خب، بذار یه داستان خفن برات تعریف کنم! شب کریسمس سال ۲۰۲۱، خانواده نشسته بودن پای تلویزیون تا پرتاب تلسکوپ جیمز وبِ ناسا رو تماشا کنن. باورت نمیشه، این تلسکوپ ۱۰ میلیارد دلاری اون قدر حساس و پیشرفته بود که همه حبس نفس کشیده بودن، چون باید از ۳۴۴ تا نقطه ضعف احتمالیِ مسیر عبور می‌کرد تا به مقصد برسه! خلاصه که همه چی عالی پیش رفت و بالاخره همه نفس راحتی کشیدن.
حالا فکر نکن کار تموم شد! تازه اصل ماجرا اون موقع برای تیم ما تو استرالیا شروع شد.
شش ماه بعد، اولین عکس‌های جیمز وب اومد و جهان رو ترکوند: دورترین کهکشان‌هایی که بشر تا حالا دیده بود. ولی ما قرار بود یه کار عجیب‌تر با این غول فضایی بکنیم. می‌خواستیم با بالاترین وضوحش – یه چیزی به اسم “aperture masking interferometer” یا همون AMI که به فارسی میشه “دستگاه تداخل‌سنج با پوشش ورودی” – کار کنیم. این AMI یه تیکه فلز فوق‌العاده دقیق و کوچیکه که میره داخل دوربینِ این تلسکوپ و وضوح تصویرشو باحال‌تر می‌کنه.
جالبیش اینجاست که فقط این تیکه AMI سخت‌افزار استرالیایی داره! طرحش هم کارِ یه اخترشناس استرالیایی به اسم پیتر توتیله. وظیفه‌اش چیه؟ خب، وقتی جیمز وب از ۱۸ تا آینه شش‌ضلعی تشکیل شده باشه (تصورش رو کن، مثل یک کندوی عسله غول‌پیکر)، اگه حتی یک سر سوزن جای آینه‌ها تکون بخوره یا بد تنظیم بشه، قشنگ همه تصویر رو خراب می‌کنه؛ مخصوصاً وقتی بخوای سیاره‌های کوچیک یا جت سیاه‌چاله‌ها رو ببینی که به جزئیات حساسن. AMI با سوراخ‌کاری دقیقی که داره یه جور الگوی نوری درست می‌کنه که به راحتی میشه فهمید آیا جایی تو آینه‌ها یا فوکوس اشکالی هست یا نه.
یادته هابل چه فاجعه‌ای تو آینه ابتدایی‌ش داشت و بعد با کلی هزینه و فرستادن ۷ تا فضانورد دورش رو درست کردن؟ اینجا با جیمز وب اصلاً چنین امکانی نیست! چون تقریباً یک میلیون مایل (=۱.۵ میلیون کیلومتر) باهامون فاصله داره؛ یعنی اصلاً کسی نمی‌تونه بره اون‌جا و چیزی رو تعویض کنه. پس باید خلاقیت به خرج بدیم و راه حل نرم‌افزاری پیدا کنیم.
توی اولین دوربین‌برداری‌هایی که با AMI انجام دادیم، یه معما پیش اومد: عکس‌ها تو ریزترین سطحشون – یعنی حتی در سطح پیکسل‌ها – یکم تار بودن. علتش چی بود؟ یه پدیده‌ی الکترونیکی: پیکسل‌هایی که نورشون زیاد بود، یه کم نور به پیکسل‌های مجاورشون نشت می‌دادن. یه توضیح کوچیک: پیکسل یعنی همون نقاط ریز تو سنسور دوربین که تصویر رو می‌سازن. این رفتار عجیب دوربین‌های فروسرخه (infrared camera یعنی دوربین‌هایی که نور نامرئی با طول موج بلند رو می‌گیرن) و تو وب شدیدتر خودش رو نشون داده بود.
