يعرف أي شخص سبق له العمل في فريق أن قوته تكمن في التنسيق والرؤية المشتركة. ومع ذلك ، ليس من السهل دائمًا توفير هذا التنسيق والرؤية المشتركة ، وأي فريق يفتقر إلى هذا التماسك يصبح عائقًا أكثر من كونه مجرد مساعدة.
العلم ليس بمنأى عن صعوبات إدارة فرق فعالة. هناك الكثير الذي يمكن اكتسابه من زيادة التنسيق بين الصوامع المختلفة والمواقع المادية. دفع اجتماع في تشيلي مؤخرًا مجموعة من العلماء إلى اقتراح خطة لتغيير ذلك. والنتيجة هي ورقة بيضاء تشير إلى الفوائد المحتملة لتنسيق الأرض والمداري وفى الموقعالملاحظات القائمة على الأشياء. ولكن الأهم من ذلك ، أنه يقترح مسارًا مختلفًا للمضي قدمًا حيث يمكن لجميع مجتمع علوم الفضاء الاستفادة من نوع المخرجات المنسقة التي لا يمكن أن تأتي إلا من فريق متماسك.
بدأ المسار المقترح المنصوص عليه في الورقة البيضاء في الكواكب 2020 المؤتمر في تشيلي ، الذي استضافته مرصد ألما . عُقد الاجتماع في شهر مارس ، قبل بدء تفشي فيروس كورونا مباشرة في تقييد السفر. في المؤتمر ، كان هناك قدر كبير من المناقشات التي ركزت على قدرات مختلف منصات المراقبة الأرضية والفضائية. كان الهدف هو معرفة المزيد عن المهمات التي نسقت عمليات المراقبة الأرضية والفضائية ، ولتجسيد الأفكار المستقبلية حول كيفية تكرار هذا التنسيق مع المنصات الجديدة والقائمة لتحقيق أقصى استفادة من قدراتها المختلفة. المؤلف الرئيسي للورقة البيضاء ، فنسنت كوفمان ، وهو كيميائي أبحاث في مركز جودارد لرحلات الفضاء ، تولى مهمة تنسيق هذا الفريق وأعد ورقة تحدد بوضوح طريقة أفضل لإجراء الملاحظات.
الطيف الكهرومغناطيسي الكامل مع تسميات النطاقات الفرعية المختلفة. الائتمان: ناسا
يكمن السبب الرئيسي لأهمية هذا التنسيق في كيفية تفاعل أنظمة التصوير مع الأطوال الموجية المختلفة للضوء. ال المجال الكهرومغناطيسي كبير للغاية. ويشمل جميع أنواع الضوء ، مثل الراديو والأشعة تحت الحمراء والأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي. لا يوجد مستشعر واحد يمكنه جمع البيانات في كل تلك الأطوال الموجية المختلفة في نفس الوقت. لذلك ، طور العلماء عددًا كبيرًا من الأدوات التي تعتبر جيدة للغاية في جمع البيانات في طيف واحد محدد ، مثل الراديو (ALMA) ، أو الأشعة تحت الحمراء متوسطة المدى ( جيمس ويب ).
تلسكوب جيمس ويب الفضائي داخل غرفة الأبحاث في مركز جونسون للفضاء التابع لناسا في هيوستن. الائتمان: ناسا / JSC
الجانب السلبي لهذا التخصص هو أن تلك الأدوات عمياء في نطاقات طيفية أخرى. إذا كان فريق علمي يراقب نوعًا واحدًا فقط من الضوء ، فهناك احتمال أن يفوتهم جوانب مهمة من الظواهر التي يدرسونها والتي لا يمكن رؤيتها إلا في نطاق طيفي مختلف.
إن الكثير من بيانات علوم الكواكب التي تم جمعها هي نتيجة مركبة فضائية يتم إرسالها إلى نظام كوكبي لأداء مهامهافى الموقعالملاحظات. ومع ذلك ، وبسبب التكلفة العالية لتطوير الأنظمة الفضائية ومن ثم إطلاقها في المدار ، فإن مخططي البعثات لهذه الأنظمةفى الموقعيجب أن تكون المهمات انتقائية للغاية بشأن أنواع الأدوات التي تسمح بها على متن مركبتهم الفضائية. ما يعنيه هذا عادةً هو أنهم غير قادرين على إحضار أجهزة تصوير قادرة على تغطية الطيف الكهرومغناطيسي بأكمله.
