اخترشناسان فضايي چگونه مي توانند زمين را پيدا كنند؟
نويسنده: ژوزف لاتزيو
مترجم: شادي حامدي آزاد
مترجم: شادي حامدي آزاد
مي توانيم كاري كنيم كه همتايان ما در دنياهاي دوردست، آسان تر بتوانند نشانه هايي از وجود ما بيابند. اما اين تعهدي سنگين براي ما ايجاد خواهد كرد
در روز 25 بهمن سال 1370 فضاپيماي ويجر1، پيش از آن كه چشمان روبوتيك خود را براي هميشه ببندد، نگاهي دوباره به سوي سياره ي «مادري اش» انداخت. ما پيش تر هم تصاوير زمين را از فضا ديده بوديم- كه شاخص ترين آن ها تصاوير مأموريت آپولو بودند- با اين حال، نمايي كه ويجر1 از زمين گرفت نخستين نمايي بود كه مي شد آن را به تصوير زمين از ديد رصدگران بيگانه ي دوردست تشبيه كرد؛ نقطه ي آبي كم رنگي كه تقريباً در ظلمت اقيانوس كيهاني ناپيداست. ويجر 1 مي دانست به كجا نگاه كند. اما آيا ممكن است تمدني را پيدا كند؟ اگر چنين شود، آيا آن ها فقط سياره مان را آشكار مي كنند يا ممكن است كه به وجود انسان هم پي ببرند؟
مي توانيم اين پرسش ها را به دو بخش تقسيم كنيم. نخستين بخش آن اين است كه زمين به طور طبيعي چقدر تابش گسيل مي كند كه به تمدني بيگانه امكان كشف آن را بدهد. و بخش دوم اين است كه تمدن ما چقدر تابش توليد مي كند يا مي تواند توليد كند تا به بيگانگان امكان كشف ما را بدهد.
مقدار نوري كه زمين بازتاب مي كند به طور چشمگيري تغيير مي كند كه به عوامل متعددي بستگي دارد؛ از جمله اين كه آيا رصدگر به نيم كره ي شمالي زمين مي نگرد يا نيم كره ي جنوبي (نيم كره ي شمالي خشكي هاي بيشتر، و نيم كره ي جنوبي درياهاي بيشتري دارد). عامل ديگر مقدار پوشش ابرها، و عامل سوم مقدار پوشش برف بر سطح زمين است.
با اين حال، رصدگر دوردستي كه در تلاش براي يافتن زمين است كار بسيار دشواري در پيش دارد. فرض كنيد رصدگري در فاصله ي 10 سال نوري از ما - يعني در همين همسايگي نزديك مان-قرار داشته باشد. از آن فاصله، جدايي زاويه ي خورشيد و زمين بيش از 0/1 ثانيه ي قوس (حدود 30 ميليونيم يك درجه) نيست. با وجودي كه زمين بازتاب دهنده ي بسيار خوبي است و حدود يك سوم نور خورشيد را بازتاب مي دهد، خود خورشيد بسيار درخشان است. در طول موج هاي مرئي، خورشيد حدود 10 ميليارد بار (حدود 25 قدر) درخشان تر از زمين است.
* يابنده ي سياره هاي زمين مانند. اخترشناسان در طرح ناسا براي يابنده ي سياره هاي زمين مانند در حال کار روي فناوري آشکار سازي سياره هاي زمين مانند با بهره گيري از آرايه ي تداخل سنج تلسکوپ هاي فضايي (چپ) يا تلسکوپي با تاج نگار پيشرفته (راست ) هستند که مي تواند نور خيره کننده ستاره ي ميزبان را بپوشاند.
البته اگر به سراغ طول موج هاي فروسرخ برويم، شرايط كمي بهتر مي شود. خروجي نور گسيل شده از زمين، با دماي سطحي متوسط 15 درجه ي سانتي گراد (290 كلوين)، در بخش فروسرخ به بيشترين حد خود مي رسد در حالي كه خورشيد در اين بخش طيف به درخشش نور مرئي نيست. نتيجه اين كه در اين طول موج زمين «فقط» 10 ميليون بار (حدود 18 قدر) كم سوتر از خورشيد است!
اخترشناسان امروز بر طرح هايي از تلسكوپ هاي جديد كار مي كنند كه بتوانند نور ستاره ها را سد كند تا بتوانيم سياره هاي زمين مانند اطراف آن ها را شناسايي كنيم. اگر تمدن هايي فقط كمي پيشرفته تر از ما به دور ستاره هاي نزديك وجود داشته باشند، ممكن است تا به حال برخي از سياره هاي اطراف خورشيد- و از جمله زمين- را كشف كرده باشند.
البته حتي اگر تمدني در اين «نزديكي ها» زمين را كشف كرده باشد، به اين معنا نيست كه آن ها لزوماً بدانند ما هم اين جا هستيم. مثلاًزهره، با پوشش ابري غليظي كه دارد، بازتاب دهنده اي بسيار خوب براي نور خورشيد است و بنابراين تمدن هاي بيگانه احتمالاً آن را به آساني كشف مي كنند. اما سطح زهره براي حياتي كه ما مي شناسيم زيست ناپذير نيست. بلندپروازانه ترين طرح هاي تلسكوپ هاي آينده اين است كه نه تنها بتواند سياره هاي زمين مانند را در اطراف ستاره هاي نزديك آشكار كند، بلكه گازهاي جوّ اين ستاره را هم مشخص كند. مثلاً اين جا روي زمين، به سبب وجود حيات، مقدار اكسيژن بسيار بيشتر و مقدار دي اكسيد كربن بسيار كمتر از زهره يا مريخ است. در واقع، اكسيژن چنان عنصر واكنش پذيري است كه اگر حيان ناگهان از روي زمين ناپديد شود، بيشتر اكسيژن جوّ زمين هم طي فرايندهاي متعدد در مدت حدود 300 سال ناپديد خواهد شد. بنابراين، وجود اكسيژن در جوّ سياره اي زمين مانند در همسايگي ما نشانه اي تقريباً قطعي از وجود حيات بر آن سياره است.
سنجش تركيب شيميايي جوّ سياره فراخورشيدي آن قدر هم كه به نظر مي رسد كار پيچيده اي نيست. اخترشناسان حتي با تلسكوپ هاي امروزي توانسته اند. جوّ برخي از سياره هاي غول پيكر را، كه از مقابل ستاره ي مادري شان مي گذرند، بررسي کنند. طرح هاي پيشرفته تر تلسكوپ، كه امروز روي آن ها كار مي كنيم، مي توانند همين كار را براي سياره هاي زمين مانند نزديك ما، كه در منطقه ي سكونت پذير ستاره شان قرار دارند، انجام بدهند؛ حتي اگر اين سياره ها از مقابل ستاره ي مادري خود عبور نكنند.
هر كسي كه تا به حال تصويري از شب زمين ديده باشد، شايد به اين فكر بيفتد كه بيگانگان ممكن است آلودگي نوري زمين را آشكار كنند. نورهاي بي هدف ما در شب براي منجمان آماتور و نيز براي حيات وحش مضر است اما در برابر نوري كه زمين از خورشيد بازتاب مي كند فروغي ندارد. آسانتر بگويم: ستاره ي مادري ما ان قدر پُرنور است كه تمدن ما براي ديده شدن در فضا بايد با خورشيد رقابت كند. تمدني بيگانه
* طيف خورشيدي. خورشيد ستاره ي حيات بخش ماست، اما درخشش بسيار زياد آن در برخي از طول موج ها سبب مي شود که تمدن هاي بيگانه نتوانند سياره و تمدن ما را پيدا کنند؛ چرا که ما بايد بر سر ديده شدن در درخشندگي با خورشيد رقابت کنيم. اين نمودار درخشندگي خورشيد را در بيشتر نواحي طيف الکترومغناطيس نمايش مي دهد. از آن جا که خورشيد ما در بخش هاي فرابنفش نزديک، مرئي، و مقدار بسياري«نويز» در ديگر بخش هاي طيف ايجاد کنيم.
با داشتن تلسكوپي بزرگ و پيشرفته ممكن است بتواند نورهاي شهرهاي ما را آشكار كند. اما حالا كه قرار نيست نورهاي خياباني ما خاموش شوند، راهي هست كه به كمك آن مي توانيم با خورشيد رقابت كنيم و ديده شويم و همچنين طوري اين كار را انجام بدهيم كه واضح باشد تمدني هوشمند در حال ارسال پيام به فضاست.
