گزارش ده‌سالانه نجوم: ستاره‌شناسان خواستار ساخت ابرتلسکوپ فضایی برای یافتن زمین بعدی هستند
ستاره‌شناسان آمریکایی خواستار ساخت مجموعه‌ی کاملا جدیدی از تلسکوپ‌های فضایی بزرگ هستند که بتوانند جوّ سیاره‌های فراتر از منظومه‌ی شمسی را به‌دقت ببینند و به طنین سیاه‌چاله‌ها هنگام شکل‌گیری‌شان در سرتاسر جهان گوش بسپارند و نظاره‌گر زمانی شوند که کهکشان‌ها برای نخستین‌بار ظهور کردند. تمام این اهداف بخشی از راهبرد درازمدت بلندپروازانه برای خلق نسل بعدی ابزارها با توانایی مطالعه‌ی دوردست‌ترین نقاط فضا هستند که امید می‌رود در دهه‌های ۲۰۳۰ و ۲۰۴۰ پرتاب شوند.
به‌گزارش ورج، ستاره‌شناسان چشم‌اندازشان برای آینده‌ی یادشده را در گزارش معروف به بررسی ده‌سالانه‌ی نجوم و اخترفیزیک که آکادمی ملی علوم آمریکا روز پنجشنبه منتشر کرد، ارائه دادند. این گزارش که هر ده سال پس از جلسات و گفت‌وگوهای گسترده تألیف می‌شود، دراصل فهرست آرزوها به‌حساب می‌آید و اولویت‌دارترین مأموریت‌هایی را تشریح می‌کند که ستاره‌شناسان مایل به ساخت آن‌ها به‌دست ناسا در دهه‌ی پیش رو هستند.
بررسی‌های ده‌سالانه‌ی گذشته به شکل‌گیری برخی از خلاقانه‌ترین مأموریت‌های ناسا منجر شدند؛ نظیر تلسکوپ فضایی هابل که هم‌اکنون در مدار پیرامون زمین درگردش است و تلسکوپ فضایی جیمز وب که قرار است ماه آینده به اعماق فضا پرتاب شود.
ستاره‌شناسان معمولا در گزارش خود فهرستی از مأموریت‌هایی را ارائه می‌دهند که به‌ترتیب اولویت بیش از همه مایل به پیشبردشان هستند. امسال، این پیشنهادها قدری متفاوت هستند. گزارش جدید مشابه با بررسی‌های گذشته، ساخت تلسکوپ فضایی پرچم‌دار را پیشنهاد می‌دهد؛ ابزار عظیمی که بتواند با هدف جست‌وجو برای علائم حیات، نور فروسرخ و مرئی و فرابنفش ساطع‌شده از جوّ سیاره‌هایی را ببیند که ده‌میلیارد برابر کم‌نورتر از ستارگان در حال گردش به دورشان هستند.
بااین‌حال، گزارش اخیر ضمن توصیه به سرمایه‌گذاری در تلسکوپ‌های مختلف زمینی و مأموریت‌های فضایی در دست توسعه، ساخت تقریبا هم‌زمان دو تلسکوپ کوچک‌تر (یک نمونه با توانایی دیدن پرتوهای ایکس و دیگری با توانایی رصد فروسرخ دور) را نیز پیشنهاد می‌دهد. نویسندگان گزارش این مجموعه تلسکوپ‌ها را «مأموریت رصدخانه‌های عظیم و برنامه تکامل فناوری» می‌نامند.
بدین‌ترتیب در مدت چند دهه، ستاره‌شناسان ناوگان کاملی از تلسکوپ‌های فضایی جدید دراختیار خواهند داشت که جامع‌ترین تصویر خلق‌شده تاکنون از جهان دوردست را ارائه می‌دهد. بسیاری از دانشمندان در جامعه‌ی علمی از این ایده هیجان‌زده هستند. هایدی همل، معاون علمی انجمن دانشگاه‌ها برای پژوهش‌های نجومی، با ارسال ایمیل به ورج، انتخاب‌های تیم گزارش ده‌سالانه برای تلسکوپ‌های زمینی و فضایی را جسورانه دانست و از این بابت اظهار خوشحالی کرد.
