تلسکوپ فضایی، رؤیای دیروز

قرار بود که تلسکوپ فضایی هابل (HST) "ماشین اکتشاف" نجوم باشد، عالم را به وضوح تمام بنماید و رازهای آن را یکی پس از دیگری بگشاید. اما در اواخر ژوئن سازمان ناسا قبول کرد که این تلسکوپ 55 و 1 میلیارد دلاری نمی‌تواند نور ستارگان را به دقت کافی کانونی کند. از آن پس تلسکوپ هابل آماج متلکهای گزنده مطبوعات قرار گرفت. رؤیای دهها ساله منجمان، که دوربین بزرگی را بیرون جو زمین بر مدار قرار دهند، ناگهان به کابوس مبدل شد.
اوضاع موقعی وخیمتر شد که ناسا درنهم اوت نتایج مقدماتی تحقیقاتش را درباره این شکست فاجعه بار اعلام کرد. خرابی کار از دستگاهی است موسوم به "تصحیح کننده صفر" که ده سال پیش در آخرین مراحل صیقل دادن آینه اصلی، برای آزمون شکل آینه به کار رفته بود. به علتی نامعلوم فاصله بین دو جزء ابتیکی این دستگاه به اندازه یک میلی متر نامیزان بوده است. متأسفانه، در جریان کاری که حاصل آن سطح باز تابنده ای به همواری 50/ 1 طول موج نور بوده، اشتباهی 100000 مرتبه بزرگتر راه یافته و کسی هم متوجه آن نشده است.
اندک زمانی پس از دریافت "اولین فروغ" این تلسکوپ در بیستم ماه مه معلوم شد که یک جای کار می‌لنگد. تصویر ستاره‌های منفرد به صورت مراکز پر نوری بود که هاله بزرگتر و کم نورتری آن را احاطه کرده بود. بدواً اشکال را به کانونی نبودن تلسکوپ نسبت دادند، ولی به گفته جان تراوگر، از آزمایشگاه جت پروپالشن "کسانی هم در میانمان بودند که از همان اول وجود کج نمایی کروی را حس زدند"، یعنی نوری که از نزدیکی کناره آینه می‌آید در همان جا کانونی نمی‌شود که نور باز تابیده از مرکز آینه. اما همه این نظر را قبول نداشتند، تا آن که یک ماه صرف کانونی کردن تلسکوپ شد و حاصلی به بار نیامد. اشکال از دوربینهای تلسکوپ هم نبود، زیرا تصویرهای هر دو دوربین هاله‌هایی شبیه هم داشتند. تنها توضیحی که می‌شد داد این بود که آینه ها، و احتمالاًآینه اصلی، تصادفاٌ شکلشان غلط بود.
ناسا بلافاصله هیأتی به سرپرستی لیو آلن، مدیر آزمایشگاه جت پروپالشن، را مأمور تحقیق کرد. این هیئت متشکل از متخصصان اپتیک و کنترل کیفیت بود. راجر انجل یکی از اعضای هیئت و منجم دانشگاه آریزونا، می‌گوید که فعالیت تجسس پس از مدت کوتاهی بر "اپتیک صفر" متمرکز شد. اشکال باید در اینجا می‌بود زیرا مهمترین کار در جریان صیقل دادن آینه "آزمون صفر" است. کارخانه سازنده (برکین – المر که نام جدیدش هنوز دانبری اپتیکال سیستمز است) هر دو "تصحیح کننده صفر" را کم و بیش به همان وضعیتی که برای آزمون آینه به کار رفته بود، نگه داشته بود. به گفته انجل، متخصصان برکین – المر در مراحل نهایی شکل دادن به آینه فقط به "آزمون صفر بازتابی" کفایت کرده بودند و اشکال هم از همین جا ناشی شده بود. هیئت آلن از مهندسان کارخانه سازنده خواست تا زیر نظر ناسا تصحیح کننده صفر بازتابی را دقیقاٌ بازبینی کنند. در 9 اوت گزارش مقدماتی این بازبینی توسط ناسا اعلام شد: "نتایج مقدماتی آزمونی که... در مورد فواصل اجزای تصحیح کننده انجام گرفت حاکی از وجود خطای آشکاری در حدود میل متر بود".
در حالی که همه در این فکر بودند که چطور چنین اشتباه قابل اجتنابی سبب فلج شدن تلسکوپی به این درجه از اهمیت شده است، متخصصان
پروژه به امکانات گوناگون تصحیح این اشتباه می‌اندیشیدند.
