منافس هابل التابع لناسا ينطلق يوم الأحد

موعد يوم الأحد الذي كاد ألا يأتي

من المقرر أن ينطلق تلسكوب نانسي غريس رومان الفضائي، بتكلفة 4.3 مليارات دولار، من منصة 39A في مركز كينيدي للفضاء الساعة 7:26 صباحًا بالتوقيت الشرقي يوم الأحد 30 أغسطس (4:26 صباحًا بالتوقيت الهادئ) على متن فالكون هيفي التابعة لشركة سبيس إكس. التوقيت دقيق لأن نافذة الإطلاق كذلك. والمفارقة كذلك. فالمقراب سيطير قبل موعده بتسعة أشهر، بل إنه سيطير أصلًا فقط بعد نجاته من محاولات متكررة للإلغاء من البيت الأبيض.

رومان هو التلسكوب الفضائي التالي واسع المجال التابع للوكالة، وقد سُمّي باسم عالمة الفلك التي بنت برنامج ناسا المبكر للفيزياء الفلكية، وجادلت، قبل وقت طويل من شيوع الفكرة، بأن السماء ينبغي مسحها لا مجرد أخذ عينات منها. أثبت هابل أن مرآة كبيرة فوق الغلاف الجوي يمكن أن تعيد كتابة علم الكونيات. ورومان هو الأداة المصممة لتنفيذ عملية إعادة الكتابة تلك على نطاق صناعي. إنه ليس بديلًا بالمعنى الضيق. سيواصل هابل التحديق. أما رومان فسيمسح السماء.

موقع الإطلاق هو الخرسانة نفسها التي أرسلت البشر إلى القمر والحمولات الثقيلة إلى الفضاء العميق. وأصبحت المنصة 39A الآن مسرحًا تجاريًا بقدر ما هي حكومية. أما المركبة فهي فالكون هيفي، الصاروخ ذو النوى الثلاث الذي تستخدمه سبيس إكس عندما تكون الحمولة ضخمة والوجهة بعيدة. والوجهة ليست مدارًا أرضيًا منخفضًا. فرومان متجه إلى نقطة لاغرانج الثانية بين الأرض والشمس، وهي موقع انتظار جاذبي بعيد وراء القمر بكثير، حيث يتيح تجاذب الأرض والشمس للمركبة الفضائية أن تحافظ على موقع ثابت مع رؤية واضحة وباردة للكون.

لا تتجاوز ملاءمة الطقس ليوم الأحد 50 بالمئة. ويُعد يوم الاثنين موعدًا احتياطيًا. فلوريدا في أواخر أغسطس لا تفاوض قوائم الحمولات. والتنبؤ بنسبة خمسين بالمئة لا يعني إلغاء الإطلاق. بل هو تذكير بأن تلسكوبًا نجا من الإلغاء السياسي قد يتأخر مع ذلك بسبب عاصفة رعدية.

مرآة لقمر تجسس أُعيد بناؤها للعمل بالأشعة تحت الحمراء

مرآة رومان الأساسية، البالغ قطرها 2.4 متر، بالحجم نفسه لمرآة هابل. وهذه ليست مصادفة تصميمية بقدر ما هي مصادفة فائض. فقد تبرع مكتب الاستطلاع الوطني بالزجاج من برنامج ملغى لأقمار التجسس، وأعيد تشكيله للعمل بالأشعة تحت الحمراء في الفضاء العميق. والمرآة التي كان يفترض أن تنظر إلى الأسفل، بتفاصيل فائقة الدقة، إلى الأرض، ستنظر بدلًا من ذلك إلى الخارج، بتفاصيل فائقة الدقة، إلى مجرات بعيدة إلى درجة أن ضوءها تمدد حتى نطاق الأشعة تحت الحمراء.