* تصوير سياره ي فراخورشيدي. اخترشناسان هم اکنون نيز از سياره هايي به دور ديگر ستاره ها تصوير برداري کرده اند، از جمله همين تصوير که سياره اي را به گرد ستاره ي بتا- سه پايه نشان مي دهد. اين تصوير را تلسکوپ بسيار بزرگ (vlt) رصدخانه ي جنوبي اروپا گرفته است. گرفتن عکس از سياره ي بتا- سه پايه بسيار آسان تر از گرفتن عکس زمين از چنين فاصله اي است، زيرا اين سياره بسيار بزرگ تر و درخشان تر از سياره ي ما و در فاصله ي دورتري نسبت به ستاره اش قرار گرفته است.
اگر ما ستاره اي خورشيد مانند و نسبتاً نزديك را با تلسكوپ آماتوري متوسطي رصد كنيم، در هر 10 ثانيه حدود يك ميليارد فوتون دريافت مي كنيم. اگر به مدتي بسيار كوتاه تر رصد كنيم، مثلاً يك ميلياردم يك ثانيه، ممكن است حتي يك فوتون هم از اين ستاره دريافت نكنيم. بنابراين اگر بتوانيم در بازه ي زماني كوتاهي به طور متوسط تعداد فوتوه هايي بيش از خورشيد توليد كنيم، مي توانيم به تمدني دوردست پيام بدهيم كه ما اين جا هستيم.
ما ليزرها را ساخته ايم؛ مانند ليزر پتاواتي تجهيزات ملي ايگنيشن (در كتابخانه اي ملي لارنس ليورمور کاليفرنيا در آمريکا)، يا ليزر پتاواتي دانشگاه تکزاس در آستين كه هر دو در بازه هاي زماني كوتاه تپ هاي بسيار پُر انرژي نوري توليد مي كنند (هر پتاوات برابر است با 10به توان 15وات). اگر از يكي از تلسكوپ هاي دوقلوي كك در هاوايي - نه براي دريافت نور بلكه براي ارسال نوري از يك ليزر پتاوايي - استفاده كنيم، اين درخش نور در فواصل ميان ستاره اي در بازه هاي زماني كوتاه بسيار درخشان تر از خورشيد خواهد درخشيد.
هيچ يك از اين ليزرها پتاوايي فعلاً به تلسكوپ هاي بزرگ متصل نيستند. اما اخترشناسان حرفه اي و آماتور-با دانستن اين كه ساختن چنين سامانه اي شدني است- به دنبال يافتن پيام هاي مشابهي از سوي ديگر تمدن ها هستند. در اين پروژه، كه به ستي نوري مشهور است، معمولاً از تلسكوپ هاي نسبتاً كوچك مجهز به آشكارسازهاي فراسريع استفاده مي شود.
طوفان هاي همراه با صاعقه مقدار كمي پرتوهاي ايكس و گاما توليد مي كنند كه البته براي آشكارشدن در فواصل ميان ستاره اي كافي نيست. خوشبختانه تمدن ما هم تابش هاي ايكس و گاماي فراواني توليد نمي كنند زيرا اين فوتون هاي پُرانرژي براي بدن ما مضر هستند و سلول هاي ما را نابود مي كنند. افزون بر اين، جوّ زمين در برابر پرتوهاي ايكس و گاما ناشفاف است (يعني آن ها را از خود عبور نمي دهد)؛ پس ما براي ارسال كردن يا دريافت كردن اين تابش ها بايد به فراتر از جو برويم. جالب اين كه پرتوهاي گاما و امواج راديويي ويژگي مشتركي دارند؛ اين دو تنها دو طول موجي از طيف الكترومغناطيس اند كه كهكشان ما در واقع نسبت به آن ها شفاف است (يعني آن ها را از خود عبور مي دهد). بخش بزرگي از ديگر طول موج هاي نور معمولاً در صفحه ي كهكشان راه شيري در ابرهاي عظيم گاز و غبار ميان ستاره اي جذب مي شوند.
راهي مستقيم براي توليد پيامي با پرتوهاي ايكس و گاما منفجر كردن بمبي هسته اي در فضاست. بيشتر انرژي هر انفجار هسته اي در اصل به صورت پرتوهاي ايكس و گاما گسيل مي شود؛ فقط به سبب برهم كنش با جوّ و سطح زمين است كه در انفجار هسته اي ابرقارچي شكل معروف شكل مي گيرد.
البته تمدن ما ديگر نمي تواند چنين علايمي به بيگانگان بفرستد؛ زيرا پيمان فضايي سال 1967/1346 منفجر كردن بمب هسته اي در فضا را منع مي كند. با اين حال، فرض كنيد ما تصميم مي گيريم وجودمان را با كمك پرتوهاي ايكس و گاما به آگاهي بيگانگان فضايي برسانيم؛ مثلاً با انفجار بمبي هسته اي در سوي دور ماه. تلسكوپ فضايي پرتو گاماي فِرمي ناسا (FGST) در حال حاضر فوران هاي پرتو گاما (موسوم به جي آربي يا GRB) را آشكار مي كند؛ آن ها درخش هاي كوتاهي از پرتو گاما هستند كه سرچشمه شان نابودي ستاره هاي دوردست است. ماهواره ي وِلا متعلق به وزارت دفاع آمريكا در دهه ي 1960/1340، حين بررسي زمين و فضاي اطرافش به دنبال آزمايش هاي هسته اي مخفي شوروي، GRB ها را كشف كرد. آيا مي توانيم با بهره گيري از انفجارهاي هسته اي به تمدني بيگانه، كه تلكسوپي شبيه تلسكوپ فرمي داشته باشد، پيامي ارسال كنيم؟
روشي واضح براي اين كه توليد انفجاري بسيار شبيه اما به روشني متفاوت با GRB ها است. مثلاً مي توانيم چند بمب هسته اي را در يك نقطه منفجر كنيم (نوعي كد مورس هسته اي) كه به روشني بسيار متفاوت با چيزي است كه از GRB هاي طبيعي انتظار داريم. اما متأسفانه پرتوهاي ايكس و گاماي توليدشده درهر انفجار هسته اي آن قدر طي فواصل ميان ستاه اي، حتي تا نزديك ترين ستاره، ضعيف مي شوند كه تعداد بمب هايي كه لازم است منفجر كنيم بسيار زياد مي شود و كار را عملاً ناممكن مي كند.
* استي سکوپ. جيسون گاليچينو فيزيک دان در حال بررسي آرايه ي آشکار ساز تلسکوپ 72 اينچي دانشگاه هارودار در نزديکي بوستون است. اين تلسکوپ به دنبال فلش هاي نوري نانوثانيه اي از تمدن هاي ديگر است.
*ارتباط ليزري. سه تلسکوپ بزرگ بر فراز قله ي ماناکيا در هاوايي پرتوهاي ليزري را به سوي فضا شليک مي کنند(چپ به راست): سوبارو، کک 2، و کک1. اين پرتوهاي ليزر کار مهمي مي کنند و آن کمک به سامانه هاي اپتيک سازگار براي خنثي کردن اثر آشفته کننده ي جو زمين است. اما آن ها بسيار ضعيف تر از آن اند که از فواصل ميان ستاره اي آشکار شوند. در تئوري، مي توانيم با استفاده از تلسکوپي بزرگ، پرتو ليزري با قدرت چند پتاوات توليد و پيامي قابل آشکار سازي به سوي فضا ارسال کنيم.
البته يكي از اين چهارنيرو را مي توانيم كنار بگذاريم؛ نيروي گرانش را امواج گرانشي منتقل مي كنند و از آن جا كه گرانش ضعيف ترين نيرو در عالم است، آشكارسازي اين امواج بسيار دشوار است. اخترشناسان به طور غيرمستقيم مي توانند با بررسي منظومه هاي دوتايي حاوي دو ستاره ي نوتروني به آشكارسازي امواج گرانشي بپردازند. شايد با ارتقا دادن مداوم رصدخانه ي تداخل سنج ليزري امواج گرانشي (يا ليگو-LIGO) به جايي برسيم كه امواج گرانشي به طور مستقيم از برخورد ستاره هاي نوتروني و سياه چاله ها آشكار كنيم كه به اين ترتيب راهي جديد براي نگاه كردن به عالم پيش روي ما باز مي شود. قوانين فيزيك مانع تمدن هاي پيشرفته براي بهره گيري از امواج گرانشي براي برقراري ارتباط نمي شوند، اما ما هنوز چندين دهه تا زماني كه بتوانيم فقط در جست و جوي اين امواج باشيم فاصله داريم، چه برسد كه خودمان بخواهيم از همين روش براي ارسال كردن پيام استفاده كنيم.
