رصيد الصورة: جامعة أريزونا
منذ أكثر من 30 عامًا ، جاء الدكتور روجر أنجل إلى جامعة أريزونا ، وقد جذبه الظروف المواتية للرصد الفلكي في منطقة توكسون ، أريزونا: العديد من التلسكوبات قريبة بشكل ملائم ، وبالطبع الطقس معتدل بشكل رائع. ولكن الآن ، يقترح أنجل بناء تلسكوب في مكان بعيد إلى حد ما وليس معتدلًا تمامًا: فوهة قطبية على سطح القمر.
معروف بابتكاراته في مرايا التلسكوب خفيفة الوزن والبصريات التكيفية ، يقود الآن Angel فريقًا من العلماء من الولايات المتحدة وكندا الذين يستكشفون جدوى بناء مرصد عميق للأشعة تحت الحمراء بالقرب من أحد أقطاب القمر باستخدام تلسكوب مرآة سائل (LMT) ).
هذا المفهوم هو واحد من 12 اقتراحًا بدأوا في تلقي التمويل في أكتوبر الماضي من معهد ناسا للمفاهيم المتقدمة (NIAC). يحصل كل منهم على 75000 دولار مقابل ستة أشهر من البحث لإجراء دراسات أولية وتحديد تحديات التنمية. المشاريع التي تصل إلى المرحلة الأولى مؤهلة للحصول على ما يصل إلى 400000 دولار إضافي على مدى عامين.
يتم تصنيع LMTs عن طريق تدوير سائل عاكس ، عادة ما يكون من الزئبق ، على منصة على شكل وعاء لتشكيل سطح مكافئ ، مما يجعله مثاليًا للبصريات الفلكية. اقترح إسحاق نيوتن النظرية في الأصل ، لكن التكنولوجيا اللازمة لإنشاء مثل هذا الجهاز بنجاح لم يتم تطويرها إلا مؤخرًا. يتم استخدام عدد قليل فقط من LMTs اليوم ، بما في ذلك LMT بطول 6 أمتار في فانكوفر ، كندا ، ونسخة بطول 3 أمتار تستخدمها ناسا لمرصد الحطام المداري في نيو مكسيكو.
على الأرض ، يقتصر حجم LMTs على حوالي 6 أمتار لأن الرياح المتولدة ذاتيًا والتي تأتي من دوران التلسكوب تزعج السطح. بالإضافة إلى ذلك ، مثل التلسكوبات الأرضية الأخرى ، تخضع LMTs لامتصاص وتشويه الغلاف الجوي ، مما يقلل بشكل كبير من نطاق وحساسية مراقبة الأشعة تحت الحمراء. لكن أنجل يقول إن القمر الخالي من الغلاف الجوي يوفر الموقع المثالي لهذا النوع من التلسكوب بينما يوفر الجاذبية اللازمة لتشكيل المرآة المكافئة.
تتمثل إمكانات LMT على القمر في صنع تلسكوب كبير جدًا. كمرجع ، يحتوي تلسكوب هابل الفضائي على مرآة بطول 2.4 متر ، وتلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) الذي يتم تطويره لإطلاقه في عام 2011 سيكون به مرآة بطول 6 أمتار. مفهوم اقتراح Angel's NIAC هو مرآة بطول 20 مترًا ، ولكن مع البحث الذي قام به الفريق حتى الآن ، فإنهم يبحثون الآن في إنشاء مرايا كبيرة جدًا ، حيث يكون 100 متر هو الخيار النهائي الكبير. إنهم يفكرون في LMTs الأصغر أيضًا. قال أنجل: 'من الواضح أننا لا نستطيع الذهاب إلى القمر وجعل مرآة 100 متر أول شيء'. 'نحن ندرس تسلسلًا لأحجام المقاييس من 2 متر ، و 20 مترًا ، و 100 متر ، ونبحث عن الإمكانات لكل منها.' يعتقد أنجل أن التلسكوب الذي يبلغ طوله مترين يمكن صنعه دون أي وجود بشري على القمر ، وأن يتم إعداده كتلسكوب آلي ، مثل الكثير من الأدوات العلمية الموجودة على مركبات المريخ التي تعمل الآن.
