آینده مبهم تنها رصدخانه هوایی جهان

رصدخانه هوایی منحصربفرد «صوفیا» را شاید بتوان بدشانس‌ترین پروژه اخترفیزیکی معاصر نامید. هواپیمای تغییرشکل‌یافته‌ای که گرچه ابتدا زمزمه‌ی لغو پروژه تولیدش می‌رفت، اما بالاخره به اهتمام هم‌پیمان آلمانی ناسا، در سال ۲۰۱۰ به هوا برخاست و نخستین رصدهای علمی‌اش را هم به‌صورت آزمایشی به ثمر رساند. همان‌ وقت‌ها هم مصاحبه‌ای داشتم با دکتر پاملا مارکوم (Pamela Marcum)، دانشمند ارشد پروژه صوفیا که آینده‌ی روشنی را پیش روی این رصدخانه نشان می‌داد. اما با تکمیل نهایی ظرفیت عملی صوفیا و آمادگی کامل این رصدخانه برای شروع رسمی عملیات علمی‌اش که همین دو هفته پیش رقم خورد، اوایل همین هفته خبر رسید که رئیس‌جمهور ایالات متحده، باراک اوباما، تصمیم به زمین‌گیر کردن‌ صوفیا گرفته است. در ادامه، نخست ترجمه گزارش وب‌سایت Nature از چند و چون این تصمیم را می‌خوانید، و سپس بخش‌هایی از مصاحبه‌ای را که حدود چهار سال پیش با مارکوم داشتم – تا ببنیم اصلاً صوفیا بنا بوده چه ببیند؟

ناسا ۸۰ درصد هزینه‌های صوفیا را می‌دهد، و مابقی هزینه‌ها هم توسط کشور آلمان، و طبق قراردادی با مرکز هوا-فضای این کشور (DLR) تأمین می‌شود.

الکساندرا ویتز: مطابق بودجه پیشنهادی سال مالی ۲۰۱۵ ایالات متحده، که در روز چهارم مارس اعلام شد، ناسا چاره‌ای جز کاهش شدید بودجه‌ اختصاصی‌اش، از ۸۴ تا تنها ۱۲ میلیون دلار، برای «رصدخانه استراتوسفری اخترشناسی فروسرخ» (و یا به اختصار SOFIA) نخواهد داشت. چنانچه شرکاء دستی نرسانند، این هواپیمای منحصر‌به‌فرد هم، که یک بوئینگ-747 تغییرشکل‌یافته‌ به انضمام تلسکوپی با قطر ۷ / ۲ متر‌ است، عاقبت زمین‌گیر خواهد شد.

ناسا ۸۰ درصد هزینه‌های صوفیا را می‌دهد، و مابقی هزینه‌ها هم توسط کشور آلمان، و طبق قراردادی با مرکز هوا-فضای این کشور (DLR) تأمین می‌شود. از اواسط دهه ۱۹۹۰ میلادی تاکنون شریک پروژه، بالغ بر یک میلیارد و ۲۵۰ میلیون دلار گذاشته، و از همین محل اعتباری برای خودش کسب کرده است.

صوفیا چشم‌اش را در سال ۲۰۱۰ به آسمان شب گشود و کمتر از دو هفته پیش هم ملحقات علمی‌اش کامل شد. این رصدخانه، برای انجام رصدهای فروسرخ‌اش بخش اعظمی از جو زمین را پشت سر می‌گذارد، چراکه پایین‌تر از آن ارتفاع، دیگر حجم بخار آب جو، این پرتو را جذب می‌کند. به‌گفته اریک یانگ، مدیر عملیات علمی صوفیا، “این [رصدخانه] تازه شروع به تولید عمده‌ علم کرده. حالا وقت فوق‌العاده بدی برای هرگونه تقلیل بودجه‌ای‌ست”.

گذشته‌ی پراُفت‌و‌خیز صوفیا

صوفیا کم تجربه تأخیر و کسری بودجه را از سر نگذرانده. در سال ۲۰۰۶، ناسا اصلاً قصد لغو کل پروژه را داشت، اما فشار کنگره و همچنین شریک آلمانی، سازمان را ملزم به پیگیری‌اش کرد. کمترکسی حتی فکر کسری اخیر بودجه‌ را هم می‌کرد. به قول دن لستر، از اخترشناسان دانشگاه تگزاس در شهر آستین، که جزو هیأت ارزیابی صوفیا هم بوده، “این دیگر غافلگیری بزرگی‌ست”.