امكان ديگر، بهره گيري از نيروهاي هسته اي قوي و ضعيف است. نيروي قوي مسئول «سرپا» نگه داشتن هسته هاي اتمي است. مي توان به ارسال اتم ها نيز به شكل يكي از راه هاي برقراري ارتباط نگاه كرد. به نوعي همين حالا هم، با ارسال فضاپيماهاي ويجر 1 و 2 و پايونير 10 و 11 به بيرون از منظومه ي شمسي، چنين كاري را كرده ايم. اما براي اين فضاپيماها، با سرعتي فقط حدود 0/005 درصد سرعت نور، هزاران سال طول مي كشد تا حتي به نزديك ترين ستاره برسند.
*پرتو ذرات. راست: اين لوله ي آبي فقط بخش کوچکي از برخورد دهنده ي بزرگ هادرون است؛ دستگاه شتاب دهنده ي ذراتي به محيط 27 کيلومتر در سوييس. اگر دانشمندان مي توانستند به نوعي چنين تجهيزات عظيمي را در فضا بسازند، مي توانستند جريان هايي از ذرات را به سوي ديگر ستاره ها ارسال کنند که اين جريان ها مدارک اشتباه پذيري از وجود تمدن فناورانه ي ما خواهند بود. برخورد دهنده ي بزرگ هادرون در اصل پروتون ها را به هم برخورد مي دهد اما شتاب دهنده ي فرضي ذرات در فضا نوترون گسيل مي کند و مسير اين تابش ها در ميان ميدان هاي مغناطيسي منحرف نمي شود.
در عوض مي توانيم پرتوهايي از ذرات - مانند آن هايي كه در شتاب دهنده ي بزرگ هادرون (LHC) در اروپا توليد مي شوند- را تقريباً با سرعت نور به سوي ستاره ها بفرستيم. ما ابزارهايي براي جست و جو به دنبال ذرات پُرانرژي طبيعي از فضا (يعني پرتوهاي كيهاني) در اختيار داريم. پرتويي از ذرات باردار كه به صورتي منظم ارسال شود نشانه ي خوبي از وجود ما خواهد بود.
مشكلي مهم در استفاده از پرتويي از پروتون ها يا الكترون ها براي برقراي ارتباط اين است كه اين ذرات باردار در مجاورت ميدان هاي مغناطيسي منحرف مي شوند. مقدار انحراف ذره ي باردار از مسيرمستقيم در گذر از كنار ميدان مغناطيسي هم به شدت ميدان و هم به جهت گيري آن بستگي دارد. متأسفانه دانش ما درباره ي ميدان هاي مغناطيسي ستاره ها در فضاي اطراف خورشيد بسيار كم است و نمي توانيم با دقت پرتويي از الكترون ها يا پروتون ها را در مسير دلخواه به سوي ستاره اي نزديك ارسال كنيم. اگر يك LHC فضايي بسازيم (كه جوّ زمين ديگر مزاحم نباشد)، نخواهيم دانست كه كدام سياره هدف پرتو ماست. و حتي اگر بگوييم كه مهم نيست اين پيام را به سوي كدام ستاره بفرستيم، به هر حال، هنوز تا ساختن LHC فضايي سال ها فاصله داريم.
*آشکارساز نوترينو. پايين راست: کارگران در اين تصوير مشغول حفرگودالي عمنيق در يخ هاي قطب جنوب اند. اين گودال بخشي از «تلسکوپ» نوترينوي عظيمي به نام آيس کيوب است. اين تلسکوپ ساخته شد تا از چشمه هاي طبيعي نجومي نوترينو آشکار کند، اما در تئوري اين تلسکوپ مي تواند پرنو نوترينويي را از تمدني بيگانه آشکار کند.
همچنين مي توانيم پرتويي از ذرات خنثي مخابره كنيم. چنين پرتويي را مي توانيم به سوي هر ستاره اي بفرستيم و مطمئن باشيم كه ميدان هاي مغناطيسي سر راه هم آن را منحرف نخواهند كرد. يكي از نامزدهاي چنين ذراتي نوترون است. اما جالب است بدانيد كه نوترون به تنهايي و در انزوا ذره اي ناپايدار است. نيم عمر يك نوترون فقط 11 دقيقه است. يازده دقيقه پس از رسال پرتويي از نوترون ها نيمي از نوترون هاي درون پرتو واپاشيده شده و به ذراتي ديگر تبديل شده اند، 22 دقيقه ي بعد فقط يك چهارم تعداد اصلي نوترون هاي باقي است، و 33 دقيقه ي بعد فقط يك هشتم، و الي آخر. البته با توجه به نظريه ي نسبيت خاص اينشتين، 11 دقيقه براي رصدگري سوار بر پرتو ارسال شده لزوماً همان 11 دقيقه روي زمين نيست. ما مي خواهيم كه اين پرتو به هر حال به صورت نسبيتي حركت كند.
آيا مي توانيم پرتويي از نوترون ها بسازيم كه 11 دقيقه در چارچوب مرجع آن معادل 4 سال در چارچوب مرجع ما روي زمين باشد، و بنابراين نيمي از نوترون هاي آن به نزديك ترين ستاره ي بعد از خورشيد برسند؟ متأسفانه، خير! براي اين كه دانشمندان بايد نوترون ها را تا انرژي هايي قابل مقايسه با ذرات شتاب گرفته در نزديكي سطح ستاره اي نوتروني شتاب بدهند كه اين دست كم هزاربار فراتر از توانايي هاي LHC است.
نيروي نهايي برهم كنش ضعيف نام دارد كه بر واپاشي راديواكتيو (پرتوزا) حاكم است. ما تا به حال ذراتي با برهم كنش ضعيف را به شكل نوترينوهايي از خورشيد و از ابرنواختر 1987A آشكار كرده ايم. آشكارسازهاي نوترينو ساخته ايم يا در حال ساخته شان هستيم كه به اخترفيزيك نوترينوها بپردازيم و البته شتاب دهنده هاي ذرات ما مي توانند پرتوهايي از نوترينو هم توليد كنند. بنابراين شايد تمدني بيگانه با سطحي از پيشرفت شبيه ما هم آشكارساز نوترينو داشته باشد.
ارتباط نوتروني مزايا و معايب خاص خود را دارد. از آنجا كه نيروي ضعيف، همان طور كه از نامش پيداست، ضعيف است نوترينوها به ندرت با ديگر شكل هاي ماده بر هم كنشي انجام مي دهند. يك پرتو نوترينو ممكن است بدون اين كه حتي يكي از نوترينوهاي آن جذب يا منحرف شوند از ميان زمين بگذرد. اما اين حقيقت اين ذرات ازلي مي توانند بي هيچ مشكي از ميان سياره اي عظيم بگذرند، آشكارسازي آن ها را بي نهايت دشوار مي كند. بزرگ ترين آشكارسازهاي نوترينو روي زمين بسيارعظيم اند و حجم شان به يك كيلومتر مكعب مي رسد و البته در اعماق زمين قرار دارند.
گروهي از دانشمندان اروپايي به تازگي اعلام كردند كه نوترينوها ممكن است با سرعتي بيش از سرعت نور حركت كنند (اخبار مربوط به اين موضوع را در شماره هاي 211، 212 و 213 نجوم بخوانيد.)البته حتي اگر واقعاً چنين باشد، اين به ما در برقراري ارتباط با بيگانگان كمكي نمي كند زيرا اختلاف سرعت محاسبه شده براي نوترينوها و سرعت نور فقط 0/0025 درصد است.
متأسفانه، توليد كردن پرتويي درخشان از نوترينوها فعلاً بسيار فراتر از توانايي هاي ما قرار دارد. از ابرنواختر 1987A در ابربزرگ ماژلان فقط كمتر از 25 نوترينو را آشكار كرده ايم. فرض كنيد مي خواستيم به اين روش با تمدني بسيار نزديك تر -مثلاً 160 سال نوري به جاي 160 هزار سال نوري تا ابر ماژلان بزرگ- ارتباط برقرار كنيم. جابه جا كردن ابرنواختر 1987A به اين فاصله را يك ميليون بار از نظر نوترينويي درخشان تر مي كند اما همچنين در انفجار ابرنواختري حدود 10 درصد جرم ستاره هم به انرژي تبديل مي شود. توليد كردن مقداري كافي نوترينو براي اين كه تمدني در فاصله ي 160 سال نوري از ما بتواند همچنان حدود 25 نوترينو را آشكار كند نيازمند رهاسازي انرژي ذخيره شده در جسمي به اندازه ي مريخ است! بنابراين روشن است كه برقراري ارتباط مؤثر نوترينويي همچنان تا سال ها فراتر از توانايي هاي ما قرار دارد.
