تکمیل ساخت بزرگ‌ترین رادیوتلسکوپ تک‌بشقابی جهان

با گذشت بالغ بر ۶۳ سال از احداث رادیوتلسکوپ غول‌آسای آرسیبو واقع در کشور پورتوریکو، مهندسین چینی با اتمام پروسه ساخت «تلسکوپ کروی با دهانه ۵۰۰-متری» (اختصاراً FAST)، رکورد بزرگ‌ترین رادیوتلسکوپ تک‌بشقابی جهان را جابجا کردند. FAST که عملیات علمی خود را تا پایان شهریورماه سال جاری آغاز خواهد کرد، با بهره‌مندی از دهانه بزرگ و سطح بازتابنده یکدست خود، توقّعات جامعه علمی برای پیشبرد تحقیقات رادیو-اخترشناختی، از جمله جستجوها پی نشانه‌های احتمالی هوش فرازمینی را بالاتر برده است.

پرانرژی‌ترین نوع از امواج رادیویی، طول موجی در حدود یک‌میلیون بار بلندتر از امواج نور مرئی دارد. و این یعنی که سطوح لازم برای کانونی کردن (و لذا بزرگنمایی) حتی پرانرژی‌ترین امواج رادیویی، اگرچه باید بزرگ‌تر باشند، اما چنانچه تا یک‌میلیون بار نسبت به یک آینه معمولی کم‌تر صیقل بخورند هم اختلالی را در فرآیند بازتاب ایجاد نخواهند کرد. همین موجب می‌شود تا ساخت «رادیوتلسکوپ»ها علی‌رغم ابعاد لاجرم بزرگ‌شان، مقرون‌به‌صرفه‌تر از ساخت حتی تلسکوپ‌های کوچک‌تر فعّال در نور مرئی باشد؛ چراکه فرآیند ذوب و قالب‌گیری و صیقل یک آینه مقعّر معمولی، وقت و هزینه‌ای به مراتب بیشتر از طراحی یک بشقاب رادیویی (از طریق چینش موزائیک‌وار چند صفحه فلزی بر یک سطح بسیار وسیع‌تر) خواهد برد.

اما در عین حال ابعاد بزرگ‌تر بشقاب‌های رادیوتلسکوپی، مشکل طراحی یک «مقر» مقاوم برای تحمّل وزن این بشقاب‌ها را پررنگ‌تر می‌کند، و محدودیت‌های مهندسی‌ تازه‌ای را برای بزرگ‌ترین ابعاد ممکن یک رادیوتلسکوپ متحرّک پیش می‌کشد. مصداق بارز تبعات عبور از این محدودیت‌ها، فروریزش رادیوتلسکوپ «۳۰۰-فوتی» (با قطر بشقاب ۹۱-متر)، در «رصدخانه ملی اخترشناسی رادیویی» ایالات متحده (NRAO)، واقع در دره گرین‌بنک ویرجینیا، در پانزدهم نوامبر ۱۹۸۸ بود (تصویر). حتی با گذشت ۲۸ سال از آن واقعه، قطر بشقاب بزرگ‌ترین رادیوتلسکوپ متحرّک امروز جهان («رادیوتلسکوپ رابرت سی. بایرد»، واقع در همان رصدخانه)، تنها ۲۰ درصد از رادیوتلسکوپ ۳۰۰-فوتی بزرگ‌تر است (این در حالی‌ست که طی مقطعی مشابه، قطر بزرگ‌ترین تلسکوپ نور مرئی وقت جهان، ۷۳ درصد افزایش یافته است).

برای فائق آمدن بر محدودیت‌های ساختاری مقر رادیوتلسکوپ‌ها، مهندسین از دو روش بهره می‌گیرند: الف) روش تداخل‌سنجی؛ و ب) ساخت رادیوتلسکوپ‌های غیرمتحرک.

در روش اول، مهندسین از طریق تلفیق امواج دریافتی توسّط چند رادیوتلسکوپ مستقل، اقدام به تقویت سیگنال نهایی می‌کنند. هرچه که این رادیوتلسکوپ‌ها در فاصله‌ای دورتر از هم واقع شده باشند، «رزولوشن» سیگنال نهایی هم بیشتر خواهد بود، و هرچه سطح نورگیری بیشتری را پوشش بدهند، «شدّت» این سیگنال افزایش خواهد یافت. از همین‌رو مهندسین برای تقویت توأمان شدت و رزولوشن سیگنال در عین پرهیز از مواجهه با مشکلات ساخت رادیوتلسکوپ‌های بزرگ و متحرّک، اقدام به ساخت مجموعه‌ای از رادیوتلسکوپ‌های کوچک‌تر در یک فضای محدود می‌کنند، و در عوض امکان جابجایی را به خود این رادیوتلسکوپ‌های کوچک‌تر می‌دهند (تا بدین‌وسیله بتوان بنا به نیاز، رزولوشن یا شدّت سیگنال را افزایش داد؛ هرچند که در این روش نمی‌توان همزمان این دو مؤلفه را افزایش داد).

