ابرتلسکوپ ماژلان با آینهای به قطر ۲۵ متر، کوچکترین پروژه جهان در میان سه تلسکوپ زمینی نسل آینده به حساب میآید، اما طراحی متفاوت، میدان دید گسترده، ابزارهای کوچکتر، هزینه ساخت پایینتر و توان تفکیک بالا ممکن است این رصدخانه را به بهترین تلسکوپ در رده خود تبدیل کند.
به گزارش سرویس نجوم تکناک، رقابت برای ساخت نسل جدید تلسکوپهای زمینی وارد مرحله مهمی شده است. دانشمندان اکنون سه رصدخانه عظیم را توسعه میدهند که هرکدام قصد دارند مرز کنونی تلسکوپهای اپتیکی را پشت سر بگذارند. سه پروژه اصلی این رقابت شامل تلسکوپ فوقالعاده بزرگ اروپا با آینه ۳۹ متری، پروژه TMT با آینه ۳۰ متری و تلسکوپ غولپیکر ماژلان با قطر مؤثر ۲۵ متر هستند.
در نگاه نخست، تلسکوپ فوقالعاده بزرگ اروپا به دلیل برخورداری از بزرگترین آینه، شانس بیشتری برای کسب بهترین نتایج علمی دارد. با وجود این، عملکرد یک رصدخانه فقط به اندازه آینه اصلی وابسته نیست. معماری اپتیکی، تعداد بازتابها، میدان دید، نوع ابزارهای علمی، کیفیت اپتیک تطبیقی، هزینه نگهداری و امکان ارتقا نیز نقش مهمی در موفقیت یک تلسکوپ ایفا میکنند. تلسکوپ غولپیکر ماژلان در بسیاری از این بخشها مزیتهایی دارد که دو رقیب بزرگتر آن از آنها برخوردار نیستند.
مرز کنونی تلسکوپهای اپتیکی بزرگ زمینی در محدوده ۶٫۵ تا ۱۰٫۴ متر قرار دارد. رصدخانههایی مانند تلسکوپ بسیار بزرگ اروپا، تلسکوپهای کک، تلسکوپ بزرگ دوچشمی و تلسکوپ بزرگ جزایر قناری، امروز بخش مهمی از پژوهشهای نجومی را انجام میدهند. سه پروژه جدید قصد دارند قطر مؤثر آینهها را به محدوده ۲۵ تا ۳۹ متر برسانند. این جهش، توان جمعآوری نور و قدرت تفکیک را به طور چشمگیری افزایش خواهد داد.
تلسکوپهای فضایی معمولاً بیشترین توجه عمومی را به خود اختصاص میدهند. تلسکوپ فضایی جیمز وب و هابل نمونههای شناختهشده این گروه هستند. تلسکوپهای فضایی میتوانند طول موجهایی را بررسی کنند که جو زمین آنها را جذب میکند. با وجود این، بخش عمده دانستههای بشر درباره جهان همچنان از رصدخانههای زمینی به دست آمده است.
رصدخانههای زمینی چند مزیت مهم دارند. پژوهشگران میتوانند تجهیزات آنها را تعمیر، تمیز و بهروزرسانی کنند. مهندسان میتوانند ابزارهای علمی جدید را روی آنها نصب کنند. سازندگان نیز محدودیت کمتری برای افزایش ابعاد، وزن و پیچیدگی سازه دارند. این رصدخانهها به برق، جاده، شبکه ارتباطی، نیروی انسانی و زیرساختهای فنی زمینی نیز دسترسی مستقیم دارند. همین قابلیتها باعث شدهاند که برخی تلسکوپهای زمینی پس از چند دهه فعالیت، همچنان جایگاه علمی خود را حفظ کنند.
ابرتلسکوپ ماژلان از معماری اپتیکی متفاوتی استفاده میکند. آینه اصلی این تلسکوپ از هفت قطعه دایرهای با قطر ۸٫۴ متر تشکیل خواهد شد. یک آینه در مرکز قرار میگیرد و شش آینه دیگر، آن را احاطه میکنند. این مجموعه، سطحی با قطر مؤثر حدود ۲۵ متر ایجاد میکند.
آزمایشگاه آینه ریچارد اف. کاریس در دانشگاه آریزونا، این قطعات عظیم را تولید میکند. این آزمایشگاه یکی از معدود مراکز جهان است که توان ساخت آینههای یکپارچه با قطر بیش از ۸ متر را دارد. مهندسان پیشتر دو آینه مشابه را در تلسکوپ بزرگ دوچشمی به کار گرفتهاند. آن پروژه، علاوه بر انجام پژوهشهای علمی، به عنوان آزمایشگاهی برای توسعه فناوریهای مورد نیاز تلسکوپ غولپیکر ماژلان عمل کرده است.
