با پریما آشنا شوید؛ تلسکوپ قدرتمند نسل بعدی ناسا

ناسا خبر از توسعه‌ی یک مأموریت تازه با ساخت تلسکوپ پریما (PRIMA) داده است که نخستین مأموریت در کلاس خود محسوب می‌شود و قرار است با نگاه به طیفی که تا کنون کم‌تر مطالعه شده است، دریچه‌ی تازه‌ای به پژوهش‌های اخترفیزیک باز کند.

در هفته‌ی نخست اکتبر (هفته‌ی دوم مهر) بود که ناسا اعلام کرد مأموریتی با عنوان «پریما» (PRIMA) را برنامه‌ریزی کرده است. نامی که کوتاه شده‌ی عبارت «مأموریت کاوشگر فروسرخ دور برای اخترفیزیک» (PRobe far-Infrared Mission for Astrophysics) است و برای ورود به فاز دوم (مرحله B) توسعه برگزیده شده است. مرحله‌ی طراحی مقدماتی، که طراحی و توسعه‌ی فناوری‌های مورد نیاز پروژه را پیش می‌برد.

قرار است این مأموریت برای نخستین بار در قالب برنامه‌ی Probe Explorers، جهان را در طول موج‌های فروسرخ دور بررسی و نقشه‌برداری کند. چنان‌که «نیکی فاکس» (Nicky Fox) معاون اداره‌ی مأموریت‌های علمی ناسا، در بیانیه‌ی مرتبط گفت: «مأموریت PRIMA پنجره‌ی بعدی بشر به سوی ژرفای جهان است. این مأموریت با آشکار کردن بخش‌های پنهان کیهان در طول تاریخ آن، به ما کمک خواهد کرد تا شکل‌گیری سیارات، ستارگان و سیاهچاله‌ها و حتی چگونگی رسیدن آب به زمین را بهتر درک کنیم.»

نخستین مأموریت در کلاس Probe Explorers

مأموریت‌های ناسا بر اساس اندازه، دامنه و هزینه دسته‌بندی می‌شوند. از زمان پرتاب «اکسپلورر 1» (Explorer 1) در سال 1958، یعنی نخستین ماهواره آمریکایی که به مدار زمین رسید، این سازمان طیف گسترده‌ای از مأموریت‌ها را در قالب برنامه‌ی «اکسپلوررز» (Explorers) به فضا فرستاده است.

به نوشته‌ی اسپیس ، پریما نخستین مأموریتی است که در چارچوب کلاس جدید «پراب اکسپلوررز» (Probe Explorers) توسعه پیدا می‌کند. این کلاس تازه یکی از توصیه‌های مطرح شده در بررسی ده ساله‌ی اخترشناسی و اخترفیزیک در سال 2020 سرچشمه می‌گیرد. این بررسی، یک برنامه‌ی ده ساله است که آکادمی‌های ملی آمریکا برای تعیین اهداف علمی و اولویت‌های پژوهشی دهه‌ی پیش رو تدوین می‌کنند.

یکی از اهداف اصلی تلسکوپ پریما پر کردن یک خلأ مهم در رصدهای فروسرخ فضا است. تلسکوپ فضایی قدرتمند جیمز وب ، جهان را در بخش‌های فروسرخ نزدیک و فروسرخ میانی بررسی می‌کند. در سوی دیگر پریما با تلسکوپی که به قطر 1.8 متر طراحی شده است، برای مشاهده‌ی کیهان در محدوده‌ی فروسرخ دور، بهینه خواهد شد.

نگاهی تازه به کیهان در طول موج فروسرخ دور

پژوهشگران امیدوارند با گسترش دامنه‌ی رصدهای خود به طول موج‌های فروسرخ دور، بتوانند منشأ و روند تحول پدیده‌هایی را از سیارات فراخورشیدی گرفته تا کهکشان‌ها و سیاه‌چاله‌ها بررسی کنند.

پریما می‌تواند مانند دریچه‌ای به گذشته‌ی کیهان عمل کند و به دانشمندان امکان دهد تا بهتر بفهمند غبار، گاز و بقایای پراکنده در سراسر جهان چگونه در گذر زمان تکامل پیدا کرده‌اند و در نهایت به کیهانی که امروز می‌بینیم، تبدیل شده‌اند. به گفته‌ی «شاون دومگال-گلدمن» (Shawn Domagal-Goldman) مدیر بخش اخترفیزیک ناسا، «هیچ تک مأموریتی نمی‌تواند به تمام رازهای جهان پاسخ دهد. اما به کمک پریما با گسترش توانایی ناوگان مأموریت‌های رصدی خود به طول موج‌های فروسرخ دور، امکان دستیابی به تصویری بسیار جامع از کیهان را فراهم می‌کنیم.»

روندی که ناسا با تلسکوپ‌های فضایی جیمز وب و رومن ، روند پرتاب مأموریت‌های بزرگ و پیشرفته را در هر دو نیمه‌ی دهه‌ی 2020 دنبال کرده است و قصد دارد آن را در دهه‌ی آینده نیز ادامه دهد. شروع مأموریت پریما، آغازگر دهه‌ی بعدی برای ناسا و بخشی از مجموعه‌ای از مأموریت‌های علمی پیشرفته خواهد بود.

