ملاحظة المحررين - تحدث الصحفي العلمي والمؤلف بروس دورميني مع اثنين من علماء ناسا حول إمكانية تركيب تلسكوب على مركبة فضائية لمهمة الكواكب الخارجية.
تلوث الضوء في نظامنا الشمسي الداخلي ، من كل من توهج الشمس القريب وتوهج البروج الضبابي الناجم عن الغبار المتصاعد في حزام الكويكبات ، جعل علماء الكونيات يحبطون منذ فترة طويلة ويبحثون عن رؤية أوضح في الكون المبكر.
لكن فريقًا في وكالة ناسا و JPL و Caltech يبحث في إمكانية ربط تلسكوب بصري إلى مركبة فضائية مسحية في مهمة إلى النظام الشمسي الخارجي.
الهروب من الضباب الأرجواني الملوث في نظامنا الشمسي الداخلي
والفكرة هي استخدام التلسكوب البصري في مرحلة الرحلات للحصول على مقبض أفضل لضوء الخلفية خارج المجرة ؛ أي ضوء الخلفية الضوئية المدمج من جميع المصادر في الكون. يتصورون فائدة التلسكوب لركل حوالي 5 وحدات فلكية (AU) ، حول مسافة مدار المشتري. ثم يريد الفريق ربط بياناتهم بالملاحظات الأرضية.
هدف واحد هو تسليط الضوء على حقبة الكون المبكر من إعادة التأين. يشير التأين إلى الوقت الذي تأينت فيه الأشعة فوق البنفسجية (UV) من النجوم الأولى للكون الوسط بين المجرات (IGM) عن طريق تجريد الإلكترونات من ذرات أو جزيئات IGM الغازية. ويعتقد أن فترة إعادة التأيين هذه حدثت في موعد لا يتجاوز 450 مليون سنة بعد الانفجار العظيم.
ZEBRA ، غبار البروج ، الخلفية خارج المجرة وجهاز إعادة التأيين ، هو مفهوم ناسا JPL الذي يتطلب تلسكوبًا بقيمة 40 مليون دولار يتكون من ثلاثة أجهزة بصرية / شبه الأشعة تحت الحمراء ؛ يتكون من مخطط خرائط واسع المجال 3 سم وتصوير عالي الدقة 15 سم. ومع ذلك ، لم تحدد وكالة ناسا بعد اقتراح ZEBRA لإحدى مهامها.
ولكن لمعرفة المزيد ، تحدثنا مع رائد ZEBRA Concept وعالم الكونيات في الآلات الموسيقية Jamie Bock والفلكي Charles Bichman ، وكلاهما من NASA JPL و Caltech.
دورميني: ما هو ضوء البروج؟
بيتشمان: إنه مصدر ساطع للضوء المنتشر في نظامنا الشمسي من حبيبات الغبار التي تنبعث بسبب تسخينها من الشمس وتشع من تلقاء نفسها
أو تعكس ضوء الشمس. إذا خرجت على ضوء قاتم داكن واضح جدًا ، يمكنك رؤية شريط هذا الضوء من هذا الغبار. إنه يتبع مستوى مسير الشمس. ينشأ هذا الغبار في الغالب من مادة في حزام الكويكبات التي تصل إلى جزيئات صغيرة بعد بعض الاصطدام الكبير.
دورميني: ماذا يعني تجاوز هذا الغبار البروجي للملاحظات؟
بيتشمان: تخيل أنك تجلس في حوض لوس أنجلوس ، ولديك كل هذا الضباب الدخاني والضباب وتريد قياس مدى وضوح الهواء في بالم سبرينغز. يجب أن تكون قادرًا على طرح كل الضباب بين هنا وهناك ولا توجد طريقة للقيام بذلك بأي دقة. عليك أن تخرج من الحوض للخروج من الضباب الدخاني.
دورميني: كيف سيساعد ذلك في دراسة هذه الخلفية خارج المجرات؟
بوك: يقيس ضوء الخلفية خارج المجرة (EBL) كثافة الطاقة الإجمالية للضوء القادم من خارج مجرتنا. يعطي هذا الضوء مجموع الطاقة التي تنتجها النجوم والمجرات ، وأي مصادر أخرى ، عبر تاريخ الزمن الكوني. يمكن استخدام الخلفية الإجمالية للتحقق مما إذا كنا نفهم بشكل صحيح تاريخ تكوين المجرات. نتوقع أن يكون لمكون ضوء الخلفية من النجوم الأولى طيف مميز يبلغ ذروته في الأشعة تحت الحمراء القريبة ؛ هذا يمكن أن يخبرنا عن مدى سطوع الفترة الزمنية التي كانت فيها النجوم الأولى وتشكيلها. لسوء الحظ ، فإن ضوء البروج أكثر إشراقًا من هذه الخلفية. ولكن بالذهاب إلى مدار المشتري ، يكون ضوء البروج أكثر خفوتًا بمقدار 30 مرة من الأرض ، وفي مدار زحل يكون أكثر خفوتًا 100 مرة.
