چرا رصدخانه جهان‌های قابل سکونت ناسا می‌تواند شکارچی نهایی سیارات فراخورشیدی باشد
از زمان پرتاب در سال 2021،
تلسکوپ فضایی جیمز وب
(JWST) عمیق‌ترین، واضح‌ترین و دقیق‌ترین تصاویر از جهان را ارائه کرده است.
این مشاهدات بسیاری از
اولین ستاره‌ها و کهکشان‌ها در جهان
را تأیید کرده و تنش هابل را تصدیق کرده‌اند و
بذر سیاه‌چاله‌های پرجرم
(SMBH) را نشان داده شده‌اند. نزدیک به خانه، این تلسکوپ فضایی نسل جدید همچنین چیزهای زیادی درباره
سیارات فراخورشیدی
و سیارات و اجسام در منظومه شمسی به ما آموخته است.
در 1 ژوئیه 2023، آژانس فضایی اروپا (ESA) مأموریت
اوکلید
را به فضا پرتاب کرد. این تلسکوپ فضایی نسل جدید در پنج سال آینده به نقشه‌برداری از ساختار جهانی مقیاس بزرگ خواهند پرداخت که با دیدن میلیاردها کهکشان تا 10 میلیارد سال نوری در حال انجام است.
این داده‌ها در حال حاضر به ستاره‌شناسان در زمینه شناسایی تأثیر ماده تاریک و انرژی تاریک کمک زیادی می‌کند که 95 درصد چگالی جرم-انرژی جهان را تشکیل می‌دهند.
در سال‌های 2025 و 2026، ناسا و ESA مأموریت‌های
Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer
(SPHEREx) و
تحقیقات PLAnetary Transits and Oscillations of Stars
(PLATO) را اجرا خواهند کرد.
در حالی که SPHEREx در طول بیش از دو سال یک بررسی کل آسمان انجام می‌دهد تا طیف نزدیک به مادون قرمز حدود 450 میلیون کهکشان را اندازه‌گیری کند، PLATO در چهار سال به مطالعه و توصیف سیارات فراخورشیدی پیرامون یک میلیون ستاره خواهد پرداخت.
تا ماه مه 2027، یک تلسکوپ نسل جدید دیگر به این رصدخانه‌ها خواهد پیوست:
تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن
(RST)، معروف به «مادر هابل.»
با داشتن میدان دیدی حداقل 100 بار بزرگتر از هابل و اسپکتروگراف‌ها و کرونوگراف‌های پیشرفته، این رصدخانه پتانسئل اندازه‌گیری نور از یک میلیارد کهکشان در طول عمر خود را خواهد داشت. این مأموریت‌ها به همراه هم مرزهای دانش را جلو خواهند برد و بر پایه دستاوردهای پیشینیان، برخی از آنها که هنوز در حال بهره‌برداری هستند، خواهند ساخت.
اما حتی قبل از آنکه وب مشاهدات خود را آغاز کند و برنامه‌ریزان مأموریت به توسعه این مفاهیم دیگر بپردازند، ناسا و همکاران بین‌المللی آن در آژانس فضایی اروپا و کانادا (CSA) در حال برنامه‌ریزی نسل بعدی رصدخانه‌ها بودند.
تولد HWO
در میان آنها مشاهده‌گر بزرگ اشعه فرابنفش نوری مادون قرمز (LUVOIR) و رصدخانه سیارات قابل سکونت (HabEx) – دو تلسکوپ فضایی که در دهه 2030 به فضا ارسال خواهند شد. این دو از چهار مفهوم بزرگ مأموریت‌های فضایی اخترفیزیک بودند که در تهیه گزارش ده‌ساله نجومی و اخترفیزیک ملی بررسی شدند.
LUVOIR یک رصدخانه فضایی چند طول موجی بسیار قابل بود که به مطالعه دنیای ابتدایی، فرمول‌بندی و تکامل کهکشان، شکل‌گیری ستارگان و سیارات، رصد از راه دور منظومه شمسی و ویژگی‌دهی سیارات فراخورشیدی کمک می‌کرد.
