Cosmos · · 3 min read
ناسا تختار تلسكوب PRIMA لدراسة الكون الخفي في نطاق الأشعة تحت الحمراء البعيدة
اختارت ناسا PRIMA، وهو تلسكوب فضائي بتكلفة قدرها 1 مليار دولار، سيستخدم تبريدًا شديدًا وكواشف متقدمة للتحقيق في النجوم والمجرات والكواكب والغبار الكوني.
اختارت ناسا تلسكوبًا فضائيًا جديدًا مصممًا لرصد الكون في ضوء الأشعة تحت الحمراء البعيدة، وهي نطاق من الأطوال الموجية لا تستطيع المراصد الحالية رؤيته بفاعلية. وستطوّر المهمة، التي تبلغ تكلفتها 1 مليار دولار وتحمل اسم PRIMA، وتشغّلها مختبر الدفع النفاث التابع لناسا، والذي يديره معهد كاليفورنيا للتقنية (Caltech).
ستفحص مهمة المسبار للأشعة تحت الحمراء البعيدة في الفيزياء الفلكية، PRIMA، أجسامًا وعمليات تحجبها تلسكوبات الضوء المرئي. وسيدير مركز IPAC التابع لـCaltech المركز العلمي للمهمة، إذ سيتولى تلقي الرصدات ومعالجتها، وحفظ البيانات الناتجة، وتنسيق وصول علماء الفلك إلى المرصد.
تهدف PRIMA إلى الإجابة عن أسئلة حول كيفية تطور المجرات والثقوب السوداء فائقة الكتلة، وكيف تنشأ النجوم والأنظمة الكوكبية، وكيف تكتسب الأغلفة الجوية للكواكب تركيباتها. كما سيستخدمها العلماء للتحقيق في أصول الغبار والعناصر الأثقل في أنحاء الكون.
رؤية أبرد وأكثر حدة
سيُبرَّد التلسكوب وكواشفه إلى مئات الدرجات تحت الصفر. ويهدف خفض درجة حرارتها إلى كبح التداخل المرتبط بالحرارة، الذي يمكن أن يطمس الإشارات الخافتة القادمة من مصادر كونية بعيدة أو يطغى عليها.
تقول ناسا إن التصميم سيجعل PRIMA أكثر حساسية بكثير من مهام الأشعة تحت الحمراء البعيدة السابقة، مع إنتاج صور عالية التفصيل على نحو استثنائي. وسيغطي المرصد أطوالًا موجية من 24 إلى 235 ميكرومترًا. ويبلغ الطرف الأقصر نحو ثلث سُمك شعرة بشرية؛ أما الأطوال الموجية الأطول فتعادل تقريبًا قطعتين من الورق مكدستين فوق بعضهما.
وسيوجّه تلسكوب يبلغ قطره 1.8 متر ومبرّد بالتبريد العميق الضوء إلى أداتين رئيسيتين. وستستخدم PRIMAger قياس الاستقطاب التصويري لمسح مساحات واسعة من السماء، بينما ستوفر FIRESS التحليل الطيفي عالي الدقة ومتعدد الأنماط. وستتيح الأداتان معًا للباحثين دراسة مواقع الأجسام البعيدة، إلى جانب المعلومات الفيزيائية والكيميائية المشفَّرة في ضوئها.
وتشمل أهداف المهمة ولادة النجوم والأنظمة الكوكبية، وتغير خصائص المجرات عبر التاريخ الكوني، والأغلفة الجوية للكواكب الخارجية، والأجسام الموجودة داخل نظامنا الشمسي. ووصفت نائبة مدير ناسا نِكي فوكس PRIMA بأنها وسيلة جديدة للتحقيق في تشكّل الكواكب والنجوم والثقوب السوداء، فضلًا عن تاريخ المياه على الأرض.
