رونمایی ناسا از طرح اولیه تلسکوپی چندمیلیارد دلاری برای جستجوی حیات در جهان‌های بیگانه

ستاره‌شناس‌ها همیشه به‌دنبال پیشرفت بزرگ بعدی هستند. پژوهشگران این هفته در نشست انجمن ستاره‌شناسان آمریکا گردهم جمع شدند تا درباره‌ی جانشین تلسکوپ فضایی ۶٫۵ متری جیمز وب که سال گذشته فعالیتش را به‌طور رسمی آغاز کردند، بشنوند. همزمان با موفقیت جیمز وب، ناسا در حال برنامه‌ریزی برای طراحی تلسکوپی نور مرئی به بزرگی آن است که هدفی جدید را دنبال می‌کند: جستجوی علائم حیات در سیاره‌های شبیه زمین. این طرح احتمالا در اوایل دهه‌ی ۲۰۴۰ میلادی به مرحله‌ی اجرا خواهد رسید.

به گفته‌ی مارک کلامپین، مدیر بخش اخترفیزیک ناسا هنوز داده‌های کمی از طرح جدید ارائه شده است، اما این تلسکوپ هم مانند جیمز وب در نقطه‌ی تعادل گرانشی لاگرانژی ۲ در فاصله‌ی ۱٫۵ میلیون کیلومتری از زمین قرار خواهد گرفت. بااین‌حال تلسکوپ جدید برخلاف جیمز وب، برای ارتقا و سرویس‌دهی رباتیک طراحی می‌شود و به‌این‌ترتیب می‌تواند ده‌ها سال به کار خود ادامه دهد. کلامپین معتقد است بدون بودجه‌ی کافی نمی‌توان توسعه‌ی طراحی و فناوری تلسکوپ را پیش برد. با این‌حال او نام خوبی را برای این تلسکوپ پیشنهاد داده است: رصدخانه‌ی جهان‌های سکونت‌پذیر (HWO).

HWO پس از جیمز وب، تلسکوپ فضایی پرچم‌دار ناسا نخواهد بود. این سازمان برای پرتاب تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن در سال ۲۰۲۷ برنامه‌ریزی کرده است. مأموریت این تلسکوپ نقشه‌برداری ۲٫۴ متری، جستجوی انرژی تاریک و سیاره‌های فراخورشیدی خواهد بود. اما ناسا با HWO اولویت اصلی بررسی ده‌سالانه‌ی نجوم آمریکا را دنبال می‌کند. اخترشناسان در گزارش ۱۰ساله‌ی نجوم آمریکا آخرین بار آبان ۱۴۰۰ منتشر شد، خواستار ساخت نسل جدید تلسکوپ‌های فضایی شدند.

در گزارش جدید ده‌ساله‌ نجوم آمده است که یک تلسکوپ ۶ متری ۱۱ میلیارد دلاری حساس به طول‌موج‌های فرابنفش، مرئی و نزدیک به فروسرخ باید آغازگر نسل جدید رصدخانه‌های فضایی بزرگ باشد. این تلسکوپ علاوه‌بر انجام ماموریت‌های اخترفیزیکی عمومی، باید بتواند نشانه‌های حیات را در ۲۵ سیاره‌ی فراخورشیدی شبیه به زمین در نزدیکی‌مان تشخیص دهد. این میزان، از نظر آماری حداقل تعداد مورد نیاز برای تأیید رواج حیات در کهکشان راه شیری است.

ناسا گزینه‌های متعددی را برای تلسکوپ‌های عظیم فضایی ارائه داده است. طرح تلسکوپ HWO چیزی بین HabEx و LUVOIR است. HabEx که دارای آینه‌ی یکپارچه‌ی ۴ متری و همچنین سایه‌بان ستاره‌ای روباتیک است در فاصله‌ی بیش از ۱۰۰ هزار کیلومتری از زمین نور ستاره‌‌های فراخورشیدی را حذف می‌کند تا سیاره‌های چرخان در اطراف آن‌ها آشکار شوند.

LUVOIR با قطر ۱۵ متر، به عنوان رصدخانه‌ای چندمنظوره طراحی شده و بر اساس فناوری آینه‌ی چندبخشی تلسکوپ جیمز وب ساخته خواهد شد. گرچه آینه‌های چندبخشی نمی‌توانند تصاویری به وضوح آینه‌های یکپارچه تولید کنند، می‌توان آن‌ها را تا کرد و با سهولت بیشتری به فضا فرستاد.