هذا هو المكان الذي يأتي فيه التنسيق مع التلسكوبات الأرضية والقريبة من مدار الأرض. هناك العديد من التلسكوبات في تلك المواقع ، مثل صحراء اتاكاما أو هاواي جبل ابيض ، كبيرة للغاية ويمكن أن توفر صورًا عالية الدقة في نطاقات طيفية معينة ، مثل الراديو أو الموجات الدقيقة أو الأشعة تحت الحمراء. الأشعة تحت الحمراء مفيد بشكل خاص لأن هناك الكثير من نقاط البيانات المادية التي يمكن الحصول عليها في قياس واحد ، مثل الضغط ودرجة الحرارة والوفرة الجزيئية. إذا تمكن مخطط مهمة بعثة مركبة فضائية لاستكشاف الكواكب من تنسيق الملاحظات مع هذه المراصد المتخصصة الأكبر حجمًا ، فلن يحتاجوا بعد الآن إلى تضمينها في مركبتهم الفضائية. ومع ذلك ، إذا لم يتمكنوا من تنسيق الملاحظات المتزامنة ، فسيخسرون الأطياف التي يمكن أن توفرها المراصد القريبة من المنزل.
الجزء العلوي من Mauna Kea هو موقع رئيسي للتلسكوبات ، كما هو موضح في هذه الصورة. الصورة مجاملة ماونا كيا المراصد
ميزة أخرى تتمتع بها المراصد الأرضية علىفى الموقعالنظراء هم قدرتهم على تصوير كوكب كامل في وقت واحد. لا تستطيع العديد من المركبات المدارية أو التي تطير بالمهمات سوى قياس جزء من موضوعها في نقطة زمنية واحدة. ينتج عن هذا فقدان الفهم السياقي ، كظواهر ديناميكية يمكن ملاحظتها في مكان واحد بواسطةفى الموقعقد لا تكون المركبة الفضائية موجودة على سطح الكوكب أو القمر بأكمله. الدعم من التلسكوبات الأرضية ، سواء على الأرض أو في الفضاء ، يمكن أن يوفر ذلك السياق الأكبر الذي تفتقر إليه المركبة الفضائية نفسها.
هذا النوع من التنسيق لتغطية جميع القواعد الطيفية تم إنجازه بالفعل بواحدفى الموقعمهمة الكواكب: جونو المركبة الفضائية الموجودة حاليًا في مدار حول المشتري. نتج عن التنسيق الناتج بين المركبة الفضائية جونو وسلسلة من المراصد الأرضية أكثر من 40 ورقة استخدمت بيانات من أكثر من مصدر رصد لنظام المشتري خلال تلك الفترة.
تم التقاط ثلاث صور منفصلة كجزء من مسح Juno متعدد الأطياف. يُظهر نفس الجزء من كوكب المشتري في وقت واحد بثلاثة أطوال موجية مختلفة. تم التقاط الصورة أقصى اليسار في الضوء المرئي ، والمركز في منتصف الأشعة تحت الحمراء ، واليمين تم التقاطها بطول موجة مختلف من الأشعة تحت الحمراء. تُظهر هذه الصورة ميزات مهمة لا يمكن رؤيتها إلا في نطاق طيفي واحد بينما تظل غير مرئية في النطاقين الآخرين. الائتمان: كريس مويكل / مجلة الفيزياء الفلكية
هناك الكثير من ثمار المراقبة المنخفضة الأخرى المتاحة للجهود المنسقة مثل جهود جونو. كوكب المريخ له أهمية خاصة ، لأنه أكثر الكواكب دراسة خارج الأرض ، والوحيد الذي توجد به مركبات جوالة نشطة ماديًا على سطحه. يهتم العلماء بفهم مكان وجود الميثان من الغلاف الجوي للمريخ الذي يأتي منه سيستفيد بالتأكيد من حملة المراقبة المنسقة بين العديد من المدارات حول المريخ ( TGO و مافن ) ، والتلسكوبات الأرضية مثل ناسا مرفق تلسكوب الأشعة تحت الحمراء في هاواي.
توفر المدارات حول المريخ شرائح ممتازة ثنائية الأبعاد من البيانات الطيفية أثناء مرورها فوق شريط معين من الكوكب. ومع ذلك ، يمكن للمراصد القريبة من الأرض أن توفر بيانات عن نصف الكرة الأرضية بالكامل الذي يواجهها ، وتضيف طبقة من العمق تسمح للعلماء بتجميع صورة ثلاثية الأبعاد معًا والتي قد تكون مستحيلة باستخدام بيانات من المدارات فقط.
يمكن أن يكون مرفق تلسكوب الأشعة تحت الحمراء التابع لناسا مفيدًا بشكل خاص في تنسيق المراقبة مع بعثات استكشاف الكواكب. الائتمان: ناسا / مختبر الدفع النفاث
لا تزال هناك بعض القيود على الملاحظات القائمة على الأرض ، مثل حقيقة وجود الميثان في الغلاف الجوي للأرض أيضًا ، مما قد يؤدي إلى تحريف البيانات عند النظر إلى المريخ. للتغلب على هذه المشكلة ، توصل العلماء إلى طريقة بارعة لمراقبة المريخ فقط أثناء تحركه بعيدًا عن (أو باتجاه) الأرض بسرعة تزيد عن 13 كيلومترًا في الثانية. هذه السرعة التفاضلية صافي- (أو الأزرق-) يغير التوقيع الطيفي لميثان المريخ بدرجة كافية بحيث يمكن تمييزه عن الموجود ببساطة في الغلاف الجوي للأرض.