یکی از مهمترین مزیتهای این معماری، تعداد کمتر قطعات آینهای است. تلسکوپ فوقالعاده بزرگ اروپا و تلسکوپ سیمتری از صدها قطعه ششضلعی کوچکتر استفاده خواهند کرد. هرچه تعداد قطعات بیشتر باشد، همترازی و کنترل سطح آینه پیچیدهتر میشود. آینههای بزرگ و منحنی تلسکوپ غولپیکر ماژلان، ساختار سادهتری را برای هدایت نور فراهم میکنند.
طراحی اپتیکی کوچکترین ابرتلسکوپ جهان، نور را با سرعت بیشتری در نقطه کانونی متمرکز میکند. این ویژگی، میدان دید گستردهتری را برای ابزارهای علمی ایجاد میکند. اخترشناسان از مفهومی به نام «مقیاس صفحه» برای توصیف این ویژگی استفاده میکنند. مقیاس صفحه بزرگتر به معنای مشاهده بخش وسیعتری از آسمان در هر تصویر است.
این مزیت برای بررسی جمعیتهای بزرگ ستارهای، خوشههای کهکشانی، پدیدههای عدسی گرانشی و پیمایشهای طیفسنجی اهمیت زیادی دارد. بسیاری از پژوهشهای نجومی به ثبت تصاویر عمیق و پروضوح از مناطق گسترده آسمان نیاز دارند. تلسکوپ غولپیکر ماژلان در چنین مأموریتهایی میتواند عملکرد بهتری از دو رقیب بزرگتر خود ارائه دهد.
برآوردهای فنی نشان میدهند که تصاویر میدانگسترده این تلسکوپ میتوانند تا ۱۳ برابر وسیعتر باشند. همچنین این رصدخانه ممکن است برخی پیمایشها را تا ۱۶ برابر سریعتر انجام دهد و تصاویری تا ۵۰ درصد واضحتر از دو تلسکوپ دیگر ثبت کند. این ویژگیها، تلسکوپ غولپیکر ماژلان را به ابزار قدرتمندی برای مطالعه تعداد زیادی ستاره و کهکشان تبدیل خواهند کرد.
مزیت مهم دیگر، کاهش آثار پراش در تصاویر است. تلسکوپهای بزرگ معمولاً از سازههایی برای نگهداشتن آینه ثانویه استفاده میکنند. این سازهها بخشی از نور را مسدود میکنند و خطوط روشن کشیدهای را در اطراف اجرام درخشان به وجود میآورند. اخترشناسان این خطوط را «تیغههای پراش» مینامند.
تصاویر تلسکوپ فضایی جیمز وب نمونه شناختهشده این پدیده هستند. ستارههای درخشان در تصاویر جیمز وب، بهجای یک نقطه ساده، بهشکل ساختاری چندپره دیده میشوند. آینههای ششضلعی و بازوهای نگهدارنده آینه ثانویه، این الگوها را ایجاد میکنند.
مهندسان در تلسکوپ غولپیکر ماژلان، سازههای نگهدارنده را در فاصله میان قطعات دایرهای آینه قرار میدهند. این محلها به طور طبیعی بخشی از سطح جمعآوری نور نیستند. در نتیجه، سازههای نگهدارنده، نور بیشتری را مسدود نمیکنند. این طراحی میتواند تیغههای پراش را به میزان چشمگیری کاهش دهد و تصاویر نقطهایتری از ستارهها، اختروشها و سیارههای فراخورشیدی تولید کند.
کوچکترین ابرتلسکوپ جهان در تابستان ۲۰۲۵ وارد مرحله طراحی نهایی شد. مدیران پروژه در این مرحله، آخرین جزئیات فنی رصدخانه و مجموعه ابزارهای نسل نخست را تعیین میکنند. بازبینی میانی پروژه برای سپتامبر ۲۰۲۶ برنامهریزی شده است. بازبینی نهایی طراحی نیز در تابستان ۲۰۲۷ انجام خواهد شد.
چهار ابزار علمی اصلی برای نسل نخست این تلسکوپ در نظر گرفته شدهاند. ابزار GMT-NIRS یک طیفسنج فروسرخ با وضوح بالا خواهد بود. این سامانه، بخش قابلاستفاده طیف فروسرخ نزدیک را از سطح زمین پوشش خواهد داد. پژوهشگران میتوانند با کمک آن، ترکیبات شیمیایی ستارهها، کهکشانها و جو سیارههای فراخورشیدی را بررسی کنند.
