كيفية العثور على أرض أخرى

عند إطلاق WFIRST، سيتم تجهيزه بمرآة قطرها 2.4 متر تضمن مجال رؤية بانورامي للسماء. وسوف يستخدم هذه العين الواسعة لدراسة الطاقة المظلمة - القوة الغامضة المسؤولة عن تسريع توسع الكون. لكن هناك قضية أخرى ملحة، وهي السعي الوجودي لمعرفة ما إذا كنا وحدنا في الكون، تؤثر بالفعل على المهمة.

وقد اكتشف الباحثون بالفعل أكثر من 3,000 كوكب يدور حول نجوم أخرى، ويتوقعون العثور على عشرات الآلاف منها خلال العقد المقبل. ووفقا لحسابات إحصائية تقريبية، فإن كل نجم في السماء يرافقه كوكب واحد على الأقل، ومن الممكن أن حوالي خمس النجوم المشابهة لشمسنا لديها كوكب صخري في منطقة مناسبة لوجود الحياة، وهي منطقة وهذا ليس حارًا جدًا ولا باردًا جدًا مما يسمح بوجود الماء في حالة سائلة. أفضل طريقة لمعرفة ما إذا كانت هذه العوالم مشابهة لأرضنا هي رؤيتها ببساطة. لكن تصوير مثل هذه الكواكب، من مسافة سنة ضوئية، مهمة صعبة. مثل هذا الكوكب، الذي قد تكون عليه حياة، سيبدو من مسافة بعيدة كنقطة باهتة تكاد تغمرها وهج الضوء الساطع لنجم قريب أكثر سطوعًا بعشرة مليارات مرة.

يعد تصوير مثل هذه الكواكب المعتمة باستخدام التلسكوبات الأرضية أمرًا صعبًا بشكل مضاعف لأن الغلاف الجوي المضطرب للأرض يحجب ضوء النجوم. ولذلك يتفق معظم الخبراء على أن الحل يكمن في استخدام التلسكوبات في الفضاء. لكن تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا، وكذلك خليفته العملاق، تلسكوب جيمس ويب الفضائي، الذي ينبغي إطلاقه في عام 2018، يفتقر إلى مستوى التباين اللازم لذلك؛ إنهم لا يقتربون حتى من المستوى المطلوب. لمساعدة WFIRST في الحصول على صور للكواكب، سيتم تجهيزه في الكوروناغراف جهاز متقدم لتصوير الكواكب - جهاز داخلي يقوم بتصفية ضوء النجوم باستخدام مجموعة معقدة من الأقنعة والمرايا والعدسات. لكن الكوروناغراف هو إضافة متأخرة لمشروع WFIRST، ولم يتم تصميم التلسكوب خصيصًا للعمل معه. ونتيجة لذلك، يتوقع الخبراء أن الكوروناغراف المزمع تركيبه في التلسكوب لن يتمكن من تحقيق مستوى التباين المناسب للحصول على صور للكواكب الأخرى المشابهة للأرض. يعد التقاط مثل هذه الصور مهمة صعبة لدرجة أن خطط عمل ناسا الحالية تميل إلى تأجيل الفكرة لمدة عشرين عامًا أخرى أو نحو ذلك، وخلال هذه الفترة ستقوم الوكالة بتطوير التكنولوجيا والحصول على مساحة للتنفس في الميزانية لبناء تلسكوب فضائي جديد تمامًا بعد WFIRST.

جهاز يسمى "starshade" قد يختصر الطريق. يشتمل الجهاز على شاشة بسمك الورق، على شكل زهرة عباد الشمس وبحجم نصف ملعب كرة قدم، ستحلق عشرات الآلاف من الكيلومترات مباشرة أمام WFIRST وتحجب الضوء عن النجم المستهدف بنفس الطريقة التي يمكننا بها حجب ضوء الشمس. في السماء عن طريق مد الإبهام. يمكن لشاشات النجوم العمل مع التلسكوبات من أي نوع. من خلال إلقاء ظل أعمق، يمكن لشاشة النجوم أن تسمح لـ WFIRST برؤية الكواكب الأكثر خفوتًا مما يمكن رؤيته باستخدام الكوروناغراف. وإذا عملت شاشة النجوم والتلسكوب معًا، فسيتمكنان من الحصول على صور لنحو 40 كوكبًا، بما في ذلك الكواكب المماثلة في الحجم والمدار للأرض. يقول WFIRST: "إذا كان لدى WFIRST شاشة نجمية، وفقط إذا كان لديه مثل هذه الشاشة، فسيكون قادرًا على إعطائنا صورًا لبعض الكواكب المشابهة لأرضنا الزرقاء في نهاية العقد المقبل بدلاً من الانتظار عشرين عامًا أخرى". جيريمي كاسدين، أستاذ في جامعة برينستون وكبير العلماء في مشروع WFIRST Coronagraph. "هذه فرصة حقيقية للعثور على أرض أخرى عاجلا، وبتكلفة أقل، قبل استثمار ثروة ضخمة في التلسكوب الفضائي العملاق المقبل لناسا."