در خلاصه‌ لایحه‌ی کاخ سفید آمده که بودجه صوفیا کاهش یافته “تا به مأموریت‌های علمی‌ای که اولویت بالاتری قرار دارند اختصاص داده شود”؛ و نیز اشاره شده که اولویت‌های نامبرده، مثلاً شامل تمدید مأموریت کاوشگر کاسینی در سیاره زحل می‌شود.

مانع بعدی‌ای که پیش روی صوفیا پیش‌بینی می‌شود، «بررسی عمده‌»ای‌ست که در سال ۲۰۱۶ صورت خواهد گرفت و در خلال آن، اخترشناسان به‌طور مستقل این پروژه را در مقایسه با سایر مأموریت‌های جاری ناسا ارزیابی می‌کنند تا ببیند آیا به ادامه دادن‌اش اصلاً می‌ارزد یا نه. توافق‌نامه ناسا و DLR هم طی دو سال آینده منقضی می‌شود، و همین برای هریک از طرفین کافی‌ست تا پروژه را مختومه کنند. رئیس ناسا، چارلز بولدن، هفته پیش همتای آلمانی‌اش را فراخواند تا وی را از چند و چون این کاهش بودجه مطلع کند. او در خلال کنفرانس خبری روز چهارم مارس اعلام کرد که صوفیا “خیلی خوب عمل کرده، ولی بالاخره باید فکری برایش برداریم”.

کاخ سفید اعلام کرده  که بودجه صوفیا کاهش یافته “تا [بودجه] به مأموریت‌های علمی‌ای که اولویت بالاتری قرار دارند اختصاص داده شود”.

این رصدخانه هم‌اینک با هزینه‌ سالانه ۸۰ میلیون دلار، پس از تلسکوپ فضایی هابل، بیش از هر مأموریت اخترفیزیکی دیگری برای ناسا خرج دارد؛ علی‌الخصوص از بابت تأمین سوخت هواپیما و نگهداری از خلبانان و خدمه. بسیاری از اخترشناسان نسبت به هزینه‌‌های گزاف این رصدخانه در قبال هر ساعت رصدش اعتراض کرده‌اند، و همین امسال هم بنا شده که به‌مدت ۵ و نیم ماه، هواپیما تحت معاینه فنی قرار گیرد؛ غیبت موجهی تحت قیمومیت دولت، که فرصت علمی رصدخانه را برای اکثریت وقت بافیمانده از سال جاری میلادی کاهش می‌دهد.

با ارائه لایحه بودجه اوباما، دیگر این کنگره است که آمار نهایی اختصاص‌یافته برای کلیه سازمان‌های دولتی را تعیین می‌کند. خدمه پروازی، و همچنین هیأت علمی صوفیا، همگی در کالیفرنیا مستقرند، و نمایندگان کنگره در این ایالت هم به زودی فراخوانده خواهند شد. به‌گفته رابرت گرز، از اخترشناسان دانشگاه مینه‌سوتا در شهر میناپولیس، “حدس می‌زنم که بایستی تلاشی برای لابی کردن صورت بدهیم”.

در چشم باد

در مصاحبه پیش رو، دکتر پاملا مارکوم، دانشمند ارشد پروژه صوفیا، از ویژگی‌ها و اهداف علمی این چشم پرنده گفته است؛ هرچند که در وضع کنونی مشخص نیست آیا امیدی به تحقق چشم‌انداز بلندمدت رصدخانه صوفیا می‌رود یا نه.