هذه الهدية واحدة من أغرب قصص النشأة في علم الفلك الحديث. لطالما تشابهت الأنظمة البصرية السرية والمراصد المدنية في بعض السمات: مرايا كبيرة ومستقرة، وحواجز ضوئية مدروسة بعناية، وكواشف قادرة على تثبيت إشارة خافتة وسط خلفية صاخبة. وعندما ينتهي برنامج لقمر تجسس مع وجود معدات غير مستخدمة، لا تنسى المعدات كيفية جمع الفوتونات. إنها تحتاج فقط إلى وصفة جديدة. وإعادة تشكيل بصريات بقطر 2.4 متر لعلم الفلك بالأشعة تحت الحمراء ليست مهمة تلميع وشحن. إذ يجب أن يكون السطح مناسبًا لنطاق مختلف من الضوء، وبيئة حرارية مختلفة، وطبيعة علمية مختلفة. بُني هابل ليكون أداة عامة حادة في الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي والأشعة القريبة من تحت الحمراء. أما رومان فيُرسل للعمل حيث أخفى الكون المتوسع الكثير من التاريخ الذي جعل هابل مشهورًا.

المقارنة مع هابل لا تُقاوم، وهي غير منصفة قليلًا. تكمن قوة هابل في العمق ضمن رقعة صغيرة: تحديق طويل يحول حقلًا مظلمًا إلى متحف للمجرات. أما قوة رومان ففي الاتساع. الفتحة نفسها تقريبًا، لكن المهمة مختلفة. وقد جعل تبرع مكتب الاستطلاع الوطني هذه المهمة ميسورة بما يكفي كي تنجو، بالكاد، من معارك الميزانية التي تلاحق كل مهمة كبيرة للفيزياء الفلكية التابعة لناسا. فمرصد بتكلفة 4.3 مليارات دولار يظل مرصدًا بتكلفة 4.3 مليارات دولار. لكنه أرخص مما كان سيكون عليه لو بدأت الوكالة بصنع المرآة من الصفر.

الأشعة تحت الحمراء هي جوهر الأمر. فالمجرات البعيدة تبتعد بسرعة كبيرة إلى درجة أن ضوء النجوم الذي كنا سنراه أزرق أو أصفر يصل إلينا على هيئة حرارة. والطاقة المظلمة، وهي التسارع غير المفسر للتمدد الكوني، قصة مكتوبة في ذلك الضوء المتمدد. وكذلك إحصاء المجرات التي تشكلت عندما كان عمر الكون جزءًا من عمره الحالي. والتلسكوب الذي لا يستطيع العمل جيدًا بالأشعة تحت الحمراء لا يمكنه تنفيذ المسح الذي بيع رومان من أجله. فالمرآة التجسسية المعاد تشكيلها هي الطريقة التي منحت بها ناسا مهمة واسعة المجال بالأشعة تحت الحمراء عينًا من مستوى هابل.

كاميرا تتفوق على هابل سرعةً

ستمَسح كاميرا بدقة 300 ميغابكسل السماء بسرعة تفوق هابل بنحو 1,000 مرة. هذا الرقم هو المهمة نفسها. فكameras هابل رائعة وبطيئة بمقاييس المسح. ولم تُصمم قط لتغطية السماء على شكل فسيفساء. أما المستوى البؤري لرومان فصُمم لذلك. وستملأ الصورة الكاملة الواحدة نصف مليون تلفاز بدقة 4K. قد تكون هذه المقارنة مسطرةً من مكتب العلاقات العامة، لكنها أيضًا وصف منصف لمشكلة البيانات. فإطار رومان الواحد ليس صورة جميلة بمعنى صور هابل. إنه مساحة شاسعة من السماء.