على الرغم من أن WFIRST لن يتم إطلاقه إلا بعد حوالي عشر سنوات، إلا أن القرار بشأن المضي قدمًا في الاستعدادات لدمج الشاشة النجمية في البرنامج يجب أن يتم اتخاذه قريبًا لأنه سيلزم إجراء تعديلات صغيرة على WFIRST للسماح له بالعمل بالتنسيق مع مجموعة من الأشخاص. الشاشة التي سيتم وضعها على بعد آلاف الكيلومترات في مساحة فارغة. ومن الناحية العملية، فإن الشاشة النجمية ليست موجودة بعد كمهمة رسمية. بول هيرتزويقول مدير قسم الفيزياء الفلكية في وكالة ناسا، إن الوكالة الآن في وضع "لا ترفض شاشة نجمية". وفي الوقت نفسه، فإن عدم الاستبعاد هو الوضع الذي يشبه إلى حد كبير الجهود المتضافرة لبناء شاشة نجمة. وعندما أعلنت وكالة ناسا رسميًا عن بدء مشروع WFIRST، أكدت أيضًا أنه سيتم إطلاق التلسكوب إلى مدار يبعد 1.5 مليون كيلومتر عن الأرض، وهي منطقة هادئة بما يكفي للسماح بتشغيل شاشة النجوم. بالإضافة إلى ذلك، أنشأت الوكالة مؤخرًا "فريق عمل للاستعداد لشاشة النجم" (SSWG) وصنفت شاشة النجمة رسميًا على أنها "نشاط تطوير تكنولوجي". قد تؤدي هذه التحركات إلى تسريع تقدم الوكالة في تطوير Star Screen.

يعمل كاسدين اليوم بالفعل في منشأة تجريبية في الطابق السفلي من مختبر فريك للكيمياء الكبير في جامعة برينستون. وهو عبارة عن أنبوب قطره متر واحد وطوله 75 مترا، به كاميرا من جهة، وجهاز ليزر من جهة أخرى، وبينهما نموذج مصغر لشاشة على شكل نجمة. ويتوقع أنه بحلول نهاية صيف عام 2016، ستظهر المنشأة التجريبية نسبة التباين التي ستسمح، عند تكبيرها إلى أبعاد حقيقية، بتصوير الكواكب المشابهة للأرض. وفي الوقت نفسه، قامت شركة تكنولوجيا الفضاء نورثروب جرومان باختبار شاشات نجمية مصغرة في قاع بحيرة جافة في ولاية نيفادا وفي تلسكوب شمسي عملاق في أريزونا، بينما يقوم الباحثون في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا بإظهار طرق لصنع بتلات دقيقة من النجوم. شاشة نجمية واسعة النطاق، يمكن طي الهيكل بأكمله لوضعها في صاروخ، ووضعها في الفضاء ونشرها هناك بأبعاد ملعب البيسبول.

ليست كل العوائق التي تعترض طريق بناء شاشة نجمية تكنولوجية. يمكن أن تصل تكلفة الشاشة النجمية لـ WFIRST بسهولة إلى مليار دولار، وهو ما يتجاوز بكثير حدود الميزانية المخصصة للتلسكوب. لذلك، يجب عليها أولاً أن تمر بعملية الاقتراح والموافقة كمشروع مستقل له ميزانيته الخاصة في وكالة ناسا. وهذا يشكل عقبة خطيرة في طريق التكنولوجيا التي لا تزال في المراحل الأولى من التطوير. لكن الاستثمار في مثل هذا المشروع يمكن أن يسفر عن نتائج ذات أهمية تاريخية حقيقية: فالحصول على الصورة الأولى للأرض البعيدة والغريبة سيكون حدثا تاريخيا لمرة واحدة. هل يجب أن نحاول القيام بذلك في أسرع وقت ممكن أم نؤجله لعقود؟ يجب على وكالة ناسا والمجتمع الفلكي اتخاذ القرار قريبًا.

جيد ان تعلم

الرسوم المتحركة لتخطيط "شاشة النجمة".