دانشمندان درصدد جایگزینی تلسکوپ ازدست‌رفته آرسیبو با نمونه‌ای کاملا جدید هستند

دیش رادیویی عظیم رصدخانه آرسیبو، معانی فراوانی برای افراد مختلف داشت: یابنده تپ‌اختر، فرستنده پیام به بیگانگان، نقشه‌بردار سیارک، دیش ماهواره مخفی شخصیت شرور فیلم جیمز باند، نماد پورتوریکو و زادگاه دانشمندان آتی. تا آنکه هفت ماه پیش، این شاهکار مهندسی که درطول دهه‌ها مشکلات متعدد را پشت سر گذشته بود، با سقوط کامل روی زمین به پایان عمر خود رسید.

از آن روز ناگوار تاکنون، چشم‌های بسیاری به نتایج تحقیقات درباره‌ی علل فروپاشی اجتناب‌ناپذیر آرسیبو دوخته و دستان فراوانی نیز مشغول پاکسازی بقایای رصدخانه شده‌اند. همچنین مغزها درحال انجام کاری هستند که بیش‌ترین مهارت را در آن دارند: رویاپردازی درباره آنچه می‌تواند جایگزین رصدخانه آرسیبو شود. این کار برای گروهی از دانشمندانی که روابط عمیق با آرسیبو داشتند، به‌معنای اندیشیدن به نوعی تلسکوپ کاملا جدید است؛ نمونه‌ای که پرکننده‌ی شکاف به‌وجود‌آمده در غیاب رصدخانه‌ی نمادین باشد و سپس مرزهایی تازه را درنوردد.

تریسی بکر، دانشمند سیاره‌ای در مؤسسه تحقیقات ساوث‌وست در سن آنتونیو و نویسنده‌ی ارشد مقاله‌ای سفید در توصیف طراحی تلسکوپ جدید به اسپیس‌دات‌کام گفت رویاپردازی درباره‌ی رصدخانه‌ای جدید در پی فروپاشی آرسیبو انجام شد تا به‌سادگی نشان دهد که گزینه‌هایی دست‌یافتنی برای تداوم میراث علمی خارق‌العاده این تلسکوپ وجود دارد. او افزود:

فکر نمی‌کنم نسخه‌ی جدید لزوما باید همانند نسخه‌ای تازه‌ساخت باشد و ممکن است درنهایت بیشتر شبیه تلسکوپ اصلی باشد یا احتمال دارد با هر آنچه تاکنون تصور کرده‌ایم، به‌کلی متفاوت باشد. هدف اصلی این بود که نشان دهیم می‌توانیم از آن فضا استفاده کنیم و میراث آن ابزار علمی واقعا قدرتمند را ادامه دهیم.

طراحی جدید با نام «نسل بعدی تلسکوپ آرسیبو» احتمالا بیش از آنکه طرحی اولیه باشد، درواقع شبیه به بیانیه است. درحال‌حاضر، دانشمندان مطمئن نیستند که اصلا امکان ساخت این طراحی به‌خصوص وجود دارد یا نه. بااین‌حال، این پروژه قصد دارد تصویری احتمالی از ۶۰ سال آینده‌ی علم را در آرسیبو ارائه دهد؛ البته درصورتی که موسسات علمی مایل به مشارکت باشند و این کار را با بلندپروازی انجام دهند.

نائومی پینیلا آلونسو، دانشمند ارشد رصدخانه آرسیبو، دانشمند سیاره‌ای در دانشگاه فلوریدای مرکزی و یکی از ده‌ها نویسنده‌ی همکار طرح مفهومی جدید به اسپیس‌دات‌کام گفت «باید جسورانه و بزرگ فکر می‌کردیم؛ زیرا اگر بخواهید صرفا همان کاری را کنید که قبلا انجام می‌دادید، برای نسل‌های بعدی الهام‌بخش و سودمند نخواهید بود. آرسیبو حاصل تفکر جسورانه و بزرگ شخصی در ۶۰ سال پیش بود.»

