آینده تلسکوپ‌های فضایی؛ ۴ ایده شگفت‌انگیز ناسا برای دهه ۲۰۳۰

تلسکوپ‌های فضایی چشم انسان در فضا هستند و بسیاری از اسرار جهان ازطریق آن‌ها کشف می‌شود. ناسا هنوز تلسکوپ فضایی جیمز وب را پرتاب نکرده‌ است. این تلسکوپ قرار است جانشین تلسکوپ ها‌بل شود. بااین‌حال، این سازمان فضایی مشغول آماده‌سازی خود برای ساخت جایگزینی برای تلسکوپ جیمز وب است.

چهار تیم ناسا در رقابتی بزرگ قرار گرفته‌اند. آن‌ها در‌حال‌تلاش برای ارائه‌ی بهترین پیشنهادها برای مأموریت‌هایی با موضوعات دلخواه فیزیک ستارگان در ناسا هستند. مأموریت‌های «فیزیک ستارگان» یا «اختر‌فیزیک» یکی از عملیات‌های گران‌ ناسا هستند تا جایی‌که به عملیات‌های Flagship-Class در ناسا معروف هستند. از میان ایده‌های این ۴ گروه تا میانه‌ی دهه‌ی ۲۰۳۰، تنها یک ایده انتخاب خواهد شد.

انجمن ستاره‌شناسی آمریکا (AAS) ماه گذشته پیش‌درآمد و توضیحی درباره‌ی فعالیت‌ها و هدف‌های این ۴ گروه مطرح کرد تا نشان دهد نگاه ناسا به آینده چگونه خواهد بود. این طرح‌ها درباره‌ی تلسکوپ‌های فضایی است که برای مطالعه‌ی ستارگان،‌ کهکشان‌ها،‌ سیاه‌چاله‌ها،‌ سیار‌ه‌ها، بیگانگان و رصد اجرامی بیرون از منظومه‌ی شمسی کاربرد دارند. تلسکوپ‌های فضایی با تشخیص طول‌ موج‌های مختلف از امواج فروسرخ کم‌انرژی تا امواج پرانرژی فرابنفش و تابش‌های اشعه‌ی ایکس برای انجام مأموریت‌های خود بهره می‌گیرند.

ناسا معمولا برای عملیات‌های Flagship-Class بیش از ۱،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰ دلار هزینه می‌کند. البته، این هزینه برای تلسکوپ فضایی جیمز وب پس از سال‌ها تأخیر و پرداخت هزینه‌های اضافه به بیش از ۱۰،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰ دلار رسیده است. با اینکه ناسا مسئول توسعه و اجرای این عملیات‌ها است؛ ولی وظیفه‌ی انتخاب از میان ۴ طرح را به‌تنهایی برعهده نگرفته است. ناسا پیشنهادها را به کمیته‌ای در آکادمی ملی علوم (NAS) ارائه می‌دهد. در این کمیته، برای انتخاب طرح‌ها و عملیات‌هایی تصمیم‌گیری خواهد شد که بهتر و بیشتر نیازهای جامعه اخترفیزیک را رفع کنند.

ناسا به‌وسیله‌ی مجموعه‌ای از دیدگاه‌های ستاره‌شناسان سراسر کشور و مطالعه‌ی گزارش Decadal Survey از شورای پژوهش ملی به اولویت‌بندی و نتیجه‌ی نهایی خواهد رسید. گزارش Decadal Survey در تحلیلی با نمایش چشم‌اندازی ۱۰ ساله از عملیات‌ها و هدف‌های علمی و مهندسی و پزشکی که آکادمی ملی علوم آمریکا تعریف می‌کند، شاخص بسیار مفیدی برای انتخاب بهترین طرح مفهومی تلسکوپ یا رصدخانه‌ی فضایی است. بی‌گمان، کمیته برای سال‌های دهه‌ی ۲۰۳۰ برنامه‌‌ها و زمینه‌های مطالعاتی بسیاری در اخترفیزیک مدنظر دارد. توجه به این نکته که ستاره‌شناسان در ۱۵ تا ۲۰ سال آینده از چه ابزارهایی برای پژوهش در فضا و کیهان استفاده می‌کنند، از مسائل مهم در این انتخاب خواهند بود. موضوعاتی از مه‌بانگ تا مطالعه‌ی فرصت‌هایی برای زندگی در خارج از زمین در فهرست آرزوی‌های پژوهش ستاره‌شناسان است؛ ولی مهم‌ترین نکته محدودیت بودجه ناسا است که درنهایت، نیاز به اولویت‌بندی مأموریت‌ها را برای انتخاب و اجرای برجسته‌ترین مأموریت‌های ستاره‌شناسی را در دهه‌ی ۲۰۳۰ الزامی می‌کند.