احسان سنایی: برای احداث یک رصدخانه‌ زمینی، مؤلفه‌های محدودکننده‌ زیادی را بایستی مدنظر داشت؛ مثل ارتعاشات زمینی، تغییرات دمایی، نقطه‌ی شبنم، سرعت میانگین باد و … با این حساب، شکاف بی‌حفاظ انتهای بدنه‌ی هواپیما، که تلسکوپ از درون‌اش به آسمان می‌نگرد، ظاهراً بدترین مکانِ ممکن برای فعالیت یک تلسکوپ ۷ / ۲ متری به شمار می‌رود! آیا این مؤلفه‌ها برای یک تلسکوپ فروسرخ اساساً متفاوت از یک تلسکوپ نور مرئی‌ست، یا اینکه تفاوتی ندارد و شما شرایط را به‌شکل مطلوبی کنترل کرده‌اید؟

من اول از مقوله‌ دما و شبنم شروع می‌کنم. سوفیا در لایه‌ی استراتوسفر جو زمین، و در ارتفاع ۴۵هزار پایی پرواز می‌کند. در چنین ارتفاعی، رصدخانه در حدود ۸ /۹۹درصد از رطوبت جو را پشت سر می‌گذارد و به‌همین‌واسطه هم محیط پیرامون‌اش حتی از خشک‌ترین بیابان‌های زمین هم خشک‌تر است. با توجه به محدوده‌ی طیفی ِ فعالیت صوفیا، فقدان هرچه‌بیشتر بخار آب جوی اهمیت زیادی دارد. در واقع بخش اعظمی از این محدوده‌ طیفی، کاملاً از دید رصدخانه‌‌های زمینی پنهان است، چون مولکول‌های دردسرساز بخار آب موجود در جو، مسیر نور فروسرخی که از جانب اجرام آسمانی گسیل می‌شود را سد می‌کنند و به‌همین‌واسطه کسب چنین داده‌هایی فقط در ارتفاعاتی بسیار فراتر از سطح زمین، و یا در فضا [که اساساً عاری از بخار آب و هرگونه مولکول دیگری هست] امکان‌پذیر است. به‌علاوه، کسب حداکثر داده‌های علمی از دریچه‌ طول موج‌های فروسرخ، مستلزم این است که حسگرها و تلسکوپ تا می‌توانند، سرد باشند. محدوده‌ی دمایی ارتفاعی که صوفیا در آن پرواز می‌کند، حدوداً بین منفی ۵۰  تا منفی ۶۰ درجه‌ سانتیگراد است و همین مسأله در سردسازی اپتیک تلسکوپ عامل کاملاً مؤثری‌ست. برای رصدخانه‌های ثابت نجومی، حفظ دما نیز حائز اهمیت است و پرواز [صوفیا] در ارتفاعی ثابت، دمای نسبتاً اندک و ثابتی را برای اپتیک تلسکوپ به ارمغان دارد.

صوفیا اساساً برای رصد آسمان در طول موج‌های فروسرخ و زیرمیلیمتری استفاده می‌شود؛ اما همین بخش از طیف هم وسعت زیادی دارد (حدوداً از ۱ تا ۱۰۰۰ میکرون).

خب حالا به مؤلفه‌های دیگری مثل ارتعاش و تلاطم جوی می‌پردازم. استراتوسفر ناحیه‌ای‌ست از جو زمین که پرواز فوق‌العاده یکدست و عاری از تلاطمی را میسر می‌کند. استراتوسفر، از آنجاکه منحنی دمایی منحصربفردی دارد، چنین محیط مطلوبی را برای پرواز ایجاد کرده و برخلاف ارتفاعات پایین‌تر [که دما و ارتفاع، نسبت معکوس دارند]، در استراتوسفر هرچه اوج بگیریم، دما بالاتر می‌رود. از این‌رو با توجه به ‌اینکه در استراتوسفر لایه‌های گرم‌تر هوا بالاتر از لایه‌های سردترش قرار می‌گیرند، در آنجا دیگر جریانات همرفتی – که در لایه‌های پایین‌تر جو زمینه‌ساز تلاطم جوی می‌شود – به چشم نمی‌خورد. [می‌دانیم] همرفت فرآیندی‌ست که در جریانش ماده‌ی [سیال] سردتر، به‌سمت پایین می‌رود و ماده‌ی [سیال] گرم‌تر، درست مثل حباب‌های آب جوش در یک کتری داغ، به‌سمت بالا صعود می‌کند. اما در استراتوسفر، ماده‌ سردتر اساساً در «پایین» ماده‌ گرم‌تر قرار دارد و به همین‌واسطه هم اصلاً امکان وجود همرفت میّسر نیست. لذا این بخش جو، به‌شکل منحصربفردی برای استقرار یک رصدخانه‌ پرنده مناسب است؛ چراکه کمترین تلاطم ممکن را می‌توان در آن یافت.

