چرا ناسا یک لنز جاسوسی را به اعماق کیهان فرستاد؟ داستان عجیب تلسکوپ رومن

صبح ۳۰ اوت ۲۰۲۶، غرش موشک فالکون هوی سکوی ۳۹A مرکز فضایی کندی را لرزاند تا جدیدترین رصدخانه‌ی ناسا را راهی فضا کند. حدود نیم ساعت بعد، تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن از مرحله‌ی دوم موشک جدا شد و سفر سه‌ماهه‌ی خود را به‌سوی نقطه‌ی لاگرانژی دوم خورشید-زمین در فاصله‌ی ۱٫۵ میلیون کیلومتری سیاره‌ی ما آغاز کرد.

در تصاویر پرتاب، رومن تفاوتی با سایر محموله‌های فضایی نداشت و زیر پوشش موشک پنهان شده بود؛ اما در اعماق ساختار خود، رازهایی از گذشته‌ای پنهان را حمل می‌کرد.

تلسکوپ فضایی رومن اگرچه مأموریتی کاملاً علمی دارد، ولی کالبد اپتیکی‌اش در تاریک‌خانه‌های یک نهاد اطلاعاتی شکل گرفت. آینه‌ی اصلی این رصدخانه در دل پروژه‌ی فوق‌سری و میلیارددلاری متولد شد تا با نگاهی به پایین، تحرکات روی زمین را از فاصله‌ی چندصد کیلومتری رصد کند. حتی امروز هم دولت آمریکا نمی‌گوید این سیستم دقیقاً برای کدام برنامه‌ی شناسایی ساخته شده بود، ولی نام معماری تصویربرداری آینده (FIA)در بسیاری از گزارش‌ها تکرار می‌شود.

باوجود تمام فصل‌های محرمانه رومن، وقتی اطلاعات گذشته‌ی تلسکوپ را کنار هم می‌گذاریم، به روایت عجیبی می‌رسیم. رصدخانه‌ای که در ابتدا روزنه‌ای انحصاری برای تحلیلگران اطلاعاتی محسوب می‌شد، اکنون اعماق کیهان را می‌کاود تا تصاویری از میلیاردها جرم آسمانی ثبت کند؛ تصاویری که ناسا درهای آرشیوش را به روی تمام مردم جهان باز خواهد گذاشت.

سرگذشت رومن فراتر از تغییر کاربری آینه‌ای فضایی، روند دگرگونی زاویه‌ی دید یک سخت‌افزار از سطح زمین به بی‌نهایت کیهان را به تصویر می‌کشد.

مسیری که بخشی از فناوری ماهواره‌های جاسوسی آمریکا را به تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن رساند، از سال ۲۰۱۱ آغاز شد؛ زمانی‌که NRO به ناسا خبر داد چند مجموعه تجهیزات مازاد در اختیار دارد.

NRO یا سازمان ملی شناسایی آمریکا، نهادی اطلاعاتی است و مغز متفکر طراحی، ساخت و هدایت ماهواره‌های شناسایی ایالات متحده به شمار می‌رود، تا جایی که اغلب دستاوردهایش سال‌ها پشت طبقه‌بندی‌های امنیتی باقی می‌ماند.

ابعاد آینه‌ها پیش از هر ویژگی دیگری نظر اخترشناسان را جلب کرد، زیرا قطر ۲٫۴ متری‌شان هم‌تراز آینه‌ی مشهور هابل بود؛ همان رصدخانه‌ای که مرزهای شناخت ما از هستی را جابه‌جا کرد. ناسا یک‌شبه و بدون پرداخت هیچ هزینه‌ای به دو اپتیک در کلاس هابل دست‌یافت.

هیجان اولیه مهندسان ناسا ابهامات سنگینی را به کناره راند، چراکه NRO منشأ دقیق تجهیزات را فاش نکرد. برخی گزارش‌های تأییدنشده از ارتباط آینه‌ها با پروژه‌ی میلیارددلاری و لغوشده‌ی FIA در سال ۲۰۰۵ می‌گفتند، ولی جزئیات طراحی و مأموریت اولیه‌ی تجهیزات همچنان در اسناد طبقه‌بندی‌شده محافظت می‌شود.

