عبور از نوستالژی تلسکوپ هابل

چشم تیزبین زمین بتدریج پیر و پیرتر می‌شود تا جایی که دیگر نباید امیدی به کشفیات خیره‌کننده آن از اعماق فضا داشت. صحبت از تلسکوپ فضایی هابل است که این روزها وارد بیست و پنج سالگی می‌شود.

تصویری از دو فضانورد ناسا را می بینید که در سال ۱۹۹۹ بر فراز زمین عملیات تعمیر و ترمیم تلسکوپ هابل را انجام دادند.

به گزارش جام جم، این تلسکوپ فضایی که از آن به چشم همیشه بیدار و تیزبین زمین در فضا نیز یاد می شود، چهارم اردیبهشت ۱۳۶۹ با هدفی بزرگ راهی مدار زمین شد: کشف ناشناخته های عالم آن هم از ورای جو و جایی که شفافیت آسمان به اوج خود نزدیک می شود. هابل با بودجه نجومی ۲٫۵ میلیارد دلار (حدود ۸۵۰۰ میلیارد تومان) به فضا پرتاب شد و مدت هاست در ارتفاع ۵۵۹ کیلومتری زمین و درحالی که با سرعت ۷٫۵ کیلومتر بر ثانیه حرکت می کند هر آنچه را که اخترشناسان می خواهند، برایشان رصد و عکسبرداری می کند. اما با بازنشسته شدن شاتل های فضایی، دیگر نه فرصتی برای تعمیر دوره ای این تلسکوپ وجود داشته و نه اصولا امکان آن فراهم بوده است. ساختار شاتل ها و نوع پرواز آنها به گونه ای بود که امکان نزدیک شدن به هابل و تعمیر آن توسط فضانوردان وجود داشت.

اما همان فضانوردانی که بیست و یکم اردیبهشت ۱۳۸۸ دست به کار بزرگی زدند و با خروج از شاتل آتلانتیس توان بشر را در تعمیرات در فضا نیز به نمایش گذاشتند، چندی پیش در موزه هوا ـ فضا و دریای اینترپید نیویورک گرد هم آمدند تا خاطره آن مأموریت تاریخی را دوباره زنده کنند . آن موقع هابل بیست ساله شده بود و ناسا احساس می کرد تلسکوپ به تعمیرات اساسی نیاز دارد. طی دو دهه باتری ها و بسیاری از تجهیزات نوری هابل با قرار گرفتن در معرض تابش خورشید دچار خوردگی و فرسایش شدیدی شده بود. در آن مأموریت و پس از پنج پیاده روی فضایی طاقت فرسا هابل دوباره همانی شد که ناسا انتظارش را داشت.

معمولا در ماموریت های فضایی که در آن ایستگاه فضایی بین المللی هدف است، فضانوردان به یکدیگر این امیدواری را می دهند که "هرچه انجام نشد در مأموریت بعدی عملی خواهد شد" اما فضانوردان این مأموریت خیلی خوب می دانستند که این آخرین باری است که انسان تلسکوپ هابل را در فضا تعمیر می کند و به همین دلیل آن را خیلی اساسی تعمیر کردند به طوری که تا مدت ها بدون نقص به فعالیت هایش ادامه دهد. در واقعیت هم چنین شد. هابل در سال ۱۳۸۸ به گونه ای تعمیر شد که ناسا به رغم بسته شدن پرونده شاتل ها و نداشتن ابزار لازم برای تعمیرات بعدی، نگرانی درباره عملکرد آن نداشته باشد. اما حالا پنج سال از آن روزها گذشته و ناسا خوب می داند که این تلسکوپ فضایی بتدریج کیفیت رصدی خود را از دست می دهد. تلسکوپ فضایی هابل که اکنون بیست و پنج ساله شده بدون پشتیبانی زمینی قابلیت حفظ خود در مدار تعیین شده را ندارد.

این تصویری است که فضانوردان پس از تعمیر تلسکوپ هابل در سال ۲۰۰۹ از شاتل فضایی آتلانتیس به ثبت رساندند.

