راهنمای سیاره‌یاب شدن برای زمینی‌ها (به سبک خودمونی!)

شاید فکر کنی پیدا کردن سیاره‌های جدید یه کار تخیلی و سخت باشه که فقط مال فیلم‌های علمی-تخیلیه. اما بذار یه قصه‌ی واقعی و پر از ماجرای امروزی رو واست تعریف کنم؛ یه ماجرای پر هیجان از دنیای اخترشناسی و شکار سیاره‌های خارج از منظومه شمسی (که بهشون می‌گن “اگزوپلنت”، یعنی سیاره‌هایی که دور ستاره‌ای غیر از خورشید خودمون می‌چرخن).

نقش اصلی این داستان کسی نیست جز ربکا جنسن-کلم، دانشمند خوش‌ذوق و باهوش دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز. ربکا نه‌تنها دنبال پیدا کردن سیاره‌های ناشناخته ست، بلکه کل خلاقیت و تکنولوژی رو پشت کارش آورده تا بتونه بدون اینکه حتی لازم باشه زمین رو ترک کنه، سیاره‌هایی رو ببینه که تا حالا هیچ‌کس حتی فکرشم نمی‌کرد!

قضیه از این قراره: توی رصدخونه‌ی مشهور “کِک” توی هاوایی، یه آیینه‌ی غول‌پیکر دارن که قطرش ۱۰ متره (یعنی تقریباً اندازه یه ساختمان!) و این آیینه از ۳۶ تا شش‌ضلعی (همون “هگزگون” که شبیه شونه‌ی عسل زنبورهاست) مثل پازل کنار هم چیده شدن. این ساختار شیشه‌ای، وظیفه معجزه‌آسایی داره: بازتاب عکس‌هایی از جهان دوردست که بشه باهاش سیاره‌ها رو شکار کرد.

اما چرا شکار سیاره‌ها این همه سخته؟ مشکل اصلی اینه که یا نور ستاره اونقدر زیاده که سیاره‌های کوچولو کنارش دیده نمی‌شن، یا جو زمین خودش کلی شلوغ‌بازیه: باد، دما، حتی یه لحظه که آیینه درست تنظیم نباشه، نور ستاره رو پخش می‌کنه و دیدن سیاره‌های ریز میشه تقریباً غیرممکن. تازه، بعضی از نورها هم اصلاً از جو رد نمی‌شن و می‌رسن به ما! واسه همین معمولاً محقق‌ها عاشق تلسکوپ‌های فضایی مثل “جیمز وب” می‌شن (که حدود ۱۰ میلیارد دلار خرجش بوده!) تا از دست جو کره‌ی زمین راحت شن.

حالا، تیم ربکا چی کار می‌کنن؟ اینا یه رویکرد متفاوت دارن: به‌جای فرستادن تلسکوپ به فضا، با کلی تکنولوژی و نرم‌افزار سعی می‌کنن همین آیینه‌های زمینی رو گَندش کنن به حدی برسن که بتونه با تلسکوپ‌های فضایی رقابت کنه!

اینجا یه تکنیک مهم میاد که بهش می‌گن “اپتیک تطبیقی” (adaptive optics)، یعنی آیینه‌ها و دوربین‌ها لحظه‌به‌لحظه تنظیم می‌شن تا اختلالات جو رو جبران کنن. ربکا و گروهش یه قدم جلوتر رفتن: دارن رو یه نسخه خیلی حرفه‌ای‌تر با اسم باکلاس “اپتیک تطبیقی فوق‌العاده” (extreme adaptive optics) کار می‌کنن. با این روش حتی میشه سیاره‌ای رو دید که ستاره کنارش تا یه میلیارد برابر پرنورتره!

یه بخش از اختراعات اونا، آیینه‌ایه که بهش میگن “آیینه تغییرشکل‌پذیر” (deformable mirror). اصطلاحاً آیینه‌ایه که بخش‌هاش می‌تونن با سرعت سرسام‌آوری (تا ۲۰۰۰ بار در ثانیه!) شکل عوض کنن تا سریعا افت کیفیت تصویر یا لرزش‌ها و باد رو جبران کنن. خیلی باحاله، آره؟ اما حتی با این سرعتم هنوز یه تاخیر می‌مونه: معمولاً آیینه حدود یه میلی‌ثانیه عقب‌تر از شرایط واقعیه و این تو شبی که باد میاد حسابی دهن‌سوزه!