در واقع آینه‌ها بخش بسیار باارزشی از دستگاه نهایی محسوب می‌شدند؛ اما باید پروژه‌ی جدیدی برای ساخت دستگاهی پیرامون یکی از آن‌ها راه‌اندازی می‌شد.

ناسا پیش از اینکه سخت‌افزارهای NRO را دریافت کند، طرح کاوش در اعماق کیهان را در قالب پروژه‌ی تلسکوپ نقشه‌برداری فروسرخ میدان باز یا WFIRST در دست داشت. قرار بود این رصدخانه امکان بررسی بخش‌های بزرگی از آسمان را برای مطالعه‌ی انرژی تاریک و سیاره‌های بیرون از منظومه‌ی شمسی فراهم کند.

حتی اهداف علمی WFIRST هم پیش از رسیدن آینه‌ها تعیین شده بودند، پس هدیه‌ی NRO به‌جای آغاز مأموریتی تازه، می‌توانست به پیشرفت برنامه‌ی قبلی کمک کند. ناسا تصمیم گرفت یکی از دو مجموعه‌ی اپتیکی را در WFIRST به کار بگیرد، یعنی مأموریتی غیرنظامی را با سخت‌افزاری سازگار کند که از اساس برای کاری متفاوت ساخته شده بود.

مهندسان ناسا باید ابزارهای علمی، ساختار فضاپیما، کنترل حرارتی و مسیر نور را متناسب با مأموریت جدید طراحی می‌کردند. در این فرایند آینه‌ی بزرگ مرموز جای خود را حفظ می‌کرد، اما تمام دوربین‌ها، عدسی‌ها، فیلترها و تجهیزات پردازش تصویری که نور باید بعد از بازتاب از آینه وارد آن‌ها می‌شد، تحت پروژه‌ای جدید توسعه می‌یافتند.

بازطراحی عناصر و قطعات مکمل سال‌ها زمان برد و سال ۲۰۲۰، ناسا نام پروژه‌ی WFIRST را به پاسداشت نانسی گریس رومن، نخستین مدیر زن در سطح اجرایی و رئیس بخش نجوم این سازمان، تغییر داد.

رومن دهه‌ها پیش برای تولد رصدخانه‌های فضایی جنگید و لقب پرافتخار مادر هابل را از آن خود کرد. اکنون نام او روی تلسکوپی می‌درخشید که باوجود داشتن آینه‌ای هم‌اندازه‌ی هابل، رسالت کاملاً متفاوتی را در تصویربرداری از پهنه‌ی آسمان دنبال می‌کرد.

رومن و هابل در نگاه اول شباهت زیادی به یکدیگر دارند. هر دو به آینه‌ای ۲٫۴ متری مجهزند و ابعاد بدنه‌ی رومن با طول ۱۲٫۷ و عرض ۴٫۴ متر پهلو به پهلوی هابل می‌زند. در مقابل جیمز وب با آینه‌ی ۶٫۵ متری و آفتاب‌گیر بزرگش به‌مراتب عظیم‌تر به نظر می‌رسد، پس چرا ناسا باید تلسکوپی با آینه‌ای هم‌تراز هابل به فضا بفرستد؟

وجه تمایز اصلی دو تلسکوپ به معماری ابزارهای داخلی و سیستم‌های پشت آینه برمی‌گردد. در تلسکوپ رومن، نور هدایت‌شده از آینه به «ابزار میدان باز» یا WFI می‌رسد؛ دوربینی ۳۰۰ مگاپیکسلی با ۱۸ آشکارساز مستقل.

به لطف چهار دهه پیشرفت فناوری حسگرها، رومن می‌تواند تصاویری به شفافیت، وضوح و جزئیات هابل ثبت کند، با این تفاوت که در هر نوردهی، پهنه‌ی بسیار بزرگ‌تری از کیهان را پوشش می‌دهد.