ولا تعني السرعة هنا أن المركبة الفضائية تندفع. بل تعني أن الجمع بين مجال رؤية واسع وكاشف ضخم يتيح لرومان جمع، خلال أسابيع، ما قد تحتاج حملة على نمط هابل إلى سنوات لجمعه، إن استطاعت جمعه أصلًا. إن كون رومان أسرع بنحو 1,000 مرة هو الفرق بين تحفة فنية وخريطة. وقد ظل علم الكونيات، طوال جيل، عالقًا بين عينات فائقة الدقة وخرائط غير مكتملة. فالطاقة المظلمة حجة إحصائية. وتوتر هابل حجة إحصائية. والعثور على عشرات الآلاف من الكواكب الخارجية بالعدسات الميكروية حجة إحصائية. ولا يمكن إنهاء أي من هذه المشاريع بالتحديق في حقل واحد جميل.

ولذلك فمواصفة الأداة البالغة 300 ميغابكسل ليست استعراضًا. إنها السبب الذي يجعل فئة المرآة نفسها، بقطر 2.4 متر، قادرة على تنفيذ نوع مختلف من العلم. فقد جعلت دقة هابل المجرات الفردية موضوعات لسير ذاتية. أما إتاء رومان — حاصل ضرب الفتحة في المجال — فيجعل تجمع المجرات بأكمله إحصاءً. ومليار مجرة ليس شعارًا إذا كانت الكاميرا عاجزة عن مواكبة ذلك. وصورة نصف مليون تلفاز هي الشكل الذي يتخذه إحصاء مليار مجرة في طريقه إلى الأرض.

وهناك نتيجة تشغيلية لذلك. فالتلسكوب بهذه السرعة ينتج أرشيفًا بهذا الحجم. لطالما كانت الحجة العلنية لرومان هي العلم. أما الحجة الخفية فهي أن الأرشيف سيعيش أطول من المركبة الفضائية. لقد أصبح أرشيف هابل مرصدًا ثانيًا. وسيكون أرشيف رومان أكبر منذ اليوم الأول لفتحه.

من نقطة L2، إحصاء ومطاردة

من نقطة لاغرانج الثانية بين الأرض والشمس، سيجري رومان إحصاء مليار مجرة، ويبحث عن الطاقة المظلمة وتوتر هابل، ويستخدم العدسات الميكروية للعثور على عشرات الآلاف من الكواكب الخارجية. وهذه ليست ثلاثة مشاريع جانبية. إنها العتاد نفسه مستخدمًا بثلاث طرق.

وتوفر L2 السبب العملي الذي يجعل العتاد قادرًا على تنفيذ أي منها. فعلى مقربة من الأرض، يكافح تلسكوب واسع المجال يعمل بالأشعة تحت الحمراء الحرارة والضوء الشارد وكوكبًا يملأ قدرًا كبيرًا من السماء. أما في L2، فتقع الأرض والشمس في الاتجاه نفسه تقريبًا، ما يتيح لدرع شمسي واحد أن يؤدي قدرًا كبيرًا من العمل. ويمكن للمركبة أن تحدق في حمام حراري مظلم ومستقر، وأن تلتقط التعريضات الطويلة والمتساوية التي يحتاجها المسح. ولم يحظَ هابل، في مداره الأرضي المنخفض، بهذه الرفاهية قط. فهو يدخل إلى ضوء الشمس وضوء الأرض ومنطقة جنوب الأطلسي الشاذة ويخرج منها. أما رومان فيُرسل إلى مكان تبقى فيه السماء ثابتة.

إحصاء المليار مجرة هو العمود الفقري. فالمجرات جسيمات اختبار في نمو البنية الكونية. وتشفّر مواقعها وأشكالها ومسافاتها كيفية جذب الجاذبية للمادة معًا، وكيف دفع شيء آخر — الطاقة المظلمة — الفضاء بعيدًا عن بعضه. وتحول عدسات الجاذبية الضعيفة، أي التشوه الطفيف في أشكال المجرات الخلفية بفعل الكتلة الأمامية، ذلك الإحصاء إلى خريطة للمادة المظلمة. وتحوله عملية التكتل إلى تاريخ للتمدد. وصُمم رومان بحيث لا تكون هذه القياسات مقيدة بعدد المجرات التي يستطيع التلسكوب العثور عليها. فالمليار هو حجم العينة الذي أراده علم الكونيات منذ أولى الإشارات إلى أن التمدد يتسارع.