جست‌وجو برای زمین دیگر
بزرگ‌ترین هدف ارائه‌شده در گزارش ده‌سالانه که اولویت تلسکوپ پرچم‌دار آن محسوب می‌شود، یافتن و فهرست‌بندی جهان‌های فراتر از منظومه‌ی شمسی است. نخستین نمونه از این سیاره‌های دوردست که با عنوان سیاره‌های فراخورشیدی شناخته می‌شوند، در اوایل دهه‌ی ۱۹۹۰ کشف شد. از آن زمان، ستاره‌شناسان با فهرست‌بندی هزاران سیاره‌ی فراخورشیدی بیشتر، درک ما از کیهان را به‌کلی متحول کردند. اکنون که می‌دانیم سیاره‌های فراخورشیدی متداول هستند، دانشمندان درصدد یافتن یک یا چند سیاره‌ای برآمده‌اند که ممکن است خاستگاه حیات بیگانه باشند.
بااین‌حال، مطالعه سیاره‌های فراخورشیدی به‌طرز باورنکردنی دشوار است. این جهان‌ها در فواصل بسیار دوردست واقع شده‌اند و معمولا به دور ستارگان بسیار درخشانی می‌چرخند که آن‌ها را غرق در نور و نادیدنی می‌کنند. این امر موجب می‌شود که ستاره‌شناسان قادر به رصد مستقیم سیاره‌های فراخورشیدی نباشند. درعوض، دانشمندان باید ازطریق خیره‌شدن به ستاره‌ی دوردست و انتظار برای افت نور جزئی (نشانه‌ی اینکه سیاره‌ی کوچک در حال گذر از مقابل ستاره و مسدودکردن نور آن است)، به وجود جهان‌های فراخورشیدی پی ببرند. روش دیگر اندازه‌گیری میزان لرزش ستارگان دوردست دراثر فشار گرانشی سیاره‌ی نزدیک است.
صرفا دانستن اینکه سیاره‌ی فراخورشیدی وجود دارد، برای پاسخ به این پرسش نهایی کافی نیست: آیا ما تنها هستیم؟ ستاره‌شناسان مشتاق دیدن جوّ این جهان‌های دوردست هستند تا دریابند آیا آن‌ها به سیاره خودمان شباهت دارند یا نه. اوج کشف سیاره‌ی فراخورشیدی، یافتن جهانی دوردست با جوّ حاوی گازهای مناسب و واقع‌شده در کمربند حیات ستاره‌اش است؛ نقطه‌‌ای نه خیلی گرم و نه خیلی سرد که امکان جمع‌شدن آب را روی سطح سیاره فراهم می‌کند. بااین‌حال، اگر همچنان درگیر دیدن افت نور و لرزش ستارگان باشیم، زمین بعدی را هرگز پیدا نخواهیم کرد.
با وجود تلسکوپ‌های فضایی غول‌پیکری که به دیش ۶ متری با توانایی رصد در انواع درخشان نور مجهز هستند، ستاره‌شناسان باور دارند سرانجام قادر خواهند بود انبوهی از سیاره‌های خورشیدی، ازجمله نمونه‌های بیش از حد کم‌نور را به‌طور مستقیم ببینند. بدین‌ترتیب، ممکن است بتوانیم همزاد زمین را پیدا و شاید حتی وجود حیات روی آن را تأیید کنیم. کیوان استاسون، استاد فیزیک و نجوم در دانشگاه وندربیلت و یکی از نویسندگان گزارش، به ورج گفت «می‌خواهیم زمین‌ها و جهان‌های سکونت‌پذیر را کشف کنیم. این اولویت علمی ویژه‌ای است.»