تلسکوپ هابل درست مثل یک گوشی تلفن همراه هوشمند هر چند سال یک بار به روز می شد. از سال ۱۳۷۲ تا ۱۳۸۱ ناسا در مجموع چهار مأموریت برای تعمیر این تلسکوپ انجام داد. پنجمین مأموریت از ابتدا برای سال ۱۳۸۴ برنامه ریزی شده بود اما انفجار شاتل کلمبیا دوازدهم بهمن ۱۳۸۱ تمام برنامه ها را تغییر داد. لغو سرویس برنامه ریزی شده هابل به معنای ادامه فرسایش و خردگی قطعات آن بود. این تلسکوپ هر ۹۷دقیقه یک بار به دور زمین می چرخد و این یعنی نیمی از حیات آن در معرض پرتوهای خورشید و نیمی در تاریکی سپری می شود و جالب اینجاست که این تغییر حالت و انبساط و انقباض های متعدد در قطعات آن که با سرعت زیادی در حال تکرار شدن است، نتیجه ای جز فرسودگی بیشتر هابل نداشته است.

مایک ماسیمینو از فضانوردان مأموریت تعمیر هابل می گوید: خورشید در حال پختن هابل است! بدون شک این جمله بهترین توصیف درباره حال و روز همیشگی این تلسکوپ فضایی است. گریگوری کارل جانسون، خلبان آن مأموریت می گوید: وقتی به تلسکوپ فضایی هابل رسیدیم، فقط ۲۰ درصد از چیزی که از ابتدا بود از آن باقی مانده بود، تلسکوپ به طرز قابل توجهی فرسوده شده بود. خیلی دشوار بود بخواهیم آن را ۱۰۰ درصد به حالت روز نخست بازگردانیم اما اعتقاد دارم چنین کاری را انجام دادیم. در زیر می توانید تعدادی از تصاویر ثبت شده توسط تلسکوپ فضایی هابل را مشاهده کنید. در سایت تلسکوپ هابل هم می توانید تصاویر بیشتر تماشا کنید.

سحابی سر میمون
تصویری از سحابی NGC 2174 که به سحابی سر میمون نیز شناخته می شود.

جیمز وب؛ جانشین تلسکوپ فضایی هابل و اسپیتزر

اکنون که خداحافظی از تلسکوپ فضایی هابل تقریبا قطعی شده، ناسا خود را برای پرتاب چشم تیزبین تری به فضا برای جانشینی تلکسوپ هابل و تلسکوپ فضایی اسپیتزر (Spitzer) آماده می کند. درون یکی از بزرگ ترین و تمیزترین اتاق های مرکز پروازهای فضایی گادارد ناسا نزدیک به ۳۰ دانشمندان و مهندس این آژانس در حالی که پوشش های مخصوصی بر تن داشته و از عینک های حفاظتی ویژه ای استفاده می کنند گرداگرد ماشینی می گردند که گفته می شود دانش بشر را درباره کهکشان ها و اجزای سازنده آنها دگرگون خواهد کرد.

تلسکوپ فضایی جیمز وب پس از کامل شدن از ۱۸ آینه شش ضلعی برخورد میباشد که توانایی گردآوری نور به اندازه حدود ۶ برابر تلسکوپ هابل را دارد.

آینه هایی پوشیده از طلا، پوشش حفاظتی بزرگی به اندازه زمین تنیس برای مصون ماندن در برابر پرتوهای خورشید و دوربین های مادون قرمز حساس از جمله تجهیزاتی هستند که بتدریج سرهم می شوند تا سازه ای مهم و تاثیرگذار به نام "تلسکوپ فضایی جیمز وب" خلق شود. اما چرا این تلسکوپ تا این حد مهم ارزیابی می شود؟

اخترشناسان امیدوارند که جیمز وب پرتوهای نوری را شناسایی کند که "خیلی" از زمین دور هستند، آنقدر دور که تصور چنان فاصله هایی شاید به سختی در ذهن انسان بگنجد و جالب این که همچنان نیز در عالم در حال دور شدن از خوشه های کهکشانی دیگر هستیم. به باور اخترشناسان عالم همچنان در حال انبساط است. با این حال اگر تلسکوپ جیمز وب به اندازه کافی قدرتمند باشد، می تواند تولد نخستین کهکشان ها را مشاهده کند. آنها حدود ۱۳٫۵ میلیارد سال پیش متولد شده و نور ناشی از تولد آنها همچنان در حال گریز از ما به واسطه انبساط عالم است.