الحد من المرآة السائلة هو أنها تشير فقط بشكل مستقيم ، لذا فهي ليست مثل التلسكوب القياسي الذي يمكن توجيهه في أي اتجاه وتتبع الأجسام في السماء. إنه ينظر فقط إلى منطقة السماء الموجودة في السماء.
لذا ، فإن الهدف العلمي لـ LMT هو عدم النظر إلى السماء بأكملها ، ولكن أخذ منطقة واحدة من الفضاء والنظر إليها بعمق. كان هذا النوع من علم الفلك 'مربحًا' للغاية ، كما وصفه أنجل ، من حيث ثروة المعلومات التي تم جمعها. من أكثر الجهود العلمية المثمرة من تلسكوب هابل الفضائي صور 'المجال العميق'.
لتكون قادرًا على النظر إلى منطقة واحدة فقط من الفضاء في جميع الأوقات ، يدفع Angel وفريقه للبحث عن أحد أقطاب القمر للحصول على أفضل موقع لهذا التلسكوب. كما هو الحال في قطبي الأرض ، فإن النظر مباشرة من القطبين على القمر يوفر دائمًا نفس مجال الرؤية خارج المجرة. 'إذا ذهبنا إلى القطب الشمالي أو الجنوبي للقمر ، فسنقوم بتصوير بقعة واحدة من السماء طوال الوقت ، وهذا يسمح لك بعمل تكامل عميق للغاية ، أعمق بكثير حتى من حقل هابل العميق.' ادمج ذلك مع فتحة كبيرة ، وسيوفر هذا التلسكوب عمق مراقبة لا مثيل له مع أي تلسكوب على الأرض أو في الفضاء. قال أنجل: 'هذا هو المكان المناسب أو القوة الخاصة لهذا التلسكوب'.
جانب إيجابي آخر للمرايا السائلة هو أنها غير مكلفة للغاية مقارنة بعملية صنع مرآة قياسية عن طريق إنشاء وتلميع واختبار قطعة زجاجية كبيرة صلبة أو إنشاء قطع أصغر يجب صقلها واختبارها ثم ربطها ببعضها البعض. بدقة. أيضًا ، لا تحتاج LMTs إلى حوامل أو دعامات أو أنظمة تتبع أو قبة باهظة الثمن.
قال أنجل: 'من المتوقع أن تتجاوز التكلفة الإجمالية لتلسكوب جيمس ويب مليار دولار ، مع سعر على المرآة وحدها حوالي ربع مليون دولار'. 'تلك المرآة يبلغ ارتفاعها 6 أمتار ، لذلك إذا قمنا بتوسيع نطاق هذه التكنولوجيا إلى مرايا أكبر في الفضاء ، فسنقوم في النهاية بتحطيم البنك ، ولن نتمكن من توفيرها من خلال التكنولوجيا الحالية لصنع المرآة المصقولة و الحصول عليه في الفضاء. '
على الرغم من أن التلسكوب البالغ طوله 2 متر سيكون نموذجًا أوليًا ، إلا أنه سيظل ذا قيمة فلكية. 'يمكننا القيام بأشياء مكملة لتلسكوب سبيتزر الفضائي وتلسكوب ويب ، حيث أن التلسكوب الذي يبلغ طوله مترين على القمر سيملأ المنطقة الواقعة بين هذين التلسكوبين.' توفر المرآة التي يبلغ ارتفاعها 20 مترًا دقة وضوح أكبر بثلاث مرات من JWST ، ومن خلال دمج 'الغالق' أو تركه مفتوحًا لفترات طويلة ، مثل عام ، يمكن رؤية الأشياء الخافتة 100 مرة. ستوفر مرآة 100 متر بيانات خارج المخططات.