تصویر هنری از شکل احتمالی تلسکوپ HabEX
به‌منظور طراحی تکلسوپ غول‌پیکر جدید، مهندسان احتمالا از دو ایده‌ی پیشنهادی که پیش‌تر با جزئیات ترسیم شده‌اند، استفاده خواهند کرد. پیش از تکمیل بررسی ده‌سالانه، چهار تیم از دانشمندان به چهار طرح پیشنهادی مختلف برای تلسکوپ‌های فضایی رسیدند و چهارچوبی را برای مأموریت‌های پرچم‌دار آتی ارائه دادند. دو تیم LUVOIR و HabEx، تلسکوپ‌هایی را پیشنهاد دادند که می‌توانند جهان‌های سکونت‌پذیر را جست‌وجو کنند. هاب‌اکس خواستار طرحی جسورانه برای ساخت سایه‌بانی است که با پرواز درمقابل تلسکوپ و مسدودکردن نور ستارگان دوردست، رصد سیاره‌های در حال گردش به‌دور آن‌ها را راحت‌تر می‌کند.
لوویر طرح ساخت تلسکوپ فضایی غول‌آسایی را ترسیم کرده است که به نسخه‌ای ارتقایافته از تلسکوپ جیمز وب ناسا شباهت دارد. به‌نقل از گزارش، بودجه‌ی پیشنهادی هاب‌اکس درحدود ۸ تا ۱۰/۵ میلیارد دلار است؛ درحالی‌که این عدد برای لوویر ۱۷ میلیارد دلار برآورد می‌شود. بررسی ده‌سالانه ساخت هاب‌اکس و لوویر را به‌طور خاص توصیه نمی‌کند. این گزارش اشاره می‌کند که طرح اول ازنظر اندازه، به‌اندازه‌ی کافی بلندپروازانه نیست و بودجه‌ی طرح دوم نیز قدری بیش‌از‌حد است. درعوض، نویسندگان صرفا آنچه جامعه نجوم می‌خواهد با این تلسکوپ‌ها انجام دهد، بیان می‌کنند. این خواسته‌ها به شکل‌دهی به طرح نهایی تلسکوپ‌ها کمک خواهد کرد.
فراتر از رصدخانه‌ای عظیم
جست‌وجوی جهان‌های سکونت‌پذیر، یگانه هدف جامعه نجوم برای ده سال آینده نیست. ستاره‌شناسان می‌خواهند درباره‌ی متراکم‌ترین اجرام موجود در جهان نظیر سیاه‌چاله‌ها و ستارگان نوترونی و رویدادهای فاجعه‌بار عامل ظهور آن‌ها بیشتر بیاموزند. دانشمندان همچنین می‌خواهند بتوانند هم‌زمان با تشکیل کهکشان‌های دوردست، به درونشان نگاه بیندازند تا از چگونگی تکامل آن‌ها و تولد میلیون‌ها ستاره جدید مطلع شوند.
تصویر هنری از سیاه‌چاله‌ای که با قرص چرخانی از گاز داغ و پلاسما احاطه شده است
تحقق دستاوردهای یادشده به تلاش فراوان نیاز دارد؛ ازاین‌رو، بررسی ده‌سالانه می‌خواهد بیش از صرفا یک فضاپیمای جدید ساخته شود. نویسندگان می‌گویند علاوه‌بر رصدخانه پرچم‌دار، داشتن یک تلسکوپ پرتو ایکس و یک تلسکوپ فروسرخ دور، بهترین راه برای انجام تمام وظایف اشاره‌شده خواهد بود.
نویسندگان گزارش به‌منظور دستیابی به تمام آنچه می‌خواهند، پیشنهاد می‌کنند که برنامه‌ریزان مأموریت بلافاصله ساخت تلسکوپ بزرگ جست‌وجوگر سیاره‌های فراخورشیدی را آغاز کنند و طرح کلی فناوری‌های دقیق موردنیاز برای شروع ساخت فضاپیما را ارائه دهند. اگر این فرایند در پنج سال آتی به‌خوبی پیش برود، آن‌گاه زمان ساخت تلسکوپ پرتو ایکس و تلسکوپ فروسرخ دور فراخواهد رسید.
