أطلقت ناسا تلسكوبًا للبحث عن الكواكب الأخرى. الانطلاق والبدء

التلسكوبات الفضائية هي عادةً تلسكوبات تعمل خارج الغلاف الجوي للأرض، وبالتالي لا تكلف نفسها عناء النظر عبر هذا الغلاف الجوي. وأشهر التلسكوب الفضائي اليوم هو تلسكوب هابل الفضائي، الذي اكتشف مئات الكواكب الخارجية، وكشف عن العديد من المجرات المذهلة، والأحداث الكونية، ووسع آفاق رؤيتنا إلى الفضاء. سيتم استبدال هابل بتلسكوب جيمس ويب الفضائي، والذي سيتم إطلاقه إلى الفضاء في عام 2018 والذي سيكون قطر مرآته ثلاثة أضعاف قطر مرآة هابل تقريبًا. بعد جيمس ويب، يخطط العلماء لإرسال التلسكوب الفضائي عالي الوضوح (HDST) إلى الفضاء، لكن هذا فقط ضمن الخطط في الوقت الحالي. مهما كان الأمر، فإن التلسكوبات الفضائية كانت وستظل تمثل غالبية اكتشافاتنا في الفضاء السحيق.

إذا كان لدينا تلسكوبات عملاقة قابلة للنفخ في الفضاء، فيمكنك أن تشكر والدة كريس ووكر. قبل بضع سنوات، كان ووكر يعد بودنغ الشوكولاتة عندما اضطر فجأة إلى التوقف عن طهي الطعام والاتصال بوالدته. أخرج البودنج من الموقد، وغطاه بغطاء بلاستيكي، ووضع الوعاء على الأرض بجانب الأريكة. بعد المحادثة، تفاجأ بوجود صورة لمصباح كهربائي من مصباح قريب، يحوم فوق نهاية الأريكة. وبعد التحقيق في سبب هذه الظاهرة، اكتشف أن جيب الهواء البارد الذي تشكل أثناء تبريد البودنج تسبب في ترهل العبوة البلاستيكية للبودنج. وقد شكل هذا في الواقع عدسة تعكس المصباح الكهربائي.

في الآونة الأخيرة، انشغلت البشرية بالبحث عن الكواكب الخارجية، ولعدة سنوات قامت وكالة الفضاء الأوروبية () بتطوير تلسكوب خوفو الفضائي، المصمم للبحث عن كواكب مشابهة لكوكبنا. يُطلق على خوفو أيضًا اسم "صياد الكواكب الخارجية" وله آمال كبيرة. ومؤخراً أصبح معروفاً موعد إطلاق التلسكوب الفضائي، بالإضافة إلى بعض التفاصيل الأخرى.

هابل كما يرى من مكوك الفضاء أتلانتس STS-125

تلسكوب هابل الفضائي ‏( كث; تلسكوب هابل الفضائي, HST; رمز المرصد "250") - في مدار حوله، سمي على اسم إدوين هابل. تلسكوب هابل هو مشروع مشترك بين وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية؛ إنه أحد مراصد ناسا الكبيرة.

إن وضع التلسكوب في الفضاء يجعل من الممكن اكتشاف الإشعاع الكهرومغناطيسي في النطاقات التي يكون فيها الغلاف الجوي للأرض معتمًا؛ في المقام الأول في نطاق الأشعة تحت الحمراء. نظرًا لغياب التأثير الجوي، فإن دقة التلسكوب أكبر بمقدار 7-10 مرات من دقة التلسكوب المماثل الموجود على الأرض.

قصة

الخلفية والمفاهيم والمشاريع المبكرة

أول ذكر لمفهوم التلسكوب المداري جاء في كتاب "صاروخ في الفضاء بين الكواكب" للكاتب هيرمان أوبرث ( Die Rakete zu den Planetenraumen )، نشر عام 1923.

في عام 1946، نشر عالم الفيزياء الفلكية الأمريكي ليمان سبيتزر مقالته "المزايا الفلكية لمرصد خارج الأرض" ( المزايا الفلكية للمرصد خارج الأرض ). تسلط المقالة الضوء على ميزتين رئيسيتين لمثل هذا التلسكوب. أولاً، ستقتصر دقة وضوحها الزاوي فقط على الحيود، وليس عن طريق التدفقات المضطربة في الغلاف الجوي؛ في ذلك الوقت، كانت دقة وضوح التلسكوبات الأرضية تتراوح بين 0.5 و1.0 ثانية قوسية، في حين أن حد دقة الحيود النظري لتلسكوب مداري بمرآة قطرها 2.5 متر يبلغ حوالي 0.1 ثانية. ثانيًا، يمكن للتلسكوب الفضائي أن يرصد في نطاقات الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية، حيث يكون امتصاص الغلاف الجوي للأرض للإشعاع أمرًا مهمًا للغاية.

