای از کشفیات مهم شد.
مطالعاتی که به کشف شتاب گرفتن انبساط جهان و در نهایت جایزه نوبل فیزیک سال ۲۰۱۱ منجر شدند، از پیشرفت آشکارسازهای دیجیتال بهره بردند. رصدهای فروسرخ پیشرفته نیز نقشی اساسی در مطالعات مربوط به سیاهچاله کلانجرم مرکز راه شیری داشتهاند.
پس از رومن چه خواهد آمد؟
رومن نیز آخرین حلقه این زنجیره نخواهد بود. ناسا هماکنون روی طرح «رصدخانه جهانهای زیستپذیر» کار میکند؛ مأموریتی برای نسل آینده که یکی از اهداف اصلی آن تصویربرداری مستقیم از سیارات مشابه زمین در اطراف ستارههای نزدیک و جستوجوی نشانههای احتمالی حیات است.
از این منظر، اهمیت رومن تنها به آنچه قرار است کشف کند محدود نمیشود. فناوریهایی که در این مأموریت آزمایش میشوند و توسعه مییابند، ممکن است پایه ابزارهایی باشند که نسل بعدی اخترشناسان به واسطه آنها به پاسخ یکی از قدیمیترین پرسشهای بشر نزدیک شوند: آیا در جهان تنها هستیم؟
