دانش - دو قدم مانده به آغاز

واضح آرشیو وب فارسی:واحد مرکزي خبر: دانش - دو قدم مانده به آغاز
دانش - دو قدم مانده به آغاز

كيوان فيض‌اللهي:اخترشناسان با استفاده از تكنيك‌هاي سماوي و انساني، دورترين و كهن‌ترين كهكشان جهان را مشاهده كردند. علاوه بر اينكه مشاهده اين كهكشان آنگونه كه در دو ميليارد سال پس از انفجار بزرگ بوده است، به خودي خود اتفاق بسيار مهمي است، نشانه‌اي است از موفقيت تكنيك‌هاي بي‌نهايت پيچيده اخترشناسان موسوم به «اپتيك انطباقي» در راه يافتن به اعماق آسمان.
هفته گذشته گروهي از اخترشناسان دانشگاه‌هاي كلتك و دورهام در انگلستان،خبر اين موفقيت چشمگيرشان را در ژونال «نيچر» (Nature) اعلام كردند. اين اخترشناسان با استفاده از تلسكوپ كك (Keck) در هاوايي كهكشاني را زير نظر گرفتند كه در فاصله 11 ميليارد سال نوري از زمين قرار دارد. در واقع اين رصد از اين نظر حائز اهميت است كه تا پيش از اين اخترشناسان نمي‌توانستد فواصلي دور‌تر از هفت يا هشت ميليارد سال نوري را رصد كنند. با توجه به اينكه چشم دوختن به فواصل دور در كيهان معادل به عقب رفتن در زمان است، رصد اخير اخترشناسان را بيش از هر زمان ديگر به نقطه تولد جهان كه حدود 13 تا 14 ميليارد سال پيش بوده نزديك كرده است. اين اخترشناسان براي مشاهده كهكشاني چنين دور دست، دست به دامن دو حقه نورشناختي شدند. يكي از اين دو حقه، پديده‌اي طبيعي است موسوم به «لنز كيهاني» كه از توانايي نيروي گرانش در خم كردن نور استفاده مي‌كند.

فرض كنيد زمين و دو كهكشان دقيقا در امتداد يكديگر قرار گرفته‌اند. ظاهرا به نظر مي‌رسد كه اخترشناسان نبايد بتوانند كهكشان دوم را ببينند، اما نوري كه از كهكشان دوم خارج مي‌شود بر اثر ميدان گرانش كهكشان اول خميده خواهد شد و پس از عبور از كنار آن دوباره به مسير راست اوليه‌اش ادامه مي‌دهد تا به زمين برسد.
اخترشناسان به كمك اين پديده طبيعي كه به آن اثر «لنز گرانشي» نيز مي‌گويند، در واقع چيزي را مي‌بينند كه پشت مانعي پنهان شده است. لنز گرانشي علاوه بر اين ويژگي، باعث مي‌شود تصويري كه اخترشناسان به اين طريق از جرمي دور مي‌بينند، هشت برابر واضح‌تر از تصويري باشد كه آنها در مشاهده مستقيم آن جرم خواهند ديد. با اين حال اگر جرمي كه قرار است رصد شود كهكشاني باشد با طول و عرض چند هزار سال نوري كه در فاصله 11 ميليارد سال نوري قرار دارد، هشت برابر شدن وضوح تصوير آن به كمك پديده لنز گرانشي نيز نمي‌تواند كمك چنداني بكند و در نهايت آن را بهتر از نقطه‌اي نوراني در فضا نمي‌توان ديد. بنابراين اخترشناسان دانشگاه‌هاي كلتك و دورهام دست به دامن تكنيك ديگري موسوم به اپتيك انطباقي شدند تا وضوح تصوير را به حدي برسانند كه بتوان اطلاعات مفيدي از آن به دست آورد.

نور را مي‌توان به شكل موجي همراه با مجموعه‌اي از پيشاني‌هاي موج در نظر گرفت كه در فضا به پيش مي‌روند، درست مثل پيشاني امواج اقيانوس كه ساحل را متلاطم مي‌كنند. پيشاني موج نور به طور معمول صاف و تخت است. اما زماني كه اين موج از اتمسفر آشفته زمين عبور مي‌كند، از شكل طبيعي‌اش خارج مي‌شود. در واقع اين همان پديده‌اي است كه باعث مي‌شود اينگونه به نظر برسد كه ستارگان در حال چشمك زدن هستند. اين مسئله وضوح تلسكوپ‌ها را نيز به شدت كاهش مي‌دهد. علت كيفيت بسيار بهتر تصاوير تلسكوپ فضايي هابل در مقايسه با تلسكوپ‌هاي زميني هم اندازه با آن نيز همين است. اما تلسكوپ كك در هاوايي مجهز به سيستمي موسوم به اپتيك انطباقي است كه مي‌تواند اين آشفتگي‌ها را اندازه‌گيري و خطاي ناشي از آن را اصلاح كند.