برای سادگی می‌توانید عکسی دسته‌جمعی را در نظر بگیرید. هر دو تلسکوپ می‌توانند چهره‌ها را واضح ثبت کنند، اما یکی در هر قاب فقط چند نفر را می‌بیند و دیگری جمعیت را.

چابکی و میدان دید وسیع، توانمندی‌های رومن را به سطحی دست‌نیافتنی ارتقا داده‌اند. این رصدخانه با سرعتی بی‌نظیر میان مختصات‌های مختلف آسمان جابه‌جا می‌شود و سرعت گردآوری داده‌های آن به هزار برابر هابل می‌رسد.

رومن علاوه بر وسعت تصویر از مزایای دیگری هم بهره می‌برد. این تلسکوپ می‌تواند سریع‌تر میان میدان‌های مختلف جابه‌جا شود و طبق برآورد ناسا گاهی داده‌ها را تا هزار برابر سریع‌تر از هابل گردآوری می‌کند.

طبق داده‌های رسمی، تلسکوپ هابل در طول ۳ دهه فعالیت خود حدود ۴۰۰ ترابایت داده (با احتساب آرشیو پردازش‌شده) تولید کرد، درحالی‌که انتظار می‌رود رومن روزانه حدود ۱٫۴ ترابایت داده به زمین بفرستد؛ حدود ۲۰ پتابایت طی مأموریت اصلی پنج‌ساله.

درواقع رومن برای یافتن هدف در پهنه‌ای وسیع ساخته شده و وب می‌تواند همان هدف را از نزدیک‌تر مطالعه کند. یکی نقش نقشه‌بردار کلان کیهان را برعهده دارد و دیگری روی یک یافته‌ی مشخص خیره می‌شود تا جزئیات آن را بشکافد.

آینه‌ی NRO در زندگی ناکام اولش برای این طراحی شده بود که روی مختصات‌های ازپیش‌تعیین‌شده‌ی زمینی قفل شود. اما در زندگی دوم و واقعی‌اش بخش مهمی از سیستمی را شکل می‌دهد که می‌تواند بخش بزرگی از آسمان را در هر بار رصد ببیند و بارها به همان نواحی بازگردد؛ روشی که برای یافتن تغییرات، انفجارهای کیهانی و اجرام متحرک اهمیت دارد.

میلاد میرکانی

نانسی رومن پرتاب شد؛ تلسکوپ جدید ناسا برای آشکارسازی ماهیت جهان و دنیاهای بیگانه

مطالعه '5

بسیاری از رصدهای نجومی با هدفی مشخص آغاز می‌شوند، برای مثال اخترشناس از قبل می‌داند کدام ستاره یا کهکشان را می‌خواهد ببیند و تلسکوپ را به همان سمت می‌گیرد. رومن اما می‌تواند تغییراتی را ثبت کند که زمان وقوعشان از قبل معلوم نیست.

تلسکوپ فضایی رومن تصویر بخشی از آسمان را ثبت می‌کند، مدتی بعد به همان میدان بازمی‌گردد و تصویر تازه‌ای می‌گیرد. مقایسه‌ی تصاویر نشان می‌دهد کدام نقطه پرنورتر شده، کدام جرم تغییر مکان داده یا کدام نور ناپدید شده است. این رویکرد پژوهشی را نجوم حوزه‌ی زمان می‌نامند؛ مطالعه‌ی کیهان نه به‌عنوان تصویری ثابت، بلکه به‌عنوان صحنه‌ای که پیوسته تغییر می‌کند.

مرگ یک ستاره و ظهور ابرنواختری در دوردست، نمونه‌ای بارز از همین تغییرات به شمار می‌رود. رومن می‌تواند شمار زیادی از این انفجارهای عظیم را در مراحل مختلف ثبت کند. اخترشناسان با سنجش روشنایی و فاصله نوع خاصی از ابرنواخترها، به چگونگی انبساط جهان پی می‌برند؛ انبساطی پرشتاب که به نظر می‌رسد تحت‌تأثیر انرژی تاریک رخ می‌دهد.