الطاقة المظلمة هي اسم التسارع، وليست تفسيره. ويعامل النموذج الكوني المعياري الطاقة المظلمة بوصفها ثابتًا، أي طاقة فراغ لا تتغير مع نمو الكون. وقد نجح ذلك الافتراض نجاحًا مذهلًا، وأصبح غير مريح على نحو متزايد. فإذا كان الثابت خاطئًا — إذا كانت الطاقة المظلمة تتطور، أو إذا انحرفت الجاذبية نفسها عن وصف أينشتاين على أكبر المقاييس — فإن المسح الواسع والعميق بالأشعة تحت الحمراء هو إحدى الطرق القليلة لمعرفة ذلك. ومطاردة رومان ليست بحثًا عن جسيم جديد في كهف. إنها بحث عن عدم تطابق بين تنبؤات النموذج وأشكال ومسافات مليار مجرة.

أما توتر هابل فهو نسخة أكثر حدة من القلق نفسه. فطريقتان دقيقتان لقياس سرعة تمدد الكون لا تتفقان. تعمل إحدى الطريقتين صعودًا انطلاقًا من النجوم والمستعرات العظمى القريبة. وتعمل الأخرى نزولًا من توهج الانفجار العظيم اللاحق. ولم تختفِ الفجوة مع تحسن البيانات. بل ترسخت. والمهمة القادرة على تحسين سلم المسافات المحلي ورسم تاريخ التمدد على المقاييس الكبيرة هي مهمة موجهة إلى تلك الفجوة. وقد طُرح رومان، جزئيًا، بوصفه وسيلة لتحديد ما إذا كان التوتر خطأً لم نعثر عليه بعد، أم صدعًا في النموذج.

أما العدسات الميكروية فهي نصف البرنامج الخاص بالكواكب. فعندما يمر نجم، أو نجم له كواكب، أمام نجم أبعد منه تقريبًا في خط واحد، تعمل الجاذبية على تكبير ضوء الخلفية لفترة وجيزة. ويمكن لشكل ذلك الوميض أن يكشف عوالم تقع بعيدًا عن نجومها، بما فيها كواكب لا يمكن رؤيتها بطرائق العبور والسرعة الشعاعية التي هيمنت على العقدين الماضيين. والفضاء هو المكان المناسب لتنفيذ ذلك. فسلسلة زمنية متصلة وغير محجوبة من L2 يمكنها التقاط أحداث تستمر أيامًا وشذوذات تستمر ساعات. وتصبح عشرات الآلاف من الكواكب الخارجية محصولًا ممكنًا عندما تستطيع كاميرا بدقة 300 ميغابكسل مراقبة حقول نجمية كثيفة دون انقطاعات الليل المداري حول الأرض. والكواكب التي يُرجح أن يضيفها رومان ليست تلك الموجودة أصلًا في الفهارس. بل هي التي تدور في مدارات واسعة وباردة ولم تُرصد بما يكفي — وهي الفئة التي تحدد ما إذا كان نظامنا الشمسي نموذجيًا.

جهاز إكليل ضوئي وعوالم أخفت بمئة مليون مرة

يهدف جهاز إكليل ضوئي إلى رؤية عوالم بحجم المشتري أخفت من نجومها بمئة مليون مرة. وهذه الجملة سهلة القراءة، وتكاد تكون مستحيلة التنفيذ.