چپ: ناسا تلسکوپ فضايي پرتو
گاماي فرمي را به فضا فرستاد تا تابش هاي پر انرژي چشمه هاي طبيعي - مانند ستاره هاي منفجر شونده، سياه چاله ها، و ستاره هاي نوتروني- را بررسي کند. اما تمدن هاي ديگر براي آشکار سازي انفجارهاي هسته اي دست ساز بشر در فضا بايد مدل هاي بسيار قوي تري از تلسکوپ فرمي را داشته باشند.
همان طور كه ديديم، آشكارسازي تمدن ما كار دشواري است يا به همين ترتيب، توانايي تمدن ما هم براي ارسال پيامي به تمدن هاي ديگر محدود است. در برخي موارد هم كه فناوري آن را داريم، آن را روشي براي برقراري ارتباط يا ارسال پيام به ديگران برنگزيده ايم. فعلاً فقط مي دانيم كه احتمالاً در جايي ديگر در اين عالم هم تمدني وجود دارد كه مشغول بررسي اين حقيقت است كه آيا در اين عالم تنهاست؟
آيا بيگانگان فضايي مي توانند به راديوهاي ما گوش بدهند، يا برنامه هاي تلويزيوني ما را ببينيد؟
درخشندگي تمدن ما در امواج راديويي چقدر است؟ مثلاً سامانه ي راداري آرسيبو را در نظر بگيريد. اين سامانه منجر به كشف هاي متعددي، از جمله يخ آب بر قطب هاي ماه و عطارد، و همچنين موجب كامل شدن درك ما از ويژگي هاي سيارك هاي بالقوه خطرناك شده است. سامانه ي راداري آرسيبو، افزون بر بهره گيري از بزرگ ترين تلسكوپ راديويي جهان (به قطر 305 متر)، به زودي به فرستنده اي با قدرت هزار كيلو وات (يا يك مگاوات) مجهز خواهد شد كه در فركانس 2380 مگاهرتز كار خواهد كرد. براي مقايسه خوب است بدانيد كه فرستنده ي معمولي تلويزيوني يا راديوي اف ام، كه در فركانس حدود 100 مگاهرتز كار مي كند، با قدرت 50 كيلووات، يعني 20 بار كم قدرت تر، به مخابره ي امواج مي پردازد.
فرستنده ي راداري آرسيبو از نظر تمدني در فاصله ي 25 سال نوري، حدود 50 يانسكي (JY) درخشندگي راديويي دارد (يانسكي واحد چگالي شار طيفي و برابر است با 10به توان منفي 26 وات بر متر مربع بر هرتز؛ و چگالي شار در واقع مقدار شار گذركننده از واحد سطح تعريف مي شود.) براي مقايسه بدانيد كه اجرام آسماني راديويي معمولي حدود يك يانسكي درخشندگي راديويي دارند، در حالي كه درخشندگي راديويي يك تلفن همراه در فاصله ي حدود يك كيلومتري چند ميليون يانسكي است. درخشندگي راديوي 50 يانسكي را به آساني با ابزارهايي مانند آرايه اي بسيار بزرگ گسترده شده (EVLA) در نيومكزيكو مي توان آشكار كرد. حتي در مقياس هاي كهكشاني دو سامانه ي آرسيو مانند مي توانند با هم ارتباط مستقيم -البته با تأخير زماني بسيار - داشته باشند.
براي هر تمدني كه در جست و جوي امواج مخابره شده ي سامانه ي راداري آرسيبو باشد، پيچيدگي هايي وجود دارد، نخست اين كه سامانه همواره كار نمي كند. از اين تلسكوپ در ديگر پژوهش هاي نجومي و جوّي هم استفاده مي شود. روشن است كه هرچقدر هم تلسكوپ ها و آشكارسازهاي تمدني بيگانه قوي باشد، وقتي ما چيزي مخابره نكنيم آن ها هم چيزي آشكار نمي كنند.
پيچيدگي دوم اين است كه فرستنده ي آرسيبو هنگام مخابره ي امواج، به زمين در حال چرخش متصل است. به سبب قطر بزرگ تلسكوپ، امواج ارسال شده از آن به شدت متمركزند؛ شبيه نور چراغ فانوس دريايي. بنابراين تمدن بيگانه فقط زماني قادر به آشكارسازي اين امواج خواهد بود كه دقيقاً در لحظه ي درست و در جهت درست كار كند. بدتر اين كه حتي اگر تمدني باشد كه مدام ما را زير نظر داشته باشد اما جهت گيري تلسكوپ آشكارسازش با فرستنده ي آرسيبو يكسان نباشد، هرگز ما را نخواهد يافت! (مثل اين مي ماند كه رصدگري در شمال ايران هر شب آسمان را رصد كند، به هر حال هرگز نمي تواند ستاره ي آلفا-قنطورس را ببيند.)
پيچيدگي نهايي اين است كه سامانه ي راداري آرسيبو در همه ي عمر تلكسوپ آرسيبو به اين شكل كار نكرده بوده است؛ سامانه هاي پيشين قدر كمتري داشته اند كه به اين معناست كه از فواصل دور آشكار نمي شده اند. همچنين تمدن بيگانه بايد آسمان را در فركانس درست رصد كند.
يكي از كارهايي كه مي توانيم براي افزايش احتمال پيدا شدن انجام بدهيم اين است كه علامتي هميشه روشن توليد كنيم. فرستنده ي راديويي ديگر ما، بعد از آرسيبو، احتمالاً سامانه ي نظارت فضايي نيروي هوايي آمريكا (AFSSS) است. اين سامانه ي راداري اكنون 40 سال است كه به طور پيوسته كار مي كند و وظيفه اش ردگيري ماهواره هاست. اما، مانند آرسيبو، اين سامانه هم به سياره اي در حال چرخش متصل است؛ بنابراين تمدني دوردست همچنان بايد در زمان درست و در جهت درست رصد كند تا امواج آن را آشكار كند.
هر چند قدرت AFSSS كمي كمتر از آرسيبو است و پرتو مخابره شده از آن هم چندان متمركز نيست. پرتو كمتر متمركز آن البته مستقيماً به هدف مأموريت اين سامانه مرتبط است و آن ايجاد حصاري فضايي» است كه ماهواره ها حين گردش به دور زمين بايد از ميانش بگذرند. تركيب قدرت كمتر و پرتو غيرمتمركزتر يعني اين سامانه احتمالاً 10 هزار بار ضعيف تر است اما احتمالاً همچنان از فاصله ي حدود 25 سال نوري با تلسكوپي مانند EVLa يا تلسكوپ راديويي غول پيكر امواج متري (GMRT) درهند قابل آشكارسازي خواهد بود.
يكي ديگر از مباحث رايج اين است كه آيا امكان دارد بيگانگان فضايي برنامه هاي تلويزيوني ما را دريافت كنند؟ و نگران برخي اين است كه اگر چنين شود، برداشت آن ها از تمدن زميني چه خواهد بود؟ البته دريافت كردن برنامه هاي تلويزيوني از فواصل ميان ستاره اي چندان كار آساني نيست. مخابره هاي تلويزيوني و راديو اِف ام نه تنها ضعيف ترند بكله بسيار هم كمتر متمركزند (تا اين جا روي زمين، مردم بيشتري آن ها را دريافت كنند). تركيب قدرت كمتر و پرتوهاي كمتر متمركز يعني تمدن هاي نزديك ما بايد تلسكوپ هايي دست كم 100 بار حساس تر از تلسكوپ هاي راديويي فعلي ما داشته باشند تا بتوانند برنامه هاي تلويزيوني ما را دريافت كنند.
وقتي همه اين موارد را در نظر بگيريد، متوجه مي شويد كه چرا پروژه اي مانند سِتي هنوز در نخستين مراحل خود به سر مي برد. ما فقط با داشتن تلسكوپ هايي بسيار بزرگ تر به همراه پروژه هاي دائمي سِتي سوار بر آن ها (مانند پروژه ي ستي در خانه) مي توانيم اميدوار باشيم كه روزي علامتي از همسايگان بيگانه دريافت كنيم.
* بشقاب راديويي. با وجود برنامه هاي مختلف بسيار براي برقرار کردن ارتباطات ميان ستاره اي، همچنان بهره گيري از علايم راديويي کاربردي ترين روش است زيرا اين امواج بسيار آسان مخابره و آشکار سازي مي شوند و در ضمن با سرعت نور حرکت مي کنند. در اين تصوير رصد خانه ي آرسيبو در پرتوريکو را مي بينيد که مي تواند علايم راديويي را، حتي اگر از آن سوي کهکشان ما آمده باشند، آشکار کند.