طراحی جدید ظرف مدت فقط دو ماه پس از فروپاشی شکل گرفت. این سرعت بالا تا حدی بدین دلیل بود که فرایند برنامه‌ریزی برای تلسکوپ جایگزین به‌نوعی مرهمی برای دانشمندانی بود که روابط نزدیک و احساسات عمیق نسبت به آرسیبو داشتند. پینیلا آلونسو گفت «خیلی طول نکشید تا از احساس غم و استیصال به این حس برسم که درحال انجام کار خوبی هستیم. داریم کار می‌کنیم و درحال پیشرفت هستیم.»

فرانسیسکو کردوا ، مدیر رصدخانه آرسیبو و دیگر نویسنده همکار مقاله سفید گفت اکنون دانشمندان حامی طرح مفهومی جدید در تلاش هستند تا به‌منظور تسریع فرایند بازسازی، ابتکار عمل را حفظ کنند. او افزود «آرسیبو حفره‌ای واقعا بزرگ به‌جا گذاشت. هم‌اکنون ما صدها دانشمند داریم که در تکاپو برای یافتن تلسکوپ دیگری هستند که بتواند داده‌های لازم برای تداوم پروژه‌هایشان را به آن‌ها بدهد.»

دیش تخریب‌شده رصدخانه آرسیبو

اما پیش از آنکه نهادی برای حمایت مالی از تلسکوپ جدید قدم پیش بگذارد، اقدامات بسیار بیشتری وجود دارد که دانشمندان می‌توانند به‌تنهایی انجام دهند. درهمین‌حال، بنیاد ملی علوم آمریکا (NSF) که صاحب زمین رصدخانه است، کارگاهی مجازی در ماه ژوئن برگزار کرد تا گزینه‌های جایگزین برای رصدخانه آرسیبو را به‌طور مشخص بررسی کند. مقام‌ها تأکید کرده‌اند که موجودیت آرسیبو تداوم خواهد یافت؛ اما این سازمان به بازسازی تلسکوپ همان‌گونه که بود یا پشتیبانی از پروژه‌ای جدید در مقیاس مشابه تعهدی ندارد. کارگاه NSF هیچ بودجه‌ای اختصاص نداد و تعیین پروژه‌های منتخب نیز از اهداف آن نبود.

مدیران کارگاه در سندی نوشتند «فعلا هیچ برنامه‌ای برای ساخت تلسکوپ رادیویی جدیدی وجود ندارد؛ هرچند این قطعا ایده‌ای شایسته‌ی بحث و بررسی است. بااین‌حال برای این کارگاه، هدف اصلی ما بررسی طیف گسترده‌ای از گزینه‌ها در کوتاه‌مدت، میان‌مدت و بلندمدت بود.» درحال‌حاضر، بنیاد ملی علوم به‌شدت مشغول کسب اطمینان از ایمنی مکان رصدخانه و پاکسازی بقایا است. براساس برآوردی که در ماه مارس انجام شد، این فرایند نیازمند تقریبا ۵۰ میلیون دلار خواهد بود.

بنیاد همچنین حین برگزاری کارگاه تمرکز بیشتری بر آینده‌ی مکان رصدخانه داشت. در سند یادشده آمده است «بنیاد ملی علوم به مشارکت در ایجاد این آینده متعهد است؛ اما ایده‌ها را به ساخت تلسکوپی جدید محدود نمی‌کند. این قطعا یکی از احتمالات بلندمدت است؛ [اما] احتمالات بسیار دیگر و پروژه‌های کوتاه‌مدتی نیز وجود دارند که می‌توانند درحالی‌که پروژه‌ی احتمالی بزرگی درحال طراحی است، شکاف موجود را پر کنند.

وقتی بنیاد علوم تصمیم بگیرد با میراث آرسیبو چه کند، طراحی بزرگ تنها گزینه‌ای نیست که به آن فکر خواهد کرد. رصدخانه درمجموع می‌تواند برخی از فعالیت‌های علمی را نسبتا سریع از سر بگیرد. دسته‌ای از دیگر ابزارها در محل وجود دارد که تحت‌تأثیر فروپاشی تلسکوپ قرار نگرفتند و همچنان فعال هستند. مدیریت رصدخانه می‌خواهد دست‌کم برخی از آنتن‌های یک آزمایش را که در مرکز دیش قرار داشت، برای استفاده در مکانی دیگر تعمیر کند.

