نحن البشر لدينا الجوع الذي لا يشبع لفهم الكون. كما قال كارل ساجان ، "الفهم هو النشوة". ولكن لفهم الكون ، نحتاج إلى طرق أفضل وأفضل لرصده. وهذا يعني شيئًا واحدًا: مقاريب كبيرة وضخمة وضخمة.
في هذه السلسلة ، سنلقي نظرة على التلسكوبات الفائقة القادمة في العالم:
- تلسكوب ماجلان العملاق
- التلسكوب الكبير للغاية
- تلسكوب 30 مترا
- التلسكوب الأوروبي الكبير للغاية
- تلسكوب المسح السينوبتي الكبير
- تلسكوب جيمس ويب الفضائي
- تلسكوب المسح الميداني بالأشعة تحت الحمراء
من السهل نسيان تأثير تلسكوب هابل الفضائي على معرفتنا بالكون. في الواقع ، قد يكون هذا أفضل قياس لنجاحه: نأخذ هابل ، وكل ما تعلمناه منه ، من المسلم به الآن. ولكن يتم تطوير مقاريب فضائية أخرى ، بما في ذلك WFIRST ، والتي ستكون أقوى بكثير من هابل. إلى أي مدى ستوسع هذه التلسكوبات فهمنا للكون؟
"WFIRST لديه القدرة على فتح أعيننا على عجائب الكون ، بنفس الطريقة التي يمتلكها هابل." - جون جرونسفيلد ، مديرية مهمة العلوم في وكالة ناسا
قد يكون WFIRST الوريث الحقيقي لهابل ، على الرغم من أنه غالبًا ما يتم الترويج لتلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) على هذا النحو. ولكن قد يكون من الخطأ حتى استدعاء WFIRST بمقراب ؛ من الأدق تسميته مرصد الفيزياء الفلكية. وذلك لأن أحد أهدافها العلمية الأساسية هو دراسة الطاقة المظلمة ، تلك القوة الغامضة التي تدفع توسع الكون ، والمادة المظلمة ، المادة التي يصعب اكتشافها والتي تبطئ هذا التوسع.
ستحتوي WFIRST على مرآة بطول 2.4 متر ، بنفس حجم هابل. ولكن ، ستحتوي على كاميرا تعمل على توسيع قوة تلك المرآة. إن أداة Wide Field Instrument هي كاميرا متعددة النطاق قريبة من الأشعة تحت الحمراء 288 ميجا بكسل. بمجرد تشغيلها ، ستلتقط صورًا شديدة الوضوح مثل تلك الموجودة في هابل. ولكن هناك اختلاف واحد كبير: ستلتقط أداة Wide Field Instrument صورًا تغطي أكثر من 100 ضعف السماء التي يفعلها هابل.
إلى جانب أداة المجال الواسع ، سيكون لدى WFIRST أداة Coronagraphic Instrument. سوف تقدم الصك Coronagraphic دراسة الكواكب الخارجية. ستستخدم نظامًا من الفلاتر والأقنعة لحجب الضوء عن النجوم الأخرى ، والتركيز على الكواكب التي تدور حول تلك النجوم. سيسمح هذا بدراسة مفصلة للغاية للغلاف الجوي للكواكب الخارجية ، وهي إحدى الطرق الرئيسية لتحديد قابلية العيش.
من المقرر إطلاق WFIRST في عام 2025 ، على الرغم من أنه من السابق لأوانه تحديد موعد دقيق. ولكن عند إطلاقها ، فإن الخطة هي أن يسافر WFIRST إلى نقطة Sun-Earth LaGrange Point 2 (L2.) L2 هي نقطة متوازنة بالجاذبية في الفضاء حيث يمكن لـ WFIRST القيام بعملها دون انقطاع. من المقرر أن تستمر المهمة حوالي 6 سنوات.
قال جون جرونسفيلد ، رائد الفضاء والمدير المساعد لمديرية مهمة العلوم التابعة لوكالة ناسا في المقر الرئيسي في واشنطن ، "WFIRST لديه القدرة على فتح أعيننا على عجائب الكون ، تمامًا كما فعل هابل". "تجمع هذه المهمة بشكل فريد بين القدرة على اكتشاف الكواكب وتوصيفها خارج نظامنا الشمسي مع الحساسية والبصريات من أجل النظر في أعماق الكون في محاولة لكشف أسرار الطاقة المظلمة والمادة المظلمة."