در ضمن، HabEx نیز در طول‌موج‌های فرابنفش، نوری و نزدیک به مادون قرمز مطالعاتی انجام می‌داد. به همراه یک کرونوگراف که نور ستاره والد را مسدود می‌کرد، نور منعکس شده از جوهای سیارات فراخورشیدی را مشاهده می‌کرد.
در ژانویه 2023، ناسا اعلام کرد که مفاهیم مطالعه شده HabEx و LUVOIR در طراحی رصدخانه جهان‌های قابل سکونت (HWO) ادغام خواهند شد. دکتر آکی رابرج ، مدیر اجرای فناوری و استراتژی در بخش علم اخترفیزیک در مرکز پرواز فضایی گادرد ناسا، از طریق ایمیل به مهندسی جالب توضیح داد:
“HWO به شدت ترکیبی است از مفاهیم پیشین LUVOIR و HabEx، بهترین ایده‌ها از هر یک را گرفته و سپس اندیشه‌های جدیدی را آورده است. شما می‌توانید این را در ‘معماری های اکتشافی’ اولیه HWO که دارای آینه‌های تلسکوپ اصلی قطعه‌ای مانند LUVOIR و بشکه‌هایی برای محافظت از آینه‌ها مانند HabEx هستند، مشاهده کنید. تیم‌های LUVOIR و HabEx در آن زمان متوجه شده بودند که این دو مفهوم نسبت‌های یک خانواده بوده‌اند و این با عضو جدید خانواده HWO اثبات شده است."
هدف
بر مبنای دو مطالعه قبلی، HWO اولین تلسکوپ فضایی خواهد بود که به‌طور خاص برای شناسایی سیارات بالقوه قابل سکونت اطراف دیگر ستارگان و ویژگی‌دهی جوهای آنها برای جستجوی نشانه‌های احتمالی حیات طراحی می‌شود (که به عنوان “بیوساینچرها” نیز شناخته می‌شود.) رابرج گفت:
“HWO برای جستجوی سیارات مشابه زمین (نه تنها در اندازه یا جرم زمین) در مناطق قابل سکونت ستارگان خورشیدمانند نزدیک طراحی خواهد شد و سپس آنها را برای نشانه‌های حیات به صورت بیوسفرهای جهانی بررسی می‌کنیم. ما به دنبال گازهایی خواهیم بود که توسط حیات در جو زمین تولید می‌شوند، مانند اکسیژن، اوزون و متان، اما می‌خواهیم HWO به اندازه کافی قادر باشد تا دیگر بیوساینچرها را در صورت وجود شناسایی کند. من بیوسفرهای جهانی را برجسته می‌کنم زیرا این نوع حیاتی است که می‌توانیم از فواصل بین کهکشانی شناسایی کنیم – حیات به قدری فراوان است که شیمی جو سیاره را تغییر می‌دهد.
“در عین حال، HWO طراحی می‌شود تا به عنوان یک ‘ابرهابل’ بتواند طیف وسیعی از مطالعات اخترفیزیک انقلابی را انجام دهد، شامل کاوش در طبیعت ماده تاریک، مطالعه شکل‌گیری و تکامل کهکشان‌ها و درک تولید عناصر سنگین در جهان.”
“علاوه بر این، ما نیاز داریم که بتوانیم اطلاعات کافی درباره زمینه محیطی هرگونه بیوساینچر محتمل را مشاهده کنیم تا اشتباهات مثبت قلاب‌گذار را که ممکن است ما را فریب دهند، نشانه‌گذاری کنیم،” گفت
جیادا آرنی
، یک دانشمند فضای تحقیقاتی با آزمایشگاه سیستم‌های ستاره‌ای در ناسا گادرد.