كرّس سبيتزر جزءًا كبيرًا من حياته المهنية العلمية لتطوير المشروع. وفي عام 1962، أوصى تقرير نشرته الأكاديمية الوطنية الأمريكية للعلوم بإدراج تطوير تلسكوب مداري في برنامج الفضاء، وفي عام 1965 تم تعيين سبيتزر رئيسًا للجنة مكلفة بتحديد الأهداف العلمية لتلسكوب فضائي كبير.

بدأ علم الفلك الفضائي في التطور بعد نهاية الحرب العالمية الثانية. وفي عام 1946، تم الحصول على الطيف فوق البنفسجي لأول مرة، وأطلقت المملكة المتحدة تلسكوبًا مداريًا لأبحاث الطاقة الشمسية في عام 1962 كجزء من برنامج آرييل، وفي عام 1966 أطلقت وكالة ناسا أول مرصد مداري OAO-1 إلى الفضاء. لم تنجح المهمة بسبب عطل البطارية بعد ثلاثة أيام من الإطلاق. في عام 1968، تم إطلاق OAO-2، الذي قام برصد الأشعة فوق البنفسجية حتى عام 1972، وهو ما تجاوز بشكل كبير عمر تصميمه الذي يبلغ عامًا واحدًا.

كانت مهمات OAO بمثابة دليل واضح على الدور الذي يمكن أن تلعبه التلسكوبات المدارية، وفي عام 1968 وافقت وكالة ناسا على خطة لبناء تلسكوب عاكس بمرآة قطرها 3 أمتار. تلسكوب فضائي كبير). تم التخطيط للإطلاق في عام 1972. وشدد البرنامج على الحاجة إلى رحلات استكشافية مأهولة منتظمة لصيانة التلسكوب من أجل ضمان التشغيل طويل الأمد للأداة الباهظة الثمن. أعطى برنامج المكوك الفضائي، الذي كان يتطور بالتوازي، الأمل في الحصول على الفرص المناسبة.

النضال من أجل تمويل المشروع

ونظرًا لنجاح برنامج JSC، هناك إجماع في المجتمع الفلكي على أن بناء تلسكوب مداري كبير يجب أن يكون أولوية. وفي عام 1970، أنشأت وكالة ناسا لجنتين، واحدة لدراسة وتخطيط الجوانب الفنية، والثانية لتطوير برنامج البحث العلمي. وكانت العقبة الرئيسية التالية هي تمويل المشروع، الذي كان من المتوقع أن تتجاوز تكاليفه تكلفة أي تلسكوب أرضي. شكك الكونجرس الأمريكي في العديد من التقديرات المقترحة وخفض الاعتمادات بشكل كبير، والتي تضمنت في البداية إجراء أبحاث واسعة النطاق حول أدوات المرصد وتصميمه. في عام 1974، كجزء من برنامج تخفيضات الميزانية الذي بدأه الرئيس فورد، ألغى الكونجرس تمويل المشروع بالكامل.

ردًا على ذلك، أطلق علماء الفلك حملة ضغط واسعة النطاق. التقى العديد من علماء الفلك شخصيًا بأعضاء مجلس الشيوخ وأعضاء الكونجرس، كما تم إرسال العديد من الرسائل البريدية الكبيرة لدعم المشروع. ونشرت الأكاديمية الوطنية للعلوم تقريرا يؤكد أهمية بناء تلسكوب مداري كبير، ونتيجة لذلك وافق مجلس الشيوخ على تخصيص نصف الميزانية التي أقرها الكونجرس أصلا.

أدت المشاكل المالية إلى تخفيضات، أهمها قرار تقليل قطر المرآة من 3 إلى 2.4 متر لتقليل التكاليف وتحقيق تصميم أكثر إحكاما. كما تم إلغاء مشروع التلسكوب بمرآة متر ونصف المتر والذي كان من المفترض إطلاقه لغرض اختبار واختبار الأنظمة، وتم اتخاذ قرار بالتعاون مع وكالة الفضاء الأوروبية. ووافقت وكالة الفضاء الأوروبية على المشاركة في التمويل، فضلا عن توفير عدد من الأدوات للمرصد، مقابل حجز علماء الفلك الأوروبيين ما لا يقل عن 15% من وقت الرصد. في عام 1978، وافق الكونجرس على تمويل بقيمة 36 مليون دولار، وبدأت أعمال التصميم واسعة النطاق بعد ذلك مباشرة. تم التخطيط لتاريخ الإطلاق في عام 1983. في أوائل الثمانينات، تلقى التلسكوب اسم إدوين هابل.

تنظيم التصميم والبناء

تم تقسيم العمل على إنشاء التلسكوب الفضائي بين العديد من الشركات والمؤسسات. كان مركز مارشال الفضائي مسؤولاً عن تطوير وتصميم وبناء التلسكوب، وكان مركز جودارد لرحلات الفضاء مسؤولاً عن الإدارة الشاملة لتطوير الأدوات العلمية وتم اختياره كمركز التحكم الأرضي. تعاقد مركز مارشال مع شركة بيركن إلمر لتصميم وتصنيع النظام البصري للتلسكوب ( مجمع التلسكوب البصري - عبر الهواء) وأجهزة استشعار التوجيه الدقيق. حصلت شركة لوكهيد على عقد بناء التلسكوب.