ولی با همه‌ اینها، هواپیما هنوز ارتعاشات و بعضاً افت‌وخیزهای اندک و گذرایی هم دارد. اما طراحی رصدخانه طوری‌ست که طی انجام رصدها، تلسکوپ از هرگونه ارتعاشی توسط هواپیما مصون می‌ماند. در واقع بلبرینگِ غول‌پیکری که وزن تلسکوپ را تحمل می‌کند، در احاطه‌ی لایه‌ای از روغن قرار دارد و تلسکوپ روی آن شناور مانده. ضمناً هرگونه افت‌وخیز یا دیگر ارتعاشات هواپیما توسط یک سیستم سه‌بُعدی‌ از ضربه‌گیرها که تلسکوپ را محافظت می‌کنند، خنثی می‌شود. نهایتاً اگر ارتعاش ناخواسته‌ای از این مقیاس‌ها هم حتی فراتر برود، آن‌وقت سیستمی از ژیروسکوپ‌ها در حفظ تعادل تلسکوپ وارد عمل می‌شوند. به‌عبارتی اگر همه‌ی این سیستم‌ها فعال باشند (که در واقع همان وضعیت استاندارد رصدخانه‌ به‌هنگام رصدهایش محسوب می‌شود)، از حیث اینرسی، تلسکوپ انگار هیچ ربطی به هواپیمای حاملش ندارد و مداوماً به یک نقطه از آسمان خیره مانده؛ حال‌آنکه این هواپیماست که به‌هنگام تکان‌ها یا دیگر ارتعاشات ناخواسته، به‌گرد تلسکوپ به نوسان درمی‌آید.

و اما در مورد باد. شاید عجیب باشد که حتی در سرعت‌هایی نظیر هشت‌دهم ماخ (یا حدود ۹۸۰ کیلومتر بر ساعت، که بیشترین سرعت اسمی صوفیا محسوب می‌شود)، عبور جریان هوا از فراز حفره‌ای که تلسکوپ درونش جای گرفته، مسأله‌ چندان نگران‌کننده‌ای محسوب نمی‌شود. نخست‌آنکه خود همین حفره، یک اعجاز مهندسی‌ست. همین‌‌که حین حرکت هواپیما در سرعت‌های بالا، هیچ صدای سوت‌مانندی از این حفره بلند نمی‌شود، خودش شاهدی بر این مدعاست که طراحی‌ حفره چقدر عالی بوده. با این‌حال اگر حتی هوا به درون حفره هم نفوذی نداشته باشد، همین جریان هوا بر فراز حفره را هم نمی‌شود دست‌کم گرفت. اما در طول موج‌های فروسرخ که صوفیا در آن‌ها اقدام به رصد آسمان می‌کند، این جریان هیچ فرسایشی را در عملیات داده‌گیری سبب نمی‌شود و حتی تصاویر دریافتی را هم محو و نامشخص نمی‌کند.

آسمان شب از دید صوفیا چگونه است؟

صوفیا اساساً برای رصد آسمان در طول موج‌های فروسرخ و زیرمیلیمتری استفاده می‌شود؛ اما همین بخش از طیف هم وسعت زیادی دارد (حدوداً از ۱ تا ۱۰۰۰ میکرون). مثلاً در مقام مقایسه، طیف نور مرئی – یعنی طول موج‌هایی که چشم ما انسان‌ها قادر به دریافت‌شان است – از اول تا آخر، محدوده‌ای گسترده‌تر از تنها سی‌وشش‌دهم میکرون را پوشش نمی‌دهد! اجرام آسمانی، بسته به طول موجی که در آن رصد می‌شوند، مظاهر متفاوتی دارند. هرکسی که تصاویر خروجی از یک دوربین گرمایی فروسرخ را دیده باشد، می‌داند که حتی اجسام زمینی (مثل حیوانات، درختان و …) نیز اگر از دریچه‌ چنین ابزارآلاتی دیده شوند، ظاهر کاملاً متفاوتی به خودشان می‌گیرند. آسمان شب هم به همین نحو در طول موج‌های مختلف، گاهی چهره‌ به‌شدت متفاوتی دارد.