آشکار ترین چاره آن بود که از بیست و چهار پیستونی که در پشت آینه تعبیه شده بود استفاده کنند و آینه اصلی را به شکل صحیح بازگردانند. این پیستونها را عمدتاً به منظور تصحیح آستیگماتیسم اندکی که احتمالاٌ به دلایل دیگر ممکن بود ایجاد شود، در پشت آینه نصب کرده بودند. اما تصحیحی که باید انجام می‌شد هم نسبتاٌ بزرگ بود و هم باید در ناحیه ای اعمال می‌شد هم نسبتاٌ بزرگ بود و هم باید در ناحیه ای اعمال می‌شد که آینه خیلی سفت و محکم است. پیستونها آن قدر قوی نبودند که تغییر لازم را به وجود بیاورند. تازه اگر هم می‌توانستند، چنین کاری درست نبود. سطح جلویی آینه در سه نقطه ثابت شده بود. اعمال فشار در 24 نقطه از پشت آینه ممکن بود اعوجاجهایی ایجاد کند که بدتر از کج نمایی اولیه باشند.
راه دیگر این است که شاتلی پرتاب شود تا تلسکوپ را برای تعمیر به زمین بیاورد. اما هزینه زیاد و مخاطره ای که با فرود آوردن سفینه، باز کردن و تصحیح و تعویض آینه معیوب، و پرتاب دوباره آن به فضا همراه است، عملی بودن این کار را منتفی می‌سازد.
راه دیگر این است که با قرار دادن یک حلقه کدر (دریچه) از قطر دهانه تلسکوپ بکاهیم. با این کار تور به کنار آینه (که انحرافش از شکل مطلوب خیلی بیشتر از نواحی مرکزی است) نمی‌رسد. اما بردی که از این کار در کیفیت تصویر حاصل می‌شود جبران باخت ناشی از کاهش توان جمع آوری نور و قدرت تفکیک زاویه ای را نمی‌کند.
اگر تعمیر خود تلسکوپ غیر عملی است، آیا بهتر نیست که چاره ای برای تک تک وسایل اندیشید؟ یک چاره کار این است که بر هر یک از این وسایل یک سیستم اپتیکی تصحیح کننده سوار کنیم که اثر کج نمایی را از بین ببرد. اما این کار را نمی‌توان در مدار انجام داد، زیرا کار کردن با عدسیها و آینه‌های کوچک برای فضانوردان دستکش به دست چندان آسان نیست. برگرداندن این وسایل به زمین نیز راه چندان خوبی به نظر نمی‌رسد، زیرا نه تنها خیلی گران تمام می‌شود بلکه تلسکوپ را برای مدتی از کار می‌اندازد.
به این ترتیب تنها راه ممکن، تعویض وسایل کنونی با وسایل جدیدی است که در طرح آنها آثار کج نمایی تلسکوپ به حساب آمده و جبران شده باشد. طراحی سه دستگاه نیرومند جدید از مدتها پیش شروع شده است. طراحی سه دستگاه نیرومند جدید از مدتها پیش شروع شده است. اما فرصت کافی هست که تغییراتی در آنها داده شود تا پس از نصب واضح و روشن "ببیند."
دستگاه اول "همزاد" دوربین میدان وسیع و سیاره ای کنونی تلسکوپ است. قبلاً قرار بود که این دوربین روانه تلسکوپ فضایی شود. این دوربین (مانند سلف اش که بر تلسکوپ فضایی سوار است) دارای هشت CCD است. CDD پشت تلسکوپهای رله ای قرار می‌گیرند که باریکه f/24 ورودی را به باریکه‌هایf/12,9 و f/3 تبدیل می‌کنند. به فرض آن که منشأ کج نمایی، آینه اصلی باشد می‌توان هشت رله ثانوی جدید ساخت که خطاها را کاملاٌ جبران کنند، منتها اول باید میزان کج نمایی را به دقت تمام دانست. بنابراین تعیین خطای آینه، از اواسط ژوئیه در صدر برنامه کار قرار گرفت. البته حالا، با تشخیص تصحیح کننده معیوب در کارخانه سازنده، کار خیلی آسانتر شده است. ناسا قول داده بود که دوربین جدید را، قبل از پرتاب، سر تا پا امتحان کند.
دو دستگاه نسل دو دیگر هم در همان حوالی روانه تلسکوپ شدند: طیف نگار تصویرگر، تلسکوپ خواهند شد: طیف نگار تصویرگر تلسکوپ فضایی. (STIS) و دوربین فرو سرخ نزدیک و طیف سنج با شیئی چندگانه (NICMOS) تغییرات اندکی در طرح این دستگاهها لازم است داده شود تا بتوانند خطاهای ناشی از آینه اصلی را جبران کنند.
