فن‌آوری‌های جدید شکار سیاره: مأموریت تاج‌نگار رومی ناسا می‌تواند اولین تصویر از دنیایی شبیه مشتری بگیرد

تلسکوپ فضایی رومن نانسی گریس ناسا که اکنون در دست ساخت است، فناوری های جدیدی را برای شکار سیاره های فضایی آزمایش خواهد کرد. هدف تاج‌نگار رومی ماموریت عکاسی از جهان ها و دیسک های غبارآلود اطراف ستارگان مجاور با جزئیاتی تا هزار برابر بهتر از سایر رصدخانه ها است.

رومن از ابزار Coronagraph خود – سیستمی از ماسک‌ها، منشورها، آشکارسازها و حتی آینه‌های خود خم شونده که برای جلوگیری از تابش زیاد نور ستارگان دوردست ساخته شده و سیارات در مدار اطراف آنها را نشان می‌دهد – استفاده خواهد کرد تا نشان دهد که فناوری‌های تصویربرداری مستقیم در فضا می‌توانند  نسبت به تلسکوپ های زمینی بهتر عمل کنند.

راب زلم، اخترشناس آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا (JPL) در کالیفرنیای جنوبی که در طرح کالیبراسیون رصدی این ابزار مشارکت دارد، می‌گوید:

ما می‌توانیم با استفاده از تاج‌نگار رومی، دنیاها را در نور مرئی به تصویر بکشیم. JPL در حال ساخت ابزار Coronagraph رومن است. انجام این کار در فضا به ما کمک می‌کند تا سیاره‌های کوچک‌تر، قدیمی‌تر و سردتر را نسبت به آنچه که معمولاً تصویربرداری مستقیم نشان می‌دهد، ببینیم، و ما را با جهشی عظیم نسبت به تصویربرداری از سیاراتی مانند زمین نزدیک‌تر می‌کند.

خانه ای دور از خانه!

سیارات فراخورشیدی – سیارات فراتر از منظومه شمسی ما – نسبت به ستارگان میزبان خود چنان دور و کم نور هستند که عملاً حتی برای تلسکوپ های قدرتمند نیز نامرئی هستند. به همین دلیل است که تقریباً تمام جهان‌هایی که تاکنون کشف شده‌اند، به‌طور غیرمستقیم از طریق تأثیراتی که روی ستاره‌های میزبان خود دارند، پیدا شده‌اند. با این حال، پیشرفت های اخیر در فناوری به اخترشناسان اجازه می دهد تا در واقع از نور منعکس شده از خود سیارات عکس بگیرند.

تجزیه و تحلیل رنگ های اتمسفر سیارات به ستاره شناسان کمک می کند تا بفهمند جو آنها از چه چیزی تشکیل شده است. این به نوبه خود می تواند سرنخ هایی در مورد فرآیندهای رخ داده در جهان های تصویر شده ارائه دهد که ممکن است بر قابلیت سکونت آنها تأثیر بگذارد. از آنجایی که موجودات زنده محیط خود را به گونه‌ای تغییر می‌دهند که ما بتوانیم آن‌ها را تشخیص دهیم، مانند تولید اکسیژن یا متان، دانشمندان امیدوارند این تحقیقات راه را برای مأموریت‌های آینده که می‌توانند نشانه‌هایی از حیات را آشکار کنند هموار کند.

این انیمیشن نشان می دهد که چگونه یک سیاره می تواند در نور درخشان یک ستاره ناپدید شود و چگونه روش تاج نگاری می تواند آن را آشکار کند. اعتبار: مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا/آزمایشگاه‌های CI

اگر ابزار تاج‌نگار رومن با موفقیت مرحله نمایش فناوری خود را تکمیل کند، حالت پلاریمتری آن به اخترشناسان این امکان را می‌دهد تا از دیسک‌های اطراف ستاره‌ها در نور قطبی شده تصویربرداری کنند، که برای بسیاری مانند تابش خیره کننده منعکس شده توسط عینک‌های آفتابی پولارایز شده آشناست. ستاره شناسان از تصاویر پولارایز شده برای مطالعه دانه های غباری که دیسک های اطراف ستارگان را تشکیل می دهند، از جمله اندازه، شکل و احتمالاً خواص معدنی آنها استفاده خواهند کرد. رومن حتی ممکن است بتواند ساختارهایی مانند شکاف های ایجاد شده توسط سیارات غیر قابل رصد را در دیسک ها آشکار کند. این اندازه‌گیری‌ها با بررسی دیسک‌های غبار کم‌نورتر که نزدیک‌تر از تلسکوپ‌های دیگر به دور ستاره‌های میزبان می‌چرخند، داده‌های موجود را تکمیل می‌کنند.

پر کردن شکاف

تلاش‌های تصویربرداری مستقیم فعلی محدود به سیارات عظیم و درخشان است. این جهان‌ها معمولاً ابر مشتری‌هایی هستند که کمتر از 100 میلیون سال سن دارند – آنقدر جوان که به لطف گرمای باقی مانده از شکل‌گیری آن‌ها، می‌درخشند که باعث می‌شود در نور مادون قرمز قابل تشخیص باشند. آنها همچنین تمایل دارند از ستارگان میزبان خود بسیار دور باشند زیرا مسدود کردن نور ستاره و دیدن سیارات در مدارهای دورتر آسان تر است. طبق مطالعه گروهی از دانشمندان، تاج‌نگار رومی می‌تواند مشاهدات فروسرخ تلسکوپ‌های دیگر را با تصویربرداری از ابر مشتری جوان در نور مرئی برای اولین بار تکمیل کند.