بدون وجود صوفیا، ستاره‌شناسان از دسترسی به حوزه‌ای وسیع از محدوده‌ امواج فروسرخ طیف، محروم خواهند ماند و بسیاری از این کشفیاتی که امید و انتظارش می‌رود، به آینده‌ نامعینی موکول خواهد شد.

رصدهای محدوده‌ فروسرخ که صوفیا قرار است عملیات‌اش را بر روی آن‌ها متمرکز کند، در بررسی‌هایی که به‌منظور درک فرآیندهایی که طی‌شان ابرهای گاز سرد و غباری به ستاره بدل می‌شوند، حائز اهمیت ویژه‌ای‌ست. تصویری که در نور مرئی از این مناطق «ستاره‌سازی» گرفته شود (یعنی همان محدوده‌ای از نور که با چشم‌مان می‌بینیم)، احتمالاً مناطق تیره‌رنگی را نشان خواهد داد که در نتیجه‌ جذب نور توسط لایه‌های غبارینی که پیش‌ستاره‌ها یا ستارگان نوباوه را دربرگرفته‌اند، ایجاد شده‌اند؛ و از این‌رو چشم‌اندازی ضعیف را به‌روی نحوه‌ی تشکیل ستارگان در ابرهای ستاره‌ساز به دست خواهد داد. عکسی که در طول موج‌های فروسرخ نزدیک (NIR) گرفته شده باشد (که صوفیا قادر به انجام آن است)، ستارگانی را نشان خواهد داد که در ورای پرده‌های غبارین واقع شده‌اند، چراکه امواج فروسرخ راحت‌تر از امواج نوری پرانرژی‌تری مثل نور مرئی، از میان ابرهای غبارین عبور می‌کنند. با این‌‌حال، عکسی از همین ستاره که این‌ دفعه در طول موج‌های فروسرخ میانی (MIR) و فروسرخ دور (FIR) گرفته شده باشد (که باز هم صوفیا قادر به انجامش است)، از آن هم متفاوت خواهند بود، چراکه این‌‌دفعه دیگر خود ابرهای غباری به‌شکل رشته‌های درخشانی دیده خواهند شد. این ذرات غبار، توسط نور ستارگان نوباوه‌ای که در اعماق ابرهای پیش‌ستاره‌ای واقع شده‌اند، گرم شده‌اند و همین دما برای درخششی خیره‌کننده‌ در آن طول موج‌های بلندتر کفایت می‌کند.

خلاصه، به‌واسطه‌ی گسترگی پهنای طول موج‌هایی که صوفیا قادر به رصدشان است، داده‌های متنوعی را از بخشی واحد از آسمان می‌توان دریافت نمود؛ به‌طوریکه هر طول موج، قطعه‌ای مهم از مجموعه‌‌اطلاعاتی محسوب می‌شود، که به اسرار دیرپایی از قبیل نحوه‌ی تشکیل ستاره‌ها و منظومه‌های سیاره‌‌ای‌شان پاسخ خواهد گفت.

صوفیا چه از لحاظ فنی-مهندسی، و چه از لحاظ علمی، رصدخانه‌ منحصربفردی‌‌ست. بخش‌هایی از گستره‌ی طول موج‌هایی که این رصدخانه به رصدشان خواهد پرداخت، می‌شود گفت که کلاً ناشناخته مانده‌اند و از این‌رو هم انتظار می‌رود که مجموعه‌ای ارزشمند از داده‌ها طی دوران فعالیت این تلسکوپ جمع‌آوری شود. به‌عنوان دانشمند ارشد پروژه‌ی صوفیا، آینده‌ علم ستاره‌شناسی را در بود و نبود صوفیا چطور ارزیابی می‌کنید؟