بخش‌های مختلف تلسکوپ پریما

اجزای اصلی رصدخانه و محموله‌ی علمی تلسکوپ نسل بعدی پریما ناسا، شامل بخش‌های زیر می‌شود:

یک تلسکوپ آلومینیومی با قطر 1.8 متر که تا دمای بسیار پایین 4.5 کلوین (حدود 268.6- درجه‌ی سانتی‌گراد) سرد می‌شود. این سرمایش برای کاهش تابش حرارتی خود تلسکوپ و رسیدن به حساسیت بالا در فروسرخ دور ضروری است.

این ابزار یک تصویربردار و قطبش‌سنج اصلی است و یکی از دو ابزار علمی اصلی پریما محسوب می‌شود که دو قابلیت دارد:

بدین ترتیب PRIMAger برای تهیه‌ی نقشه‌های تصویری و بررسی قطبش نور اجرام آسمانی به‌کار می‌رود.

این ابزار طیف‌سنج فروسرخ دور رصدخانه است و نام آن از سرواژه‌های عبارت «طیف‌سنج نقشه‌برداری ارتقایافته در ناحیه فروسرخ دور» (Far-Infrared Enhanced Survey Spectrometer) است و دومین ابزار علمی اصلی مأموریت محسوب می‌شود.

فایرز محدوده‌ی طول موج 24 تا 235 میکرومتر را پوشش می‌دهد و برای طیف‌سنجی طراحی شده است. این ابزار از چهار ماژول طیف‌سنجی مبتنی بر شبکه‌ی «پراش» (Grating) تشکیل شده و یک ماژول تبدیل فوریه (FTM) نیز برای طیف‌سنجی با تفکیک‌پذیری بالا دارد.

هر دو ابزار PRIMAger و FIRESS از «آشکارسازهای القایی جنبشی» (Kinetic Inductance Detectors) یا KID استفاده می‌کنند. این آشکارسازها در دمای حدود 100 میلی‌کلوین کار می‌کنند و از فناوری‌های کلیدی برای دستیابی به حساسیت بالای پریما در فروسرخ دور هستند.

آینه‌های هدایت پرتو (Beam Steering Mirrors)

هر دو ابزار علمی یک آینه هدایت پرتو اختصاصی دارند که امکان اسکن سریع، جابه‌جایی پرتو و گسسته‌سازی را فراهم می‌کند. این سامانه برای نقشه‌برداری گسترده و رصد منابع نقطه‌ای اهمیت دارد.

سامانه سرمایش برودتی (Cryogenic/Thermal System)

پریما ناسا، به یک معماری حرارتی چندمرحله‌ای نیاز دارد تا دمای تلسکوپ در حدود 4.5 کلوین و آشکارسازها در حدود 100 میلی‌کلوین نگه داشته شود. در طراحی مأموریت، هم سامانه‌ی سرمایش فعال و هم اجزای خنک‌سازی غیرفعال مانند رادیاتورهای V-groove و سایه‌بان خورشیدی در نظر گرفته شده‌اند.

فضاپیمای حامل و سامانه‌های پشتیبان

تلسکوپ و ابزارهای علمی روی فضاپیمای مأموریت قرار می‌گیرند و سامانه‌هایی مانند تأمین توان، ارتباطات، کنترل وضعیت و کنترل حرارتی را شامل می‌شوند. مشابه جیمز وب و نانسی رومن، پریما هم برای قرارگیری در نقطه‌ی لاگرانژی L2 سامانه خورشید-زمین طراحی شده است.

سامانه پردازش و مدیریت داده

داده‌های علمی تلسکوپ پریما ناسا، در «مرکز پردازش و تحلیل فروسرخ» (Infrared Processing and Analysis Center) یا IPAC پردازش و مدیریت خواهند شد.

مدیریت مأموریت پریما بر عهده‌ی «آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا» (JPL) در جنوب کالیفرنیا خواهد بود. هزینه‌ی این مأموریت حدود 1.2 میلیارد دلار برآورد شده است و اگر این تلسکوپ فضایی مراحل توسعه و تأیید نهایی را طبق برنامه پشت سر بگذارد، قرار است در سال 2033 پرتاب شود. مأموریتی که پس از رسیدن به فضا دست‌کم پنج سال به مطالعه‌ی کیهان خواهد پرداخت.

در صورت اجرای موفقیت‌آمیز، پریما یکی از مهم‌ترین ابزارهای جدید بشر برای مطالعه‌ی کیهان در طول موج‌هایی خواهد بود که تا کنون کمتر مورد بررسی قرار گرفته‌اند. به‌ویژه برای پیشبرد پژوهش‌های زمینه‌هایی مانند شکل‌گیری ستارگان و سیارات، تحول کهکشان‌ها، سیاه‌چاله‌ها و تاریخچه‌ی آب در منظومه‌ی زمین اثری شگفت‌انگیز خواهد داشت.