از زمين هاي جديد تا لبه ي عالم
نويسنده:آنيل آنانتا سوامي
مترجم:مجتبي صادقيان
مترجم:مجتبي صادقيان
نسل جديد تلسکوپ ها،جهان را با جزئيات بيشتري به نمايش مي گذارند
در اواخر سال گذشته ميلادي (2008)، ابداع نسل جديد تلسکوپ ها باعث شد تا بشر بتواند بهترين تصوير ممکن را از سياره هاي موجود در مدار برخي ستارگان نزديک به زمين مشاهده کند.
ابداع اين تلسکوپ ها دستاوردي بزرگ محسوب مي شود و دانشمندان توانستند براي نخستين بار سياره هايي بزرگ تر از مشتري را مشاهده کنند؛ سياره هايي که در مدارهايي مابين 24 تا 119 واحد نجومي (AU) قرار دارند. (هر واحد نجومي برابر است با فاصله ميان زمين و خورشيد، معادل 150 ميليون کيلومتر).
دورنماي ساخت تلسکوپ هاي جديد، مشاهده نزديک ترين سياره ها را به ستاره هاي ميزبان تشخيص دهد آنهاست؛ دقيقاً مانند وضعيت يک زمين نسبت به سياره ميزبان خود يعني خورشيد دارد. انجام اين عمل مستلزم ساخت تلسکوپي است که بتواند 3 هزار برابر تلسکوپ جديد ابداع شده، سياره هاي کوچک را در وضعيت و جايگاهشان تشخيص دهد و بتواند نزديک ترين سياره ها را به ستاره هاي ميزبان تشخيص دهد. کاري که حتي بزرگ ترين تلسکوپ هاي امروزي مانند تلسکوپ 10/4 متري کانارياس در جزيره قناري، از انجام آن عاجزند.
اما طبق محاسبات به عمل آمده، احتمالاً ظرف 10 سال آينده بشر مي تواند تلسکوپ هايي بسازد که به راحتي از عهده انجام اين امر برآيند. تلسکوپ هاي بزرگ فعلي مانند تلسکوپ 24/5 متري ماژلان همچنين تلسکوپ 30 متري TMT و همچنين تلسکوپ 42 متري اروپا، هم اکنون نيز قادرند تصاويري با دقت بسيار بالا را ارائه دهند، اما هدف اصلي دانشمندان اين است که بتواند سياره هاي نزديک به ستارگان را مانند موقعيتي که زمين نسبت به خورشيد دارد، مشاهده کنند.
سؤال اصلي اينجاست که آيا سياره هايي مانند زمين در مدارهاي نزديک ستارگان ميزان (در فاصله موسوم به "ناحيه قابل سکونت")وجود دارند يا خير؟ و پاسخ به اين پرسش ممکن نخواهد بود مگر با ساخت تلسکوپ هاي فوق مدرن که احتمالاً در سال هاي آينده نمونه اي از آن ساخته خواهد شد. علاوه بر اين، تلسکوپ هاي مورد نظر مي بايست بتوانند سياه چاله هاي غول پيکر موجود در مرکز کهکشان ها را بررسي کنند و با ترسيم دقيق جزئيات سرعت ستارگان در فضاي نزديک به آنها، اين کار را انجام دهند. تلسکوپ هاي امروزي فقط مي تواند چنين محاسباتي را در مورد سياه چاله هاي موجود در مرکز کهکشان راه شيري انجام دهند. تصاويري که از تلسکوپ TMT يا همان تلسکوپ 30 متري به دست آمده، چند نمونه سياه چاله را در مرکز کهکشان هاي مجاور نمايش مي دهد.
علاوه بر اين، نسل جديد تلسکوپ ها مي بايست بتواند گسترش و رشد جهاني کهکشاني را محاسبه کنند. امروزه سه گروه برجسته اي که براي ساخت تلسکوپ برتر تلاش مي کنند، هدف مشترکي دارند؛ گرچه در نوع رويکرد تفاوت هايي ميان آنها موجود است. به همين دليل، طراحي آينه هاي اوليه آنها از فناوري متفاوتي برخوردار است.