تلسکوپ فضایی لوویر

تلسکوپ فضایی لوویر (LUVOIR) نامزد اول مأموریت‌های آینده‌ی اختر‌فیزیک است که درحقیقت، نسخه‌ای به‌روزشده از تلسکوپ فضایی هابل است. این تلسکوپ همانند هابل در جهان امواج فرابنفش و فروسروخ و طول موج‌های مشاهده‌شدنی نور را پیمایش می‌کند و نام خود را نیز از سرواژه‌ی همین مفاهیم گرفته است. البته، این تلسکوب فضایی با قطری درحدود ۱۵ متر، آینه‌ای ۶ برابر بزرگ‌تر از تلسکوپ هابل دارد.

وجود این ابزارها در تلسکوپ فضایی لوویر باعث می‌شود ۴۰ برابر قوی‌تر از تلسکوپ هابل در فضا جست‌وجو و اجرام درخشان کوچک‌تر و دورتر را با وضوح بهتر کشف می‌کند. ناسا با نگاهی متفاوت ساخت دو نسخه از این تلسکوب را پی‌ گرفته است. نسخه‌ی بزرگ‌تر که لوویر-آ (LUVOIR-A) نام دارد، با سیستم پیش‌روی پرتاب فضایی (SLS) ناسا به فضا فرستاده خواهد شد. موشک (SLS) با بار سنگین مالی و مشکل‌های فراتر از برنامه‌اش باید در سال ۲۰۲۰ اولین پرواز را تجربه کند. اگر ناسا نتواند این موشک را بسازد، نسخه‌ی دوم تلسکوپ مدنظر خواهد بود.

تلسکوپ فضایی هاب‌ای‌ایکس

تلسکوپ فضایی هاب‌ای‌ایکس (HabEx) برای رصد سیاره‌های فراخورشیدی مسکونی (Habitable Exoplanet) طراحی شده و نام آن نیز به‌همین موضوع اشاره می‌کند. درحالی‌که جست‌وجوی حیات فرازمینی با هدف پیداکردن زیست‌نشان‌هایی همانند کشف آب و متان گره خورده‌ است؛ تلسکوپ فضایی HabEx طراحی و ساخته خواهد شد که آشکارا سیار‌ه‌های مشابه زمین را جست‌جو می‌کند. منظومه‌ای که سیاره‌ای همچون زمین ما دارد و با قرارگرفتن در منطقه‌ی مسکونی درمقایسه‌با خورشید انتخاب بهتری به‌منظور جست‌وجوی حیات است. این فاصله به آن‌ها فرصت می‌دهد در دمای مناسب، آب را حفظ کنند و این، امید به موفقیت را دوچندان می‌کند. 

تلسکوپ فضایی HabEx سیستمی بزرگ مشابه شکل گل آفتاب‌گردان است که از ابزار کروناگراف استارشید بهره می‌برد. با کمک کروناگراف استارشید، نور خورشید یا ستارگان برای رصد بهتر سیاره‌های مسکونی فیلتر می‌شود؛ درنتیجه، اجرام فضایی با جزئیات بیشتر و دقیق‌تری مطالعه می‌شوند.

قطر تلسکوپ فضایی HabEx از ۴ تا ۸ متر در نظر گرفته شده و ناسا هنوز در‌حال‌بررسی و تحلیل انتخاب قطر مناسب است. البته باتوجه‌به نتایج فوق‌العاده بهتر، به کروناگراف استارشید ۷۲ متری نیز می‌توان در طراحی نگاه کرد. تلسکوپ فضایی HabEx علاوه‌بر جمع‌آوری تصاویر از طیف مرئی، می‌تواند امواج فرابنفش و فروسرخ را نیز در کیهان رصد کند که به جست‌وجوی بهتر سیار‌ه‌های فرا‌خورشیدی منجر خواهد شد. این ابزارها می‌توانند برای مطالعه‌ی ستاره‌ها و کهکشان‌ها و انبساط جهان و ماده‌ی تاریک استفاده شوند.

رصدخانه‌ی اشعه‌ی ایکس لینکس

چه‌بسا تلسکوپ فضایی اشعه‌ی ایکس لینکس (Lynx X-Ray) جانشین رصدخانه‌ی اشعه‌ی ایکس چاندرا شود. رصدخانه‌ی اشعه‌ی ایکس لینکس با پرتوی ایکس جهان نامرئی را کشف می‌کند که با چشم دیدنی نیست و ازاین‌طریق بهترین ابزار برای رصد ابرنواخترها و سیاه‌چاله‌ها به‌شمار می‌رود.

تلسکوپ فضایی لینکس با هدف رصد نزدیک‌ترین سیاه‌چاله‌ها طراحی شده و پژوهشگران فرصتی بی‌بدیل خواهد داد تا درباره‌ی شکل‌گیری و چرخه‌ی زندگی این پدیده‌های فضایی مطالعه کنند. این تلکسوپ همچنین می‌تواند ساختار و تکامل کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی را رصد کند.