تمام ابزارهای تلسکوپ که با شبکه‌ای از ۳۹ کابل متصل به سه برج برفراز دیشی عظیم به قطر ۳۰۵ متر معلق بودند، درجریان سقوط از بین رفتند؛ اما بخش‌هایی از رادیو تلسکوپ ممکن است عمر بیشتری داشته باشند. مقام‌های بنیاد ملی علوم گفته‌اند دست‌کم نیمی از دیش سالم به‌جا مانده است و تعویض پنل‌ها به‌طور چشمگیر دشوار یا گران نیست. همچنین بخش پایین هر سه برجی که کابل‌های معلق را نگه می‌داشتند، استوار باقی مانده است.

ترکیب یادشده می‌تواند پایه‌ای برای بازسازی تلسکوپ ازدست‌رفته به همان‌گونه که بود، باشد و درعین‌حال از فناوری جدیدتر و مواد پیشرفته‌تر استفاده کرد. جوانا رانکین، اخترشناس رادیویی در دانشگاه ورمانت که در نگاش مقاله‌ی سفید مشارکتی نداشت به اسپیس‌دات‌کام گفت «مسیرهای زیادی برای پیشرفت وجود دارد. البته انتخاب بلندپروازانه‌ترین و ازنظر فنی هیجان‌انگیزترین گزینه، شگفت‌انگیز است؛ اما این تنها انتخاب نیست.»

سکوی علمی معلق برفراز دیش عظیم رصدخانه آرسیبو

ریشه‌ی طرح جسورانه نسل بعدی تلسکوپ آرسیبو به جلساتی ویدئویی بازمی‌گردد که رانکین در ماه نوامبر سازماندهی کرد؛ زمانی که ناپایداری تلسکوپ قدیمی دیگر آشکار شده بود. گردهمایی‌ها درابتدا با حضور ۱۲ شرکت‌کننده آغاز شد؛ اما بعدا چند صد دانشمند در آن‌ها مشارکت کردند. سپس در اول دسامبر تلسکوپ سقوط کرد. رانکین گفت «یکی دو جلسه‌ی پس از فروپاشی به نوعی مراسم سوگواری بود و به کالبدشکافی فروریختن تلسکوپ و آسیب حاصل از آن اختصاص یافت.»

اما احساس غم به سرعت ازبین رفت و دانشمندان توجه‌شان را به آینده معطوف کردند. آنیش روشی، اخترشناس رادیویی در رصدخانه آرسیبو و نویسنده‌ی ارشد مقاله‌ی سفید گفت «بلافاصله موضوعی که به ذهنمان آمد این بود که باید برنامه‌ای برای بازسازی تلسکوپ داشته باشیم. در آن زمان، تمام بحث‌ها و جلسات با جامعه‌ی علمی بسیار فعال شد و همگی درباره‌‌ی جایگزین تلسکوپ و چگونگی بازسازی آن صحبت کردند.» نتیجه‌ی گفتگوها، مقاله‌ای ۷۰ صفحه‌ای شد که طرح کلی ساخت نمونه‌ای جدید و خلاقانه از تلسکوپ آرسیبو را روی میراث علمی رصدخانه‌ی فروپاشیده تشریح می‌کند.

گردهم‌آوردن اعضای جامعه‌ای که از آرسیبو استفاده می‌کردند، به‌معنای برقراری ارتباط با متخصصان سه حوزه‌ی علمی بسیار متفاوت بود. هرچند پژوهشگران یونوسفر درابتدا برای انجام آزمایش‌های جوی با رصدخانه آرسیبو لابی‌گری کردند، دانشمندان متخصص در اخترشناسی رادیویی و پژوهش‌های راداری سیاره‌ای نیز به‌سرعت پی بردند که این تلسکوپ عظیم و سامانه‌ی راداری قدرتمندش می‌تواند اطلاعاتی ارزشمند دراختیار آن‌ها قرار دهد. رانکین گفت «این سه تخصص علمی، نوعی همزیستی را در آرسیبو به تکامل رساندند که به‌طور کامل مختص این رصدخانه بود.»