دورميني: هل عليك أن تتجول في مهمة لوكالة ناسا أم يمكن أن تكون شراكة مع وكالة فضاء أخرى ، مثل وكالة الفضاء الأوروبية على سبيل المثال؟
بوك: لقد تم استكشاف أرخص نهج التكلفة الإضافية ، بالشراكة مع مهمة كوكبية ناسا. لكن يمكننا الشراكة مع وكالة فضاء أخرى. يتنافس مستكشف المشتري الأوروبي Icy Moons Explorer (JGO سابقًا) الآن على إطلاق مهمة L-class التالية في أوائل عام 2020 ، وهو احتمال جذاب لأداة علمية ساهمت في مرحلة الرحلات البحرية. يأتي كل نهج مع تكلفة مختلفة وبيئة شراكة.
دورميني: هل المحرك الرئيسي لتلسكوب EBL يتجاوز غبار البروج أم أن 5 AU يوفر أيضًا ميزة مراقبة من حيث تحقيق الإغماء من الحجم؟
بوك: هناك ميزة مراقبة بسبب خلفية [النظام الشمسي الداكن]. بمثل هذا التلسكوب الصغير ، لا نحاول استغلال هذه الميزة ولكن المراصد المستقبلية يمكن أن تفعل ذلك. سنقيس سطوع البروج للمشتري وما بعده ، وهذا قد يحفز الملاحظات الفلكية باستخدام التلسكوبات في النظام الشمسي الخارجي في المستقبل.
Dorminey: ما نوع تحديات رابط البيانات الهابطة التي قد تواجهها؟
بوك: ربما تكون متطلبات البيانات أصغر مما قد يتوقعه المرء أولاً ، لأنه يتم الحصول على صورنا بتكاملات [ملاحظة] طويلة بدقة مكانية معتدلة. بالنسبة إلى الاقتراح الكوكبي الذي درسناه بالتفصيل ، كان إجمالي حجم البيانات 230 غيغابايت ، حيث يتم إرجاع حوالي 65 في المائة من هذه البيانات من المشتري وخارجها إلى زحل. تعمل نقاط التلسكوب بشكل مستقل.
دورميني: ماذا عن إشعاع المشتري الذي يتداخل مع البصريات وكاميرات CCD على التلسكوب؟
بيتشمان: ما ستفعله هو التوقف عن عمل ملاحظات EBL عندما تكون قريبًا من المشتري. مشاكل الإشعاع كبيرة ، لذلك لن تقوم إلا بالملاحظات قبل وبعد اجتياز المشتري.
دورميني: ما الذي ستفعله أجهزتك التي لن تفعلها تلسكوب جيمس ويب الفضائي المخطط له (ناسا)؟
بوك: من المرجح أن تكتشف JWST المجرات الأولى الأكثر سطوعًا ، واعتمادًا على كيفية تشكل المجرات بالضبط ، ستفقد معظم الإشعاع الكلي بسبب مساهمة العديد من المجرات الباهتة. قياس الخلفية خارج المجرة يعطي الإشعاع الكلي من جميع المجرات ويوفر الطاقة الإجمالية. علاوة على ذلك ، لا نحتاج إلى تلسكوب كبير ؛ 15 سم كافية.
دورميني: وماذا عن علم الكواكب مع التلسكوب؟
بوك: أدواتنا متخصصة في إجراء قياسات سطوع منخفض. لقد قمنا باختيارات تصميم محددة لرسم خريطة سحابة الغبار البروجي من الداخل إلى النظام الشمسي الخارجي. تتيح لنا طريقة العرض ثلاثية الأبعاد تتبع أصول الغبار بين النجوم إلى المذنبات وتصادم الكويكبات. نحن نعلم أن هناك أجسامًا بحزام كويبر خارج مدار نبتون ، ومن المحتمل أن يكون هناك غبار مرتبط بها أيضًا.
دورميني: إلى متى سيستمر هذا التلسكوب؟
بوك: بعد اكتمال الملاحظات الأساسية ، سيكون من الممكن بالتأكيد أن يقترح الفريق الأصلي أو طرف خارجي تشغيل التلسكوب. إحدى الحالات العلمية المثيرة هي ملاحظات العدسة الدقيقة المنظر ؛ الملاحظات التي تستخدم اختلاف المنظر بين الأرض وزحل لدراسة تأثير الكواكب الخارجية التي تدور حول النجوم وتنتج حدثًا للعدسات الدقيقة. تشمل الفرص العلمية الأخرى خرائط حزام كويبر في الأشعة تحت الحمراء القريبة ؛ سحوبات نجمي بواسطة أجسام حزام كويبر. وتخطيط المزيد من حقول EBL للمقارنة مع الاستطلاعات الأخرى.
دورميني: كيف يمكن للملاحظات الأولية للتلسكوب أن تغير علم الكونيات النظري؟
بيتشمان: عندما تجري قياسًا أفضل بمائة مرة من ذي قبل ، ستحصل دائمًا على مفاجأة.