ابزار G-CLEF برای اندازهگیری بسیار دقیق سرعت شعاعی ستارهها طراحی شده است. ستارهای که یک سیاره به دور آن میچرخد، تحت تأثیر گرانش سیاره اندکی جابهجا میشود. پژوهشگران با اندازهگیری این نوسان، جرم و دوره مداری سیاره را تعیین میکنند. دقت بالای G-CLEF میتواند به شناسایی سیارههای کوچک و نزدیک به زمین کمک کند.
ابزار GMACS یک طیفسنج چندجرمی برای پژوهشهای نجومی و کیهانشناسی خواهد بود. این ابزار امکان بررسی همزمان تعداد زیادی جرم را فراهم میکند. دانشمندان از آن برای پیمایش کهکشانها، مطالعه ساختارهای بزرگمقیاس جهان و بررسی تحول کیهانی استفاده خواهند کرد.
ابزار GMTIFS نیز یک طیفسنج میدان یکپارچه خواهد بود. این سامانه، ترکیبات مولکولی و شرایط فیزیکی درون کهکشانها را بررسی میکند. کهکشانهای ستارهزا و کهکشانهای دارای سیاهچاله فعال، از اهداف اصلی این ابزار خواهند بود. GMTIFS نخستین ابزار پروژه خواهد بود که از تمام توان سامانه اپتیک تطبیقی تلسکوپ استفاده میکند.
کوچکترین ابرتلسکوپ جهان مزیت اقتصادی مهمی نیز دارد. سامانه اپتیکی این رصدخانه، نور را سریعتر از دو پروژه دیگر متمرکز میکند. این ویژگی به مهندسان اجازه میدهد ابزارهای علمی کوچکتری بسازند.
ابعاد ابزارهای علمی، هزینه ساخت را بهشدت تحت تأثیر قرار میدهد. اگر طول، عرض و ارتفاع یک ابزار دو برابر شود، حجم آن حدود هشت برابر افزایش پیدا میکند. هزینه ساخت چنین ابزاری نیز میتواند چند برابر شود. زمان تولید، آزمایش و کالیبراسیون نیز افزایش مییابد.
این هزینه فقط به ابزارهای نسل نخست محدود نیست. رصدخانههای بزرگ در طول چند دهه فعالیت، بارها ابزارهای خود را ارتقا میدهند. هر نسل جدید از تجهیزات نیز با همان محدودیت ابعاد و هزینه روبهرو خواهد بود. تلسکوپ غولپیکر ماژلان به دلیل نیاز به ابزارهای کوچکتر، در تمام طول عمر خود هزینه کمتری برای توسعه و ارتقا خواهد داشت.
همکاری این تلسکوپ با رصدخانه ورا روبین نیز فرصت علمی مهمی ایجاد میکند. رصدخانه روبین میتواند آسمان را با سرعت بالا پیمایش کند و تغییرات زمانی را شناسایی نماید. این رصدخانه، انفجارهای ابرنواختری، فعالیت سیاهچالهها، برخورد اجرام و رویدادهای گذرا را در مراحل اولیه تشخیص خواهد داد.
تلسکوپ غولپیکر ماژلان میتواند بلافاصله این اهداف را با وضوح و حساسیت بالا دنبال کند. این همکاری به دانشمندان اجازه میدهد ماهیت رویدادها را دقیقتر بررسی کنند. آنها میتوانند نهفقط وقوع یک پدیده، بلکه سازوکار فیزیکی آن را نیز شناسایی کنند.
سیارههای فراخورشیدی یکی از مهمترین حوزههای علمی این رصدخانه خواهند بود. پژوهشگران انتظار دارند این تلسکوپ دما، فشار، بادها، مولکولها و ایزوتوپهای موجود در جو برخی سیارهها را اندازهگیری کند. این دادهها میتوانند تاریخچه شکلگیری و محیط تولد سیارهها را مشخص کنند.
توان تفکیک طیفسنجی تلسکوپ غولپیکر ماژلان در برخی کاربردها حدود ۲۰ برابر تلسکوپ فضایی جیمز وب خواهد بود. این برتری میتواند مطالعه جو ابرزمینها و سیارههای سنگی را متحول کند. دانشمندان ممکن است برای نخستینبار، ترکیبات جوی برخی جهانهای دوردست را با جزئیات بالا اندازهگیری کنند.