جهاز الإكليل الضوئي هو قناع ومجموعة من البصريات تحجب نجمًا كي يمكن تصوير المنطقة الخافتة المحيطة به. وقد استخدمت التلسكوبات الأرضية نسخًا من هذه الحيلة لعقود. لكن الغلاف الجوي للأرض يبطل قدرًا كبيرًا من العمل. أما في الفضاء، فالتلسكوب نفسه هو الحد: الضوء المتشتت، وبقايا ضوء النجم، والعيوب الصغيرة في مرآة قطرها 2.4 متر لم تُشكّل أصلًا لهذه المهمة. إن كون الكوكب أخفت بمئة مليون مرة هو التباين اللازم لانتزاع كوكب بحجم المشتري من وهج نجم شبيه بالشمس على مسافة مفيدة. وجهاز رومان الإكليلي الضوئي عرض تقني ذو قيمة علمية حقيقية. فإذا نجح، فسيكون مستكشفًا أوليًا للبعثات الأكبر التي ستصور عوالم بحجم الأرض. وإذا نجح جزئيًا فقط، فسيظل يعلم المهندسين كيفية تثبيت ظل إلى هذا الحد.

وتوجد الأداة إلى جانب كاميرا المسح، لا بدلًا منها. فلا يُطلق رومان بوصفه مصورًا للكواكب الخارجية ينفذ علم الكونيات أيضًا. إنه تلسكوب مسح يحمل جهازًا إكليليًا ضوئيًا لأن المنصة المستقرة نفسها في L2 فرصة نادرة. وعوالم بحجم المشتري هي الأهداف الأولى الواقعية: أكبر حجمًا، وأكثر سطوعًا في الضوء المنعكس أو الانبعاث الحراري من كوكب صخري، ومع ذلك أخفت بمئة مليون مرة من النجم الذي يطغى عليها. وهذا الرقم هو السبب في أنه لا ينبغي لأحد أن يخلط بين الأمر وبين بطاقة بريدية من أرض أخرى. وهو أيضًا سبب أهمية المحاولة.

العدسات الميكروية وجهاز الإكليل الضوئي متكاملان لا متكرران. فالعدسات الميكروية تعثر على الكواكب من خلال جاذبيتها ولا تحتاج إلى رؤيتها. أما جهاز الإكليل الضوئي فيحاول رؤيتها وسيعثر على عدد أقل بكثير منها. ويرسم الاثنان معًا برنامجًا يتعامل مع الكواكب الخارجية بوصفها مجموعة من السكان وعوالم فردية. عشرات الآلاف عبر الوميض؛ وحفنة، إذا صمدت البصريات، عبر الصورة.

عالمة مشروع ونموذج قد يكون خاطئًا

قالت عالمة المشروع جولي مكنيري إن المسوحات قد تُظهر أن النموذج الكوني المعياري خاطئ. وهي لا تعد بثورة. بل تصف الغاية من إنفاق 4.3 مليارات دولار على خريطة.

لقد صمد النموذج المعياري — مادة، قليل منها عادي وكثير منها مظلم، بالإضافة إلى ثابت كوني — أمام كل مسح كبير خلال السنوات العشرين الماضية، وإن كان ذلك أحيانًا على نحو غير مريح. فهو يطابق الخلفية الكونية الميكروية. ويطابق الشكل العام لتكتل المجرات. لكنه لا يطابق، من دون إجهاد، كل قياس محلي لمعدل التمدد. ولا يفسر ماهية الطاقة المظلمة. ولا يفسر لماذا تفوق طاقة الفراغ في نظرية الحقول الكمومية الطاقةَ التي نرصدها للتسارع بمراتب كثيرة، إلا بمعاملة ذلك التناقض على أنه مشكلة شخص آخر. والمسح الذي يمكن أن يكون خاطئًا بطريقة حاسمة أكثر قيمة من مسح لا يستطيع إلا أن يكون أكثر دقة بشأن نموذج يستخدمه الجميع أصلًا.

تصريح مكنيري هو النسخة الصادقة من الخطاب الترويجي. قد يؤكد رومان النموذج بعينة لا يستطيع أحد مجادلتها. وقد يُظهر أن الطاقة المظلمة ليست ثابتة. وقد يزيد توتر هابل حدةً إلى درجة لا يمكن معها إلقاء اللوم على نجم لم تتم معايرته جيدًا. وقد لا يفعل أيًا من ذلك، ويترك مع ذلك أرشيفًا لمليار مجرة تستخدمه الأجيال القادمة لطرح سؤال أفضل. والمخاطرة التي تسميها عالمة المشروع هي المخاطرة التي بُنيت المهمة لخوضها.