این تارشدگی یه مشکل اساسی میشه وقتی بخوای سیاره‌هایی رو ببینی که هزاران برابر کم‌نورتر از ستاره‌شون هستن و فقط چند پیکسل اون‌ورتر از مرکز تصویر قرار دارن؛ یعنی دقیقاً اون ماموریتی که براش جیمز وب ساخته شده! سریع تحقیقات شروع شد: نتایج نشون داد که حساسیتِ تلسکوپ برای سیاراتِ کم‌نورِ اطراف ستاره بدتر از چیزی بود که انتظارش رو داشتیم، اونم ده برابر!
اینجا دست‌به‌کار شدیم تا یه راهی برای تیز کردن تصویر پیدا کنیم. چی کار کردیم؟ یک مدل کامپیوتری ساختیم که فرایند نور و تصویرسازی AMI رو شبیه‌سازی می‌کرد و می‌تونست شکل آینه‌ها و حتی رنگ ستاره‌ها رو تغییر بده. بعد این مدل رو وصل کردیم به یک مدل یادگیری ماشین (Machine learning یعنی الگوریتم‌هایی که مثل مغز آدم با دیتا تمرین می‌کنن و پیش‌بینی می‌کنن)، که دیتای خروجی رو اصلاح می‌کرد. عملاً توی پردازش دیجیتال عکس، همه اون تاری‌ها رو حسابی شفاف کردیم.
نتیجه‌ش فوق‌العاده بود! مثلاً ستاره HD 206893 رو در نظر بگیر؛ قبلاً می‌دونستیم یه سیاره خیلی کم‌نور و یه کوتوله قهوه‌ای عجیب داره (کوتوله قهوه‌ای یعنی چیزی بین سیاره و ستاره، نه اینه نه اون)، اما تصویرش تو جیمز وب معلوم نبود. با الگوریتم جدید این سیاره و کوتوله نوک مداد افتادن وسط تصویر و واضحن!
این تکنیک جادویی فقط برای نقطه‌ها و سیاره‌ها کار نمی‌کنه، بلکه برای عکس‌های ریزدانه و خفن‌تر هم جواب داده. مثلاً تو یکی از مقاله‌های هم‌زمان، دانشجوهای سیدنی ازش استفاده کردن تا عکس‌های پیچیده‌تری مثل آتشفشان‌های قمر «آیو» سیاره مشتری رو تو تایم‌لپس یک ساعته نشون بدن یا جت بیرون زدن از سیاه‌چاله مرکز کهکشان NGC 1068 رو مقایسه کنن با تصاویر تلسکوپ‌های غول‌آسای زمینی.
از اون طرف حلقه‌ی گرد و غبار دور دو ستاره خاص به اسم WR 137 با دقت باورنکردنی معلوم شد که کاملاً با پیش‌بینی‌های تئوری هم‌خونی داره.
خلاصه بگم: این مدل و نرم‌افزار نه‌تنها AMI رو نجات داد، بلکه راه رو باز کرد تا در آینده بشه دنبال سیارات ناشناخته و حتی زمین‌مانند تو کهکشانمون گشت، اونم با دقت‌هایی که تا الان فکر می‌کردیم فقط تو رویا ممکنه! این روش قراره برای دوربین‌های خیلی پیچیده‌تر مثل “تلسکوپ فضایی رومن” هم به کار بره (این یکی جانشین جیمز وب هست و دقت کالیبراسون اپتیکی‌ش باید در حد کسری از نانومتر باشه – یه نانومتر یعنی یک میلیاردم متر، تصور کن!)
پس پیغام ما اینه: اگه بتونیم خوب اندازه بگیریم، خوب کنترل کنیم و با هوشمندی اصلاح کنیم، حتی با محدودیت‌های مواد امروزی، هنوزم می‌تونیم رازهای پیچیده‌ترین نقاط جهان رو باز کنیم. یعنی شاید سیاره‌های شبیه زمین خیلی دورتر از اون چیزی باشن که فکر می‌کنیم، و الان بیشتر از هر زمانی امید داریم پیداشون کنیم!
منبع: +