تصنيع النظام البصري

تلميع المرآة الأساسية للتلسكوب، مختبر بيركين إلمر، مايو 1979

كانت المرآة والنظام البصري ككل أهم الأجزاء في تصميم التلسكوب، وتم وضع متطلبات صارمة عليهما بشكل خاص. عادة، تُصنع مرايا التلسكوب بتسامح يبلغ حوالي عُشر الطول الموجي للضوء المرئي، ولكن بما أن التلسكوب الفضائي كان مخصصًا للمراقبة من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء القريبة، وكان يجب أن تكون الدقة أعلى بعشر مرات من دقة التلسكوب الأرضي. الأدوات المعتمدة على الأجهزة، تم ضبط تسامح التصنيع على مرآتها الأساسية عند 1/20 الطول الموجي للضوء المرئي، أو حوالي 30 نانومتر.

تعتزم شركة Perkin-Elmer استخدام آلات التحكم العددي الحاسوبية الجديدة لإنتاج مرآة ذات شكل معين. تم التعاقد مع كوداك لتصنيع مرآة بديلة باستخدام طرق التلميع التقليدية في حالة حدوث مشكلات غير متوقعة مع تقنيات غير مثبتة (المرآة المصنعة بواسطة كوداك معروضة حاليًا في متحف مؤسسة سميثسونيان). بدأ العمل على المرآة الرئيسية في عام 1979، باستخدام الزجاج ذي معامل التمدد الحراري المنخفض للغاية. لتقليل الوزن، تتكون المرآة من سطحين - سفلي وعلوي، متصلين بهيكل شبكي لهيكل قرص العسل.

مرآة احتياطية للتلسكوب، متحف سميثسونيان للطيران والفضاء، واشنطن العاصمة

استمر العمل على تلميع المرآة حتى مايو 1981، ولكن تم تجاوز المواعيد النهائية الأصلية وتم تجاوز الميزانية بشكل كبير. أعربت تقارير وكالة ناسا في تلك الفترة عن شكوكها حول كفاءة إدارة بيركين إلمر وقدرتها على إكمال مشروع بهذه الأهمية والتعقيد بنجاح. لتوفير المال، ألغت ناسا طلب المرآة الاحتياطية وقامت بنقل تاريخ الإطلاق إلى أكتوبر 1984. تم الانتهاء من العمل أخيرًا بحلول نهاية عام 1981، بعد وضع طبقة عاكسة من الألومنيوم بسمك 75 نانومتر وطبقة واقية من فلوريد المغنيسيوم بسمك 25 نانومتر.

على الرغم من ذلك، ظلت الشكوك حول كفاءة بيركين إلمر قائمة حيث تم تأجيل تاريخ الانتهاء من المكونات المتبقية للنظام البصري باستمرار وتزايدت ميزانية المشروع. وصفت وكالة ناسا جدول عمل الشركة بأنه "غير مؤكد ومتغير يوميًا" وأخرت إطلاق التلسكوب حتى أبريل 1985. ومع ذلك، استمر عدم الالتزام بالمواعيد النهائية، وزاد التأخير بمعدل شهر واحد كل ثلاثة أشهر، وفي المرحلة النهائية زاد بمعدل يوم واحد كل يوم. واضطرت ناسا إلى تأجيل الإطلاق مرتين أخريين، الأولى إلى مارس ثم إلى سبتمبر 1986. وبحلول ذلك الوقت، ارتفع إجمالي ميزانية المشروع إلى 1.175 مليار دولار.

مركبة فضائية

المراحل الأولية للعمل على المركبة الفضائية، 1980

مشكلة هندسية صعبة أخرى كانت إنشاء جهاز حامل للتلسكوب والأدوات الأخرى. وكانت المتطلبات الرئيسية هي حماية المعدات من التغيرات الثابتة في درجات الحرارة أثناء التسخين من أشعة الشمس المباشرة والتبريد في ظل الأرض، وخاصة التوجيه الدقيق للتلسكوب. ويتم تركيب التلسكوب داخل كبسولة من الألومنيوم خفيف الوزن، ومغطاة بعزل حراري متعدد الطبقات، مما يضمن ثبات درجة الحرارة. يتم توفير صلابة الكبسولة وتثبيت الأدوات من خلال إطار مكاني داخلي مصنوع من ألياف الكربون.

على الرغم من أن المركبة الفضائية كانت أكثر نجاحًا من النظام البصري، إلا أن شركة لوكهيد كانت متأخرة إلى حد ما عن الجدول الزمني وتجاوزت الميزانية. بحلول مايو 1985، بلغت تجاوزات التكلفة حوالي 30% من الحجم الأصلي، وكان التأخر عن الخطة 3 أشهر. وأشار تقرير أعده مركز مارشال للفضاء إلى أن الشركة لم تبد أي مبادرة في تنفيذ العمل، مفضلة الاعتماد على تعليمات وكالة ناسا.