“باتوجه به اینکه ما در حال مشاهده
بیوساینچرهای جهانی
هستیم، ویژگی‌های سیاره‌ای که باید به ما کمک کند تا اشتباهات قلاب‌گذار را استثنائ کنید نیز در مقیاسی بزرگ هستند: ما به دنبال حضور دیگر گازهای نشان‌دهنده در جو هستیم که می‌توانند نشان دهند که بیوساینچر معین یک اشتباه قلاب‌گذار است، اندازه‌گیری ویژگی‌های کلی مانند جرم سیاره‌ای و فشار جو؛ و ما مداری سیاره‌ای و ویژگی‌های کلیدی ستاره آن را اندازه‌گیری خواهیم کرد.”
علاوه بر جستجو و ویژگی‌دهی به سیارات فراخورشیدی، HWO یک مجموعه عالی از اهداف علمی خواهد داشت. این شامل مطالعه تغییرات کهکشان‌ها و محیط‌های آنها از زمان جهان ابتدایی، مشاهده شکل‌گیری، توزیع و تکامل ستاره‌ها و اجسامی در منظومه شمسی ما (و مقایسه آنها با سامانه‌های ستاره‌ای دیگر) برای بهبود درک ما از اینکه چه انواعی از سیارات و تاریخچه‌های تکاملی وجود دارند خواهد شد. به گفته دکتر رابرج ، که خلاصه کرد:
ابزارها
هنوز اطلاعات زیادی در مورد ابزارهای HWO وجود ندارد. انتظار می‌رود که این مفاهیم در مراحل اولیه توسعه به این شکل باشند. با این حال، الزامات در گزارش دهه‌ای اخترشناسی و اخترفیزیک 2020 برخی از سرنخ‌های ارزشمند را فراهم می‌کنند. به عنوان مثال، ناسا اظهار می‌دارد که رصدخانه یک “ابرهابل” خواهد بود با یک آینه اصلی حدوداً 20 تا 26.25 فوت (6 تا 8 متر) قطر که شبیه به وب خواهد بود. همچنین قادر به ثبت تصاویر در طول‌موج‌های مرئی، فرابنفش (UV)، و مادون قرمز خواهد بود.
علاوه بر این، تلسکوپ فضایی آینده نانسی گریس رومن یک نمایش فناوری کرونوگراف خواهد داشت که طراحی اسپکتروگراف HWO را اطلاع‌رسانی خواهد کرد. اما به جای بلاک کردن نور یک ستاره با یک دیسک، این کرونوگراف از آئینه‌ها و ماسک‌ها برای جداسازی نور از یک سیاره فراخورشیدی از ستاره میزبانش استفاده خواهد کرد. رصدخانه همچنین دارای اسپکتروگراف‌هایی خواهد بود که برای جستجو برای “بیوساینچرهای” شیمیایی در جو سیارات، مانند دی اکسید کربن، اکسیژن، و متان که می‌تواند نشان‌دهنده حیات باشد، استفاده خواهد شد.
برای خلاصه کردن تأثیراتی که این مأموریت ممکن است بر تحقیقات سیارات فراخورشیدی و زیست‌شناسی نجومی داشته باشد، رابرج گفت که گزارش دهه‌دهی اخترشناسی 2020 آن را بهتر می‌گوید:
“اگر سیاراتی شبیه به زمین نادر باشند، دنیای خود ما حتی ارزشمندتر می‌شود. اگر نشانی از حیات را در یک سیستم سیاراتی دیگر کشف کنیم، جایگاه ما در جهان به گونه‌ای تغییر خواهد کرد که از زمان کپرنیکوس دیده نشده است.”
“HWO در نهایت به ما اعلام خواهد کرد که آیا حیات در همسایگی منظومه شمسی رایج است یا نادر. و از هر چه که بیابیم، ما بیش از اندازه گسترده‌تری از سیاره‌ها – قابل سکونت و غیرهی – که در فراسوی منظومه شمسی وجود دارند، یاد خواهیم گرفت. آرزوی من این است که HWO انقلابی در زیست‌شناسی نجومی کشف کند و حتی بر حوزه زیست‌شناسی خود تأثیر بگذارد با کمک به فهم اینکه چه چیزی برای رشد یک بیوسفهر جهانی در چندین عصر لازم است.”