در اینکه صوفیا کمک‌های شایان توجهی [به جامعه‌ی اخترشناسی] خواهد کرد، شک ندارم. گمان می‌کنم که صوفیا علاوه بر پیش‌برد تصاعدی علم، حتماً (و باید) کشفیات متحول‌کننده‌ای را به ثمر برساند. این‌ کشفیات، شامل رصدهایی می‌شوند که ما را ناگزیر از بازنویسی کتاب‌های دانشگاهی‌مان خواهد کرد. من اعتقاد دارم که صوفیا به پرسش‌های متنوعی در حوزه‌های مختلف علم اخترشناسی که تا دیرزمانی از طرح‌شان طفره رفته می‌شد، از جمله فهم دقیق فرآیندهای ستاره‌سازی، و همچنین فرآیندهای شیمیایی مربوط به جو سیارات منظومه‌ی شمسی خودمان، و یا حتی شرایط شیمیایی و دینامیکی لازم برای ایجاد سیاره‌ای با قابلیت میزبانی از حیات، پاسخ خواهد گفت. صوفیا رصدخانه‌ای‌ست که در طول حیات بیست‌ساله‌اش، توسط ستاره‌شناسان وابسته به جامعه‌ بین‌الملل، در طیفی وسیع از برنامه‌ها، که تصور خیلی‌هایشان حتی امروزه میسّر هم نیست، استفاده خواهد شد. صوفیا علاوه بر حل معماهای علمی مهم و دیرپا، پتانسیل فراوانی را هم برای انجام کشفیاتی که فعلاً از درک‌شان عاجزیم و گاه حتی به‌شکلی غیرمنتظره پدیدار می‌شوند را دارد و من این جنبه از اهداف صوفیا را خیلی هیجان‌انگیز می‌دانم. بدون وجود صوفیا، ستاره‌شناسان از دسترسی به حوزه‌ای وسیع از محدوده‌ امواج فروسرخ طیف، محروم خواهند ماند و بسیاری از این کشفیاتی که امید و انتظارش می‌رود، به آینده‌ نامعینی موکول خواهد شد.

نخستین نسل از ملحقات علمی صوفیا تقریباً تمام قسمت‌های فروسرخ طیف الکترومغناطیس، از فروسرخ نزدیک گرفته تا امواج زیرمیلیمتری را پوشش می‌دهند. با این وجود، همگی‌ این ابزارآلات در دمای نسبتاً گرمی معادل منفی ۶۰ درجه‌ سانتیگراد (در مقایسه با تلسکوپ‌های فضایی) فعالیت می‌کنند و از این‌رو در قیاس با ابزارآلات علمی به‌کاررفته در تلسکوپ‌های فضایی، خواه‌ناخواه حساسیت کمتری دارند. سؤالم این است که با وجود این حساسیت محدودتر، چطور صوفیا می‌تواند بعضاً بهتر از تلسکوپ‌های فضایی به سؤالات علمی‌مان پاسخ بدهد؟

هرچند که ابزارآلات اپتیکی صوفیا به‌اندازه‌ ابزارآلات تلسکوپ‌های فضایی سرد نیستند، اما مزایای رصدخانه‌ای که هر شب به آشیانه‌اش برمی‌گردد، خودش همه‌چیز را جبران می‌کند. اولاً برخلاف تلسکوپ‌های فضایی، صوفیا را به‌راحتی می‌‌شود سرویس یا تعمیر کرد و یا اینکه ارتفایش داد. از این گذشته، ابزارآلات علمی صوفیا را می‌شود همپای با توسعه‌ی حسگرهای ظریف فروسرخ، در آینده با ابزارآلات حساس‌تری جایگزین کرد. به‌علاوه، مادامی‌که علم ستاره‌شناسی در طول زمان دچار تحول شود، صوفیا هم با تجهیز به ابزارآلاتی که با هدف پاسخ‌گویی به پرسش‌های نوین علم ایجاد شده‌اند، قادر به تطبیق سریع خودش با دستورالعمل‌های جدید خواهد بود. ثانیاً صوفیا به‌عنوان یک رصدخانه‌ متحرک هوایی، قادر به رصد کردن اجرام آسمانی در هر دو نیمکره‌ آسمان، و همچنین اتفاقات زودگذر سماوی (نظیر اختفای یک ستاره در پشت یکی از اجرام منظومه‌ی شمسی) هم هست، که به‌سهولت از دست رصدخانه‌های زمینی و فضایی درمی‌روند؛ چراکه این رصدخانه‌ها [برای رصد چنین پدیده‌هایی] باید دقیقاً در مسیر سایه‌ای که از این رخداد بر زمین ایجاد می‌شود، واقع شده باشند.

یکی از جالب‌ترین اهداف علمی صوفیا، بررسی ریشه‌های حیات در زمین بوده است.

