عبور از نوستالژی تلسکوپ هابل

این تلسکوپ فضایی که از آن به چشم همیشه بیدار و تیزبین زمین در فضا نیز یاد می‌شود، چهارم اردیبهشت 1369 با هدفی بزرگ راهی مدار زمین شد: کشف ناشناخته‌های عالم آن هم از ورای جو و جایی که شفافیت آسمان به اوج خود نزدیک می‌شود. هابل با بودجه نجومی 2.5 میلیارد دلار (حدود 8500 میلیارد تومان) به فضا پرتاب شد و مدت‌هاست در ارتفاع 559 کیلومتری زمین و درحالی که با سرعت 7.5 کیلومتر بر ثانیه حرکت می‌کند هر آنچه را که اخترشناسان می‌خواهند، برایشان رصد و عکسبرداری می‌کند. اما با بازنشسته شدن شاتل‌های فضایی، دیگر نه فرصتی برای تعمیر دوره‌ای این تلسکوپ وجود داشته و نه اصولا امکان آن فراهم بوده است. ساختار شاتل‌ها و نوع پرواز آنها به گونه‌ای بود که امکان نزدیک شدن به هابل و تعمیر آن توسط فضانوردان وجود داشت.

اما همان فضانوردانی که بیست و یکم اردیبهشت 1388 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 می‌کرد تلسکوپ به تعمیرات اساسی نیاز دارد. طی دو دهه باتری‌ها 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 پیاده‌روی فضایی طاقت‌فرسا هابل دوباره همانی شد که ناسا انتظارش را داشت.

معمولا در ماموریت‌های فضایی که در آن ایستگاه فضایی بین‌المللی هدف است، فضانوردان به یکدیگر این امیدواری را می‌دهند که «هرچه انجام نشد در مأموریت بعدی عملی خواهد شد» اما فضانوردان این مأموریت خیلی خوب می‌دانستند که این آخرین باری است که انسان تلسکوپ هابل را در فضا تعمیر می‌کند و به همین دلیل آن را خیلی اساسی تعمیر کردند به طوری که تا مدت‌ها بدون نقص به فعالیت‌هایش ادامه دهد. در واقعیت هم چنین شد. هابل در سال 1388 به گونه‌ای تعمیر شد که ناسا به رغم بسته شدن پرونده شاتل‌ها و نداشتن ابزار لازم برای تعمیرات بعدی، نگرانی درباره عملکرد آن نداشته باشد. اما حالا پنج سال از آن روزها گذشته و ناسا خوب می‌داند که این تلسکوپ فضایی بتدریج کیفیت رصدی خود را از دست می‌دهد. تلسکوپ فضایی هابل که اکنون بیست و پنج ساله شده بدون پشتیبانی زمینی قابلیت حفظ خود در مدار تعیین شده را ندارد.

تلسکوپ هابل درست مثل یک گوشی تلفن همراه هوشمند هر چند سال یک‌بار به روز می‌شد. از سال 1372 تا 1381 ناسا در مجموع چهار مأموریت برای تعمیر این تلسکوپ انجام داد. پنجمین مأموریت از ابتدا برای سال 1384 برنامه‌ریزی شده بود اما انفجار شاتل کلمبیا دوازدهم بهمن 1381 تمام برنامه‌ها را تغییر داد.

لغو سرویس برنامه‌ریزی شده هابل به معنای ادامه فرسایش و خردگی قطعات آن بود. این تلسکوپ هر ۹۷دقیقه یک‌بار به دور زمین می‌چرخد و این یعنی نیمی‌از حیات آن در معرض پرتوهای خورشید و نیمی‌ در تاریکی سپری می‌شود و جالب اینجاست که این تغییر حالت و انبساط و انقباض‌های متعدد در قطعات آن که با سرعت زیادی در حال تکرار شدن است، نتیجه‌ای جز فرسودگی بیشتر هابل نداشته است. مایک ماسیمینو از فضانوردان مأموریت تعمیر هابل می‌گوید: 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 می‌گوید: وقتی به تلسکوپ‌ فضایی هابل رسیدیم، فقط ۲۰ درصد از چیزی که از ابتدا بود از آن باقی‌مانده 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.

جیمز وب؛ جانشین تلسکوپ فضایی هابل و اسپیتزر

اکنون که خداحافظی از تلسکوپ فضایی هابل تقریبا قطعی شده، ناسا خود را برای پرتاب چشم تیزبین‌تری به فضا برای جانشینی تلکسوپ هابل و تلسکوپ فضایی اسپیتزر (Spitzer) آماده می‌کند. درون یکی از بزرگ‌ترین و تمیزترین اتاق‌های مرکز پروازهای فضایی گادارد ناسا نزدیک به ۳۰ دانشمندان و مهندس این آژانس در حالی که پوشش‌های مخصوصی بر تن داشته و از عینک‌های حفاظتی ویژه‌ای استفاده می‌کنند گرداگرد ماشینی می‌گردند که گفته می‌شود دانش بشر را درباره کهکشان‌ها و اجزای سازنده آنها دگرگون خواهد کرد.