برگرفته از: sky & Telsecope,jan 2012
منبع:نشريه نجوم، شماره 215
/ع
در روز 25 بهمن سال 1370 فضاپيماي ويجر1، پيش از آن كه چشمان روبوتيك خود را براي هميشه ببندد، نگاهي دوباره به سوي سياره ي «مادري اش» انداخت. ما پيش تر هم تصاوير زمين را از فضا ديده بوديم- كه شاخص ترين آن ها تصاوير مأموريت آپولو بودند- با اين حال، نمايي كه ويجر1 از زمين گرفت نخستين نمايي بود كه مي شد آن را به تصوير زمين از ديد رصدگران بيگانه ي دوردست تشبيه كرد؛ نقطه ي آبي كم رنگي كه تقريباً در ظلمت اقيانوس كيهاني ناپيداست. ويجر 1 مي دانست به كجا نگاه كند. اما آيا ممكن است تمدني را پيدا كند؟ اگر چنين شود، آيا آن ها فقط سياره مان را آشكار مي كنند يا ممكن است كه به وجود انسان هم پي ببرند؟
مي توانيم اين پرسش ها را به دو بخش تقسيم كنيم. نخستين بخش آن اين است كه زمين به طور طبيعي چقدر تابش گسيل مي كند كه به تمدني بيگانه امكان كشف آن را بدهد. و بخش دوم اين است كه تمدن ما چقدر تابش توليد مي كند يا مي تواند توليد كند تا به بيگانگان امكان كشف ما را بدهد.
تابش هاي طبيعي
مقدار نوري كه زمين بازتاب مي كند به طور چشمگيري تغيير مي كند كه به عوامل متعددي بستگي دارد؛ از جمله اين كه آيا رصدگر به نيم كره ي شمالي زمين مي نگرد يا نيم كره ي جنوبي (نيم كره ي شمالي خشكي هاي بيشتر، و نيم كره ي جنوبي درياهاي بيشتري دارد). عامل ديگر مقدار پوشش ابرها، و عامل سوم مقدار پوشش برف بر سطح زمين است.
با اين حال، رصدگر دوردستي كه در تلاش براي يافتن زمين است كار بسيار دشواري در پيش دارد. فرض كنيد رصدگري در فاصله ي 10 سال نوري از ما - يعني در همين همسايگي نزديك مان-قرار داشته باشد. از آن فاصله، جدايي زاويه ي خورشيد و زمين بيش از 0/1 ثانيه ي قوس (حدود 30 ميليونيم يك درجه) نيست. با وجودي كه زمين بازتاب دهنده ي بسيار خوبي است و حدود يك سوم نور خورشيد را بازتاب مي دهد، خود خورشيد بسيار درخشان است. در طول موج هاي مرئي، خورشيد حدود 10 ميليارد بار (حدود 25 قدر) درخشان تر از زمين است.
* يابنده ي سياره هاي زمين مانند. اخترشناسان در طرح ناسا براي يابنده ي سياره هاي زمين مانند در حال کار روي فناوري آشکار سازي سياره هاي زمين مانند با بهره گيري از آرايه ي تداخل سنج تلسکوپ هاي فضايي (چپ) يا تلسکوپي با تاج نگار پيشرفته (راست ) هستند که مي تواند نور خيره کننده ستاره ي ميزبان را بپوشاند.
البته اگر به سراغ طول موج هاي فروسرخ برويم، شرايط كمي بهتر مي شود. خروجي نور گسيل شده از زمين، با دماي سطحي متوسط 15 درجه ي سانتي گراد (290 كلوين)، در بخش فروسرخ به بيشترين حد خود مي رسد در حالي كه خورشيد در اين بخش طيف به درخشش نور مرئي نيست. نتيجه اين كه در اين طول موج زمين «فقط» 10 ميليون بار (حدود 18 قدر) كم سوتر از خورشيد است!
اخترشناسان امروز بر طرح هايي از تلسكوپ هاي جديد كار مي كنند كه بتوانند نور ستاره ها را سد كند تا بتوانيم سياره هاي زمين مانند اطراف آن ها را شناسايي كنيم. اگر تمدن هايي فقط كمي پيشرفته تر از ما به دور ستاره هاي نزديك وجود داشته باشند، ممكن است تا به حال برخي از سياره هاي اطراف خورشيد- و از جمله زمين- را كشف كرده باشند.
البته حتي اگر تمدني در اين «نزديكي ها» زمين را كشف كرده باشد، به اين معنا نيست كه آن ها لزوماً بدانند ما هم اين جا هستيم. مثلاًزهره، با پوشش ابري غليظي كه دارد، بازتاب دهنده اي بسيار خوب براي نور خورشيد است و بنابراين تمدن هاي بيگانه احتمالاً آن را به آساني كشف مي كنند. اما سطح زهره براي حياتي كه ما مي شناسيم زيست ناپذير نيست. بلندپروازانه ترين طرح هاي تلسكوپ هاي آينده اين است كه نه تنها بتواند سياره هاي زمين مانند را در اطراف ستاره هاي نزديك آشكار كند، بلكه گازهاي جوّ اين ستاره را هم مشخص كند. مثلاً اين جا روي زمين، به سبب وجود حيات، مقدار اكسيژن بسيار بيشتر و مقدار دي اكسيد كربن بسيار كمتر از زهره يا مريخ است. در واقع، اكسيژن چنان عنصر واكنش پذيري است كه اگر حيان ناگهان از روي زمين ناپديد شود، بيشتر اكسيژن جوّ زمين هم طي فرايندهاي متعدد در مدت حدود 300 سال ناپديد خواهد شد. بنابراين، وجود اكسيژن در جوّ سياره اي زمين مانند در همسايگي ما نشانه اي تقريباً قطعي از وجود حيات بر آن سياره است.
سنجش تركيب شيميايي جوّ سياره فراخورشيدي آن قدر هم كه به نظر مي رسد كار پيچيده اي نيست. اخترشناسان حتي با تلسكوپ هاي امروزي توانسته اند. جوّ برخي از سياره هاي غول پيكر را، كه از مقابل ستاره ي مادري شان مي گذرند، بررسي کنند. طرح هاي پيشرفته تر تلسكوپ، كه امروز روي آن ها كار مي كنيم، مي توانند همين كار را براي سياره هاي زمين مانند نزديك ما، كه در منطقه ي سكونت پذير ستاره شان قرار دارند، انجام بدهند؛ حتي اگر اين سياره ها از مقابل ستاره ي مادري خود عبور نكنند.
مخابره ي نوري
هر كسي كه تا به حال تصويري از شب زمين ديده باشد، شايد به اين فكر بيفتد كه بيگانگان ممكن است آلودگي نوري زمين را آشكار كنند. نورهاي بي هدف ما در شب براي منجمان آماتور و نيز براي حيات وحش مضر است اما در برابر نوري كه زمين از خورشيد بازتاب مي كند فروغي ندارد. آسانتر بگويم: ستاره ي مادري ما ان قدر پُرنور است كه تمدن ما براي ديده شدن در فضا بايد با خورشيد رقابت كند. تمدني بيگانه
* طيف خورشيدي. خورشيد ستاره ي حيات بخش ماست، اما درخشش بسيار زياد آن در برخي از طول موج ها سبب مي شود که تمدن هاي بيگانه نتوانند سياره و تمدن ما را پيدا کنند؛ چرا که ما بايد بر سر ديده شدن در درخشندگي با خورشيد رقابت کنيم. اين نمودار درخشندگي خورشيد را در بيشتر نواحي طيف الکترومغناطيس نمايش مي دهد. از آن جا که خورشيد ما در بخش هاي فرابنفش نزديک، مرئي، و مقدار بسياري«نويز» در ديگر بخش هاي طيف ايجاد کنيم.
با داشتن تلسكوپي بزرگ و پيشرفته ممكن است بتواند نورهاي شهرهاي ما را آشكار كند. اما حالا كه قرار نيست نورهاي خياباني ما خاموش شوند، راهي هست كه به كمك آن مي توانيم با خورشيد رقابت كنيم و ديده شويم و همچنين طوري اين كار را انجام بدهيم كه واضح باشد تمدني هوشمند در حال ارسال پيام به فضاست.
* تصوير سياره ي فراخورشيدي. اخترشناسان هم اکنون نيز از سياره هايي به دور ديگر ستاره ها تصوير برداري کرده اند، از جمله همين تصوير که سياره اي را به گرد ستاره ي بتا- سه پايه نشان مي دهد. اين تصوير را تلسکوپ بسيار بزرگ (vlt) رصدخانه ي جنوبي اروپا گرفته است. گرفتن عکس از سياره ي بتا- سه پايه بسيار آسان تر از گرفتن عکس زمين از چنين فاصله اي است، زيرا اين سياره بسيار بزرگ تر و درخشان تر از سياره ي ما و در فاصله ي دورتري نسبت به ستاره اش قرار گرفته است.