سامانه اپتیک تطبیقی این تلسکوپ نیز اهمیت ویژهای دارد. اپتیک تطبیقی، آشفتگی ناشی از جو زمین را اصلاح میکند. این فناوری معمولاً در طول موج فروسرخ عملکرد بهتری دارد. مهندسان تلسکوپ غولپیکر ماژلان قصد دارند این اصلاح را به محدوده نور مرئی نیز گسترش دهند.
طول موج نور مرئی از فروسرخ کوتاهتر است. یک تلسکوپ در طول موج کوتاهتر میتواند به وضوح زاویهای بیشتری دست پیدا کند. اگر این پروژه بتواند اپتیک تطبیقی را در نور مرئی با موفقیت اجرا کند، ممکن است با وجود آینه کوچکتر، تصاویر واضحتری از تلسکوپ فوقالعاده بزرگ اروپا و تلسکوپ سیمتری ثبت کند.
شرکای پروژه، بیشترین سهم را از زمان رصد خواهند داشت. بنیاد حمایت از پژوهش ایالت سائوپائولو در برزیل، دانشگاه ملی استرالیا، شرکت Astronomy Australia Limited، آکادمیا سینیکا در تایوان، مؤسسه علوم نجوم و فضا کره و مؤسسه علوم وایزمن در اسرائیل، از جمله شرکای بینالمللی پروژه هستند.
ده مؤسسه آمریکایی نیز در این پروژه مشارکت دارند. دانشگاه ایالتی آریزونا، دانشگاه آریزونا، دانشگاه تگزاس، دانشگاه تگزاس ایاندام، دانشگاه شیکاگو، دانشگاه نورثوسترن، دانشگاه هاروارد، رصدخانه اخترفیزیکی اسمیتسونین، مؤسسه کارنگی برای علوم و مؤسسه فناوری ماساچوست، این گروه را تشکیل میدهند.
تأمین مالی بنیاد ملی علوم آمریکا همچنان یکی از موضوعات مهم پروژه است. حمایت این بنیاد میتواند سهم بیشتری از زمان رصد را در اختیار پژوهشگران آمریکایی قرار دهد. عدم مشارکت آن نیز ممکن است فرصتهایی را برای سرمایهگذاران جدید در کشورهای دیگر ایجاد کند.
تلسکوپ غولپیکر ماژلان برای آغاز فعالیت علمی، به تکمیل تمام بخشهای خود نیاز ندارد. مدیران پروژه میتوانند پس از نصب آینهها و نخستین ابزار، رصدهای علمی را آغاز کنند. آنها سپس تجهیزات دیگر را بهتدریج اضافه خواهند کرد.
این ویژگی، تفاوت مهمی میان رصدخانههای زمینی و فضایی است. تلسکوپهای فضایی پس از پرتاب، فرصت محدودی برای تعمیر و ارتقا دارند. رصدخانههای زمینی میتوانند برای دههها تعمیر و نوسازی شوند. مهندسان میتوانند ابزارهای قدیمی را کنار بگذارند و تجهیزات پیشرفتهتری را جایگزین آنها کنند.
تلسکوپ غولپیکر ماژلان احتمالا تا پایان قرن بیستویکم و حتی پس از آن فعالیت خواهد کرد. این رصدخانه فقط یک پروژه علمی کوتاهمدت نیست. طراحی آن، زیرساختی چندنسلی را برای اخترشناسی ایجاد میکند.
تلسکوپ فوقالعاده بزرگ اروپا و تلسکوپ سیمتری در برخی مأموریتها عملکرد بهتری خواهند داشت. با وجود این، قطر آینه بهتنهایی برنده این رقابت را تعیین نخواهد کرد. میدان دید وسیع، تصاویر بدون تیغه پراش، ابزارهای کوچکتر، هزینه پایینتر، اپتیک تطبیقی در نور مرئی و همکاری با رصدخانههای پیمایشی، مزیتهایی هستند که ممکن است کوچکترین تلسکوپ این گروه را به موفقترین آنها تبدیل کنند.
تلسکوپ غولپیکر ماژلان شاید بزرگترین آینه را نداشته باشد، اما طراحی هوشمندانه آن میتواند بیشترین بازده علمی را فراهم کند. این رصدخانه ممکن است در دهههای آینده، از سیارههای فراخورشیدی تا نخستین کهکشانهای جهان را با جزئیات بیسابقهای بررسی کند و جایگاه خود را به عنوان یکی از مهمترین ابزارهای علمی قرن بیستویکم تثبیت کند.