اما اخترشناسان، که نمی‌خواهند سه تا شش سال صبر کنند، به تصویرپردازی کامپیوتری روی آورده اند تا شاید ازاین راه بتوانند بخشی از تواناییهای از دست رفته تلسکوپ فضایی را بازیابی کنند. رابرت اساچنیک (از دفتر مرکزی ناسا) به خاطر تخصصی که در بازسازی تصویرهای نجومی‌دارد، خیلی مشهور است. او در اواخر ماه ژوئن، از "جادوگران" بهبود تصویر در رشته‌های مختلف "گروه ضربتی" شکیل داد. این گروه مأمور شد که با تیمهای مختلف همکاری کند و ببیند که آیا می‌توان با پردازش تصویر کیفیت اطلاعات حاصل را بهتر کرد. گزارش مقدماتی این گروه حاکی از آن است که در مورد چشمه‌های پر نور با کنتر است زیاد، تصحیح دیجیتال می‌تواند توان تفکیک اخترشناسانی که هنوز امید دارند تحقیقات درجه اولی با تلسکوپ فضایی انجام بدهند، به ارزیابی صدمه ای که به توان علمی‌تلسکوپ هابل نسبت به دستگاههای زمینی، کیفیت وضوح تصویرهای آن بود. با ازدست رفتن این کیفیت، نزدیک به نیمی‌از برنامه‌های 5 و1 سال اول منتفی شده است. در برنامه‌های باقیمانده، کیفیت تصویر اهمیت کمتری دارد؛ اساس این برنامه ها دریافت نور فرابنفش ستاره ها و خلاصی از پدیده "چشمک زدن" است.
جمس وستفال رئیس گروه که دوربین میدان وسیع و سیاره ای را ساخته است می‌گوید: "از 34 برنامه فقط یکی را می‌توانیم انجام بدهیم". تنها 10 تا 20 درصد از رصدهایی که منجمان در نظر گرفته بودند، اجرا خواهد شد. دوچو ماکتو، محقق اصلی دوربین اجرام کم نور (متعلق به آژانس فضایی اروپا) می‌گوید که تیم او امکان اجرای نیمی‌از برنامه‌های علمی‌خود را از دست داده است و با توجه به نور کمی‌که به مرکز تصویر می‌رسد زمان رصد، شش برابر مدت برنامه ریزی شده طول خواهد کشید.
طیف نگار گو دارد با تفکیک زیاد، طیف نگار اجرام کم نور خواهد بود وفوتومنر بسیار سریع بین 1 و0 تا 2 ثانیه قوس آسمان را خواهد پوشاند. در نتیجه خش قابل ملاحظه ای ازنور ستاره دریافت نخواهد شد و زمان نوردهی طولانی تری لازم خواهد بود. از طرف دیگر چشمه‌های جالب توجه که مورد نظر منجمان بود در ناحیه بسیار پر ستاره واقع اند.تصویرهای بزرگ و گسترده تلسکوپ فضایی، انجام این مطالعات را منتفی کرده است.
تنها برنامه ای که ظاهراٌ صدمه ندیده، اختر سنجی (آسترومتری) با سنسورهای هدایت دقیق است.
دلیلش این است که دهانه سنسورها نسبتاٌ بزرگ است و فقط تعیین محل مرکز تصویر ستاره کافی است تا اندازه گیری مفیدی صورت بگیرد.پیش از آن که تقسیم مجدد مدت رصد برنامه ها انجام بگیرد باید دقیقاً دانست که تلسکوپ چه کارهایی را می‌تواند بکند و چه کارهایی را نمی‌تواند.علاوه بر کج نمایی کروی آینه اصلی، مشکلات دیگری هم گریبانگیر تلسکوپ فضایی هست. هر بار که سفینه از حد فاصل ش و روز می‌گذرد، بالهای عظیم باطری خورشیدی سفینه دستخوش حرکتهای نسبتاً شدیدی می‌شوند که بر اثر آن نشانه گیری تلسکوپ 1 و 0 ثانیه قوس جا به جا می‌شود. در مواقع دیگر نشانه گیری تلسکوپ با دقت 005% ثانیه قوس ثابت می‌ماند. مهندسان پروژه امیدوارند که بتوانند این اشکال را به کمک یک نرم افزار کنترل کننده تا حدی برطرف کنند.
مأموریت تلسکوپ هابل ممکن است 15 سال یا بیشتر طول بکشد. در این مدت برای منجمان فرصتهای زیادی دست خواهد داد تا رصدهایی را که اکنون به تعویق افتاده است، انجام بدهند. اما از نظر منجمانی که بهترین سالهای عمرشان را بر سر این پروژه گذاشته اند و ثمره کارشان را، بر اثر اشتباه که روی داده است دیگران خواهند چید، حاصل علمی‌این مأموریت به هر حال تلخ و شیرین خواهد بود.