اگر ما ستاره اي خورشيد مانند و نسبتاً نزديك را با تلسكوپ آماتوري متوسطي رصد كنيم، در هر 10 ثانيه حدود يك ميليارد فوتون دريافت مي كنيم. اگر به مدتي بسيار كوتاه تر رصد كنيم، مثلاً يك ميلياردم يك ثانيه، ممكن است حتي يك فوتون هم از اين ستاره دريافت نكنيم. بنابراين اگر بتوانيم در بازه ي زماني كوتاهي به طور متوسط تعداد فوتوه هايي بيش از خورشيد توليد كنيم، مي توانيم به تمدني دوردست پيام بدهيم كه ما اين جا هستيم.
ما ليزرها را ساخته ايم؛ مانند ليزر پتاواتي تجهيزات ملي ايگنيشن (در كتابخانه اي ملي لارنس ليورمور کاليفرنيا در آمريکا)، يا ليزر پتاواتي دانشگاه تکزاس در آستين كه هر دو در بازه هاي زماني كوتاه تپ هاي بسيار پُر انرژي نوري توليد مي كنند (هر پتاوات برابر است با 10به توان 15وات). اگر از يكي از تلسكوپ هاي دوقلوي كك در هاوايي - نه براي دريافت نور بلكه براي ارسال نوري از يك ليزر پتاوايي - استفاده كنيم، اين درخش نور در فواصل ميان ستاره اي در بازه هاي زماني كوتاه بسيار درخشان تر از خورشيد خواهد درخشيد.
هيچ يك از اين ليزرها پتاوايي فعلاً به تلسكوپ هاي بزرگ متصل نيستند. اما اخترشناسان حرفه اي و آماتور-با دانستن اين كه ساختن چنين سامانه اي شدني است- به دنبال يافتن پيام هاي مشابهي از سوي ديگر تمدن ها هستند. در اين پروژه، كه به ستي نوري مشهور است، معمولاً از تلسكوپ هاي نسبتاً كوچك مجهز به آشكارسازهاي فراسريع استفاده مي شود.
مخابره در انرژي هاي بالا
طوفان هاي همراه با صاعقه مقدار كمي پرتوهاي ايكس و گاما توليد مي كنند كه البته براي آشكارشدن در فواصل ميان ستاره اي كافي نيست. خوشبختانه تمدن ما هم تابش هاي ايكس و گاماي فراواني توليد نمي كنند زيرا اين فوتون هاي پُرانرژي براي بدن ما مضر هستند و سلول هاي ما را نابود مي كنند. افزون بر اين، جوّ زمين در برابر پرتوهاي ايكس و گاما ناشفاف است (يعني آن ها را از خود عبور نمي دهد)؛ پس ما براي ارسال كردن يا دريافت كردن اين تابش ها بايد به فراتر از جو برويم. جالب اين كه پرتوهاي گاما و امواج راديويي ويژگي مشتركي دارند؛ اين دو تنها دو طول موجي از طيف الكترومغناطيس اند كه كهكشان ما در واقع نسبت به آن ها شفاف است (يعني آن ها را از خود عبور مي دهد). بخش بزرگي از ديگر طول موج هاي نور معمولاً در صفحه ي كهكشان راه شيري در ابرهاي عظيم گاز و غبار ميان ستاره اي جذب مي شوند.
راهي مستقيم براي توليد پيامي با پرتوهاي ايكس و گاما منفجر كردن بمبي هسته اي در فضاست. بيشتر انرژي هر انفجار هسته اي در اصل به صورت پرتوهاي ايكس و گاما گسيل مي شود؛ فقط به سبب برهم كنش با جوّ و سطح زمين است كه در انفجار هسته اي ابرقارچي شكل معروف شكل مي گيرد.
البته تمدن ما ديگر نمي تواند چنين علايمي به بيگانگان بفرستد؛ زيرا پيمان فضايي سال 1967/1346 منفجر كردن بمب هسته اي در فضا را منع مي كند. با اين حال، فرض كنيد ما تصميم مي گيريم وجودمان را با كمك پرتوهاي ايكس و گاما به آگاهي بيگانگان فضايي برسانيم؛ مثلاً با انفجار بمبي هسته اي در سوي دور ماه. تلسكوپ فضايي پرتو گاماي فِرمي ناسا (FGST) در حال حاضر فوران هاي پرتو گاما (موسوم به جي آربي يا GRB) را آشكار مي كند؛ آن ها درخش هاي كوتاهي از پرتو گاما هستند كه سرچشمه شان نابودي ستاره هاي دوردست است. ماهواره ي وِلا متعلق به وزارت دفاع آمريكا در دهه ي 1960/1340، حين بررسي زمين و فضاي اطرافش به دنبال آزمايش هاي هسته اي مخفي شوروي، GRB ها را كشف كرد. آيا مي توانيم با بهره گيري از انفجارهاي هسته اي به تمدني بيگانه، كه تلكسوپي شبيه تلسكوپ فرمي داشته باشد، پيامي ارسال كنيم؟
روشي واضح براي اين كه توليد انفجاري بسيار شبيه اما به روشني متفاوت با GRB ها است. مثلاً مي توانيم چند بمب هسته اي را در يك نقطه منفجر كنيم (نوعي كد مورس هسته اي) كه به روشني بسيار متفاوت با چيزي است كه از GRB هاي طبيعي انتظار داريم. اما متأسفانه پرتوهاي ايكس و گاماي توليدشده درهر انفجار هسته اي آن قدر طي فواصل ميان ستاه اي، حتي تا نزديك ترين ستاره، ضعيف مي شوند كه تعداد بمب هايي كه لازم است منفجر كنيم بسيار زياد مي شود و كار را عملاً ناممكن مي كند.
* استي سکوپ. جيسون گاليچينو فيزيک دان در حال بررسي آرايه ي آشکار ساز تلسکوپ 72 اينچي دانشگاه هارودار در نزديکي بوستون است. اين تلسکوپ به دنبال فلش هاي نوري نانوثانيه اي از تمدن هاي ديگر است.
*ارتباط ليزري. سه تلسکوپ بزرگ بر فراز قله ي ماناکيا در هاوايي پرتوهاي ليزري را به سوي فضا شليک مي کنند(چپ به راست): سوبارو، کک 2، و کک1. اين پرتوهاي ليزر کار مهمي مي کنند و آن کمک به سامانه هاي اپتيک سازگار براي خنثي کردن اثر آشفته کننده ي جو زمين است. اما آن ها بسيار ضعيف تر از آن اند که از فواصل ميان ستاره اي آشکار شوند. در تئوري، مي توانيم با استفاده از تلسکوپي بزرگ، پرتو ليزري با قدرت چند پتاوات توليد و پيامي قابل آشکار سازي به سوي فضا ارسال کنيم.
ارتباط غيرفوتوني
البته يكي از اين چهارنيرو را مي توانيم كنار بگذاريم؛ نيروي گرانش را امواج گرانشي منتقل مي كنند و از آن جا كه گرانش ضعيف ترين نيرو در عالم است، آشكارسازي اين امواج بسيار دشوار است. اخترشناسان به طور غيرمستقيم مي توانند با بررسي منظومه هاي دوتايي حاوي دو ستاره ي نوتروني به آشكارسازي امواج گرانشي بپردازند. شايد با ارتقا دادن مداوم رصدخانه ي تداخل سنج ليزري امواج گرانشي (يا ليگو-LIGO) به جايي برسيم كه امواج گرانشي به طور مستقيم از برخورد ستاره هاي نوتروني و سياه چاله ها آشكار كنيم كه به اين ترتيب راهي جديد براي نگاه كردن به عالم پيش روي ما باز مي شود. قوانين فيزيك مانع تمدن هاي پيشرفته براي بهره گيري از امواج گرانشي براي برقراري ارتباط نمي شوند، اما ما هنوز چندين دهه تا زماني كه بتوانيم فقط در جست و جوي اين امواج باشيم فاصله داريم، چه برسد كه خودمان بخواهيم از همين روش براي ارسال كردن پيام استفاده كنيم.