دانشمندانی که خواهان بازسازی تلسکوپ هستند، می‌گویند اتحاد این سه شاخه‌ی علمی مجزا باید در آینده‌ی تاسیسات گرامی داشته شود. پینیلا آلونسو گفت «ما می‌خواستیم همچنان تاسیساتی چندرشته‌ای باشیم و به‌دنبال آن نبودیم تا یک حوزه را به دیگری اولویت دهیم. درنتیجه، باید به چیزی فکر می‌کردیم که بتواند در‌خدمت سه جامعه‌ی علمی باشد.»

علاوه‌بر تداوم اتحاد رشته‌های مختلف، فرایند بازسازی براساس این پیش‌فرض بود که تاسیسات جایگزین باید زمین تلسکوپ  ازدست‌رفته را که در فضای سرسبز پورتوریکو قرار دارد، حفظ کند. درابتدا ارتش آمریکا که درصدد استقرار رصدخانه در نقطه‌ای در قلمرو این کشور در نزدیکی استوا بود، مکان کنونی را تعیین کرد.

ستاره‌شناسان همچنین به حفظ مجموعه‌ای از زیرساخت‌ها اشاره کرده‌اند که با وجود فروپاشی سالم باقی مانده‌اند؛ نظیر گودالی که تلسکوپ درون آن جای داشت و کارکنان و جامعه‌ی پشتیبان رصدخانه. رانکین گفت «هیچ ابزاری واقعا به‌کلی سخت‌افزاری نیست. سخت‌افزار فقط آغاز داستان محسوب می‌شود و بدون کارکنان ماهر تقریبا بدون استفاده است.»

اخترشناسان رادیویی برای پناه‌گرفتن از انبوه ابزارهای فناوری فعال در طول موج‌های مشابهی که می‌خواهند رصد کنند، به‌زحمت خود را به اعماق بیابان‌ها می‌رسانند. دستیابی به سکوت رادیویی در هر کجا به آسانی امکان‌پذیر نیست؛ اما مقررات اطراف آرسیبو این تاسیسات را از تداخل رادیویی محافظت می‌کند. درنتیجه، تداوم این مزیت نیز در آینده برای دانشمندان بسیار مهم است.

آسیب وارده به دیش تلسکوپ آرسیبو پس از پارگی یک کابل در اوت ۲۰۲۰

نخستین گام در طراحی تلسکوپ جدید، شناسایی کارهایی بود که تاسیسات نسل جدید می‌تواند برای هر حوزه انجام دهد. پینیلا آلونسو گفت «ما این‌گونه شروع نکردیم که بیایید چیزی متفاوت طراحی کنیم؛ بلکه کار با بحث درباره‌ی علم و نقشی که آرسیبو می‌خواهد برای آینده ایفا کند، آغاز شد.» اهداف علمی جدید برای رصدخانه شامل فهرستی از انواع پژوهش‌هایی است که متخصصان هر رشته می‌خواهند در آینده انجام دهند.

برخی از اولویت‌هایی که تیم دانشمندان شناسایی کردند، با اهداف هر سه رشته هم‌پوشانی دارد. به‌عنوان مثال، همگان می‌خواهند بخش بیشتری از آسمان را با جزئیات بیشتر ببینند. ابل مندز، اخترزیست‌شناس سیاره‌ای اهل پورتوریکو به اسپیس‌دات‌کام گفت «آسمان بیشتر برای کاوش به‌معنای اکتشافات بیشتر است.»