تنسيق البحوث ومراقبة الطيران

في عام 1983، بعد بعض المواجهة بين ناسا والمجتمع العلمي، تم إنشاء معهد علوم التلسكوب الفضائي. تتم إدارة المعهد من قبل رابطة الجامعات للبحوث الفلكية ( رابطة الجامعات للبحث في علم الفلك ) (AURA) ويقع في حرم جامعة جونز هوبكنز في بالتيمور بولاية ماريلاند. تعد جامعة هوبكنز واحدة من 32 جامعة أمريكية ومؤسسة أجنبية أعضاء في الجمعية. يتولى معهد علوم التلسكوب الفضائي مسؤولية تنظيم العمل العلمي وتزويد علماء الفلك بإمكانية الوصول إلى البيانات التي تم الحصول عليها؛ أرادت ناسا إبقاء هذه الوظائف تحت سيطرتها، لكن العلماء فضلوا نقلها إلى المؤسسات الأكاديمية.

تأسس مركز تنسيق التلسكوب الفضائي الأوروبي في عام 1984 في جارشينج بألمانيا، لتوفير تسهيلات مماثلة لعلماء الفلك الأوروبيين.

تم تكليف التحكم في الطيران إلى مركز جودارد لرحلات الفضاء، الذي يقع في جرينبيلت بولاية ماريلاند، على بعد 48 كيلومترًا من معهد علوم التلسكوب الفضائي. تتم مراقبة عمل التلسكوب على مدار الساعة في نوبات من قبل أربع مجموعات من المتخصصين. ويتم تقديم الدعم الفني من قبل ناسا والشركات المتعاقدة من خلال مركز جودارد.

الانطلاق والبدء

إطلاق المكوك ديسكفري وعلى متنه تلسكوب هابل

كان من المقرر أصلاً إطلاق التلسكوب إلى المدار في أكتوبر 1986، ولكن في 28 يناير تم تعليق برنامج المكوك الفضائي لعدة سنوات، وكان لا بد من تأجيل الإطلاق.

كل هذا الوقت، تم تخزين التلسكوب في غرفة ذات جو منقى بشكل مصطنع، وتم تشغيل الأنظمة الموجودة على متن الطائرة جزئيا. بلغت تكاليف التخزين حوالي 6 ملايين دولار شهريًا، مما أدى إلى زيادة تكلفة المشروع.

سمح التأخير القسري بعدد من التحسينات: تم استبدال الألواح الشمسية بأخرى أكثر كفاءة، وتم تحديث مجمع الكمبيوتر وأنظمة الاتصالات الموجودة على متن الطائرة، وتم تغيير تصميم الغلاف الواقي الخلفي لتسهيل صيانة التلسكوب بالإضافة إلى ذلك، لم يكن برنامج التحكم في التلسكوب جاهزًا في عام 1986 ولم يتم الانتهاء منه فعليًا إلا بحلول وقت إطلاقه في عام 1990.

وبعد استئناف الرحلات المكوكية في عام 1988، تم تحديد موعد الإطلاق أخيرًا في عام 1990. قبل الإطلاق، تمت إزالة الغبار المتراكم على المرآة باستخدام النيتروجين المضغوط، وتم اختبار جميع الأنظمة بدقة.

تلسكوب هابل الفضائي (HST، HST، رمز المرصد "250") هو مرصد آلي في مدار حول كوكب الأرض، سمي على اسم إدوين هابل. تلسكوب هابل هو مشروع مشترك مع وكالة الفضاء الأوروبية؛ إنه أحد مراصد ناسا الكبيرة.

إن وضع التلسكوب في الفضاء يجعل من الممكن اكتشاف الإشعاع الكهرومغناطيسي في النطاقات التي يكون فيها الغلاف الجوي للأرض معتمًا؛ في المقام الأول في نطاق الأشعة تحت الحمراء. نظرًا لغياب التأثير الجوي، فإن دقة التلسكوب أكبر بمقدار 7-10 مرات من دقة التلسكوب المماثل الموجود على الأرض.

