رصدخانه اي در آسمان!

داده هاي به دست آمده از سوفيا
 

در 26 مي 2010، سوفيا آماده است تا اولين رصدهاي خود را ثبت کند. پيش از اين دانشمندان با استفاده از شبيه سازي هاي رايانه اي و اندازه گيري هاي تونل باد (معبر تونل مانندي که هوا با فشارهاي مختلف از آن عبور مي کند و از آن براي آزمايش مقاومت قطعات مختلف هواپيما و موشک در مقابل باد استفاده مي شود) ميزان مقاومت و دوام ابزارهاي ثبت تصاوير را آزمايش کرده اند. آزمايش ها نشان داد که آنها بسيار مقاوم هستند. با استفاده از ابزار FORCAST (دوربين فروسرخ تلسکوپ سوفيا) دانشمندان توانستند تصاويري از مشتري و کهکشان پرانرژي M82 را در چند دقيقه ثبت کنند. در صورتي که اين عکس ها در رصدخانه هاي مستقر بر روي زمين در طول چندين ساعت گرفته مي شوند.
"سوفيا"، نه يک تلسکوپ فضايي و نه يک رصدخانه مستقر بر روي زمين، که يکي از مفيدترين ابزارهاي نجومي است. سوفيا يک جمبوجت است که توانست يک چهارم مسير را دور دنيا بدون توقف، از نيويورک تا توکيو، انباشته از مسافران، پرواز کند. از هواپيماي مسافربري بوئينگ 747 مدل SP در اواسط 70 ميلادي توليد شد.
بدنه اين هواپيما پهن و از حالت استاندارد کوتاه تر است. "دانا بکمن" يکي از اخترشناسان مسئول پروژه رصدخانه استراتوسفري براي نجوم فروسرخ (SOFIA) که يک برنامه مشترک بين سازمان فضايي آلمان و ناسا، است، مي گويد:"عريض ترين قسمت بدنه اين هواپيما، مي تواند براي جاسازي تلسکوپي با قطر بزرگ مناسب باشد."
در حقيقت يک تلسکوپ عظيم در بخش عقبي يک جمبوجت که مي تواند برفراز لايه هاي بخار آب جو زمين پرواز کند، نصب مي شود. البته ايده حمل يک تلسکوپ توسط هواپيما جديد نيست در سال 1974، ناسا، رصدخانه هوايي کوئيپر (KAO، يک هواپيماي باربري که يک تلسکوپ 90 سانتي متري را براي پژوهش در محدوده فروسرخ حمل مي کرد) را به ماموريت فرستاد. KAO در مدت 20 سال، توانست داده هاي ارزشمندي را در اختيار ما قرار دهد. از جمله تحقيقات و پژوهش هايي که اين ابزار انجام داد، مي توان به بررسي وجود آب در جو مشتري و زحل و حتي بررسي حلقه هاي کم نور اطراف سياره اورانوس اشاره کرد. موفقيت هاي KAO سبب شد تا دانشمندان ناسا در فکر ساخت ابزاري مفيدتر و بزرگ تر باشند.
سوفيا نتيجه تلاش آنها بود. اين ابزار در اواسط سال80 ميلادي طرح ريزي شد. در اين هواپيما يک تلسکوپ بازتابي به وزن 17 تن و قطر 2/5 متر جاسازي شد. سوفيا توانايي آشکارسازي اجرام در طول موج فروسرخ (بين 0/3 و 1600 ميکرومتر) را دارد. اين ابزار، چشم اندازي بديع از تولد ستاره ها و سيارات و نمايي واضح تر و شفاف تر را از ميان گرد و غبار ميان ستاره اي براي ما تهيه مي کند.