“دوست دارم بگویم HWO به ما خواهد گفت که یا تنها نیستیم با مشاهده نشانه‌های حیات در سیاره‌ای که به دور یک ستاره نزدیک می‌چرخد، یا اولین مأموریتی خواهد بود که به ما بگوید چقدر تنها هستیم با اولین برآورد کیفی از نادر بودن حیات در جهان،” گفت جیادا.
“در مورد دیگر سیارات، HWO حداقل 10 برابر بیشتر سیارات غیرشبیه به زمین کشف خواهد کرد،” او افزود.
“این صدها جهان به ما کمک می‌کنند تا منظومه شمسی خود را در یک زمینه کیهانی وسیع‌تر درک کنیم.”
توسعه
در حالی که هنوز در مراحل اولیه توسعه قرار دارد، ناسا اعلام کرد که یک دستاورد بزرگ در 1 اوت 2024 حاصل شد که توسعه مفهوم HWO را تسریع خواهد کرد. این امر با ایجاد دفتر پروژه تکامل فناوری رصدخانه جهان‌های قابل سکونت (HTMPO)، یک دفتر پروژه رسمی واقع در مرکز فضایی گادرد ناسا رخ داد. همان‌طور که در سایت خبری HWO اعلام کردند:
“HTMPO مسئولیت‌های تیم بررسی علم، فناوری، معماری رصدخانه (START)، گروه ارزیابی فنی (TAG) و گروه‌های کاری فنی را بر عهده می‌گیرد. گروه‌های کاری علمی و گروه‌های کاری مشترک و محلی که توسط START و TAG تأسیس شده‌اند، تا پایان 2024 به کار خود زیر نظر دفتر پروژه ادامه خواهند داد. گروه‌های کاری فنی در داخل تیم توسعه پروژه بازسازی می‌شوند.”
در سال اول خود، HTMPO یک ساختار مدیریتی سازمانی ایجاد کرده و یک نقشه راه تکامل فناوری تولید خواهد کرد. در هماهنگی با ناسا، همچنین با صنعت همکاری کرده و برنامه‌ریزی مربوط به شرکت‌های آینده را انجام خواهد داد. در نهایت، HTMPO امیدوار است که با موفقیت یک بررسی مفهوم مأموریت (MCR) را تا پایان دهه به انجام رساند و HWO را به فاز A توسعه قرار دهد.
در 8 ژانویه 2025 ، ناسا اعلام کرد که خودنام‌نویسی از افرادی که علاقه‌مند به عضویت در تیم دانش و ابزارهای همگانی رصدخانه جهان‌های قابل سکونت (HWO) می‌باشند، می‌پذیرد. این تیم به انجام مطالعات علمی برای تعریف یک مفهوم مأموریت پایه‌دار، تحلیل ابزارهای مورد نظر و کمک به HTMPO در توسعه و تکامل فناوری‌ها و مفهوم مأموریت HWO در آماده‌سازی برای MCR می‌پردازد. گفت
"در طول سال گذشته، ما تلاش کرده‌ایم تا فضای علمی و فنی برای HWO را بررسی کنیم. از سمت علمی، چندین گروه کاری از جامعه علمی گسترده در حال ارائه گستردگی موارد علمی HWO بوده‌اند. از سمت فنی، تیم با سه ‘معماری‌های اکتشافی’ تجربه کرده تا چالش‌های فنی را درک کند و مهم‌تر از آن، توسعه فناوری‌هایی را که برای درک HWO نیاز داریم شناسایی و برنامه‌ریزی کنیم."
چند دهه آینده برای ستاره‌شناسان، زیست‌شناسان نجومی و کیهان‌شناسان بسیار جالب خواهد بود. تلسکوپ‌های نسل جدید که اکنون در حال بهره‌برداری هستند (یا در سال‌های آینده خواهند بود) وعده می‌دهند که به میزان عمیق‌تری به اسرار بنیادی جهان پرداخته و به حل آنها کمک می‌کنند، ارائه اطلاعات بیشتر درباره چگونگی شروع و تکامل جهان ما و (با انگشت‌کلاچ) جایی که دیگر حیات هوشمند ممکن است وجود داشته باشد، خواهند داد.