يتمثل أحد التحديات في تطوير LMT على القمر في إنشاء محامل لتدوير المنصة بسلاسة وبسرعة ثابتة. تُستخدم محامل الهواء في LMTs على الأرض ، ولكن مع عدم وجود هواء على القمر ، فهذا مستحيل. يبحث أنجل وفريقه في محامل الارتفاعات المبردة ، على غرار ما يستخدم لقطارات الرفع المغناطيسي للحصول على حركة غير احتكاكية باستخدام مجال مغناطيسي. وأضاف أنجل: 'على سبيل المكافأة ، مع درجات الحرارة المنخفضة على سطح القمر ، يمكنك القيام بذلك دون إنفاق أي طاقة لأنه يمكنك صنع مغناطيس فائق التوصيل يسمح لك بعمل محمل ارتفاع لا يتطلب إدخالًا مستمرًا للطاقة الكهربائية. '
وصف الملاك المحامل بأنها عنصر حاسم في التلسكوب. قال أنجل: 'مع عدم وجود هواء على القمر لتوليد الرياح ، لا يوجد حد للحجم أو الوصول إلى الدقة التي تحتاجها طالما أن المحمل على ما يرام'.
أحد تطورات المشروع منذ تلقي تمويل NIAC هو موقع التلسكوب. في الاقتراح الأولي ، فضل فريق Angel القطب الجنوبي للقمر في فوهة شاكلتون. لكن القطب الشمالي يقدم في الواقع مجال رؤية أفضل للمراقبة خارج المجرة ، كما أدركوا ، وينتظر الملاك البيانات من المركبة الفضائية القمرية SMART-1 التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية والتي بدأت مؤخرًا في مسح المناطق القطبية للقمر.
قال أنجل: 'توجد في المناطق القطبية بعض الحفر حيث لا تضيء الشمس أبدًا ولا تسخن الأرض'. 'الجو بارد للغاية هناك ، ليس بعيدًا عن الصفر المطلق. بدلاً من بناء التلسكوب في ظل هذه الظروف المعادية ، سنحاول بناء التلسكوب على قمة أي من القطبين ، حيث سيكون هناك ضوء الشمس بشكل مستمر تقريبًا. هذا من شأنه أن يوفر الطاقة الشمسية وستكون الظروف أفضل للأشخاص الذين يعيشون هناك. كل ما عليك فعله هو وضع شاشة مايلر أسطوانية حول التلسكوب لمنع الشمس من الاصطدام به وسيبرد تمامًا كما هو الحال في قاع الحفر '.
من خلال مراقبة الأشعة تحت الحمراء ، يعد التلسكوب البارد أمرًا حيويًا لتكون قادرًا على رؤية أجسام أكثر برودة وخفوتًا في الفضاء. سيكون وجود التلسكوب بالقرب من الصفر المطلق (0 درجة كلفن ، -273 درجة مئوية ، -460 درجة فهرنهايت) مثاليًا. نظرًا لأن الزئبق سيتجمد عند درجات الحرارة هذه ، فإن التحدي الآخر للمشروع هو العثور على السائل المناسب للدوران للمرآة. بعض المواد المرشحة هي الإيثان والميثان وهيدروكربونات صغيرة أخرى ، مثل السوائل التي تم العثور عليها على تيتان بواسطة مسبار Huygens ، الذي هبط على أكبر قمر زحل في 14 يناير.
قال أنجل: 'لكن هذه السوائل ليست لامعة ، لذا عليك معرفة كيفية إيداع معدن لامع مثل الألمنيوم مباشرة على سطح السائل'. 'عادةً عندما نصنع تلسكوبًا فلكيًا ، نصنع المرايا من الزجاج ، والتي لا تنعكس كثيرًا ثم تتبخر الألومنيوم أو الفضة على الزجاج. على القمر ، سيتعين علينا تبخير المعدن على السائل بدلاً من الزجاج '.
هذا أحد المجالات الرئيسية للبحث بموجب جائزة NIAC. في الدراسات الأولية ، تمكن فريق Angel من تبخير معدن وتحويله إلى سائل ، على الرغم من عدم توفره في درجات الحرارة الباردة المطلوبة. ومع ذلك ، فقد شجعتهم النتائج حتى الآن.