ناسا روشی محافظه‌کارانه را برای HWO در پیش گرفته است تا از اضافه شدن بودجه و تأخیری که در ارسال جیمز وب رخ داد، اجتناب کند. این سازمان، برای تلسکوپ جدید خود از فناوری‌های جدید ساخته‌شده یا در دست توسعه مثل آینه‌های چندبخشی جیمز وب و تاج‌نگار رصدخانه‌ی نانسی رومن استفاده می‌کند. تاج‌نگار یا کرونوگراف، دستگاهی نوری داخل تلسکوپ است که نور ستاره‌ها را برای آشکارسازی سیاره‌های آن‌ها مسدود می‌کند.

از آنجا که HWO نور مرئی را که طول موج‌های کوتاه‌تری از نور فروسرخ دارد،‌ رصد می‌کند، به کنترل بسیار دقیق‌تری روی شکل آینه نیاز دارد. آینه‌ی این تلسکوپ باید تا سطح یک پیکتومتری (یک میلیونیوم میلیونیوم متر) به‌طور بی‌نقص شکل داده شود.

تلسکوپ جدید همچنین باید تاج‌نگار تلسکوپ رومن را که می‌تواند نور ستاره‌ای صد میلیون برابر درخشان‌تر از سیاره‌اش را مسدود کند، بهبود دهد. درواقع تاج‌نگار HWO باید با ستارگانی سروکار داشته باشد که ده میلیارد برابر درخشان‌تر هستند.

تلسکوپ HWO همچنین از قابلیت کرونوگراف تلسکوپ رومن برخوردار خواهد بود که می‌تواند نور ستاره‌ای ۱۰۰ میلیون برابر درخشان‌تر از سیاره‌ی آن را مسدود کند. با این تفاوت که کرونوگراف HWO نسبت به کرونوگراف رومن ارتقا خواهد یافت و نور ستاره‌ای با درخشش ۱۰ میلیارد برابر را مسدود می‌کند. یکی از نکات کلیدی این تلسکوپ مسدودسازی نورهای پراکنده است که برای این کار به نورگیری استوانه‌ای‌شکل در اطراف تلسکوپ، درست مشابه نورگیر دور تلسکوپ هابل نیاز است. به‌این‌ترتیب آینه‌ی تلسکوپ در برابر ریزشهاب‌‌واره‌هایی که به آینه‌ی جیمز وب برخورد کردند و همچنین نورهای پراکنده محافظت می‌شود.

به عقیده‌ی برخی ستاره‌شناسان، آینه‌ی یکپارچه که دارای لبه‌های کمتری نسبت به آینه‌ی چندبخشی است نور را کمتر پراکنده می‌کند و همین مسئله باعث می‌شود ناسا به طرحی مانند HabEx روی بیاورد. اما کلامپین بر این باور است، کرونروگراف‌ها با آینه‌های چندبخشی هم سازگار هستند. او طراحی چندبخشی را ترجیح می‌دهد زیرا به مهندسان اجازه می‌دهد آینه‌های بزرگ‌تری را بدون محدودیت حمل موشکی بسازند.

امکان ارسال مأموریت‌های تعمیری برای تلسکوپی پرچم‌دار، پیشرفتی عظیم برای ناسا به شمار می‌رود. از طرفی مأموریت‌های آینده از دارایی شرکت‌های خصوصی که مشغول ساخت ربات‌ها برای کمک به برنامه‌ی اکتشاف قمری آرتمیس ناسا هستند، بهره می‌برد. سرویس‌دهی رباتیک بخشی از معماری و فلسفه‌ی HWO است و قرار گرفتن آن در فاصله‌ی L2 هم چالش بزرگی نیست. به‌این‌ترتیب علاوه بر افزایش طول عمر مأموریت با نصب ابزارهای جدید، انعطاف در سرویس‌دهی هم افزایش خواهد یافت.

در این میان، کنگره آمریکا شاید نخستین چالش بزرگ باشد. قانون‌گذاران آمریکایی ماه گذشته ۱٫۵۱ میلیارد دلار بودجه برای ماموریت‌های اخترفیزیکی در سال جاری به ناسا اختصاص دادند که درمقایسه با سال قبل چهار درصد کمتر است. بدون بودجه‌ی کافی، ساخت نسل جدید تلسکوپ‌هایی فضایی بزرگی که جانشین هابل و جیمز وب شوند، آسان نخواهد بود.