اوی لوب از اختر فیزیکدان های برنامه ساخت تلسکوپ فضایی جیمز وب می گوید: کار ما شبیه نفوذ در تاریخ و برملاساختن رازهای آن است. درحقیقت ما عالم را شخم می زنیم اما منابع نوری مورد نظرمان بسیار دور هستند. پس به تلسکوپ قدرتمندی مثل جیمز وب نیاز داریم.

این تلسکوپ که نامش از یکی از مدیران سابق ناسا گرفته شده، قطر آینه شیئ حدود ۶٫۵ متر است که در مقایسه با تلسکوپ هابل با قطر آینه ۲٫۴ متر، بیش از ۷ برابر قدرت جمع آوری نور بیشتری دارد. البته هابل نخستین تلسکوپ فضایی جهان به شمار نمی آید، اما مشاهدات وی به کشفیاتی منجر شده که گفته می شود اخترفیزیک را زیرورو کرده است. از جمله این کشفیات پی بردن به وضع انبساط عالم و آهنگ گسترش آن است.

در مقایسه با تلسکوپ هابل، تلسکوپ فضایی جیمز وب ابعادی بزرگ تر داشته و در بخش تاریک تری از فضا مستقر خواهد شد. به این ترتیب قادر خواهد بود تصاویری شفاف از دوردست ترین کهکشان ها تهیه و راهی زمین کند. اما چگونه؟ تصاویری که این تلسکوپ از اعماق فضا شکار می کند، توسط چهار دوربین فروسرخ ثبت می شود. در حقیقت این دوربین ها نوری را که بسرعت از زمین دور شده و از حالت طیف مرئی به طیف مادون قرمز تبدیل می شود را با بالاترین کیفیت شکار و تبدیل به تصاویر ارزشمند برای اخترشناسان می کند. استفاده از نور فروسرخ این مزیت را دارد که تحت تأثیر ابرهای گازی و ذرات گرد و غبار شناور حائل میان منبع اصلی نور در میلیاردها سال نوری دورتر و تلسکوپ قرار نمی گیرد.

تلسکوپ جیمز وب با قدرت آینه هایش و میدان دید عمیق ترش در فضا بهتر از هابل میتواند گذشته کیهان را بررسی کند.

آینه های تلسکوپ جیمز وب با لایه نازکی از طلا پوشانده می شود. این ابتکارعمل برای جذب نور آبی و بازپس زده شدن نور مرئی زرد و قرمز صورت گرفته است. در نتیجه دوربین های تلسکوپ نور فروسرخ و بخش جزئی از طیف نوری قابل رویت را تشخیص می دهد. عملکرد کلی این دوربین ها در نوع خود جالب توجه است. همزمان که اجرام فضایی از ما دور می شوند طول موج نورشان نیز از نور مرئی به نور فروسرخ تغییر جزئی می کند و دقیقا به همین دلیل است که ابزارهای تلسکوپ جیمز وب فضای دوردست را بدقت زیرنظر قرار می دهد.

البته این دوربین ها وظایف تقریبا از پیش تعریف شده ای نیز دارند: از آن جمله که اتمسفر سیاره های فراخوشیدی را جستجو می کنند که به گرد ستاره هایی جز خورشید می چرخند. این جستجو با هدف کشف نشانه های احتمالی از آب، اکسیژن و حتی شاید آثار ناشی از تمدن فرازمینی و در کل ردپایی از حیات صورت می گیرد.