اشعه‌ی ایکس لینکس‌ می‌تواند تولد و مرگ ستارگان و ثبت تصاویر و نقشه‌های باکیفیت و ارزشمند از انفجار ستارگان را مشابه تصاویری بررسی کند که رایان هیکاکس، دانشمند اختر‌فیزیک از دانشکده‌ی دارتموث نیوهمپشایر، با کمک تلسکوپ پرتو ایکس چاندرا از ابرنواختر تیکو ثبت کرد؛ با این تفاوت که تصاویر تلسکوپ فضایی لینکس با کیفیت ۱۰۰ برابر بهتر، تصاویر شگفت‌انگیزی به بشر هدیه خواهد کرد. باتوجه‌به امکان رصد کم و سخت ابرنو‌اخترها، به ارزش این تلسکوپ بیشتر پی خواهیم برد. درعین‌حال، تلسکوپ چاندرا ستاره‌های نزدیک‌تر درحدود ۱۳۰۰ سال نوری را رصد می‌کند؛ ولی رصد‌خانه‌ی فضایی لینکس این قابلیت را دارد که اشیائی با حدود ۱۲.۵ برابر این فاصله یا بیش از ۱۶،۰۰۰ سال نوری را رصد کند.

تلسکوپ فضایی لینکس با قطری اولیه درحدود ۳ متر کمی از تلسکوپ هابل بزرگ‌تر است. بااین‌حال، با بازشدن تلسکوپ از حالت لوله‌ای به ابعادی معادل ۵ برابر تلسکوپ چاندرا تبدیل می‌شود که فقط ۱.۲ متر قطر دارد.

تلسکوپ فضایی اوریجنز

طرح مفهومی تلسکوپ فضایی اوریجنز (Origins) نیز از ایده‌های قدرتمند مطرح شده و شکل‌گیری سیاره‌های مسکونی را مطالعه می‌کند. تلسکوپ اوریجنز با رصد مواد تشکیل‌دهنده و پیگیری تغییر‌های آن‌ها برای شکل‌گیری زمین به پژوهش‌های دانشمندان کمک می‌کند مراحل اولیه‌ی تشکیل ستاره‌ها و سیاره‌هایی را ردیابی کند؛ به‌همین‌دلیل، نام این تلسکوپ نیز به ریشه‌ها (اوریجنز) اشاره می‌کند.

ازآنجاکه تلسکوپ اوریجنز با بهره‌گیری از امواج فروسرخ دور و غلبه بر ابرهای گردوغبار مانع رصد اجرام فضایی جست‌وجو می‌کند، می‌تواند نسخه‌ی جدیدی برای رصدخانه‌ی فضایی هرشل باشد که در سال ۲۰۱۳، دچار اختلال شد و از ادامه‌ی فعالیت بازماند. این نوع تلسکوپ‌ها برای تنظیم دما و خنک‌کاری به هلیوم مایع نیاز دارند و تخلیه‌ی این ماده دلیل احتمالی برای پایان کار تلسکوپ هرشل به‌شمار می‌رود.

با قطری درحدود ۱۵ متر تلسکوپ اوریجنز خود را به اندازه‌هایی درحدود تلکسوپ لوویر و به‌عبارتی ۴ برابری هرشل رسانده است. حال با این ابعاد و اهمیت وجود سیستم بردوتی از نوع Cryocooler همانند آنچه در هرشل بود، بسیار مهم است ابزارها را از گرمای بیش‌ازحد در امان نگاه دارد. به‌نوعی تلسکوپ خنک‌تر حساسیت بیشتری دارد و طبق برآوردها، این حساسیت درمقایسه‌با هرشل ۱۰۰ بار تقویت شده و به‌راحتی می‌توان تلسکوپ فضایی اوریجنز را برتر از هر تلسکوپ مادون قرمز بشر دانست که تا‌به‌امروز پرتاب شده است.

طرح برگزیده برای سال‌های ۲۰۳۰

ناسا و انجمن اختر‌فیزیک باید حدود ۲۳ ماه منتظر باشند تا مشخص شود، کدام طرح برای پرتاب انتخاب شده است. از وقتی یک مأموریت انتخاب شد تا زمان اجرا و راه‌اندازی، به حدود ۱۵ سال کار و تلاش نیاز است. تا آن زمان، ناسا دو طرح بزرگ و Flagship-Class اختر‌فیزیک تلسکوپ فضایی جیمز وب و تلسکوپ نقشه‌برداری میدان‌ باز فروسرخ (WFIRST) را دنبال می‌کند. پس از چندین‌بار تأخیر در اجرای برنامه‌ی JWST، سال ۲۰۲۱ برای پرتاب آن انتخاب شد. همچنین، سال ۲۰۲۵ سال پرتاب تلسکوپ نقشه‌برداری میدان باز فروسرخ انتخاب شده است.