نهایتاً صوفیا در آینده‌ای نزدیک، طول موج‌هایی را هم پوشش خواهد داد که از حیث اخترفیزیکی از اهمیت فراوانی برخوردارند و با هیچ رصدخانه‌ی دیگری که هم‌اینک فعال و یا در فرآیند ساخت به‌ سر می‌برد، نمی‌شود انجام‌شان داد. تلسکوپ فضایی هرشل، داده‌های شگفت‌انگیزی از بخش‌های فروسرخ دور و ریزمیلیمتری طیف کسب نموده، ولی به‌واسطه‌ی محتویات محدود مخازن سردکننده‌ای که حسگرهایش را سرد می‌کنند، عمر کوتاهی دارد [که هم‌اینک به پایان رسیده]. صوفیا احتمالاً تنها مأموریتی خواهد بود که دست‌کم برای یک دهه‌ امکان دسترسی مستمر به تلسکوپی با قابلیت رصد در چنین طول موج‌هایی را فراهم خواهد کرد. حتی اگر تلسکوپ فضایی جیمز وب هم به فضا پرتاب شود، این صوفیاست که دقیق‌ترین تصاویر ممکن از آسمان را در طول موج‌های ۳۰ تا ۶۰ میکرون دریافت می‌‌کند و این قابلیتی‌ست  که به‌واسطه‌ی تشخیص اجرام پنهان‌شده در مناطق تشکیل ستاره‌ها، که از دریچه‌ی سایر تلسکوپ‌های فروسرخ به‌صورت محو و مبهم دیده می‌شوند، حائز اهمیت بسیار است.

صوفیا همچنین به قابلیت‌های منحصربفردی‌ مجهز است که قادرش می‌سازد رصدهای متفاوتی را از اجرام منظومه شمسی نیز صورت بدهد. اما در خصوص سیارات فراخورشیدی چطور؟ این رصدخانه هیچ پژوهشی را درباره‌ی سیارات فراخورشیدی انجام خواهد داد؟ و در اینصورت چه کشفیاتی انتظار می‌رود که در طول این پژوهش‌ها رفم بخورند؟

گمان نکنم که رصد مستقیم یک سیاره‌ی فراخورشیدی – یعنی تصویربرداری مستقیم؛ یا بررسی طیف‌ حاصل از جو یک سیاره‌ی فراخورشیدی – در حوزه‌ی قابلیت‌های صوفیا جا بگیرد. با این‌حال، این رصدخانه پتانسیل‌های چشم‌گیری را در فهم فرآیندهای تشکیل‌دهنده‌ی منظومه‌های سیاره‌ای، از طریق آنالیز طیف نور گسیلی از قرص‌های پیش‌سیاره‌ای دارد؛ قرص‌هایی که به‌گرد ستاره‌های نوباوه وجود دارند و احتمالاً یک منظومه‌[ی سیاره‌ای] در آن‌ها در حال تشکیل است. اگرچه این قرص‌ها را به‌دقت نمی‌‌شود تفکیک کرد، اما رزولوشن طیفی چشمگیر برخی ابزارآلات علمی مستقر بر صوفیا مثلاً این امکان را به او می‌دهد تا نقاطی از این قرص‌ها را که در آن‌ها بخار آب به یخ بدل می‌شود (و هر کدام از این دو دارای ظواهر طیفی ِ متفاوتی هستند) تشخیص بدهد. شکل این عوارض طیفی می‌تواند مبیّن محل قرارگیری این مواد (همچون آب) در پهنه‌ این قرص‌ها باشد و بدین‌واسطه‌ ستاره‌شناسان را قادر به تعیین ماهیت مواد شیمیایی‌ای کند که در حال فاصله گرفتن از ستاره‌ هستند (و بنابراین در ایجاد سیارات شرکت دارند). ضمناً این داده‌های طیفی نقش بسزایی را در تعیین مکان قرارگیری «خطر شبنم» حین فرآیند شکل‌گیری سیارات هم ایفا می‌کنند (خط شبنم، نقطه‌ای‌ پیرامون ستاره‌هاست که در آن دما به‌قدر کافی برای مایع ماندن آب بالاست). چنین اطلاعاتی را می‌شود در مدل‌سازی‌های محاسباتی که به شبیه‌سازی نحوه‌ی تشکیل سیارات می‌پردازند، جاگذاری کرد و این بی‌‌تردید حدود و ثغور درک‌مان از نحوه‌ی تکوین منظومه‌ی شمسی خودمان را هم ارتقا خواهد داد.