• حصلت ناسا، باستخدام تلسكوب هابل الفضائي، على فيديو لاصطدام المادة داخل النفاثات (نفثات نسبية تتسارع فيها الجسيمات إلى سرعات قريبة من الضوء، […]
• بدأت الرحلة الاستكشافية الخامسة للروسي جينادي بادالكا في 27 مارس. إذا تم هبوط كبسولة الهبوط للمركبة الفضائية Soyuz TMA-16M كما هو مخطط له في 11 سبتمبر، فإن إجمالي زمن الرحلة لرائد الفضاء […]
• تُظهر هذه الصورة، التي التقطتها وكالة ناسا وتلسكوب هابل التابع لوكالة الفضاء الأوروبية، المشهد المتلألئ لواحد من أكثر الكواكب […]
• ستقدم وكالة ناسا نتائج النتائج الجديدة المتعلقة بالثقوب السوداء في مؤتمر صحفي سيعقد اليوم 27 فبراير. في المؤتمر الصحفي الذي سيبدأ اليوم في الساعة 18:00 […]
• الجهاز مزود بأقوى كاميرا HiRISE موجودة في مدار المريخ، وهي تقوم بتصوير المريخ منذ عام 2006. وعندما قارن العلماء صورا لنفس المناطق، ولكن […]
• تم إطلاق المسبار الفضائي إلى مداره في 7 سبتمبر الساعة 07:27 بتوقيت موسكو باستخدام مركبة الإطلاق مينوتور-5 التابعة لوكالة ناسا. LADEE كانت في مدار حول الأرض، حيث كانت "تنتظر" موقعًا مناسبًا […]
• وفي المستقبل القريب، يمكن لشركات الطيران الأمريكية توفير أكثر من 250 مليار دولار بفضل تطورات التكنولوجيا الخضراء التي قامت بها ناسا على مدار السنوات الست الماضية. حوله […]
• حصل علماء وكالة ناسا على لمحة سريعة عن السيناريو المحتمل لتطور النظام الشمسي. قام تلسكوب هابل بتصوير نجم كامبل، وهو في المراحل النهائية من تطور جرم سماوي. […]
• إن الأزمة السياسية الحادة التي تشهدها الولايات المتحدة، والتي نشأت نتيجة عدم التوصل إلى اتفاق في البرلمان، تهدد مشاريع الفضاء في البلاد. بسبب إغلاق الميزانية ، المديرية الوطنية لـ [...]

صاروخ دلتا 2 مع تلسكوب كيبلر المداري على منصة الإطلاق. الصورة من موقع وكالة ناسا

انطلق يوم السبت الساعة 06:49 بتوقيت موسكو، التلسكوب المداري كيبلر، المصمم للبحث عن الكواكب الخارجية، من مركز كيب كانافيرال الفضائي في فلوريدا. تم إطلاق الجهاز إلى المدار بواسطة مركبة الإطلاق Delta II. الرسالة الخاصة بإطلاق الجهاز موجودة على موقع ناسا الإلكتروني.

وستستمر مهمة كيبلر لمدة ثلاث سنوات ونصف. طوال هذا الوقت، سيلاحظ حوالي 100 ألف نجم مشابه للشمس، والتي يمكن أن تدور حولها الكواكب الخارجية. سيقوم الجهاز بالبحث عن الكواكب الواقعة خارج المجموعة الشمسية باستخدام طريقة العبور. عندما يمر كوكب عبر قرص نجمه، فإنه يحجب جزءًا من إشعاعه عن الراصد. ومن خلال تحليل الاختلافات في سطوع النجوم، لا يستطيع علماء الفلك العثور على الكواكب فحسب، بل يمكنهم أيضًا تقدير حجمها تقريبًا.

سوف يدور كيبلر حول الشمس في مدار على ارتفاع وحدة فلكية واحدة (AU). أ. تساوي 150 مليون كيلومتر وتساوي المسافة من الأرض إلى الشمس. في الواقع، سيتبع كيبلر مسار كوكبنا أثناء دورانه حول الشمس. يسمح هذا الوضع للتلسكوب بمراقبة نفس النجوم باستمرار. على سبيل المثال، يفتقر تلسكوب هابل إلى هذه الميزة.

اكتشف علماء الفلك حاليًا أكثر من 300 كوكب خارجي. معظمهم من عمالقة الغاز مثل كوكب المشتري. على مثل هذه الكواكب، لا يمكن للكائنات الحية الشبيهة بالأرض أن تتطور، كما أن قابلية الكواكب البيئية للسكن هي ما يثير اهتمام العلماء في نهاية المطاف. سيتمكن كيبلر من العثور على كواكب أصغر حجمًا وأكثر صالحة للحياة.

تلسكوب كيبلر في العمل. الصورة من nasa.gov

الأرض الأخرى

ناسا تطلق تلسكوبًا للبحث عن الكواكب الأرضية

في وقت مبكر من صباح يوم 7 مارس 2009، تم إطلاق التلسكوب المداري كيبلر من مركز كيب كانافيرال الفضائي في فلوريدا. قبل وقت طويل من هذا التاريخ، ظهرت تقارير حول الإطلاق المستقبلي في العديد من وسائل الإعلام. إن الاهتمام الوثيق الذي توليه الصحافة للتلسكوب أمر مفهوم: فهو سيبحث عن كواكب مشابهة للأرض في الفضاء السحيق.

كله مره و احده

للكشف عن الكواكب الخارجية (كواكب خارج المجموعة الشمسية)، سيستخدم كيبلر ما يسمى بطريقة العبور. عندما يمر كوكب عبر قرص نجمه، فإنه يحجب بعض إشعاعاته. سوف يبحث التلسكوب الجديد بدقة عن مثل هذه النجوم "الغامضة". ومن خلال تحليل معلمات الغمز، سيتمكن علماء الفلك من تعلم بعض خصائص الكواكب الخارجية الموجودة.