تمام فضاپیماها سپس می‌توانند در یک زمان توسعه یابند و ساخته شوند. دو تلسکوپ کوچک‌تر بین سه تا پنج‌میلیارد دلار هزینه خواهند داشت و در دهه‌ی ۲۰۳۰ پرتاب خواهند شد؛ درحالی‌که تلسکوپ بزرگ‌تر با هزینه تقریبی یازده میلیارد دلار در میانه‌ی دهه‌ی ۲۰۴۰ زمین را ترک خواهد کرد.
پرتاب سه تلسکوپ برنامه‌ای جسورانه به‌نظر می‌آید؛ به‌ویژه آنکه هزینه‌ی ساخت تلسکوپ‌هایی فضایی معمولا از برآورد اولیه فراتر می‌رود. جیمز وب، تلسکوپ فضایی بزرگ بعدی ناسا، درابتدا قرار بود تا سال ۲۰۰۷ پرتاب شود و کمتر از یک‌میلیارد دلار هزینه داشته باشد. اکنون، پرتاب تلسکوپ برای اواخر آذر برنامه‌ریزی شده و هزینه‌ی کلی آن به عدد سرسام‌آور ۹/۷ میلیارد دلار رسیده است.
دیگر رصدخانه فضایی در دست ساخت ناسا نیز به نام تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن (که پیش‌تر WFIRST) نامیده می‌شد، چنان با افزایش هزینه‌ها مواجه شد که دولت ترامپ درصدد لغو پروژه برآمد. هر دو این تلسکوپ‌ها در بررسی‌های ده‌سالانه پیشین به‌عنوان اولویت‌دارترین مأموریت‌ها قلمداد شدند.
کمیته‌ی طراح گزارش ده‌سالانه ادعا می‌کند که پیشنهادهایش را با‌‌توجه‌‌به درس‌های آموخته در گذشته ارائه داده است. به‌عنوان مثال، کمیته استدلال می‌کند که اغلب فناوری‌های موردنیاز برای جیمز وب در زمان ترسیم طرح اولیه تلسکوپ وجود نداشتند. استاسون به ورج گفت انجام آن اختراع‌ها و بلوغ فناورانه و آزمایش و مهندسی بسیار زمان‌بر شد و وقتی پروژه بسیار طول می‌کشد، هزینه‌بر می‌شود. او امیدوار است که ستاره‌شناسان اکنون با شروع کار روی طرح‌های کلی، از فناوری‌هایی که باید بسازند، غافل‌گیر نشوند.
استاسون همچنین استدلال می‌کند که رویکرد توسعه‌ی پلکانی، امکان انجام بررسی‌های دوره‌ای را به برنامه‌ریزان مأموریت خواهد داد تا از نحوه‌ی پیشرفت پروژه اطلاع پیدا کنند. اگر مأموریتی با افزایش خارج از کنترل هزینه‌ها مواجه شود، آن‌گاه می‌تواند ضمن باقی‌ماندن در مسیر توسعه، متوقف یا اصلاح شود. بدین‌ترتیب، هیچ مأموریتی وجود نخواهد داشت که مانند جیمز وب، تمام منابع موجود را ببلعد. جیمز وب در مهم‌ترین سال‌های ساخت، بخش عمده‌ی بودجه‌ی اخترفیزیکی ناسا را به‌سمت خود کشاند و تأمین بودجه‌ی درخورتوجه برای پروژه‌های کوچک‌تر را مشکل‌تر کرد.
برای تبدیل رؤیاهای یادشده به واقعیت، هنوز راه بسیار درازی در پیش است؛ اما درحال‌حاضر، ستاره‌شناسان برای آینده‌ای درخشان هیجان‌زده هستند. همل می‌گوید:
ما در آستانه‌ی عصر طلایی جدید اکتشاف، هم در زمین و هم در فضا ایستاده‌ایم: آیا واقعا می‌توانیم شواهدی از حیات روی سیاره‌ای دیگر پیدا کنیم؟ این گزارش همان‌طور‌که از نامش برمی‌آید، مسیرهای قدرتمند برای پاسخ به این سؤال ترسیم می‌کند. ما می‌توانیم نسلی باشیم که به آن پاسخ می‌دهیم.