همین‌گونه «آرایه‌تلسکوپ‌»ها را برای تقویت امواج نور مرئی هم می‌‌توان طراحی کرد و به کار بست، اما با صرف هزینه‌ای بسیار بیشتر و بهره‌وری‌ای نسبتاً پایین‌تر (مثلاً تلسکوپ‌های نور مرئی و دوقلوی کِک در هاوایی، یا تلسکوپ‌های چهارقلوی VLT در صحرای آتاکامای شیلی، عملاً دو «آرایه‌تلسکوپ» در نور مرئی‌اند). اما چنین روشی رهیافت بسیار پرطرفدارتری در امواج کم‌انرژی‌تر (اعم از امواج رادیویی) به شمار می‌رود. بزرگ‌ترین آرایه‌تلسکوپ‌ رادیویی جهان، موسوم به آرایه VLA (مخفف «آرایه بسیار بزرگ»)، مجموعه‌ای از ۲۷ رادیوتلسکوپ متحرّک با قطر بشقاب ۲۵ متر است، که به شکل حرف Y در محدوده‌ای به قطر حداکثر ۴۲ کیلومتر، بر روی ریل‌ مستقر شده‌اند. رزولوشن این آرایه، از ۲ دهم تا ۴ هزارم ثانیه قوس متغیر است (معادل تشخیص عوارضی به قطر ۴ متر در سطح ماه).

دومین رهیافت مهندسین برای عبور از محدودیت‌های ساخت رادیوتلسکوپ‌های بزرگ و متحرک، ساخت بشقاب‌های غیرمتحرک و تکیه بر چرخش زمین به عنوان مکانیسم جابجایی میدان دید این تلسکوپ‌هاست. در این روش، سطح یک گودال غول‌آسا را با صفحات بازتابنده می‌پوشانند، و سپس با آویزان کردن گیرنده‌ در محل کانون این حفره، با روشی شبیه به جابجایی دوربین‌های عنکبوتی در استادیوم‌های ورزشی، به تلسکوپ امکان جابجایی بسیار اندک میدان دیدش را می‌دهند.

بارزترین نمونه از این رادیوتلسکوپ‌های غول‌آسای غیرمتحرک، رادیوتلسکوپ آرسیبو در حومه شهری به همین نام، واقع در کشور پورتوریکو است. این تلسکوپ که فرآیند ساخت آن در سال ۱۹۶۲ به اتمام رسید، از مجموعاً ۳۸ هزار و ۷۷۸ صفحه آلومینیومی مستطیلی‌شکلی (به ابعاد ۱ در ۲ متر) که سطحی کروی به قطر ۳۰۵ متر را پوشانده‌اند، تشکیل شده است. و گیرنده آن نیز از طریق سه کابل متصل به دو دکل ۸۱ متری و یک دکل ۱۱۱ متری در اطراف حفره، در نقطه کانون حفره آویزان شده است. طراحی منحصربفرد رادیوتلسکوپ‌هایی از این دست، طبیعتاً محدودیت‌هایی را در اهداف علمی‌شان هم به دنبال خواهد داشت؛ چراکه میدان دیدشان فقط در اطراف بالاترین نقطه آسمان (موسوم به نقطه سمت‌الرأس) متمرکز است، و فقط با ضرباهنگ چرخش زمین نیز جابجا می‌شود.

اما در عین چنین محدودیت‌هایی، این‌گونه تلسکوپ‌ها گزینه‌های خوبی برای مسّاحی بُرش‌های تصادفی از آسمان، به ویژه به‌منظور کسب داده‌های خام و دقیقی که می‌توانند حاوی نشانه‌هایی احتمالی از هوش فرازمینی باشند، به شمار می‌روند.

و حال، چند روزی می‌شود که آخرین قطعه از جورچین ۴۴۵۰تایی صفحات بازتابنده تلسکوپ ۵۰۰-متری FAST در جای خود قرار گرفته تا فرآیند تکمیل بزرگ‌ترین رادیوتلسکوپ‌ تک‌بشقابی جهان به اتمام برسد. این رادیوتلسکوپ در حومه شهر کدو، واقع در رشته‌کوه دائودانگ در استان گوئیژوی چین واقع شده است؛ و محیط کوهستانی پیرامون آن، شرایط ایده‌آلی را برای دفع امواج مزاحمِ پیرامون فراهم کرده است.

طرح تلسکوپ FAST در سال ۱۹۹۴ ارائه شد، و چهارده سال بعد هم به تصویب کمیسیون توسعه و اصلاح ملی چین رسید تا فرآیند ساخت آن در سال ۲۰۱۱ آغاز گردد. بدین‌منظور، لازم بود تا روستایی ۶۵ نفره تخلیه گردد، و جمعیتی ۹۱۱۰ نفره از ساکنین شعاع ۵ کیلومتری تلسکوپ هم – به منظور پیش‌گیری از بروز نویزهای رادیویی – به سکونتگاهی دیگر نقل مکان کنند. این مهم، با پرداخت غرامتی ۱۰ هزار یوانی (معادل ۱۵۰۰ دلار آمریکا) به هر خانوار، علاوه بر تأمین مسکن‌شان، محقق شد.

ساخت تلسکوپ FAST، مجموعاً ۱ و نیم میلیارد یوان (معادل ۱۸۰ میلیون دلار آمریکا) هزینه در پی داشت، و قرار است که پس از اتمام فاز آزمایشی آن، عملیات خود را در سپتامبر سال میلادی جاری آغاز کند. این تلسکوپ، رصدهای دو سال اول خود را به اهداف اخترشناسان چینی اختصاص خواهد داد، و سپس وقت آن در اختیار اخترشناسان بین‌المللی هم قرار خواهد گرفت. تخمین زده می‌شود که چنانچه بتوان روزی نشانه‌های هوش فرازمینی را در امواج رادیویی یافت، تلسکوپ FAST از توانی معادل ۵ تا ۱۰ برابر بزرگ‌ترین رادیوتلسکوپ‌های کنونی برای تحقّق این رؤیا برخوردار باشد.