يعتبر فريق Angel غير معتاد بالنسبة لمشروع NIAC ، من حيث أنه تعاون دولي ، ولا يمول NIAC شركاء دوليين. قال أنجل: 'يحدث أن خبراء العالم في صنع تلسكوبات مرايا سائلة تدور في كندا ، لذلك كان من الضروري نوعًا ما أننا إذا كنا نفكر في القيام بذلك على سطح القمر ، فإننا نجلبهم'. 'لحسن الحظ ، لقد حضروا بتذكرة خاصة بهم ، إذا جاز التعبير ، وهم متحمسون للمشروع.'
الأعضاء الكنديون في الفريق هم إيمانو بورا ، من جامعة لافال في كيبيك ، والذي كان يبحث ويصمم LMTs منذ أوائل الثمانينيات ، وبول هيكسون ، من جامعة كولومبيا البريطانية ، الذي قام بمساعدة بورا ببناء LMT بطول 6 أمتار في فانكوفر. ومن بين المتعاونين الآخرين كي ما في جامعة تكساس في هيوستن وهو خبير في المحامل المبردة ، وارين دافيسون من جامعة أريزونا وهو خبير في الهندسة الميكانيكية في التلسكوبات ، وطالب الدراسات العليا سوريش سيفاناندام.
تم إنشاء NIAC في عام 1998 للحصول على مفاهيم ثورية من الأشخاص والمنظمات خارج وكالة الفضاء والتي يمكن أن تعزز مهام ناسا. يتم اختيار المفاهيم الفائزة لأنها 'تدفع بحدود العلوم والتكنولوجيا المعروفة' و 'تُظهر صلة بمهمة ناسا' ، وفقًا لوكالة ناسا. من المتوقع أن تستغرق هذه المفاهيم ما لا يقل عن عقد من الزمن لتطويرها.
يقول أنجل إن الحصول على جائزة NIAC فرصة عظيمة. وقال 'سنكتب بلا شك اقتراحًا للمرحلة الثانية (من تمويل نياك)'. 'لقد حددنا خلال المرحلة الأولى ما هي بعض أكثر القضايا أهمية في هذا المشروع ، وما هي الخطوات العملية التي يجب أن نتخذها الآن. لقد فتحنا بعض الأسئلة ، وهناك بعض الاختبارات البسيطة التي يمكننا إجراؤها لمعرفة ما إذا كان هناك أي توقف للعرض أم لا. '
أكبر عقبة تحول دون جعل مرصد الأشعة تحت الحمراء القمرية حقيقة واقعة هي ، على الأرجح ، خارج نطاق سيطرة الملاك تمامًا. قال أنجل: 'القمر مكان ممتع للغاية لدراسة العلوم'. 'ومع ذلك ، فهي تستند إلى التزام كبير بالموارد من قبل وكالة ناسا للعودة إلى القمر.' بالتأكيد ، لبناء التلسكوبات الكبيرة التي يبلغ ارتفاعها 20 أو 100 متر ، يجب أن يكون هناك تواجد مأهول على القمر. 'لذا ،' تابع أنجل ، 'من خلال ربط علمك في هذا الاتجاه ، تصبح ذيل كلب كبير جدًا ليس لديك أي سيطرة عليه مطلقًا'؟
يأمل أنجل أن تتمكن ناسا والولايات المتحدة من الحفاظ على زخم الرؤية لاستكشاف الفضاء والعودة إلى القمر. قال أنجل: 'أعتقد في النهاية أن الانتقال إلى الفضاء هو أمر يرغب البشر في القيام به وسوف يفعلونه في وقت ما'. 'عندما يحدث ذلك ، من المهم وجود أشياء ممتعة نقوم بها بمجرد أن نصل إلى هناك. علينا أن نعرف لماذا تركنا سطح هذا الكوكب للذهاب إلى القمر. نحن نستكشف ، نعم ، لكن لا يمكننا استكشاف القمر فحسب ، بل يمكننا استخدامه كمكان لإجراء بحث علمي خارج القمر. أعتقد أنه شيء يجب أن يحدث في الصورة الكبيرة '.
نانسي أتكينسون كاتب مستقل وسفير ناسا للنظام الشمسي. تعيش في إلينوي.
