تلسکوپ Roman ناسا برای یافتن «زمین ۲.۰» از آینههای تغییرشکلدهنده استفاده خواهد کرد
تلسکوپ فضایی Nancy Grace Roman ناسا که بهزودی به فضا پرتاب میشود، قرار است از طریق یک «نمایش ناپدیدسازی» پیچیده از نور ستارگان، کشف سیارات فراخورشیدی را متحول کند. این ماموریت با بهرهگیری از کنترل پیشرفته و فعال جبهه موج (active wavefront control)، قصد دارد تصاویر مستقیمی از سیاراتی ثبت کند که پیش از این در درخشش خیرهکننده ستارههای میزبان خود گم شده بودند.
دقت کنترل فعال جبهه موج
در حالی که رصدخانههای موجود مانند تلسکوپهای فضایی Hubble و James Webb (JWST) از کورونوگرافهای (coronagraphs) ثابت برای مسدود کردن نور ستاره استفاده میکنند، آنها اغلب با درخششهای پراکنده ناشی از نقصهای میکروسکوپی در آینهها دستوپنجه نرم میکنند. تلسکوپ فضایی Roman یک تغییر پارادایم ایجاد میکند: اولین کورونوگراف «فعال» مستقر در فضا.
در قلب این فناوری، دو آینه تغییرشکلپذیر قرار دارند که هر کدام دارای یک شبکه ۴۸ در ۴۸ از محرکها (actuators) به شکل صفحه شطرنجی هستند. این پیستونهای کوچک مانند انگشتانی میکروسکوپی عمل میکنند و با اعمال ولتاژ، لایه نازکی از شیشه را میکشند. دقت این سیستم خیرهکننده است؛ آینهها میتوانند تا حد ۱۰ پیکومتر — یعنی تقریباً یکدهم قطر یک اتم هیدروژن — تغییر شکل دهند. این ویژگی به تلسکوپ اجازه میدهد تا «کنترل فعال جبهه موج» را انجام دهد که عملاً مانند هدفونهای حذف نویز برای نور عمل میکند. سیستم با شکل دادن به سطح آینه برای خنثی کردن امواج نوری ناخواسته، یک منطقه تاریک «دوناتشکل» در اطراف ستاره ایجاد میکند و پنجرهای شفاف برای مشاهده سیارات نزدیک فراهم میسازد.
فراتر از عصر «مشتریهای داغ»
تا به امروز، بیشتر سیارات فراخورشیدی تصویربرداری شده، «مشتریهای داغ» (Hot Jupiters) بودهاند؛ غولهای گازی عظیم و درخشانی که در فاصله بسیار نزدیکی از ستارههای خود میچرخند. اندازه و گرمای آنها شناساییشان را در نور فروسرخ آسان میکند، اما آنها نماینده منظومه شمسی ما نیستند.
تلسکوپ فضایی Roman برای پر کردن این شکاف طراحی شده است. این تلسکوپ با بهبود حساسیت نسبت به سیارات فراخورشیدی در برابر درخشش ستارهای تا ۱۰۰۰ برابر، قادر خواهد بود «مشابههای مشتری» (Jupiter analogues) را مستقیماً تصویربرداری کند. اینها غولهای گازی بالغ و خنکتری هستند که در فاصلههایی مشابه مشتریِ ما، به دور ستارههای مشابه خورشید میچرخند و به جای گسیل گرمای شدید، نور را منعکس میکنند. این قابلیت، گامی حیاتی به سوی هدف نهایی یعنی شناسایی جهانهای شبیه به زمین است.
جهشی عظیم در مقیاس رصد
تلسکوپ فضایی Roman فقط درباره دقت نیست؛ بلکه درباره مقیاس است. این تلسکوپ که مجهز به یک دوربین میدانگسترده (wide-field) ۳۰۰ مگاپیکسلی است، تصاویری را ثبت خواهد کرد که تقریباً ۱۰۰ برابر بزرگتر از گستردهترین نماهای Hubble با رزولوشن مشابه هستند.
این میدان دید وسیع، در ترکیب با تصویربرداری با وضوح بالا، به اخترشناسان اجازه میدهد تا از «مصاحبه با چند نفر» به «انجام سرشماری جهانی» تغییر وضعیت دهند. فراتر از سیارات فراخورشیدی، این ماموریت وظیفه دارد حدود ۱۰۰,۰۰۰ سیاره جدید را از طریق میکرولنسی گرانشی (gravitational microlensing) شناسایی کرده و ویژگیهای مرموز ماده تاریک و انرژی تاریک را بررسی کند. برای اطمینان از اینکه نور در داخل تجهیزات پراکنده نشود، ناسا حتی از «علف سیلیکونی» (silicon grass) استفاده میکند؛ انبوهی از تیغههای میکروسکوپی که برای به دام انداختن و جذب فوتونهای سرگردان طراحی شدهاند.
نکات کلیدی
- کنترل فعال جبهه موج: Roman از دو آینه تغییرشکلپذیر با هزاران محرک برای شکل دادن به نور استفاده میکند که حساسیت شناسایی سیارات فراخورشیدی را در مقایسه با فناوریهای فعلی تا ۱۰۰۰ برابر بهبود میبخشد.
- یافتن مشابههای مشتری: برخلاف ماموریتهای قبلی که بر «مشتریهای داغ» عظیم تمرکز داشتند، توانایی Roman در سرکوب نور ستاره اجازه تصویربرداری مستقیم از غولهای گازی بالغ و خنکتر، مشابه مشتریِ ما را میدهد.
- مقیاس بیسابقه: با یک دوربین میدانگسترده ۳۰۰ مگاپیکسلی، این ماموریت یک «سرشماری» از کیهان انجام خواهد داد و هدف آن شناسایی ۱۰۰,۰۰۰ سیاره فراخورشیدی جدید و گشودن رمز و رازهای مربوط به انرژی تاریک و ماده تاریک است.