براي انجام اين اندازه‌گيري، باريكه‌اي از پرتو ليزر به آسمان شليك مي‌شود. اين باريكه با رسيدن به ارتفاع حدود 90 هزار متر، به لايه نازكي از سديم برخورد مي‌كند كه بر اثر سوختن شهاب سنگ‌ها در اتمسفر زمين رسوب كرده‌اند. اين لايه سديم باريكه پرتو ليزر را به سوي آينه اصلي تلسكوپ منعكس مي‌كند كه از آنجا نيز به سمت مجموعه‌اي از حسگر‌‌هاي پيشاني موج هدايت خواهد شد. اين حسگرها مي‌توانند ميزان آشفتگي موج نور بر اثر اتمسفر را محاسبه كنند. سپس يك كامپيوتر بر اساس نتايج اين اندازه‌گيري‌ها تعدادي بازوي محرك روبوتيك را به حركت در مي‌آورد تا مجموعه‌اي از آينه‌هاي كوچك با قابليت تغيير شكل را جابه‌جا كنند. اين بازو‌‌هاي محرك در هر ثانيه چندين بار و هر بار به اندازه يك ميكرومتر آينه‌ها را خم مي‌كنند تا در نهايت اثر آشفتگي ناشي از اتمسفر برطرف شود. در مرحله بعد پيشاني موج اصلاح شده توسط يك دوربين ثبت مي‌شود. ريچارد اليس (R.Ellis)، اخترشناس دانشگاه كلتك در اين باره مي‌گويد: «نتايج به دست آمده به اين روش حتي از تصاوير گرفته شده توسط تلسكوپ فضايي هابل كه در معرض هيچ اغتشاش اتمسفري‌اي نيست نيز واضح‌تر بود.» اين دانشمندان كشف كردند كه اين كهكشان بسيار دوردست در آن زمان (11 ميليارد سال پيش) نيز درست مثل كهكشان امروزي، در حال چرخش به دور خود بوده است، اما هنوز بازو‌‌هاي مارپيچ آن، مثل چيزي كه در كهشكان راه شيري ديده مي‌شود، هنوز تشكيل نشده بودند.

اين مشاهدات براي اليس به عنوان دانشمندي كه سال‌ها است روي چگونگي پيدايش جهان تحقيق مي‌كند بسيار ارزشمند بود. به گفته اليس «رصد‌‌هاي اخير به ما مي‌گويد كه جهان زماني كه تنها در 10 تا 15 درصد از عمر كنوني‌اش قرار داشت، نسبتا شكل گرفته بود.» با اينكه چند دهه‌اي از عمر مفهوم اپتيك انطباقي مي‌گذرد اما به راستي در چند سال اخير بود كه اين تكنيك به حد كافي پيشرفته شد و امكان استفاده از آن در تحقيقات اخترشناسي به وجود آمد. در واقع اين سيستم در سال 2004 در تلسكوپ كك نصب شد و اين نخستين بار است كه اين سيستم در چنين تلسكوپ بزرگي مورد استفاده قرار گرفت.

اخترشناسان از آن زمان تلاش مي‌كردند كه تصاوير شفاف‌تري از اجرام آسماني به دست آورند اما تا پيش از رصد اين كهكشان بسيار دور در هفته گذشته، تاكنون چيزي گيرشان نيامده بود. با اين حال سيستم اپتيك انطباقي تلسكوپ كك در مقايسه با تلسكوپ سي متري (TMT) كه قرار است با همكاري دانشگاه كلتك و دانشگاه‌هاي كانادايي فعال در زمينه تحقيقات اخترشناختي در دهه آينده ساخته شود، حرفي براي گفتن نخواهد داشت. مساحت جمع‌كننده نور در تلسكوپ عظيم TMT كه قطر آينه اصلي آن 10 متر است، 9 برابر تلسكوپ كك خواهد بود. برنت الربروئك (B.ellerbroek)، مسوول سيستم اپتيك انطباقي تلسكوپTMT در اين باره مي‌گويد: «اين سيستم در تلسكوپ جديد نسبت به آنچه در كك به كار رفته است بسيار پيچيده‌تر خواهد بود.

در اين سيستم از شش باريكه مجزا از پرتو ليزر براي اندازه‌گيري ميزان آشفتگي اتمسفر استفاده خواهد شد.» در واقع يك باريكه ليزر مي‌تواند آشفتگي را تنها در يك نقطه كوچك در خط ديد تلسكوپ محاسبه كند، اما آرايشي از باريكه‌هاي ليزر مي‌توانند تصويري سه بعدي از آشفتگي‌ها را در محدوده‌اي بزرگ و در ارتفاع‌هاي مختلف در اتمسفر فراهم كنند. در سيستم تلسكوپ TMT حسگر‌‌هاي پيشاني موج، زاويه ديد كوچكتري دارند كه مي‌توانند به كمك آنها اندازه‌گيري‌هاي بسيار دقيق‌تري انجام دهند. به همين نسبت تعداد بازو‌‌هاي محرك نيز از چند صد تا در تلسكوپ كك به چند هزار تا در TMT افزايش خواهد يافت تا بتوانند تعداد بيشتري از آينه‌ها را كنترل كنند. به گفته الربروئك «افزايش تعداد دستگاه‌هاي اندازه‌گيري و تجهيزات متحرك تلسكوپ، چالش محاسباتي پيچيده‌اي را پيش روي ما قرار خواهد داد.

ما بايد از الگوريتم‌هاي محاسباتي بسيار پيچيده‌تري استفاده كنيم.» اسكات اوبلهارت (S.Ubelhart)، محقق سياست‌هاي فضايي در برنامه علم، تكنولوژي و جامعه در دانشگاه ام.آي.تي، در اين باره مي‌گويد «اين يك چالش بزرگ در مهندسي خواهد بود. اما به راستي ارزشش را دارد، وقتي TMT راه‌اندازي شود، بقيه تلسكوپ‌ها بايد تعطيل كنند.» به گفته اليس «با وجود سيستم بسيار پيشرفته TMT ديگر نيازي نخواهد بود كه اخترشناسان براي مشاهده دوردست‌ها منتظر اقبال بلندشان در يافتن يك لنز گرانشي باشند.» اين كه اخترشناسان با راه‌اندازي تلسكوپ TMT تا چه حد مي‌توانند به نقطه آغاز جهان نزديك شوند، پرسشي است كه هنوز بي‌پاسخ مانده است.
Technology Review, Oct. 16, 2008
يکشنبه 28 مهر 1387

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: واحد مرکزي خبر]

[مشاهده در: www.iribnews.ir]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 177]