گاهی تغییراتی بسیار ظریف، راز وجود یک سیاره را فاش می‌کند. وقتی جرمی کوچک از مقابل یک ستاره‌ی دوردست می‌گذرد، گرانش آن مانند یک عدسی، نور ستاره را خم و تقویت می‌کند. این پدیده که با نام ریزهمگرایی گرانشی شناخته می‌شود، گاه تنها چند ساعت یا چند روز دوام دارد و پیش‌بینی دقیق محل وقوعش امکان‌پذیر نیست.

بااین‌حال تلسکوپ فضایی رومن با پایش هم‌زمان میلیون‌ها ستاره در بخش متراکم کهکشان راه شیری، احتمال ثبت چنین رویدادهایی را به‌میزان چشمگیری افزایش می‌دهد. جالب اینکه نیازی نیست سیاره لزوما به‌دور ستاره‌ای بچرخد، رومن حتی قادر است رد سیاره‌های بی‌ستاره یا سرگردانی را که به‌تنهایی در پهنه کهکشان در حرکت‌اند، شناسایی کند.

منطق عدسی‌های گرانشی، در مقیاسی بسیار بزرگ‌تر برای رمزگشایی از ماده‌ی تاریک هم به کار می‌رود. ازآنجاکه توزیع ماده‌ی معمولی به‌تنهایی نمی‌تواند شکل و حرکت کهکشان‌ها را توضیح دهد، اخترشناسان با اندازه‌گیری اعوجاج بسیار خفیفی که گرانش در تصویر شمار عظیمی از کهکشان‌ها ایجاد می‌کند، نقشه‌ای از ماده‌ی نامرئی ترسیم می‌کنند.

دی‌ان‌ای نظامی گذشته و رسالت علمی امروز تجهیزات رومن، درست در همین نقطه از هم فاصله می‌گیرند. سیستم شناسایی در ابتدا برای تشخیص جزئیاتی خاص روی زمین توسعه‌یافته بود؛ ولی رومن امروز از تکرار، وسعت و مقایسه نیرو می‌گیرد.

شاید کشف مهم در مرکز تصویر دیده نشود، شاید نقطه‌ای کم‌نور در حاشیه‌ی یکی از میلیون‌ها قاب ثبت‌شده باشد و فقط به دلیل تغییرات ظریفش توجه الگوریتم‌ها و سپس اخترشناسان را جلب کند.

رومن در کنار دوربین اصلی خود، ابزار فناورانه‌ی دیگری هم با خود می‌برد که پیوندی میان گذشته‌ی اپتیکی این آینه و آینده‌ی کاوش‌های فرازمینی برقرار می‌کند. کروناگراف (تاج‌نگار) نور شدید ستاره‌ی میزبان را تا حد زیادی کاهش می‌دهد؛ مثل ایجاد خورشیدگرفتگی کوچکی درون تلسکوپ.

از طرف دیگر ممکن است نور یک سیاره میلیاردها بار ضعیف‌تر از ستاره‌ی میزبانش باشد، که در این صورت کنترل یا مهار نور مرکز ستاره به‌تنهایی کافی نیست، چون کوچک‌ترین بی‌نظمی در مسیر نور لکه‌ها یا هاله‌هایی ایجاد می‌کند که تصویر سیاره را می‌پوشانند.

کروناگراف رومن برای اصلاح بی‌نظمی‌های نوری از دو آینه با سطوح انطباقی بهره می‌برد. پشت هر آینه ۲۳۰۴ قطعه‌ی بسیار کوچک عملگر در شبکه‌ای ۴۸ در ۴۸ قرار گرفته‌اند که سطح آینه را با دقتی در حد ۱۰ پیکومتر (برابر با قطر یک اتم هیدروژن) تغییر می‌دهند. همین تغییرات ریز نقص‌های نوری را در لحظه خنثی می‌کند تا تصویر شفاف سیاره آشکار شود.