باختصار ، هناك اقتراحان لما يمكن أن تكون الطاقة المظلمة. الأول هو الثابت الكوني ، حيث الطاقة المظلمة موحدة في جميع أنحاء الكون. والثاني هو ما يعرف بالحقول العددية ، حيث يمكن أن تختلف كثافة الطاقة المظلمة في الزمان والمكان.
منذ تسعينيات القرن الماضي ، أظهرت لنا الملاحظات أن توسع الكون يتسارع. بدأ هذا التسارع منذ حوالي 5 مليارات سنة. نعتقد أن الطاقة المظلمة هي المسؤولة عن هذا التوسع المتسارع. من خلال تقديم مثل هذه الصور الكبيرة والمفصلة للكون ، ستتيح WFIRST لعلماء الفلك خريطة التوسع بمرور الوقت وعلى مساحات واسعة. ستقوم WFIRST أيضًا بقياس الأشكال والمواقع ومسافات الملايين من المجرات بدقة لتتبع توزيع ونمو الهياكل الكونية ، بما في ذلك مجموعات المجرات والمادة المظلمة المصاحبة لها. الأمل هو أن يمنحنا هذا المستوى التالي من الفهم عندما يتعلق الأمر بالطاقة المظلمة.
إذا كان كل هذا يبدو معقدًا للغاية ، انظر إليه بهذه الطريقة: نحن نعلم أن الكون يتوسع ، ونعلم أن التوسع يتسارع. نريد أن نعرف لماذا تتوسع وكيف. لقد أطلقنا اسم "الطاقة المظلمة" على القوة التي تقود هذا التوسع ، والآن نريد معرفة المزيد عنه.
الطاقة المظلمة وتوسع الكون هو لغز كبير ، وسؤال يدفع علماء الكون. (إنهم يريدون حقًا أن يعرفوا كيف سينتهي الكون!) ولكن بالنسبة للكثيرين منا ، هناك سؤال آخر أكثر إلحاحًا: هل نحن وحدنا في الكون؟
لن تكون هناك إجابة سريعة على هذا الجواب ، ولكن أي إجابة نعثر عليها تبدأ بدراسة الكواكب الخارجية ، وهذا أمر سوف تتفوق عليه WFIRST أيضًا.
قال بول هيرتز ، مدير قسم الفيزياء الفلكية في ناسا في واشنطن: "تم تصميم WFIRST لمعالجة المجالات العلمية التي حددها المجتمع الفلكي كأولويات عليا". ستعطي الأداة ذات المجال الواسع التلسكوب القدرة على التقاط صورة واحدة بعمق وجودة هابل ، ولكنها تغطي المنطقة 100 مرة. ستوفر هذه الفقرة العلم الثوري ، وتلتقط الصور الباهتة ، ولكن المباشرة للعوالم الغازية البعيدة والأرض الفائقة. "
"سيقدم التتويج العلم الثوري ، ويلتقط الصور الباهتة ، ولكن المباشرة للعوالم الغازية البعيدة والأرض الفائقة." - بول هيرتز ، قسم الفيزياء الفلكية التابع لناسا
الصعوبة في دراسة الكواكب الخارجية هي أنها كلها نجوم تدور حولها. النجوم مشرقة جدًا لدرجة تجعل من المستحيل رؤية كواكبها بأي تفاصيل. يشبه التحديق في منارة على بعد أميال ومحاولة دراسة حشرة بالقرب من المنارة.
سوف تتفوق أداة Coronagraphic Instrument على متن WFIRST في حجب ضوء النجوم البعيدة. يفعل ذلك مع نظام المرايا والأقنعة. هذا ما يجعل دراسة الكواكب الخارجية ممكنة. فقط عندما يتم التعامل مع الضوء من النجم ، يمكن فحص خصائص الكواكب الخارجية.