واستنادًا إلى تواتر تقلبات السطوع، يمكن تحديد الفترة المدارية للكوكب وارتفاع مداره. ستسمح هذه المعلومات، إلى جانب البيانات المتعلقة بدرجة حرارة النجم، للعلماء بحساب مدى حرارة الكوكب الخارجي. بالإضافة إلى ذلك، فمن خلال معرفة طول المدار، يستطيع علماء الفلك استخدام قانون كبلر الثالث، والذي سمي التلسكوب باسمه، لتحديد كتلة الكوكب. إن كمية الإشعاع النجمي التي تحجبها ستعطي الباحثين معلومات حول حجمها.

يهتم العلماء في المقام الأول بالكواكب الصغيرة التي تدور في المنطقة الصالحة للسكن لنجومها. المنطقة الصالحة للسكن هي جزء ضيق من الفضاء حول النجم، وبمجرد دخوله يمكن أن يكون الكوكب مناسبًا نظريًا لبقاء الكائنات الحية من نوع الأرض. في حالة النجوم المشابهة للشمس (أي أنها ستنظر في المقام الأول من قبل العلماء)، فإن المنطقة الصالحة للسكن ستكون على مسافة حوالي وحدة فلكية واحدة من النجم. أي أن المسافة من الكوكب الخارجي إلى النجم ستتوافق تقريبًا مع المسافة من الأرض إلى الشمس.

الكثير من المشاكل

ويبدو أن طريقة العبور مناسبة بشكل مثالي للعثور على عوالم جديدة، وليس من الواضح لماذا تم العثور على حوالي 15% فقط من الكواكب الخارجية بمساعدتها (يعرف علماء الفلك حاليًا حوالي 350 كوكبًا تدور حول نجوم بعيدة). تبدو الطريقة بسيطة جدًا من حيث الكلمات، لكن لها عددًا من القيود، ويتطلب استخدامها الفعال تقنية حساسة للغاية.

حتى الكواكب الكبيرة (النقطة الموجودة على الجانب الأيمن من النجم في الشكل) تسبب تغيرات طفيفة في سطوع النجم. الصورة من nasa.gov

يعد البحث عن الكواكب الخارجية (خاصة الصغيرة منها) باستخدام طريقة العبور مهمة غير تافهة، وذلك ببساطة لأن التغير في سطوع النجم عندما يمر الكوكب به يكون ضئيلًا. ستحجب الأرض 0.008% فقط من ضوء الشمس عن مراقب في الفضاء السحيق. يمكن أن تحدث مثل هذه الاضطرابات البسيطة لعدة أسباب. على سبيل المثال، يمكن أن يكون سببها ظهور بقع على النجم قيد الدراسة.

التذبذبات "الصحيحة"، أي التذبذبات الناجمة عن مرور كوكب عبر قرص النجم، يجب أن تكون دورية. لذلك، قبل إسناد طبيعة الكواكب الخارجية إلى "الغمزة"، يحتاج علماء الفلك إلى اكتشاف تغيرات السطوع ذات الخصائص المماثلة عدة مرات. أما بالنسبة للكواكب الأرضية والنجوم المشابهة للشمس فإن الفترة المدارية تبلغ حوالي سنة. أي أنه سيتعين عليك متابعة النجوم "الغامضة" لعدة سنوات. وفي الوقت نفسه، فإن احتمال فقدان لحظة عبور الكوكب مرتفع جدًا: مدة هذا الحدث عدة ساعات.

وبالإضافة إلى كل هذه الصعوبات، فإن طريقة العبور لا تناسب إلا عينة محدودة جدًا من النجوم. لكي يتمكن التلسكوب من ملاحظة تغير في سطوع النجم، يجب أن يكون مدار الكوكب الذي يدور حوله موجهًا بطريقة محددة بدقة. وفقا للحسابات، يتم استيفاء هذا الشرط في المتوسط ​​\u200b\u200bنجمة واحدة من أصل مائة.

كل شيء دفعة واحدة ودون مشاكل

حاول مصممو مهمة كيبلر أن يأخذوا كل هذه التعقيدات بعين الاعتبار. حساسية التلسكوب كافية لاكتشاف الحد الأدنى من التغيرات في السطوع. ووفقا للمهندسين، يستطيع كيبلر رؤية ذبابة تطير فوق المصابيح الأمامية لسيارة على بعد عدة كيلومترات. لتجنب تفويت عبور الكوكب، سيراقب كيبلر السماء المرصعة بالنجوم بشكل مستمر تقريبًا. سوف يأخذ التلسكوب القراءات كل نصف ساعة. ونظرًا لوقوعها خارج الغلاف الجوي للأرض، فلن تتداخل الظروف الجوية ودورات النهار/الليل مع القياسات.