چشم اندازي منحصر به فرد
 

اما چرا از تلسکوپ هاي مستقر بر روي زمين استفاده نکنيم؟ در حقيقت، ساخت تلسکوپ هاي زميني نسبتاً ارزان است و مي توانند در اندازه هاي بزرگ با بيشترين دقت و تفکيک پذيري ساخته شوند. به عنوان مثال، قله "ماناکي" در هاوايي چندين تلسکوپ فروسرخ با قطري بيش از هشت متر را در خود جاي داده است. تلسکوپ هاي مستقر بر روي زمين بايد حريف لايه ضخيم بخار آب موجود در جو شوند که مقدار زيادي از طيف فروسرخ را جذب مي کند؛ صورتي که براي تلسکوپ هاي فضايي چنين مشکلي وجود ندارد. به عنوان مثال، رصدخانه فضايي"کپلر" ناسا مي تواند تفاوت در درخشندگي را به اندازه يک در 100 هزار آشکار کند. يعني قادر است تضعيف نور اندک ستارگان دوردست را که به سبب گذر سيارات از جلوي آنها ايجاد شده ثبت کند. تلسکوپ فضايي بزرگ ديگر يعني "هابل" نيز بسيار حساس است. اين تلسکوپ ما را قادر ساخته که به اعماق کيهان کهن بنگريم. تنها اشکال ابزارهاي فضايي، قيمت بسيار گران آنهاست؛ ضمن آن که قطر آينه هاي تلسکوپ هاي فضايي بايد نسبتاً کم باشد.
قابليت پرواز رصدخانه سوفيا در ارتفاع 12 تا 14 کيلومتري، اين مزيت را دارد که از 99 درصد لايه رطوبتي جو زمين رهايي يافته و امواج فروسرخ را از فضا دريافت کند. بکمن مي گويد: "قابليت و توانايي اين ابزار تقريباً در حد يک رصدخانه فضايي است. يکي از موارد استفاده از سوفيا، مشاهده ستارگاني است که مانند خورشيد ما در اواسط عمر خود به سر مي برند و نور مرئي گسيل مي کنند. اين ابزار همچنين مي تواند ستاره ها را در زمان تولد و ابتداي زندگي شان، يعني زماني که نسبتاً سرد هستند، مشاهده کند."
دانشمندان تصور مي کنند که يک ستاره از توده هاي پراکنده ماده شکل مي گيرد به اين صورت که اين مواد پراکنده به سبب گرانش، به کندي به يکديگر نزديک مي شوند، توده ها به هم پيوسته مي شوند، فشار و دما افزايش مي يابد تا زماني که اين توده مشتعل شود. با اين حال، سوالات حل نشده اي وجود دارد. از جمله اين که بيشينه و کمينه جرم اوليه براي شکل گيري يک ستاره چقدر است؟
شايد سوفيا با مطالعه روي ستارگان تازه متولد شده در طيف فروسرخ، بتواند پاسخي براي اين سوال يافته و به اخترشناسان اين فرصت را بدهد که مدل هاي رايانه اي شان را با نمونه هاي واقعي آزمايش کنند.

ميدان ديد سوفيا
 

بيشتر تولدهاي ستاره اي نزديک به مرکز کهکشان اتفاق مي افتد. بنابراين ميدان ديد سوفيا بايد به اين سمت تنظيم شود. بهانه اي ديگر براي نگريستن به اين محدوده، وجود سياه چاله اَبرپرجرمي است که در مرکز کهکشان راه شيري قرار دارد و ميليون ها برابر پر جرم تر از خورشيد بوده و تمام ستاره هاي کهکشان ما پيرامون آن مي چرخند. شکل گيري اين سياه چاله عظيم و نيرومند، موضوعي بحث انگيز است. برخي مي گويند اين سياهچاله از ادغام چندين سياه چاله کوچک تر شکل گرفته است. بعضي ديگر معتقدند که اين سياه چاله از به هم پيوستن مواد در طول ميليون ها سال، به اين اندازه رشد کرد.
"اريک بکلين"، مشاور علمي پروژه سوفيا علاقه زيادي به بررسي "پيش ستاره ها " و سياه چاله اَبرپرجرم کهکشان راه شيري دارد. در اواخر سال 1960 ميلادي، او در کشف اولين پيش ستاره که در صورت فلکي جبار قرار داشت، نقش داشت. پس از آن، وي يکي از اعضاي گروهي بود که شواهدي را مبني بر وجود سياه چاله مرکزي پيدا کرد.
او مي گويد: "چگونگي شکل گيري ستارگان و تحقيق در مورد هسته کهکشان ما، دو موضوعي هستند که من در طول زندگي ام روي آنها کار کرده ام."
مطالعه مرکز کهکشان بسيار مشکل است، زيرا اين بخش در ميان ابرهاي غبار پيچيده شده است. سوفيا مي تواند اين ابرها را براي جست جوي منشأ حسات وارسي کند. دانشمندان مي دانند که فرآيندهاي بسيار زيادي روي زمين وجود دارند که ملکول هاي آلي (ارگانيک) پيچيده اي را مي آفرينند. دانشمندان با استفاده از تلسکوپ هاي فروسرخ مي توانند مولکول هاي آلي موجود در فضا را تشخيص دهند. آنها مي دانند که سيارات، قمرها، دنباله دارها و غبار ميان ستاره اي، مولکول هاي آلي را در خود جاي داده اند. اما کشف توزيع مولکول ها و چگونگي منتقل شدن آنها، چندان آسان نيست. بررسي اين موضوع به دانشمندان کمک مي کند که تعيين کنند آيا منشا حيات بر روي زمين بوده است يا جايي بسيار دورتر از خانه ما.
بکلين مي گويد: "زندگي از کجا مي آيد؟ اين سوال براي من بسيار اسرارآميز است. من فکر نمي کنم سوفيا کليد کشف اين معما باشد، اما اين ابزار مي تواند آماري را از مکان اين مواد آلي در اختيار ما قرار دهد."
"ديويد نيوفلند" از دانشگاه جان هاپکينز، اخترشناسي است که با استفاده از سوفيا به جست و جوي مولکول هاي آلي در فضا مي پردازد. او در نظر دارد براي چندين سال آينده، مناطق چگال غبار ميان ستاره اي را که از مولکول ها ساخته شده زير نظر بگيرد. او مي گويد: "تاکنون حدود 150 مولکول متفاوت در فضاي بين ستاره اي آشکار سازي شده است. بسياري از آنها آلي و برخي از آنها مولکول هايي بسيار آشنا همچون اسيد استيک يا الکل بودند."