یکی از جالب‌ترین اهداف علمی صوفیا، بررسی ریشه‌های حیات در زمین است. این تلسکوپ چطور با رصد آسمان، چنین هدفی که اساساً در زمین باید با دنبالش بود را دنبال می‌کند؟

صوفیا پتانسیل ارتقای دانسته‌هایمان از فرآیندهای تشکیل سیارات را از طریق بررسی ماهیت شیمیایی قرص‌های پیش‌سیاره‌ای موجود در پیرامون دیگر ستارگان (چیزی که در سؤال قبلی بدان پرداختم) دارد و همین امر هم ارزیابی شرایط لازم برای تکوین یک سیاره‌ی زیست‌پذیر را میسّر می‌‌کند. ضمناً صوفیا قادر است دنباله‌دارها را حین گذرشان از کنار خورشید هم رصد کند، که اجرام نزدیک‌‌تری به ما محسوب می‌شوند. از دیگر مزایای یک رصدخانه‌ هوایی در قیاس با رصدخانه‌های فضایی، توان رصد اجرامی‌ست که جدایی زاویه‌ای کمی با خورشید دارند. دنباله‌دارها، «پس‌مانده»های حاصل از فرآیند تشکیل منظومه‌ شمسی‌ ما هستند و از این‌رو به‌نوعی می‌‌شود آن‌ها را «فسیل»‌های این منظومه به‌هنگام تشکیل‌اش قلمداد کرد و به‌همین‌واسطه هم هست که [این دنباله‌دارها] شواهد حائز اهمیتی را از نحوه‌ تشکیل سامانه‌های سیاره‌ای در بردارند. بررسی دنباله‌دارها آبستن پاسخ‌های بسیاری برای پرسش‌های مربوط به منشأ آب در زمین است؛ ماده‌ای که گمان می‌رود وجودش برای ایجاد حیات ضرورت دارد.

نهایتاً مولکول‌های ویژه و بزرگ و پیچیده‌ای هم هستند مثل «هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای» (PAHها)، که در سرتاسر محیط بین‌ستاره‌ای (یعنی محیط به‌ظاهر خالی مابین ستارگان)  پراکنده‌اند و گمان می‌رود از حیث اخترزیست‌شناختی اهمیت زیادی دارند. خصوصیات طیفی چندگانه‌ای که توسط این مولکول‌ها ایجاد می‌شود، به‌سهولت توسط صوفیا رصد خواهند شد.

آیا صوفیا در حل معمای ماده تاریک و انرژی تاریک هم سهیم خواهد بود؟

باید بگویم که صوفیا برای پیگیری چنین هدفی سازمان‌دهی نشده و مأموریت‌های آتی که به‌شکلی ویژه‌ با هدف انجام این نوع از رصدها ساخته شده‌اند، اصولاً تجهیزات بهتری برای پاسخ‌گویی به این سؤالات مهم در اختیار خود دارند. به‌عبارتی شاید بتوان گفت این حوزه‌های تحقیقاتی، به دست ستاره‌شناسان مستعدی آبستن سؤالات فراوان می‌شود که هم‌اینک از صوفیا دارند برای تحقق اهداف روشنی که از همین حالا می‌شود انتظارشان را کشید، استفاده می‌کنند.

منبع: Nature

توضیح تصویر:

۱ – عکس از تیلو کرانز / DLR

۲ – منبع: ناسا

۳ –  – دکتر پاملا مارکوم، دانشمند ارشد پروژه صوفیا / عکس از ژی لوین، ناسا

۴ – منبع: ناسا

۵ – نماهای فروسرخ صوفیا (چپ) و هابل (راست) از مرکز کهکشان راه شیری. هابل این نما را در طول موج‌های فروسرخ نزدیک (NIR) گرفته که به رغم نمایش ستارگان پیش‌زمینه، جزئیاتی از ساختارهای گازی عظیم گرداگرد سیاهچاله مرکزی کهکشان را به نمایش نمی‌گذارد. اما نمای فروسرخ میانی (MIR) صوفیا، گرچه ستارگان را نشان نمی‌دهد، اما مارپیچ غول‌آسای گاز پیرامون سیاهچاله را آشکار کرده است / NASA/ESA/STScI/AURA