آزمایشگران جوی و کارشناسان راداری سیاره‌ای هردو سامانه‌ی راداری قدرتمندتر را دراولویت قرار می‌دهند؛ هرچند آنچه قدرتمندتر به‌حساب می‌آید، از نظر آن‌ها دقیقا مشابه یکدیگر نیست. علاوه‌براین، اگر افزایش قدرت به‌معنای قربانی‌کردن دامنه‌ی رصد باشد، اعضای جامعه‌ی راداری سیاره‌ای لزوما خواستار آن نخواهند بود؛ زیرا یکی از نقاط قوت آرسیبو این بود که می‌توانست حتی سیارک‌هایی را شناسایی کند که دانشمندان هنوز کاملا مشخص نکرده بودند.

درعین‌حال برای اخترشناسان رادیویی، یک اولویت واضح این بود که بتوانند تلسکوپ را به مرکز کهکشان نشانه بگیرند. این امر مستلزم انعطاف‌پذیری نشانه‌گیری تا فاصله‌ی ۴۸ درجه‌ی کامل از سمت‌الراس آسمان است. (مشت گره‌کرده‌ی شما که درطول بازو نگاه داشته شود، تقریبا ۱۰ درجه از آسمان را پوشش می‌دهد.)

• مهندسی بی‌نهایت: رصدخانه آرسیبو، گوش بزرگ زمین
• تماشا کنید: لحظه فروپاشی رصدخانه آرسیبو

یکی از شاخه‌های اضافی، درک هواشناسی فضایی یا مجموعه‌ای از تأثیرات مختلف خورشید بر منظومه شمسی است. این اثرگذاری‌ها می‌توانند فضانوردان را در معرض خطر قرار دهند و در عملکرد ماهواره‌های مستقر در مدار و سامانه‌های قدرت روی زمین اختلال ایجاد کنند. معلوم شد که قابلیت‌های پیشنهادشده در طراحی جدید تلسکوپ به دانشمندان امکان خواهد داد تا هوای فضا را بهتر درک کنند. این شناخت شامل مطالعه‌ی بادهای خورشیدی و خروج جرم از تاج خورشیدی، دو پدیده‌ی به‌ویژه مرتبط با یکدیگر است.

علاوه‌براین، طرح مفهومی سامانه‌ی راداری، بسیار قدرتمندتر از سامانه‌ی ازدست‌رفته‌ای خواهد بود که می‌توانست ماهواره‌های ازبین‌رفته و دیگر بقایای مداری را در کنار تلاشش برای شناسایی سنگ‌های فضایی رصد کند. برای زباله‌های فضایی موجود در مدار زمین‌آهنگ، طراحی جدید می‌تواند قطعاتی با طول تقریبا یک متر را ببیند. رادار تلسکوپ نیز قادر خواهد بود بر بقایای بزرگ واقع در دوردست‌ها (به اندازه‌ی فاصله ماه) نظارت کند.

سکوی علمی معلق برفراز دیش عظیم رصدخانه آٰرسیبو در شب

از فهرست قابلیت‌های مورد نظر، دانشمندان شروع به طراحی یک تلسکوپ احتمالی برای برآورده‌کردن اهداف جامعه‌ی آرسیبو کردند. اما نتیجه هیچ شباهتی به نمونه‌ی ازدست‌رفته نخواهد داشت. آن‌طور که پینیلا آلونسو توصیف می‌کند، به‌جای یک دیش بزرگ، طراحی جدید، گودال عظیم کاسه‌ای شکل تلسکوپ قدیمی را با مجموعه‌ای از هفت دیش کوچک‌تری پر خواهد کرد که احتمالا روی هفت صفحه‌ی شیب‌دار عظیم سوار می‌شوند. تعداد دقیق دیش‌ها محل بحث است؛ دیش‌های کوچک‌تر بیشتر یا دیش‌های بزرگ‌تر کمتر.

دانشمندان مسئول طرح مفهومی جدید، هم دیش بسیار بزرگ در موقعیت ثابت نظیر تلسکوپ قدیمی و هم پراکنده‌کردن چندین دیش مجزا در امتداد چشم‌انداز نظیر رصدخانه آرایه بسیار بزرگ در نیومکزیکو را درنظر گرفتند. اما در پایان بدین نتیجه رسیدند که آنچه بهتر از همه با نیازهای دانشمندان مطابقت خواهد داشت، به نوعی ترکیبی از هر دو مدل است: چند دیش کوچک بهم‌پیوسته که قادر به حرکت هم‌زمان هستند.