ربکا اول فکر می‌کرد این تاخیر اصلاً قابل حل نیست. چون باید اول داده‌ها محاسبه شن، بعد آیینه تغییر شکل بده؛ هیچ وقت آنی نیس. ولی موقع فوق‌دکترا یه مقاله می‌خونه که از یه ایده جالب حرف زده بود: به‌جای این‌که فقط دنبال شرایط لحظه‌ای باشیم، بیایم گذشته‌ی جو رو بشناسیم و با ریاضی ساده (همون جبر خطی خودمون!) آینده‌ش رو پیش‌بینی کنیم.

با اومدن به سانتا کروز و همکاری با رصدخونه کِک، فرصتی شد این ایده رو تو عمل تست کنه. حتی دوست و همکارش مایکه ون کوتِن رو هم آورد تیمش و کلی با هم رو این نرم‌افزار کار کردن. وقتی برنامه جدیدشون رو روی تلسکوپ تست کردن، نتیجه عجیب بود: با پیش‌بینی و اصلاح اتومات، سیاره‌های خیلی کمرنگ دو تا سه برابر واضح‌تر دیده شدن. سال ۲۰۲۲ این مقاله رو منتشر کردن و کلی سر و صدا راه انداخت.

این کارای خفن باعث شد که ربکا و مایکه جایزه معتبر “New Horizons in Physics” رو از بنیاد Breakthrough ببرن. این جایزه مخصوص پژوهشگرای تازه‌کار ولی خوش‌آتیه‌ ست که نتیجه تحقیق‌شون می‌تونه شناسایی سیاره‌های کوچیک حتی نزدیک ستاره‌های پرنور رو ممکن کنه.

اما ماجرا اینجا تموم نمی‌شه: ربکا تو پروژه جدید ناسا هم هست؛ گروهی برای تلسکوپ فضایی آینده یعنی Habitable Worlds Observatory که قراره عمرش رو بذاره دنبال پیدا کردن نشانه‌های حیات تو فضا! کار ربکا اینه که تا پایان دهه، هدف‌های علمی این ماموریت رو تعیین کنه.

یه بخش هیجان‌انگیز دیگه ماجرا اینه که ربکا و تیمش روی سنسوری به‌نام Zernike wavefront sensor هم کار کردن (یه سنسور پیشرفته که می‌تونه دقیقاً تشخیص بده کدوم قسمت‌های آیینه اصلی حتی یه ذره جابجاشده یا اشتباه نور رو بازتاب می‌ده). این دستگاه اردوگاهی نیست: هر بار لازمه آیینه دوباره کالیبره بشه، ازش استفاده می‌کنن تا تصویرها فوق‌العاده شفاف بمونن و حتی کوچکت‌رین اشتباهات لو بره.

همه اینا تازه شروع کاره! در آینده نزدیک، داده‌های ماموریت عظیم Gaia (گایا، یه پروژه فضایی متعلق به آژانس فضایی اروپا که حرکت و دمای میلیاردها ستاره رو اندازه گرفته) به دست ربکا و تیمش می‌رسه. با این داده‌ها، اونا می‌خوان با بررسی لرزش‌های ریز ستاره‌ها (که بخاطر کشش گرانشی سیاره‌هایی هست که دورش می‌چرخن)، کلی منظومه و سیاره جدید پیدا کنن. بعدش قراره با ابزار جدید تلسکوپ کِک از این سیاره‌ها عکس‌های شفاف بگیرن و اسرار دمایی و جَوّشون رو هم دربیارن.

خیالت راحت: کل این داستان نتیجه یه دهه تلاش مستمر برای زرنگ‌تر کردن تلسکوپ‌هاست. همون طوری که ربکا می‌گه، “این موقع سال بعد، داریم با همه ترفندهای اپتیک تطبیقیمون مسابقه می‌ذاریم که هر چند تا سیاره بیشتر رو بتونیم شکار کنیم!”

خلاصه، شکارچیان سیاره‌ها حسابی دارن جو جدیدی به علم و تکنولوژی می‌دن؛ و این تازه ابتدای مسیره!

منبع: +