اما اخترشناسان همچنین مایلند مستقیماً از سیاره‌هایی که شبیه سیاره‌های روزگار ما هستند تصویربرداری کنند – سیارات صخره‌ای به اندازه زمین که به دور ستاره‌های خورشید مانند در مناطق قابل سکونت خود می‌چرخند، محدوده فاصله‌های مداری که در آن دماها اجازه می‌دهند آب مایع در سطح سیاره وجود داشته باشد. برای انجام این کار، اخترشناسان باید بتوانند سیارات کوچک‌تر، خنک‌تر و کم‌نورتر را ببینند که بسیار نزدیک‌تر از تلسکوپ‌های فعلی به دور ستاره‌های میزبان می‌چرخند. با عکاسی از دنیاها در نور مرئی، رومن قادر خواهد بود از سیارات بالغ با سن چندین میلیارد سال تصویربرداری کند – کاری که قبلا هرگز انجام نشده بود.

ونسا بیلی، اخترشناس در JPL و فن‌شناس ابزار رومی تاج‌نگار، می‌گوید:

برای تصویربرداری از سیارات شبیه زمین، به عملکردی 10000 برابر بهتر از ابزارهای امروزی نیاز داریم. ابزار تاج‌نگار چندصد برابر بهتر از ابزارهای فعلی عمل می‌کند، بنابراین ما می‌توانیم سیارات مشتری‌مانندی را ببینیم که بیش از 100 میلیون بار کم‌نورتر از ستاره‌های میزبان خود هستند.

تیمی از دانشمندان اخیراً هدف امیدوارکننده‌ای را برای تصویربرداری رومن شبیه‌سازی کرده‌اند که Upsilon Andromedaed نام دارد.

پرابال ساکسنا، دستیار دانشمند پژوهشی در دانشگاه مریلند، گفت:

این سیاره فراخورشیدی غول‌پیکر گازی کمی بزرگ‌تر از مشتری است، در یک منطقه قابل سکونت ستاره‌ای شبیه به خورشید می‌چرخد و نسبتاً نزدیک به زمین است – فقط 44 سال نوری از ما فاصله دارد.

کالج پارک و مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا در گرین‌بلت، مریلند، و نویسنده اصلی مقاله‌ای که نتایج را توصیف می‌کند گفت:

آنچه واقعاً هیجان‌انگیز است این است که رومن می‌تواند به ما در کشف مه‌ها و ابرها در جو Upsilon Andromedaed کمک کند و حتی ممکن است بتواند با اعمال محدودیت بر دمای داخلی سیاره، به عنوان یک دماسنج سیاره‌ای عمل کند!

گشودن یک مرز جدید

ابزار تاج‌نگار حاوی چندین جزء پیشرفته است که قبلاً هرگز روی رصدخانه‌های فضایی قرار نداشتند. برای مثال، از ماسک‌های تاج‌نگار مخصوص طراحی شده برای جلوگیری از تابش نور ستارگان میزبان استفاده می‌کند، اما اجازه می‌دهد نور سیارات کم‌نور و در حال گردش از آن عبور کند. این ماسک ها اشکال پیچیده و خلاقانه ای دارند که به طور موثرتری نسبت به ماسک های سنتی جلوی نور ستاره ها را می گیرند.

رومی تاج‌نگار همچنین به آینه‌های تغییر شکل‌پذیر مجهز می‌شود که به مقابله با عیوب کوچکی که کیفیت تصویر را کاهش می‌دهند، کمک می‌کند. این آینه های ویژه، نور ستارگان را در زمان واقعی اندازه گیری و کم می کنند و تکنسین های روی زمین نیز می توانند دستوراتی را برای تنظیم آنها به فضاپیما ارسال کنند. این به مقابله با اثراتی مانند تغییرات دما کمک می کند، که می تواند شکل اپتیک را کمی تغییر دهد.

با استفاده از این فناوری، رومن سیاراتی را به قدری کم‌نور رصد می‌کند که آشکارسازهای ویژه فوتون‌های نور را هنگام رسیدن، با فاصله چند ثانیه یا حتی چند دقیقه شمارش می‌کنند. هیچ رصدخانه دیگری پیش از این چنین تصویربرداری را در نور مرئی انجام نداده است، که گامی حیاتی در جهت کشف سیارات قابل سکونت و احتمالاً آموختن اینکه آیا ما در کیهان تنها هستیم یا خیر.

تلسکوپ فضایی رومی نانسی گریس در مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا در گرین‌بلت مریلند با مشارکت آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا و Caltech/IPAC در جنوب کالیفرنیا، موسسه علمی تلسکوپ فضایی در بالتیمور و یک تیم علمی متشکل از دانشمندان مختلف مدیریت می‌شود. موسسات تحقیقاتی شرکای صنعتی اصلی شرکت بال هوافضا و فناوری در بولدر، کلرادو هستند. L3Harris Technologies در ملبورن، فلوریدا؛ و Teledyne Scientific & Imaging در هزار اوکس، کالیفرنیا.