يتم اختيار مدار كيبلر بحيث لا يتدخل القمر والشمس في مجال رؤيته بشكل دوري. من الناحية العلمية، يقع مجال رؤية التلسكوب الجديد خارج مستوى مسير الشمس.

وفي هذه المنطقة من درب التبانة، سيقوم تلسكوب كيبلر بالبحث عن الكواكب الخارجية الأرضية. الصورة بواسطة جون لومبرج من nasa.gov. انقر على الصورة لتكبير الصورة.

في حركته حول الشمس، سيتبع كبلر الأرض، ويبتعد عنها تدريجيًا. سيكمل التلسكوب ثورة واحدة في حوالي 372.5 يومًا. ميزة إضافية لهذا الوضع هي غياب عزم الدوران الناتج عن تأثير الجاذبية للأرض (نظرًا لأن شكل كوكبنا ليس مثاليًا، تنجذب الأقمار الصناعية إلى الأرض بشكل مختلف قليلاً على أجزاء مختلفة منها). ميزة أخرى للمدار "المستقل" عن الأرض هو المستوى الثابت للإشعاع الشمسي. قد تؤدي التغيرات المستمرة في كمية ضوء الشمس الساقط على الجهاز بسبب ظل الأرض إلى حدوث تداخل في تشغيل الأجهزة.

بالمقارنة مع التلسكوبات الأخرى، يتمتع كيبلر بمجال رؤية واسع جدًا. وسيقوم بمسح مساحة من السماء تعادل مساحة كف اليد الممدودة تقريباً - وسيكون حجمها 105 درجة مربعة. ولا تتمتع التلسكوبات المدارية الأخرى، بما في ذلك تلسكوب هابل الشهير، بمثل هذا النطاق من الرؤية. وهي مصممة لدراسة المناطق البعيدة من الفضاء، وحجم المنطقة المدروسة ليس مهما للغاية بالنسبة لهم.

إن منطقة الفضاء التي سينظر إليها كيبلر لمدة 3.5 سنة لم يتم اختيارها أيضًا عن طريق الصدفة. وسيستهدف تلسكوب الجهاز قسمًا من السماء يقع بين كوكبتي الدجاجة والليرا. ويقدر علماء الفلك أن هناك حوالي 4.5 مليون نجم في هذا الجزء من السماء. معظمها يشبه شمسنا، فهي نجوم باردة نسبيًا وفي منتصف العمر. تقع المناطق الصالحة للسكن على مسافة قصيرة، لذلك سيكون كيبلر قادرا على رؤية عبور الكواكب "المناسبة". إن الكواكب التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن للنجوم العملاقة الشابة بعيدة جدًا لدرجة أنه حتى أجهزة كشف كيبلر الحساسة للغاية لن تلاحظ تغيرًا في سطوع النجم أثناء مرورها عبر قرصه.

وقالت ناتالي باتالها من جامعة ولاية سان خوسيه، التي تعمل على التلسكوب، إنه للتغلب على تحديات البحث عن الكواكب الخارجية باستخدام طريقة العبور، استخدم مصممو المهمة "القوة العلمية الغاشمة". وأضافت: "الأمر كله يتعلق بالأرقام".

يتيح مجال الرؤية الواسع والملاحظات المستمرة والعدد الهائل من النجوم المرشحة تجاوز عوامل مثل نسبة صغيرة من النجوم المناسبة. من المفترض أن تكون أجهزة كشف كيبلر المتقدمة قادرة على اكتشاف أصغر غمزة، وستسمح مدة المهمة البالغة ثلاث سنوات لعلماء الفلك بالتأكد من أن الكوكب هو الجاني.

سيحصل كيبلر على نتائجه الأولى في غضون بضعة أشهر فقط. سيتم استكمال قائمة الكواكب الخارجية الجديدة أولاً بـ “كواكب المشتري الساخنة” التي تدور حول نجومها على مسافة قصيرة. يمكن أن يستمر العام على مثل هذه الكواكب بضعة أيام فقط، مما يعني أنه يمكن للعلماء التحقق بسرعة من أن النجم يتلاشى بشكل دوري بسببها على وجه التحديد. سوف يستغرق الأمر عدة سنوات لاكتشاف الكواكب الأرضية بشكل موثوق.

اعتمادًا على عدد الكواكب النموذجية الشبيهة بالأرض (أي الكواكب التي يتراوح نصف قطرها من نصف إلى نصف قطر الأرض) في كوننا، يتوقع العلماء العثور على ما بين 50 إلى عدة مئات منها.