شايد مهم ترين چالش در ساخت تلسکوپ هاي غول پيکر، ابعاد آينه اصلي است که مي تواند وضوح و دقت تصاوير را افزايش دهد. آينه اصلي نور ستارگان را در خود جمع کرده و پرتوي از آن نور را روي آينه کوچک تر دوم منعکس مي کند.
اين عمل انعکاس روي آينه بعدي به همين منول ادامه دارد تا پرتو به دست آمده از نور اوليه در پايان به يکي از آشکارسازهاي تلسکوپ برسد. بزرگ ترين آينه اوليه اي که براي يک تلسکوپ تهيه شده، جسم شيشه اي بزرگي است به عرض 8/4 متر و به نظر مي رسد ساختن آينه اي بزرگ تر از اين ابعاد، در عمل دشواري هاي خاصي به لحاظ کنترل و هدايت خواهد داشت.
علاوه بر اين، عمق بيشتر آينه هاي بزرگ مشکلاتي را نيز به لحاظ دما و حرارت موجود در دل آن، به وجود مي آورد، چرا که اگر اجزاي مختلف يک آينه داراي دماهاي مختلفي باشند، کيفيت تصوير به دست آمده به شدت کاهش خواهد يافت.
پس تنها راه موجود براي ساخت تلسکوپ هاي بزرگ تر، ساخت آينه هايي است متشکل از آينه هاي کوچک کنار هم چيده شده که بتوانند همان وظيفه مورد نظر را انجام دهند.
براي مثال، در تلسکوپ ماژلان قرار است. براي ساخت نمونه جديد 7 آينه بسيار بزرگ از جنس مواد پيرکس با ساختار کندويي شکل ساخته شود تا هم به لحاظ وزن و هم قدرت بتوان آن را کنترل کرد. در اين ساختار، هوا با دماي کنترل شده به درون لايه هاي کندويي شکل پمپاژ مي شود تا بتوان تمام آينه را در يک توازن دمايي براي مدت 20 دقيقه حفظ کرد. در دو تلسکوپ ديگر، قطعات تشکيل دهنده آينه بزرگ ابعادي کوچک تر خواهند داشت. کوچک تر شدن قطعات سازنده آينه، محسنات خاص خود را دارد؛ چرا که مي توان قطعات را به سهولت بيشتري توليد کرد. اما چينش دقيق و کامل تمام اين قطعات در کنار هم، آن هم در شرايط حرکت تلسکوپ، يکي از مضرات اين طرح محسوب مي شود و علاوه بر اين، مي بايست از حسگرهاي خاص براي رديابي حرکت احتمالي قطعات آينه استفاده کرد. مصاف بر اينها، به پيستون ها و ضامن هايي براي کنترل حرکت قطعات آن هم در ابعاد نانو نياز خواهد بود.
فناوري مهم ديگري که در ساخت تلسکوپ هاي نسل جديد استفاده خواهد شد، توانايي تطبيق نوري است. لايه هاي مختلف جو به دليل سطوح دمايي متفاوت و سرعت هاي مختلف، مي توانند نور را در مسير رسيدن به تلسکوپ تحت تأثير قرار دهند. براي رفع اين مشکل، تلسکوپ هاي امروزي سامانه هاي تطبيق نوري تعبيه شده که مي تواند با گسيل پرتو ليزر به سطوح بالايي جو، اين مشکل را برطرف کند.
در اين روش، تصوير به دست آمده از ستاره مورد نظر با تصوير مورد انتظار تطبيق داده شده و ناهنجاري هاي جوي آن بيرون کشيده مي شود و سپس با استفاده از يک آينه قابل انحنا، تصوير اصلاح مي شود. اين آينه قابل انحنا و قابل شکل دهي، بعد از آينه سوم قرار مي گيرد و ساختاري ظريف، ارتجاعي و بسيار حساس دارد.