فئة جديدة من المهام
ستكون PRIMA أول مهمة لناسا في الفيزياء الفلكية ضمن فئة المسابير. وقد أوصى بهذه الفئة المسح العقدي Astro 2020، الذي قادته عالمة الفيزياء في Caltech فيونا هاريسون. وتهدف مهام المسابير إلى شغل المساحة بين مهام إكسبلورر الأصغر، مثل SPHEREx، والمراصد الرائدة الكبرى، ومنها تلسكوب نانسي غريس رومان الفضائي.
وسيشرف مختبر الدفع النفاث على هندسة المهمة وهندسة أنظمتها، كما سيدمج المركبة الفضائية مع حمولتها العلمية. وقد شارك Caltech ومختبر الدفع النفاث في وضع مفهوم PRIMA وتطوير تقنياتها، مستفيدين من عقود من العمل في علم فلك الأشعة تحت الحمراء.
وسيَعتمد المرصد على كواشف الحث الحركي الميكروي فائقة التوصيل، المعروفة أيضًا باسم MKIDs أو KIDs. وقد طوّر عالم الفيزياء في Caltech يوناس تسمويدزيناس ومهندس مختبر الدفع النفاث ريك لودوك هذه التقنية في عام 1999. ووفقًا للجامعة، بدأ العمل المبكر على استخدام المواد فائقة التوصيل لرصد الأشعة تحت الحمراء البعيدة بصورة غير رسمية في مقهى بالقرب من Caltech.
واختُبرت الكواشف في مرصد Caltech دون المليمتري المغلق حاليًا في هاواي عام 2007، ثم حلّقت لاحقًا على متن أدوات أرضية وبالونية. وخلال السنوات الخمس الماضية، عمل باحثون في Caltech ومختبر الدفع النفاث ومختبر الأجهزة الدقيقة التابع لمختبر الدفع النفاث على تحسين حساسية المصفوفات وجعلها متينة بما يكفي للرحلات الفضائية. وقد أثبتت النماذج الأولية للمصفوفات الآن الجاهزية المطلوبة لـPRIMA.
وقال تسمويدزيناس إن التطوير الطويل للتقنية أوجد فرصة لزيادة كبيرة في الحساسية ضمن جزء من الطيف لم يحظَ بالاستكشاف الكافي نسبيًا. وقال Caltech إن التحسن المتوقع قد يبلغ نحو ألف ضعف.
بيانات لمجتمع علم الفلك الأوسع
سيدعم IPAC تخطيط المهمة، وجدولة الرصد، والمعايرة، ومعالجة البيانات. وستُخزَّن رصدات التلسكوب في أرشيف علوم الأشعة تحت الحمراء، الذي يضم بالفعل بيانات من أكثر من 20 مهمة تابعة لناسا.
وسيستفيد المركز من الخبرة المكتسبة من مهام تشمل تلسكوب سبيتزر الفضائي التابع لناسا، الذي عمل من 2003 إلى 2020، ومهمة SPHEREx التابعة لناسا، ومرصد هيرشل التابع لوكالة الفضاء الأوروبية. كما دعم IPAC مراصد على الأرض، وطوّر خبرات سيُستفاد منها في تشغيل PRIMA.
وبمجرد أن يعمل المرصد بكامل طاقته، يُتوقع تخصيص نحو 75 في المئة من وقته الرصدي من خلال مقترحات تخضع لمراجعة الأقران ويقدمها المجتمع العلمي الأوسع. وقد قُدّمت بالفعل قرابة 200 فكرة مقترحة لاستخدام بيانات PRIMA من أكثر من 400 عالم فلك.
ومن مجالات الاهتمام دراسة التدفقات الجزيئية الخارجة من المجرات. ويمكن أن ترافق هذه التيارات من المادة فترات تشكّل النجوم السريع أو نشاط الثقب الأسود المركزي في المجرة، وقد تؤثر في كيفية نمو المجرات. وقد رصد هيرشل مثل هذه التدفقات الخارجة في عدد محدود من المجرات القريبة؛ ومن المقرر أن توسّع PRIMA هذا النوع من الأبحاث ليشمل نطاقًا أوسع بكثير من التاريخ الكوني.