کروناگراف قرار نیست در مدتی کوتاه ده‌ها سیاره‌ی مشابه زمین کشف کند. ناسا می‌خواهد ببیند این فناوری در فضا هم کار می‌کند یا نه، آزمایشی در شرایط واقعی فضا برای سنجش تجهیزاتی که تلسکوپ‌های نسل بعد برای تصویربرداری مستقیم از سیارات مشابه زمین به آن‌ها نیاز دارند.

آینه‌ای که زمانی بخشی از فناوری شناسایی نظامی بود، اکنون سکویی برای آزمودن راه‌های نوینی محسوب می‌شود که شاید نسل آینده با آن جو سیاره‌های دور را بررسی کند.

رومن در مأموریت پنج‌ساله‌ی خود، سیلابی بی‌سابقه از داده‌های کیهانی را روانه‌ی زمین می‌کند، آرشیوی عظیم با حجم تخمینی ۲۰ پتابایت معادل ۲۰ هزار ترابایت. البته این حجم خیره‌کننده، تنها حاصل وضوح بالای دوربین ۳۰۰ مگاپیکسلی نیست و از پایش مستمر و تصویربرداری مکرر از پهنه‌های عظیم آسمان به دست می‌آید.

مجموعه‌داده‌ها را نمی‌توان روی کامپیوتر یک پژوهشگر نگه داشت، به همین دلیل ناسا و مؤسسه‌ی علوم تلسکوپ فضایی یک زیرساخت ابری قدرتمند را توسعه داده‌اند تا دانشمندان به‌جای انتقال همه‌ی فایل‌ها، ابزارهای تحلیل خود را به محل نگهداری داده ببرند. بدین ترتیب، رومن علاوه بر تغییر شیوه‌ی رصد کیهان، الگوی کار با آرشیوهای فضایی را نیز دگرگون می‌کند.

یکی دیگر از زوایای قابل‌تحسین مأموریت رومن، به مالکیت داده‌ها بر می‌گردد. برخلاف بسیاری از مأموریت‌ها که پژوهشگران رصدکننده‌ی اولیه تا مدتی از حق استفاده‌ی انحصاری داده‌ها برخوردارند، اطلاعات رومن چنین دوره‌ای نخواهند داشت.

زندگی جدید آینه با دسترسی آزاد به نتایج معنای کامل‌تری پیدا می‌کند. اگر تجهیزات NRO در یکی از ماهواره‌های شناسایی، یا پروژه‌های جاسوسی به‌کاررفته بود؛ ارزشش را تصاویری محرمانه تعریف می‌کردند. ولی امروز تاثیرگذاری علمی‌اش تا حد زیادی به این بستگی دارد که افراد بیشتری خروجی‌ها را ببینند و با روش‌های مختلف بررسی کنند.

رومن هم‌اکنون در سفری سه‌ماهه به‌سوی مدار خود پیرامون نقطه‌ی لاگرانژی دوم خورشید و زمین به سر می‌برد. از آن فاصله، زمین و خورشید در یک‌سوی تلسکوپ قرار می‌گیرند و رصدخانه می‌تواند با شرایطی پایدار به بخش‌های وسیعی از آسمان نگاه کند. پس از استقرار و آزمایش ابزارها، نخستین تصاویر علمی آن باید از همان آینه‌ای عبور کنند که زمانی برای مأموریتی دیگر تراش‌خورده بود.

سازمان شناسایی ملی آمریکا هرگز تمام داستان گذشته‌ی آینه تعریف نکرد و شاید این ابهام همیشه بخشی از هویت رومن باقی بماند. اما برای دانشمندان و حتی مردم؛ سرنوشت تصاویر آینده واضح به نظر می‌رسد. چشمی که برای نگاه‌کردن به پایین ساخته شد؛ حالا رو به بیرون ایستاده و آنچه می‌بیند، دیگر در پرونده‌ای محرمانه مهر نمی‌خورد.