هدف آخر مثير للاهتمام بشكل خاص للملاحظات المشتركة هو تيتان ، التي خضعت لتدقيق مكثف في السنوات الأخيرة بسبب بحيرات الهيدروكربون ، وما تحتويه من غاز الميثان / الإيثان الدورة الهيدرولوجية .
القمر ممتع للغاية لدرجة أنه على وشك الحصول عليهفى الموقعزائر على شكل اليعسوب بعثة. عندما تهبط دراجونفلاي في عام 2034 ، يأمل فريق الورقة البيضاء أن العديد من التلسكوبات الأرضية ستوجه أعينهم نحو تيتان ، حيث يمكن بعد ذلك تنسيق البيانات التي تم جمعها من السطح مع المزيد من الملاحظات عن بعد. سيتم تجهيز اليعسوب مطياف الكتلة الذي يسمح باكتشاف الجزيئات التي يستحيل رؤيتها عن بعد ، ويكشف عن التكوين الكامل للغلاف الجوي. يمكن أن توفر المراقبة الأرضية بدورها سياق هذه القياسات.
رسم فنان لمركبة دراجون فلاي على سطح تيتان. ستثبت البعثة أنها فرصة ممتازة لعمليات المراقبة المنسقة. يمكن أن توفر بيانات على الأرض يمكن وضعها في سياق مع مراصد أخرى أكبر. الائتمان: NASA / JHU-APL
ستركز هذه الملاحظات المجمعة على الكيمياء العضوية التي تحدث على القمر. من الأدوات الأرضية المفيدة بشكل خاص ALMA ، المرصد الذي عقد المؤتمر الذي أطلق الورقة البيضاء. ALMA عبارة عن سلسلة من التلسكوبات الراديوية ، والتي تعتبر جيدة بشكل خاص في مراقبة المركبات العضوية وعمل خرائط مفصلة لموضوعات المراقبة. ستكون كلتا الإمكانيات مفيدة بشكل خاص في مساعدة مهمة Dragonfly ، ومشغلي ALMA على دراية تيتان بالفعل.
استخدمت المصفوفة فعليًا Titan كهدف معايرة لعدد من السنوات بعد إطلاقها لأول مرة ، نظرًا لسطوعها واستقرارها الظاهري. سمحت ثروة الملاحظات للباحثين بدراسة تيتان وتطور غلافه الجوي ، وكشف العمليات الديناميكية ، وأدى إلى تحسين فهم القمر. لسوء الحظ ، كشفت أيضًا أن Titan يتغير بنشاط ، مما يجعله أقل ملاءمة كهدف معايرة التدفق. ثم تحول فريق ALMA إلى استخدام نجم نابض للمعايرات المستقبلية.
عدد قليل فقط من 66 تلسكوبًا لاسلكيًا عملاقًا من ALMA (NRAO)
جميع البيانات التي جمعها فريق ALMA ، بالإضافة إلى جميع البيانات الفلكية تقريبًا من جميع المراصد التي قد يتم تجنيدها في جهود المراقبة المشتركة أصبحت مجانية للجمهور في النهاية. ومع ذلك ، ما لم يتم جمع البيانات الموجودة على كائن معين في وقت واحد بواسطة أكثر من مرصد واحد ، فإن فوائد التنسيق تضيع لأن الظواهر العابرة لن تكون موجودة في كلتا مجموعتي البيانات هاتين. قد تكون هناك بعض البيانات المتزامنة لكائن تم جمعها بواسطة أكثر من منصة مراقبة واحدة مدفونة في أرشيفات البيانات الخاصة بهم. ومع ذلك ، فإن تنسيق جهود المراقبة المستقبلية من المرجح أن يؤدي إلى اكتشافات جديدة بدلاً من البحث في البيانات القديمة. قد تكشف الملاحظات المنسقة عن ظواهر لن تكون مرئية بدون دمج مجموعات البيانات ، مما يكشف عن لمحات جديدة ومثيرة في العوالم الأجنبية.
إن تنسيق أكبر عدد ممكن من جهود المراقبة المستقبلية هو الهدف الرئيسي من الكتاب الأبيض الجديد. عندما يُقصد بالمسح العقدى أن تتناول الورقة الاجتماعات في غضون بضع سنوات ، سيكون لدى هذا الفريق الفرصة لتنسيق مستقبل أكثر إشراقًا لمراقبة الكواكب.
يتعلم أكثر:
أرشيف: التآزر بين الرصدات الأرضية والفضائية في النظام الشمسي وخارجه
روح: مؤتمر الكواكب 2020
مجلة الفيزياء الفلكية: تصوير عالي الدقة للأشعة فوق البنفسجية / البصرية / بالأشعة تحت الحمراء لكوكب المشتري في 2016-2019