امكان ديگر، بهره گيري از نيروهاي هسته اي قوي و ضعيف است. نيروي قوي مسئول «سرپا» نگه داشتن هسته هاي اتمي است. مي توان به ارسال اتم ها نيز به شكل يكي از راه هاي برقراري ارتباط نگاه كرد. به نوعي همين حالا هم، با ارسال فضاپيماهاي ويجر 1 و 2 و پايونير 10 و 11 به بيرون از منظومه ي شمسي، چنين كاري را كرده ايم. اما براي اين فضاپيماها، با سرعتي فقط حدود 0/005 درصد سرعت نور، هزاران سال طول مي كشد تا حتي به نزديك ترين ستاره برسند.
*پرتو ذرات. راست: اين لوله ي آبي فقط بخش کوچکي از برخورد دهنده ي بزرگ هادرون است؛ دستگاه شتاب دهنده ي ذراتي به محيط 27 کيلومتر در سوييس. اگر دانشمندان مي توانستند به نوعي چنين تجهيزات عظيمي را در فضا بسازند، مي توانستند جريان هايي از ذرات را به سوي ديگر ستاره ها ارسال کنند که اين جريان ها مدارک اشتباه پذيري از وجود تمدن فناورانه ي ما خواهند بود. برخورد دهنده ي بزرگ هادرون در اصل پروتون ها را به هم برخورد مي دهد اما شتاب دهنده ي فرضي ذرات در فضا نوترون گسيل مي کند و مسير اين تابش ها در ميان ميدان هاي مغناطيسي منحرف نمي شود.
در عوض مي توانيم پرتوهايي از ذرات - مانند آن هايي كه در شتاب دهنده ي بزرگ هادرون (LHC) در اروپا توليد مي شوند- را تقريباً با سرعت نور به سوي ستاره ها بفرستيم. ما ابزارهايي براي جست و جو به دنبال ذرات پُرانرژي طبيعي از فضا (يعني پرتوهاي كيهاني) در اختيار داريم. پرتويي از ذرات باردار كه به صورتي منظم ارسال شود نشانه ي خوبي از وجود ما خواهد بود.
مشكلي مهم در استفاده از پرتويي از پروتون ها يا الكترون ها براي برقراي ارتباط اين است كه اين ذرات باردار در مجاورت ميدان هاي مغناطيسي منحرف مي شوند. مقدار انحراف ذره ي باردار از مسيرمستقيم در گذر از كنار ميدان مغناطيسي هم به شدت ميدان و هم به جهت گيري آن بستگي دارد. متأسفانه دانش ما درباره ي ميدان هاي مغناطيسي ستاره ها در فضاي اطراف خورشيد بسيار كم است و نمي توانيم با دقت پرتويي از الكترون ها يا پروتون ها را در مسير دلخواه به سوي ستاره اي نزديك ارسال كنيم. اگر يك LHC فضايي بسازيم (كه جوّ زمين ديگر مزاحم نباشد)، نخواهيم دانست كه كدام سياره هدف پرتو ماست. و حتي اگر بگوييم كه مهم نيست اين پيام را به سوي كدام ستاره بفرستيم، به هر حال، هنوز تا ساختن LHC فضايي سال ها فاصله داريم.
*آشکارساز نوترينو. پايين راست: کارگران در اين تصوير مشغول حفرگودالي عمنيق در يخ هاي قطب جنوب اند. اين گودال بخشي از «تلسکوپ» نوترينوي عظيمي به نام آيس کيوب است. اين تلسکوپ ساخته شد تا از چشمه هاي طبيعي نجومي نوترينو آشکار کند، اما در تئوري اين تلسکوپ مي تواند پرنو نوترينويي را از تمدني بيگانه آشکار کند.
همچنين مي توانيم پرتويي از ذرات خنثي مخابره كنيم. چنين پرتويي را مي توانيم به سوي هر ستاره اي بفرستيم و مطمئن باشيم كه ميدان هاي مغناطيسي سر راه هم آن را منحرف نخواهند كرد. يكي از نامزدهاي چنين ذراتي نوترون است. اما جالب است بدانيد كه نوترون به تنهايي و در انزوا ذره اي ناپايدار است. نيم عمر يك نوترون فقط 11 دقيقه است. يازده دقيقه پس از رسال پرتويي از نوترون ها نيمي از نوترون هاي درون پرتو واپاشيده شده و به ذراتي ديگر تبديل شده اند، 22 دقيقه ي بعد فقط يك چهارم تعداد اصلي نوترون هاي باقي است، و 33 دقيقه ي بعد فقط يك هشتم، و الي آخر. البته با توجه به نظريه ي نسبيت خاص اينشتين، 11 دقيقه براي رصدگري سوار بر پرتو ارسال شده لزوماً همان 11 دقيقه روي زمين نيست. ما مي خواهيم كه اين پرتو به هر حال به صورت نسبيتي حركت كند.
آيا مي توانيم پرتويي از نوترون ها بسازيم كه 11 دقيقه در چارچوب مرجع آن معادل 4 سال در چارچوب مرجع ما روي زمين باشد، و بنابراين نيمي از نوترون هاي آن به نزديك ترين ستاره ي بعد از خورشيد برسند؟ متأسفانه، خير! براي اين كه دانشمندان بايد نوترون ها را تا انرژي هايي قابل مقايسه با ذرات شتاب گرفته در نزديكي سطح ستاره اي نوتروني شتاب بدهند كه اين دست كم هزاربار فراتر از توانايي هاي LHC است.
نيروي نهايي برهم كنش ضعيف نام دارد كه بر واپاشي راديواكتيو (پرتوزا) حاكم است. ما تا به حال ذراتي با برهم كنش ضعيف را به شكل نوترينوهايي از خورشيد و از ابرنواختر 1987A آشكار كرده ايم. آشكارسازهاي نوترينو ساخته ايم يا در حال ساخته شان هستيم كه به اخترفيزيك نوترينوها بپردازيم و البته شتاب دهنده هاي ذرات ما مي توانند پرتوهايي از نوترينو هم توليد كنند. بنابراين شايد تمدني بيگانه با سطحي از پيشرفت شبيه ما هم آشكارساز نوترينو داشته باشد.
ارتباط نوتروني مزايا و معايب خاص خود را دارد. از آنجا كه نيروي ضعيف، همان طور كه از نامش پيداست، ضعيف است نوترينوها به ندرت با ديگر شكل هاي ماده بر هم كنشي انجام مي دهند. يك پرتو نوترينو ممكن است بدون اين كه حتي يكي از نوترينوهاي آن جذب يا منحرف شوند از ميان زمين بگذرد. اما اين حقيقت اين ذرات ازلي مي توانند بي هيچ مشكي از ميان سياره اي عظيم بگذرند، آشكارسازي آن ها را بي نهايت دشوار مي كند. بزرگ ترين آشكارسازهاي نوترينو روي زمين بسيارعظيم اند و حجم شان به يك كيلومتر مكعب مي رسد و البته در اعماق زمين قرار دارند.
گروهي از دانشمندان اروپايي به تازگي اعلام كردند كه نوترينوها ممكن است با سرعتي بيش از سرعت نور حركت كنند (اخبار مربوط به اين موضوع را در شماره هاي 211، 212 و 213 نجوم بخوانيد.)البته حتي اگر واقعاً چنين باشد، اين به ما در برقراري ارتباط با بيگانگان كمكي نمي كند زيرا اختلاف سرعت محاسبه شده براي نوترينوها و سرعت نور فقط 0/0025 درصد است.
متأسفانه، توليد كردن پرتويي درخشان از نوترينوها فعلاً بسيار فراتر از توانايي هاي ما قرار دارد. از ابرنواختر 1987A در ابربزرگ ماژلان فقط كمتر از 25 نوترينو را آشكار كرده ايم. فرض كنيد مي خواستيم به اين روش با تمدني بسيار نزديك تر -مثلاً 160 سال نوري به جاي 160 هزار سال نوري تا ابر ماژلان بزرگ- ارتباط برقرار كنيم. جابه جا كردن ابرنواختر 1987A به اين فاصله را يك ميليون بار از نظر نوترينويي درخشان تر مي كند اما همچنين در انفجار ابرنواختري حدود 10 درصد جرم ستاره هم به انرژي تبديل مي شود. توليد كردن مقداري كافي نوترينو براي اين كه تمدني در فاصله ي 160 سال نوري از ما بتواند همچنان حدود 25 نوترينو را آشكار كند نيازمند رهاسازي انرژي ذخيره شده در جسمي به اندازه ي مريخ است! بنابراين روشن است كه برقراري ارتباط مؤثر نوترينويي همچنان تا سال ها فراتر از توانايي هاي ما قرار دارد.
* انفجارهاي هسته اي.