اين آينه مي تواند اشکال به دست آمده را 50 تا 100 بار در ثانيه تغيير دهد تا بتوان آثار وارد شده از جو را بر روي نور اصلاح کند. با اين حال، نصب و تعبيه چنين سيستمي در درون تلسکوپ، به معني افزايش تعداد آينه هاي آن است و اين مسئله امتياز منفي براي تلسکوپ محسوب مي شود؛ چرا که هر آينه به نوبه خود مقداري نور را جذب کرده و از کيفيت نور نهايي که به آينه اوليه مي رسد، مي کاهد. علاوه بر اين، هر آينه مي تواند آثار دمايي خاص خود را بر جاي بگذارد و تصوير رؤيت شده از طريق پرتو فروسرخ را مختل کند. در تلسکوپ جديد ماژلان، از آينه دوم به عنوان آينه قابل انحنا استفاده مي شود تا اين مشکل به نحوي مرتفع شود. به اين ترتيب، نه تنها آينه اي اضافه نمي شود، بلکه مي توان نور را به طور کامل جذب کرد. البته اين روش نيز مشکلات خود را دارد، چرا که آينه دوم الزاماً مي بايست بزرگ باشد و ساخت آنها با قابليت شکل دهي، چالش هاي خاص خود را خواهد داشت. سازندگان تلسکوپ بزرگ اروپا براي برون رفت از اين مشکل، نگرش آينه چهارم را اتخاذ کردند. بنابراين در تلسکوپ جديد اروپا آينه چهارمي تعبيه مي شود که وظيفه آن آثار کاهش سوءدمايي خواهد بود و نور عبور کرده از دل اين آينه با خروج از تلسکوپ، وارد سامانه سرمايشي با دماي 30 درجه سانتي گراد زيرصفر خواهد شد.
با وجود همه اين چالش ها، هر سه گروه سازنده تلسکوپ هاي نسل جديد اميدوارند تا سال 2017 نخستين تصاوير مطلوب خود را مشاهده کنند و فصل جديد را در اخترشناسي آغاز کنند. به اين ترتيب، به نظر مي رسد بشر بتواند اعماق کهکشان ها را با جزئيات و وضوح بسيار بيشتر مورد کاوش قرار دهد و نکاتي را کشف کند که تا به حال اصلاً انتظار آنها را نداشته است.
منبع:New scientist ،6 December 2008
منبع:نشريه دانشمند - ش 548.
/خ
در اواخر سال گذشته ميلادي (2008)، ابداع نسل جديد تلسکوپ ها باعث شد تا بشر بتواند بهترين تصوير ممکن را از سياره هاي موجود در مدار برخي ستارگان نزديک به زمين مشاهده کند.
ابداع اين تلسکوپ ها دستاوردي بزرگ محسوب مي شود و دانشمندان توانستند براي نخستين بار سياره هايي بزرگ تر از مشتري را مشاهده کنند؛ سياره هايي که در مدارهايي مابين 24 تا 119 واحد نجومي (AU) قرار دارند. (هر واحد نجومي برابر است با فاصله ميان زمين و خورشيد، معادل 150 ميليون کيلومتر).
دورنماي ساخت تلسکوپ هاي جديد، مشاهده نزديک ترين سياره ها را به ستاره هاي ميزبان تشخيص دهد آنهاست؛ دقيقاً مانند وضعيت يک زمين نسبت به سياره ميزبان خود يعني خورشيد دارد. انجام اين عمل مستلزم ساخت تلسکوپي است که بتواند 3 هزار برابر تلسکوپ جديد ابداع شده، سياره هاي کوچک را در وضعيت و جايگاهشان تشخيص دهد و بتواند نزديک ترين سياره ها را به ستاره هاي ميزبان تشخيص دهد. کاري که حتي بزرگ ترين تلسکوپ هاي امروزي مانند تلسکوپ 10/4 متري کانارياس در جزيره قناري، از انجام آن عاجزند.
اما طبق محاسبات به عمل آمده، احتمالاً ظرف 10 سال آينده بشر مي تواند تلسکوپ هايي بسازد که به راحتي از عهده انجام اين امر برآيند. تلسکوپ هاي بزرگ فعلي مانند تلسکوپ 24/5 متري ماژلان همچنين تلسکوپ 30 متري TMT و همچنين تلسکوپ 42 متري اروپا، هم اکنون نيز قادرند تصاويري با دقت بسيار بالا را ارائه دهند، اما هدف اصلي دانشمندان اين است که بتواند سياره هاي نزديک به ستارگان را مانند موقعيتي که زمين نسبت به خورشيد دارد، مشاهده کنند.