آینه‌هایی پوشیده از طلا، پوشش حفاظتی بزرگی به اندازه زمین تنیس برای مصون ماندن در برابر پرتوهای خورشید و دوربین‌های مادون قرمز حساس از جمله تجهیزاتی هستند که بتدریج سرهم می‌شوند تا سازه‌ای مهم و تاثیرگذار به نام «تلسکوپ فضایی جیمز وب» خلق شود. اما چرا این تلسکوپ تا این حد مهم ارزیابی می‌شود؟

اخترشناسان امیدوارند که جیمز وب پرتوهای نوری را شناسایی کند که «خیلی» از زمین دور هستند، آنقدر دور که تصور چنان فاصله‌هایی شاید به سختی در ذهن انسان بگنجد و جالب این‌که همچنان نیز در عالم در حال دور شدن از خوشه‌های کهکشانی دیگر هستیم. به باور اخترشناسان عالم همچنان در حال انبساط است. با این حال اگر تلسکوپ جیمز وب به اندازه کافی قدرتمند باشد، می‌تواند تولد نخستین کهکشان‌ها را مشاهده کند. آنها حدود 13.5 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 فیزیکدان‌های برنامه ساخت تلسکوپ فضایی جیمز وب می‌گوید: کار ما شبیه نفوذ در تاریخ و برملاساختن رازهای آن است. درحقیقت ما عالم را شخم می‌زنیم 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 6.5 متر است که در مقایسه با تلسکوپ‌ هابل با قطر آینه 2.4 متر، بیش از 7 برابر قدرت جمع‌آوری نور بیشتری دارد. البته هابل نخستین تلسکوپ فضایی جهان به شمار نمی‌آید، اما مشاهدات وی به کشفیاتی منجر شده که گفته می‌شود 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 بزرگ‌تر داشته و در بخش تاریک‌تری از فضا مستقر خواهد شد. به این ترتیب قادر خواهد بود تصاویری شفاف از دوردست‌ترین کهکشان‌ها تهیه و راهی زمین کند. اما چگونه؟ تصاویری که این تلسکوپ از اعماق فضا شکار می‌کند، توسط چهار دوربین فروسرخ ثبت می‌شود. در حقیقت این دوربین‌ها نوری را که بسرعت از زمین دور شده و از حالت طیف مرئی به طیف مادون قرمز تبدیل می‌شود را با بالاترین کیفیت شکار و تبدیل به تصاویر ارزشمند برای اخترشناسان می‌کند. 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 نمی‌گیرد.

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

البته این دوربین‌ها وظایف تقریبا از پیش تعریف‌شده‌ای نیز دارند: از آن جمله که اتمسفر سیاره‌های فراخوشیدی را جستجو می‌کنند که به گرد ستاره‌هایی ‌جز خورشید می‌چرخند. این جستجو با هدف کشف نشانه‌های احتمالی از آب، اکسیژن و حتی شاید آثار ناشی از تمدن فرازمینی و در کل ردپایی از حیات صورت می‌گیرد.

اما همان‌قدر که این تلسکوپ برای دانشمندان اهمیت دارد، برنامه آماده‌سازی 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 تازه‌ترین فناوری‌های شبیه‌سازی مورد آزمایش قرار می‌دهند. 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.

جیمز وب در نقطه مداری که حدودا 1.5 میلیون کیلومتر از زمین فاصله دارد (در نقطه لاگرانژدوم) مستقر خواهد شد. مقایسه این مسافت با فاصله ۵۵۹ کیلومتری هابل از زمین گویای بسیاری از تفاوت‌هاست. مطالعات اولیه برای ساخت تلسکوپ جانشین تلسکوپ هابل از سال 1375 آغاز و سال 1381، نام جیمز وب برای این تلسکوپ برگزیده شد. پیش‌بینی می‌شود این تلسکوپ مهر 1397 همراه یک فروند موشک آریان پنج راهی سفری طولانی شود؛ سفری که طبق ارزیابی‌ها حدود پنج تا ده سال به طول خواهد انجامید و اخترشناسان حساب ویژه‌ای روی آن باز کرده‌اند.

تلخ‌ترین شمارش معکوس

ناسا هرقدر هم که توانمند باشد، نمی‌تواند زمان را متوقف کند. هر بار که هابل به واسطه سرد و گرم شدن مرتعش می‌شود، اندکی از مدار تعیین شده فاصله می‌گیرد. البته در آخرین مأموریت تعمیر هابل فضانوردان آن را در بالاترین ارتفاع ممکن در مدار قرار دادند. ماسیمینو می‌گوید: مشکل اصلی خود تلسکوپ هابل نیست؛ بلکه فاصله گرفتن تدریجی از مدارش است، به طوری که به آهستگی به زمین نزدیک‌تر می‌شود.

اکنون ناسا دو راه پیش رو دارد: پیداکردن 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 رسمی‌و مشخصی در نظر ندارد و هر چند نسل آینده فضاپیمای سرنشین‌دار آن یعنی اوریون در حال سپری کردن پرتاب‌های آزمایشی است، اما حداقل تا سال 1401 نمی‌توان روی پرتاب سرنشین‌دار آن حساب کرد. نکته مهم اینجاست که هابل در سال‌های بعد به سطحی از فرسودگی می‌رسد که انجام مأموریت روباتیکی گره‌ای از مشکلات آن باز نمی‌کند و فقط دست‌های با تجربه فضانوردان است که می‌تواند آن را نجات دهد. در این میان حضور بخش خصوصی نیز می‌تواند به عنوان گزینه‌ای برای فکر کردن در نظر گرفته شود، ایده‌ای که طی آن تاکسی‌های 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 می‌رسد.

Popsci / مترجم: مهدی پیرگزی‌