چپ: ناسا تلسکوپ فضايي پرتو
گاماي فرمي را به فضا فرستاد تا تابش هاي پر انرژي چشمه هاي طبيعي - مانند ستاره هاي منفجر شونده، سياه چاله ها، و ستاره هاي نوتروني- را بررسي کند. اما تمدن هاي ديگر براي آشکار سازي انفجارهاي هسته اي دست ساز بشر در فضا بايد مدل هاي بسيار قوي تري از تلسکوپ فرمي را داشته باشند.
توانايي هاي محدود
همان طور كه ديديم، آشكارسازي تمدن ما كار دشواري است يا به همين ترتيب، توانايي تمدن ما هم براي ارسال پيامي به تمدن هاي ديگر محدود است. در برخي موارد هم كه فناوري آن را داريم، آن را روشي براي برقراري ارتباط يا ارسال پيام به ديگران برنگزيده ايم. فعلاً فقط مي دانيم كه احتمالاً در جايي ديگر در اين عالم هم تمدني وجود دارد كه مشغول بررسي اين حقيقت است كه آيا در اين عالم تنهاست؟
آيا براي ارسال پيام به تمدن هاي ديگر تلاشي کنيم؟
آيا بيگانگان فضايي مي توانند به راديوهاي ما گوش بدهند، يا برنامه هاي تلويزيوني ما را ببينيد؟
درخشندگي تمدن ما در امواج راديويي چقدر است؟ مثلاً سامانه ي راداري آرسيبو را در نظر بگيريد. اين سامانه منجر به كشف هاي متعددي، از جمله يخ آب بر قطب هاي ماه و عطارد، و همچنين موجب كامل شدن درك ما از ويژگي هاي سيارك هاي بالقوه خطرناك شده است. سامانه ي راداري آرسيبو، افزون بر بهره گيري از بزرگ ترين تلسكوپ راديويي جهان (به قطر 305 متر)، به زودي به فرستنده اي با قدرت هزار كيلو وات (يا يك مگاوات) مجهز خواهد شد كه در فركانس 2380 مگاهرتز كار خواهد كرد. براي مقايسه خوب است بدانيد كه فرستنده ي معمولي تلويزيوني يا راديوي اف ام، كه در فركانس حدود 100 مگاهرتز كار مي كند، با قدرت 50 كيلووات، يعني 20 بار كم قدرت تر، به مخابره ي امواج مي پردازد.
فرستنده ي راداري آرسيبو از نظر تمدني در فاصله ي 25 سال نوري، حدود 50 يانسكي (JY) درخشندگي راديويي دارد (يانسكي واحد چگالي شار طيفي و برابر است با 10به توان منفي 26 وات بر متر مربع بر هرتز؛ و چگالي شار در واقع مقدار شار گذركننده از واحد سطح تعريف مي شود.) براي مقايسه بدانيد كه اجرام آسماني راديويي معمولي حدود يك يانسكي درخشندگي راديويي دارند، در حالي كه درخشندگي راديويي يك تلفن همراه در فاصله ي حدود يك كيلومتري چند ميليون يانسكي است. درخشندگي راديوي 50 يانسكي را به آساني با ابزارهايي مانند آرايه اي بسيار بزرگ گسترده شده (EVLA) در نيومكزيكو مي توان آشكار كرد. حتي در مقياس هاي كهكشاني دو سامانه ي آرسيو مانند مي توانند با هم ارتباط مستقيم -البته با تأخير زماني بسيار - داشته باشند.
براي هر تمدني كه در جست و جوي امواج مخابره شده ي سامانه ي راداري آرسيبو باشد، پيچيدگي هايي وجود دارد، نخست اين كه سامانه همواره كار نمي كند. از اين تلسكوپ در ديگر پژوهش هاي نجومي و جوّي هم استفاده مي شود. روشن است كه هرچقدر هم تلسكوپ ها و آشكارسازهاي تمدني بيگانه قوي باشد، وقتي ما چيزي مخابره نكنيم آن ها هم چيزي آشكار نمي كنند.
پيچيدگي دوم اين است كه فرستنده ي آرسيبو هنگام مخابره ي امواج، به زمين در حال چرخش متصل است. به سبب قطر بزرگ تلسكوپ، امواج ارسال شده از آن به شدت متمركزند؛ شبيه نور چراغ فانوس دريايي. بنابراين تمدن بيگانه فقط زماني قادر به آشكارسازي اين امواج خواهد بود كه دقيقاً در لحظه ي درست و در جهت درست كار كند. بدتر اين كه حتي اگر تمدني باشد كه مدام ما را زير نظر داشته باشد اما جهت گيري تلسكوپ آشكارسازش با فرستنده ي آرسيبو يكسان نباشد، هرگز ما را نخواهد يافت! (مثل اين مي ماند كه رصدگري در شمال ايران هر شب آسمان را رصد كند، به هر حال هرگز نمي تواند ستاره ي آلفا-قنطورس را ببيند.)
پيچيدگي نهايي اين است كه سامانه ي راداري آرسيبو در همه ي عمر تلكسوپ آرسيبو به اين شكل كار نكرده بوده است؛ سامانه هاي پيشين قدر كمتري داشته اند كه به اين معناست كه از فواصل دور آشكار نمي شده اند. همچنين تمدن بيگانه بايد آسمان را در فركانس درست رصد كند.
يكي از كارهايي كه مي توانيم براي افزايش احتمال پيدا شدن انجام بدهيم اين است كه علامتي هميشه روشن توليد كنيم. فرستنده ي راديويي ديگر ما، بعد از آرسيبو، احتمالاً سامانه ي نظارت فضايي نيروي هوايي آمريكا (AFSSS) است. اين سامانه ي راداري اكنون 40 سال است كه به طور پيوسته كار مي كند و وظيفه اش ردگيري ماهواره هاست. اما، مانند آرسيبو، اين سامانه هم به سياره اي در حال چرخش متصل است؛ بنابراين تمدني دوردست همچنان بايد در زمان درست و در جهت درست رصد كند تا امواج آن را آشكار كند.
هر چند قدرت AFSSS كمي كمتر از آرسيبو است و پرتو مخابره شده از آن هم چندان متمركز نيست. پرتو كمتر متمركز آن البته مستقيماً به هدف مأموريت اين سامانه مرتبط است و آن ايجاد حصاري فضايي» است كه ماهواره ها حين گردش به دور زمين بايد از ميانش بگذرند. تركيب قدرت كمتر و پرتو غيرمتمركزتر يعني اين سامانه احتمالاً 10 هزار بار ضعيف تر است اما احتمالاً همچنان از فاصله ي حدود 25 سال نوري با تلسكوپي مانند EVLa يا تلسكوپ راديويي غول پيكر امواج متري (GMRT) درهند قابل آشكارسازي خواهد بود.
يكي ديگر از مباحث رايج اين است كه آيا امكان دارد بيگانگان فضايي برنامه هاي تلويزيوني ما را دريافت كنند؟ و نگران برخي اين است كه اگر چنين شود، برداشت آن ها از تمدن زميني چه خواهد بود؟ البته دريافت كردن برنامه هاي تلويزيوني از فواصل ميان ستاره اي چندان كار آساني نيست. مخابره هاي تلويزيوني و راديو اِف ام نه تنها ضعيف ترند بكله بسيار هم كمتر متمركزند (تا اين جا روي زمين، مردم بيشتري آن ها را دريافت كنند). تركيب قدرت كمتر و پرتوهاي كمتر متمركز يعني تمدن هاي نزديك ما بايد تلسكوپ هايي دست كم 100 بار حساس تر از تلسكوپ هاي راديويي فعلي ما داشته باشند تا بتوانند برنامه هاي تلويزيوني ما را دريافت كنند.
وقتي همه اين موارد را در نظر بگيريد، متوجه مي شويد كه چرا پروژه اي مانند سِتي هنوز در نخستين مراحل خود به سر مي برد. ما فقط با داشتن تلسكوپ هايي بسيار بزرگ تر به همراه پروژه هاي دائمي سِتي سوار بر آن ها (مانند پروژه ي ستي در خانه) مي توانيم اميدوار باشيم كه روزي علامتي از همسايگان بيگانه دريافت كنيم.
* بشقاب راديويي. با وجود برنامه هاي مختلف بسيار براي برقرار کردن ارتباطات ميان ستاره اي، همچنان بهره گيري از علايم راديويي کاربردي ترين روش است زيرا اين امواج بسيار آسان مخابره و آشکار سازي مي شوند و در ضمن با سرعت نور حرکت مي کنند. در اين تصوير رصد خانه ي آرسيبو در پرتوريکو را مي بينيد که مي تواند علايم راديويي را، حتي اگر از آن سوي کهکشان ما آمده باشند، آشکار کند.
برگرفته از: sky & Telsecope,jan 2012
منبع:نشريه نجوم، شماره 215
/ع