ماواراي منظومه شمسي
 

سياراتي که در خارج از منظومه شمسي ما قرار دارند، با عنوان "سيارات خا رجي" شناخته مي شوند. رصدخانه هوايي به اندازه کافي حساس نيست تا سيارات خارجي جديد را آشکار کند (اين ماموريت بايد به تلسکوپ هاي متخصصي همچون " کپلر" ناسا يا " کورو" واگذار شود). با اين حال، سوفيا مي تواند خصوصيات سيارات خارجي جديدي را که کشف شده اند، تجزيه و تحليل کند.
بکلين مي گويد: "اقدامات بعدي بسيار مهم است. زماني که شما يک سياره خارجي را کشف مي کنيد، بايد به بررسي هاي خود ادامه دهيد تا بفهميد اين سياره چقدر جرم دارد يا مواد تشکيل دهنده آن چيست."
امروزه بيش از 350 سياره خارجي کشف شده است. قطر بيشتر آنها به اندازه مشتري يا بزرگ تر از آن است. اخترشناسان به دنبال کشف سياره اي خارجي شبيه به زمين هستند: کوچک، نه خيلي داغ و نه خيلي سرد، و با مقدار فراواني آب. اگر چنين سياره اي پيدا شود، فرضيه وجود حيات در مکان ديگري در جهان باور کردني تر مي شود. سوفيا تنها براي ارضا کردن حس کنجکاوي اخترشناسان حرفه اي پرواز نخواهد کرد. سوفيا تنها رصدخانه پژوهشي نجومي است که از همان ابتدا، براي نزديک تر کردن دانشمندان به افراد عادي در يک محيط پژوهشي ، طراحي شده است. سوفيا اولين پرواز خود را در ماه مي (ارديبهشت) انجام داد. اين وسيله به مدت 6 ساعت در تاريکي شب به پرواز درآمد تا تصاوير شفافي را در نور فروسرخ از مشتري تهيه کند.
بکلين مي گويد: "ما بسيار هيجان زده شده بوديم، چون سوفيا بهتر از آن چه ما انتظار داشتيم. کار مي کرد. تصاويري که ما در طول موج 37 ميکرومتر گرفته بوديم بهتر از تصاويري بود که تا آن زمان به دست آورده بوديم."
هدف ماموريت سوفيا در عمر 20 ساله اش کشف حقايق پنهان در مورد کيهان است.
نيوفلد مي گويد: "زماني که شما به تصاوير ثبت شده در نور فروسرخ نگاه مي کنيد، در حقيقت به جهاني سرد مي نگريد. سوفيا به ما کمک خواهد کرد تاجهانمان را بهتر از آن چه تا کنون مي شناختيم، درک کنيم."

چرا ما به سوفيا نياز داريم؟
 

طول موج فروسرخ علاوه بر قابليت تعيين ترکيب سيارات، گرد و غبار بين ستاره اي و ديگر اجرام فضايي، مي تواند ستاره ها را در ابتداي زندگي شان يعني دوره هايي که هنوز سرد هستند، به نمايش بگذارد. بنابراين اخترشناسان مشتاق داشتن تلسکوپ هايي برده اند تا به کمک آنها نور فروسرخ را با بيشترين وضوح ممکن تقويت وبررسي کنند. سوفيا مي تواند داده هاي خود را از فراز بخار آب موجود در جو زمين جمع آوري کند. دانا بکمن مي گويد: «ما مي توانيم قطعات هواپيما پيشرفته تر جايگزين کنيم. اين در حالي است که به روز رساني هابل، وقت و هزينه بسيار زيادي مي طلبد.»

حقايقي در مورد سوفيا
 

- سوفيا در سال 1985 به عنوان جانشيني براي رصدخانه هوايي کوئيپر يا KAO طراحي شد. اما تا سال 1995 تحقيقات علمي و پيشرفت آن آغاز نشد.
- سوفيا به همراه يک تلسکوپ فروسرخ با آينه 2/5 متري که به محدوده فروسرخ از 0/3 تا 1600 ميکرومتر دسترسي دارد، بزرگ ترين رصدخانه هوايي جهان است.
- سوفيا در عمر 20 ساله خود 160 پرواز را انجام مي دهد.
- سوفيا مي تواند سه پرواز را به همراه خدمه، 15 دانشمند، تکنسين يا بازديد کننده انجام دهد.
منبع: مجله "اسکات ات نايت" «آسمان در شب»، نوامبر 2010
منبع: دانشمند شماره 567