فقط یک مشکل کوچک وجود دارد: دانشمندان هنوز مطمئن نیستند که آیا چنین ساختاری را واقعا می‌توان ساخت یا نه. بااین‌حال، ایده‌ی توصیف‌شده، به مهندسان نقطه‌ی شروعی می‌دهد تا کندوکاو در مسائل مربوط به ساخت تسکوپ جدید بلندپروازانه را آغاز کنند. دانشمندان مسئول طرح مفهومی امید دارند که این فرایند تا انتهای سال جاری آغاز شود. رانکین تأکید می‌کند که ایده‌ی یادشده طرحی مفهومی محسوب می‌شود و درباره‌ی امکان‌پذیربودن ساخت آن هنوز تصمیم‌گیری نشده است.

نمای سکوی علمی رصدخانه آرسیبو از مرکز دیش

پرسش‌های مهندسی تنها موانعی نیستند که رفع آن‌ها، تلسکوپ جدید آرسیبو را به واقعیت تبدیل می‌کند. البته پیچیده‌ترین بخش، یافتن پول برای ساخت سازه‌ای در مقیاس تلسکوپ اصلی است. نویسندگان مقاله سفید اشاره می‌کنند که بودجه‌ای در مقیاس ۴۵۴ میلیون دلار می‌تواند ساخت‌وساز تلسکوپ جدید را پوشش دهد. اما از آنجا که بنیاد ملی علوم در طول دو دهه‌ی گذشته بودجه‌ی آرسیبو را به‌منظور رسیدگی به مشکلات مالی خود کاهش داده بود، بودجه حتی پیش از فروپاشی، مسئله‌ای دردناک به‌شمار می‌آمد.

هرچند وضعیت آرسیبو به سقوط ناگهانی رادیو تلسکوپ گرین بنک در ویرجینیای غربی در سال ۱۹۸۸ و سپس بازسازی آن در سال ۲۰۰۰ شباهت دارد، رانکین انتظار ندارد که آرسیبو به آن خوش شانسی باشد. پشتیبانی قدرتمند دو سناتور ویرجینیای غربی در کنگره از گرین بنک، در بازسازی این تلسکوپ حیاتی بود؛ اما آرسیبو چنین حمایتی ندارد؛ زیرا پورتوریکو به‌عنوان قلمرویی خارج از سرزمین اصلی آمریکا هیچ نماینده‌ای در کنگره ندارد.

درهمین‌حال، دانشمندان نیز سیاست‌ها و برنامه‌های خاص خود را دارند. ناسا و بنیاد ملی علوم هردو برای جهت‌دهی به تصمیمات مربوط به بودجه‌ی خود به اسناد بزرگی به‌نام بررسی‌های ده‌سالانه تکیه دارند. در این نقشه‌های راه، تیم‌های بزرگی از دانشمندان تحت سرپرستی آکادمی‌های ملی علوم، پروژه‌های علمی فضایی را برای بازه‌ی زمانی ده‌ساله اولویت‌بندی می‌کنند.

کردوا می‌گوید اطمینان دارد که بودجه برای طراحی و ساخت رصدخانه‌ی جدید درنهایت تأمین خواهد شد؛ اما احتمالا نه به آن زودی که دانشمندان تمایل دارند. او گفت «خوش‌بینم و تصور می‌کنم وقتی ظرفیت‌های مناسب و اهداف علمی صحیح دارید، بسیار راحت‌تر می‌تواند بودجه را پیدا کنید. ما طرحی داریم که شگفت‌انگیز است؛ اما درطول روند طراحی، فرایند مطالعات امکان‌پذیری و مطالعات مهندسی تکامل خوهد یافت. این مراحل همانند فرایند ساخت تلسکوپ اصلی قدری زمان خواهد برد.»