سيسمح هذا بقياسات تفصيلية للتركيب الكيميائي لجو كوكب خارج المجموعة الشمسية. من خلال القيام بذلك عبر آلاف الكواكب ، يمكننا البدء في فهم تكوين الكواكب حول أنواع مختلفة من النجوم. بالرغم من ذلك ، هناك بعض القيود على الصك Coronagraphic.
كانت أداة Coronagraphic عبارة عن إضافة متأخرة إلى WFIRST. بعض الأجهزة الأخرى في WFIRST غير محسنة للعمل معها ، لذلك هناك بعض القيود على تشغيلها. سيكون قادرًا فقط على دراسة عمالقة الغاز ، وما يسمى بالأرض الخارقة. هذه الكواكب الأكبر حجمًا لا تتطلب الكثير من البراعة للدراسة ، وذلك ببساطة بسبب حجمها. من المرجح أن تكون العوالم الشبيهة بالأرض خارج قوة أداة Coronagraphic Instrument.
هذه القيود ليست كبيرة على المدى الطويل. إن Coronagraph هي في الواقع أكثر من عرض تكنولوجي ، ولا تمثل اللعبة النهائية لدراسة الكواكب الخارجية. كل ما يتم تعلمه من هذه الأداة سيساعدنا في المستقبل. سيكون هناك خليفة في نهاية المطاف لـ WFIRST في يوم ما ، ربما بعد عقود من الآن ، وبحلول ذلك الوقت ستكون تقنية Coronagraph قد تقدمت كثيرًا. في ذلك الوقت المستقبلي ، قد تكون لقطات مباشرة للكواكب الخارجية الشبيهة بالأرض ممكنة.
ولكن ربما لن نضطر إلى الانتظار كل هذا الوقت.
هناك خطة لتعزيز فعالية Coronagraph على WFIRST من شأنها أن تسمح لها بتصوير الكواكب الشبيهة بالأرض. يطلق عليه EXO-S Starshade.
إن EXO-S Starshade هو نظام تظليل قابل للنشر بقطر 34 مترًا والذي يمنع ضوء النجوم من الإضرار بوظيفة WFIRST. ستكون في الواقع مركبة منفصلة ، يتم إطلاقها بشكل منفصل وإرسالها في طريقها إلى موعد مع WFIRST في L2. لن يتم ربطها ، ولكنها ستوجه نفسها باستخدام WFIRST من خلال نظام الكاميرات وأضواء التوجيه. في الواقع ، جزء من قوة Starshade هو أنه سيكون على بعد حوالي 40000 إلى 50000 كيلومتر من WFIRST.
تمثل الطاقة المظلمة والكواكب الخارجية أولويات WFIRST ، ولكن هناك دائمًا اكتشافات أخرى تنتظر تلسكوبات أفضل. لا يمكن التنبؤ بكل شيء سنتعلمه من WFIRST. مع صور مفصلة مثل صور هابل ، ولكن أكبر 100 مرة ، نحن في بعض المفاجآت.
"ستقوم هذه المهمة بمسح الكون للعثور على الأشياء الأكثر إثارة للاهتمام هناك." - نيل جيريلز ، عالم مشروع WFIRST
قال نيل جيريلز ، عالِم مشروع WFIRST في مركز جودارد لرحلات الفضاء في غرينبلت بولاية ماريلاند: "بالإضافة إلى قدراتها المثيرة للطاقة المظلمة والكواكب الخارجية ، ستوفر WFIRST كنزًا كبيرًا من البيانات الرائعة لجميع علماء الفلك". "ستقوم هذه المهمة بمسح الكون للعثور على الأشياء الأكثر إثارة للاهتمام هناك."
مع ظهور جميع التلسكوبات الفائقة على الإنترنت في السنوات القليلة المقبلة ، يمكننا توقع بعض الاكتشافات المذهلة. في غضون 10 إلى 20 عامًا ، ستكون معرفتنا متقدمة جدًا. ماذا سنتعلم عن المادة المظلمة والطاقة المظلمة؟ ماذا سنعرف عن مجموعات الكواكب الخارجية؟
يبدو الآن أننا نتلمس فقط للتوصل إلى فهم أفضل لهذه الأشياء ، ولكن مع WFIRST وغيرها من التلسكوبات الفائقة ، نحن على استعداد لمزيد من الدراسة الهادفة.