سؤال اصلي اينجاست که آيا سياره هايي مانند زمين در مدارهاي نزديک ستارگان ميزان (در فاصله موسوم به "ناحيه قابل سکونت")وجود دارند يا خير؟ و پاسخ به اين پرسش ممکن نخواهد بود مگر با ساخت تلسکوپ هاي فوق مدرن که احتمالاً در سال هاي آينده نمونه اي از آن ساخته خواهد شد. علاوه بر اين، تلسکوپ هاي مورد نظر مي بايست بتوانند سياه چاله هاي غول پيکر موجود در مرکز کهکشان ها را بررسي کنند و با ترسيم دقيق جزئيات سرعت ستارگان در فضاي نزديک به آنها، اين کار را انجام دهند. تلسکوپ هاي امروزي فقط مي تواند چنين محاسباتي را در مورد سياه چاله هاي موجود در مرکز کهکشان راه شيري انجام دهند. تصاويري که از تلسکوپ TMT يا همان تلسکوپ 30 متري به دست آمده، چند نمونه سياه چاله را در مرکز کهکشان هاي مجاور نمايش مي دهد.
علاوه بر اين، نسل جديد تلسکوپ ها مي بايست بتواند گسترش و رشد جهاني کهکشاني را محاسبه کنند. امروزه سه گروه برجسته اي که براي ساخت تلسکوپ برتر تلاش مي کنند، هدف مشترکي دارند؛ گرچه در نوع رويکرد تفاوت هايي ميان آنها موجود است. به همين دليل، طراحي آينه هاي اوليه آنها از فناوري متفاوتي برخوردار است.
شايد مهم ترين چالش در ساخت تلسکوپ هاي غول پيکر، ابعاد آينه اصلي است که مي تواند وضوح و دقت تصاوير را افزايش دهد. آينه اصلي نور ستارگان را در خود جمع کرده و پرتوي از آن نور را روي آينه کوچک تر دوم منعکس مي کند.
اين عمل انعکاس روي آينه بعدي به همين منول ادامه دارد تا پرتو به دست آمده از نور اوليه در پايان به يکي از آشکارسازهاي تلسکوپ برسد. بزرگ ترين آينه اوليه اي که براي يک تلسکوپ تهيه شده، جسم شيشه اي بزرگي است به عرض 8/4 متر و به نظر مي رسد ساختن آينه اي بزرگ تر از اين ابعاد، در عمل دشواري هاي خاصي به لحاظ کنترل و هدايت خواهد داشت.
علاوه بر اين، عمق بيشتر آينه هاي بزرگ مشکلاتي را نيز به لحاظ دما و حرارت موجود در دل آن، به وجود مي آورد، چرا که اگر اجزاي مختلف يک آينه داراي دماهاي مختلفي باشند، کيفيت تصوير به دست آمده به شدت کاهش خواهد يافت.
پس تنها راه موجود براي ساخت تلسکوپ هاي بزرگ تر، ساخت آينه هايي است متشکل از آينه هاي کوچک کنار هم چيده شده که بتوانند همان وظيفه مورد نظر را انجام دهند.
براي مثال، در تلسکوپ ماژلان قرار است. براي ساخت نمونه جديد 7 آينه بسيار بزرگ از جنس مواد پيرکس با ساختار کندويي شکل ساخته شود تا هم به لحاظ وزن و هم قدرت بتوان آن را کنترل کرد. در اين ساختار، هوا با دماي کنترل شده به درون لايه هاي کندويي شکل پمپاژ مي شود تا بتوان تمام آينه را در يک توازن دمايي براي مدت 20 دقيقه حفظ کرد. در دو تلسکوپ ديگر، قطعات تشکيل دهنده آينه بزرگ ابعادي کوچک تر خواهند داشت. کوچک تر شدن قطعات سازنده آينه، محسنات خاص خود را دارد؛ چرا که مي توان قطعات را به سهولت بيشتري توليد کرد. اما چينش دقيق و کامل تمام اين قطعات در کنار هم، آن هم در شرايط حرکت تلسکوپ، يکي از مضرات اين طرح محسوب مي شود و علاوه بر اين، مي بايست از حسگرهاي خاص براي رديابي حرکت احتمالي قطعات آينه استفاده کرد. مصاف بر اينها، به پيستون ها و ضامن هايي براي کنترل حرکت قطعات آن هم در ابعاد نانو نياز خواهد بود.