اما همان قدر که این تلسکوپ برای دانشمندان اهمیت دارد، برنامه آماده سازی و شرایط نگهداری آن نیز بسیار حیاتی است. دانشمندان ناسا در اتاق مخصوص این تاسیسات هزاران قطعه جیمز وب را در شرایط مختلف محیطی مثل ارتعاش و سرمای شدید با استفاده از تازه ترین فناوری های شبیه سازی مورد آزمایش قرار می دهند. برای آنها مهم است که بدانند تلسکوپ در زمان جداشدن از فضاپیمای حامل در فضا تا چه حد تحت تاثیر ارتعاشات احتمالی این رویداد قرار خواهد گرفت.

تصویری هنری از تلسکوپ فضایی جیمز وب جانشین تلسکوپ هابل

جیمز وب در نقطه مداری که حدودا ۱٫۵ میلیون کیلومتر از زمین فاصله دارد (در نقطه لاگرانژ ) مستقر خواهد شد. مقایسه این مسافت با فاصله ۵۵۹ کیلومتری هابل از زمین گویای بسیاری از تفاوت هاست. مطالعات اولیه برای ساخت تلسکوپ جانشین تلسکوپ هابل از سال ۱۳۷۵ آغاز و سال ۱۳۸۱، نام جیمز وب برای این تلسکوپ برگزیده شد. پیش بینی می شود این تلسکوپ مهر ۱۳۹۷ همراه یک فروند موشک آریان پنج راهی مدار زمین می شود؛ طبق ارزیابی ها کاوش این تلسکوپ حدود پنج تا ده سال به طول خواهد انجامید و اخترشناسان حساب ویژه ای روی آن باز کرده اند.

تلخ ترین شمارش معکوس

ناسا هرقدر هم که توانمند باشد، نمی تواند زمان را متوقف کند. هر بار که هابل به واسطه سرد و گرم شدن مرتعش می شود، اندکی از مدار تعیین شده فاصله می گیرد. البته در آخرین مأموریت تعمیر هابل فضانوردان آن را در بالاترین ارتفاع ممکن در مدار قرار دادند. ماسیمینو می گوید: مشکل اصلی خود تلسکوپ هابل نیست؛ بلکه فاصله گرفتن تدریجی از مدارش است، به طوری که به آهستگی به زمین نزدیک تر می شود. اکنون ناسا دو راه پیش رو دارد: پیدا کردن راهی برای تعمیر هابل در فضا و هدایت آن برای قرار گرفتن در مدار مناسب یا رها کردن آن تا سقوط به سوی زمین که در این صورت طی هشت تا ده سال آینده این سناریو عملی خواهد شد. از شواهد فعلی پیداست که سرنوشت دوم در انتظار چشم تیزبین زمین است.

ناسا برای انجام مأموریت تعمیر هابل هیچ برنامه رسمی و مشخصی در نظر ندارد و هر چند نسل آینده فضاپیمای سرنشین دار آن یعنی اوریون در حال سپری کردن پرتاب های آزمایشی است، اما حداقل تا سال ۱۴۰۱ نمی توان روی پرتاب سرنشین دار آن حساب کرد. نکته مهم اینجاست که هابل در سال های بعد به سطحی از فرسودگی می رسد که انجام مأموریت روباتیکی گره ای از مشکلات آن باز نمی کند و فقط دست های با تجربه فضانوردان است که می تواند آن را نجات دهد. در این میان حضور بخش خصوصی نیز می تواند به عنوان گزینه ای برای فکر کردن در نظر گرفته شود، ایده ای که طی آن تاکسی های فضایی ویژه پرتاب تا زیرمدار فضانوردان را راهی تلسکوپ کند. هرچند همچنان سقوط تلسکوپ به سوی زمین و سوختن در جو سرنوشت محتمل ارزشمندترین چشم فضایی زمین به نظر می رسد.

سایت علمی بیگ بنگ / منبع: Popsci  / مترجم: مهدی پیرگزی

نقل از بیگ بنگ

عطف به عتف - نگاهی به پژوهش و ISI در ایران

امید عمومی - نامه به ریاست جمهوری

مرز بین ایمان و تجربه  

نامه سرگشاده به حضرت آیت الله هاشمی رفسنجانی

آخرین مقالات