ولا يحدث أي من ذلك إذا لم يطر الصاروخ. فمحاولات الإلغاء المتكررة من البيت الأبيض لم تكن حبكة فرعية. بل كانت نهاية وشيكة. فمهام ناسا العلمية الكبيرة تعيش أو تموت في دورات ميزانية لا علاقة كبيرة لها بمدى جاهزية كاميرا بدقة 300 ميغابكسل. نجا رومان من تلك المحاولات، ثم تقدم على موعده — قبل تسعة أشهر — وهو إنجاز أندر في هذا المجال من إطلاق ناجح. والتقدم على الموعد لا يعني الأمان. بل يعني الجاهزية الكافية لاستخدام صباح أحد على المنصة 39A.

طقس مناصف وانتظار حتى الاثنين

تكاد القصة التشغيلية عشية الإطلاق تكون عادية بعد القصة السياسية. ولا تتجاوز ملاءمة الطقس ليوم الأحد نحو 50 بالمئة. ويُعد يوم الاثنين موعدًا احتياطيًا. فمركز كينيدي للفضاء في أواخر أغسطس مكان تتشكل فيه عواصف نسيم البحر بعد الظهر، وترفض فيه الرياح على الارتفاعات العليا التوافق مع منطقة الراحة الخاصة بالصاروخ. يمكن لفالكون هيفي الانتظار يومًا. ويمكن لتلسكوب انتظر بالفعل خلال تهديدات الإلغاء أن ينتظر يومًا. لكن العلم لا يستطيع أن يبدأ قبل أن تكون المركبة الفضائية في طريقها إلى L2، ولا يمكن الوصول إلى L2 قبل إشعال النوى.

إذا صمد يوم الأحد، فسيكون التسلسل مألوفًا ومدهشًا مع ذلك: منصة مكدسة قبل الفجر على 39A، وانطلاق ثقيل عند الساعة 7:26 صباحًا بالتوقيت الشرقي، و4:26 صباحًا بالتوقيت الهادئ، وحمولة بدأت كزجاج استطلاع متبقٍ تصعد نحو نقطة في الفضاء يمكنها عندها تصوير السماء بسرعة تفوق هابل بنحو 1,000 مرة. وإذا لم يصمد يوم الأحد، فستحاول المنصة نفسها مجددًا يوم الاثنين. والتنبؤ رمية عملة. أما المهمة، بعد معارك الميزانية، فليست كذلك.

رومان ليس هابل. له قطر مرآة هابل نفسه، وكاميرا أسرع، وموقع انتظار أكثر ظلمة، وقائمة مهام تتعامل مع الكون بوصفه مجموعة بيانات لا معرضًا. وسيحاول إحصاء مليار مجرة، ووزن الطاقة المظلمة، واستجواب توتر هابل، والعثور على عشرات الآلاف من الكواكب الخارجية في الزيادة اللحظية في سطوع النجوم الخلفية، والبحث، باستخدام جهاز إكليلي ضوئي، عن عوالم بحجم المشتري أخفت من شموسها بمئة مليون مرة. وقد قالت جولي مكنيري بالفعل، بصوت واضح، ما الذي صُمم العتاد من أجله. فقد تُظهر المسوحات أن النموذج الكوني المعياري خاطئ. لكن ينبغي أولًا أن يكون الطقس أفضل من الاحتمال المتساوي. ثم يجب على فالكون هيفي أن يفعل ما يحتاج إليه مرصد بتكلفة 4.3 مليارات دولار، متقدم تسعة أشهر على جدوله القديم ومحظوظ بوجوده، أي أن يغادر المنصة 39A ويبتعد عن الأرض.