فناوري مهم ديگري که در ساخت تلسکوپ هاي نسل جديد استفاده خواهد شد، توانايي تطبيق نوري است. لايه هاي مختلف جو به دليل سطوح دمايي متفاوت و سرعت هاي مختلف، مي توانند نور را در مسير رسيدن به تلسکوپ تحت تأثير قرار دهند. براي رفع اين مشکل، تلسکوپ هاي امروزي سامانه هاي تطبيق نوري تعبيه شده که مي تواند با گسيل پرتو ليزر به سطوح بالايي جو، اين مشکل را برطرف کند.
در اين روش، تصوير به دست آمده از ستاره مورد نظر با تصوير مورد انتظار تطبيق داده شده و ناهنجاري هاي جوي آن بيرون کشيده مي شود و سپس با استفاده از يک آينه قابل انحنا، تصوير اصلاح مي شود. اين آينه قابل انحنا و قابل شکل دهي، بعد از آينه سوم قرار مي گيرد و ساختاري ظريف، ارتجاعي و بسيار حساس دارد.
اين آينه مي تواند اشکال به دست آمده را 50 تا 100 بار در ثانيه تغيير دهد تا بتوان آثار وارد شده از جو را بر روي نور اصلاح کند. با اين حال، نصب و تعبيه چنين سيستمي در درون تلسکوپ، به معني افزايش تعداد آينه هاي آن است و اين مسئله امتياز منفي براي تلسکوپ محسوب مي شود؛ چرا که هر آينه به نوبه خود مقداري نور را جذب کرده و از کيفيت نور نهايي که به آينه اوليه مي رسد، مي کاهد. علاوه بر اين، هر آينه مي تواند آثار دمايي خاص خود را بر جاي بگذارد و تصوير رؤيت شده از طريق پرتو فروسرخ را مختل کند. در تلسکوپ جديد ماژلان، از آينه دوم به عنوان آينه قابل انحنا استفاده مي شود تا اين مشکل به نحوي مرتفع شود. به اين ترتيب، نه تنها آينه اي اضافه نمي شود، بلکه مي توان نور را به طور کامل جذب کرد. البته اين روش نيز مشکلات خود را دارد، چرا که آينه دوم الزاماً مي بايست بزرگ باشد و ساخت آنها با قابليت شکل دهي، چالش هاي خاص خود را خواهد داشت. سازندگان تلسکوپ بزرگ اروپا براي برون رفت از اين مشکل، نگرش آينه چهارم را اتخاذ کردند. بنابراين در تلسکوپ جديد اروپا آينه چهارمي تعبيه مي شود که وظيفه آن آثار کاهش سوءدمايي خواهد بود و نور عبور کرده از دل اين آينه با خروج از تلسکوپ، وارد سامانه سرمايشي با دماي 30 درجه سانتي گراد زيرصفر خواهد شد.
با وجود همه اين چالش ها، هر سه گروه سازنده تلسکوپ هاي نسل جديد اميدوارند تا سال 2017 نخستين تصاوير مطلوب خود را مشاهده کنند و فصل جديد را در اخترشناسي آغاز کنند. به اين ترتيب، به نظر مي رسد بشر بتواند اعماق کهکشان ها را با جزئيات و وضوح بسيار بيشتر مورد کاوش قرار دهد و نکاتي را کشف کند که تا به حال اصلاً انتظار آنها را نداشته است.
منبع:New scientist ،6 December 2008
منبع:نشريه دانشمند - ش 548.
/خ