حول سرعة التقدم

اكتشف علماء الفلك أول كوكب خارج النظام الشمسي في عام 1995. يوجد الآن أكثر من ثلاثمائة كوكب معروف، وفي غضون ثلاث سنوات أخرى سنكتشف عدد المرات التي توجد فيها كواكب شبيهة بالأرض بين الكواكب الخارجية. وأخيرا، فإن العلماء، وببساطة أولئك الذين يحبون التكهن بشأن "ما إذا كانت هناك حياة على المريخ"، سيكون لديهم بيانات واقعية يمكن استخدامها عند وضع التوقعات. وعلى الرغم من أن كبلر لن يعطي إجابة نهائية على مسألة وحدتنا في الكون، إلا أنه سيكون قادرًا على تعزيز وزن الحجج المؤيدة أو المعارضة بشكل كبير.

وإذا كانت معظم الكواكب الموجودة في الكون بحجم الأرض تقريبًا، فإن العلماء يتوقعون العثور على حوالي 50 كوكبًا شبيهًا بالأرض. وإذا كانت الكواكب في الغالب أكبر من الأرض (حوالي 1.3 مرة نصف القطر)، فإن علماء الفلك يأملون في رؤية حوالي 185 كوكبًا. إذا كان نصف قطر كوكب نموذجي 2.2 مرة نصف قطر الأرض، فسيظهر 640 كوكبًا أرضيًا جديدًا على خرائط النجوم. وتستند جميع الحسابات على افتراض أن هناك كوكب واحد فقط يشبه الأرض يدور حول النجم.

سيحتاج الباحثون، الذين سميوا باسم جيمس ويب، إلى العمل في أسرع وقت ممكن ومراعاة العمر القصير للمرصد المداري الذي تبلغ تكلفته مليارات الدولارات. وإلى ماذا ستوجه نظره أولا؟

سيكون تلسكوب ويب، الذي تم بناؤه بالتعاون مع وكالتي الفضاء الأوروبية والكندية، أكبر وأقوى وأغلى مرصد لناسا في التاريخ. بلغت تكلفة إنشائه 9 مليارات دولار ومن المقرر إطلاقه في صيف عام 2019.

على عكس سلفه الشهير، تلسكوب هابل الفضائي، الذي تم تصميمه لجمع الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية، تم تحسين ويب لرؤية الفضاء في الأشعة تحت الحمراء.

إن عيون ويب التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء تجعله ماسحًا ضوئيًا للأشعة السينية ومطيافًا للكتلة وآلة زمنية في جهاز واحد. يمكنه النظر عبر دهور الفضاء المتربة والمغبرة لاستكشاف الكثير الذي بالكاد بدأ علماء الفلك الذين يستخدمون تلسكوب هابل وغيره من التلسكوبات في النظر إليه.

الفرق بين هابل وويب هو أيضًا المتانة، حيث تؤدي مهمات الإصلاح المتعددة إلى دخول الأول إلى عقده الرابع في مدار منخفض. لكن سيتم تمركز Webb خارج نطاق الصيانة السهلة وبرمجته لمدة 5 سنوات من الخدمة. الحد الأقصى الذي سيستمر فيه الوقود هو 10 سنوات وهو ضروري للمناورات. يجب أن يكون التلسكوب دائمًا في ظل كوكبنا حتى لا يسخن.

منحنى التعلم لتلسكوب ويب

يقول كين سيمباك، مدير معهد علوم التلسكوب الفضائي (STScI): "إن عمر ويب محدود، ويمثل استثمارًا فكريًا وماليًا وتكنولوجيًا ضخمًا، لذلك نحن بحاجة إلى تعلم قدراته بسرعة". "سيكون منحنى التعلم حادًا."

سيكون مئات الباحثين الذين أمضوا عقودًا في تطوير أجهزة التلسكوب وبرمجياته وأهدافه العلمية الأساسية هم أول من يقيس منحنى التعلم هذا. يُضمن لكل عضو في فريق النخبة هذا حصة صغيرة ولكن مهمة من إجمالي وقت ويب في السنة الأولى من عمليات الرصد للتلسكوب (تسمى "الدورة 1"). ويمكن لهذه النتائج الأولية أن تساعد بقية علماء الفلك في العالم.

استكشاف شباب الكون

سيكون ويب قادرًا على رؤية أكبر مجموعات المجرات، وهي ضخمة جدًا لدرجة أنها تشوه الفضاء المحيط بها، وتشكل "عدسات جاذبية" ضخمة تعمل على تضخيم الضوء الخافت للمجرات التي ولدت بعد أقل من مليار سنة من الانفجار الكبير. وبهذه الطريقة يمكن دراسة الفترات الأولى من حياة الكون.

اكتشاف الكواكب الخارجية ورسم خرائط لها

وعلى الرغم من أن تلسكوب ويب تم إنشاؤه في المقام الأول لدراسة المجرات البعيدة، إلا أنه يمكن توجيه نظره أيضًا إلى أنظمة النجوم المجاورة للبحث عن الكواكب الخارجية.

سيتمكن علماء الفلك من اكتشاف بخار الماء والميثان والغازات الأخرى حتى أثناء مرور الكوكب أمام نجمه.

ويخطط أحد الفرق لدراسة أقمار كوكب المشتري وزحل، بما في ذلك قمر إنسيلاد الشهير.