مشاهده سیاره‌ای که در فاصله نزدیکی از یک ستاره دوردست به دور آن می‌چرخد، می‌تواند بسیار دشوار باشد؛ زیرا درخشش ستاره، نور بسیار ضعیف‌تری را که از سطح سیاره بازتاب می‌شود تحت‌الشعاع قرار می‌دهد. تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن ناسا (Nancy Grace Roman Space Telescope) رویکرد جدیدی را آزمایش خواهد کرد که با هدف جدا کردن نور بسیار ضعیف سیاره از نور بسیار پرقدرت ستاره در کنار آن طراحی شده است.
ابزار تاج‌نگار (Coronagraph Instrument) یا CGI تلسکوپ رومن، فناوری پیشرفته تاج‌نگاری را با کنترل فعال جبهه موج ترکیب می‌کند. این سیستم از آینه‌های تغییرشکل‌پذیر برای اصلاح نقص‌های بسیار کوچک اپتیکی و کاهش نور سرگردان ستاره استفاده خواهد کرد. اگر این فناوری مطابق انتظار عمل کند، اخترشناسان می‌توانند مستقیماً غول‌های گازی قدیمی‌تر و سردتری را تصویربرداری و بررسی کنند که نسبت به سیارات داغ و جوانی که معمولاً از طریق تصویربرداری مستقیم شناسایی می‌شوند، در فاصله نزدیک‌تری از ستاره خود قرار دارند.
الیور کراوزه، رئیس گروه پژوهش‌های اخترشناسی فروسرخ در مؤسسه ماکس پلانک برای اخترشناسی (MPIA) در هایدلبرگ، می‌گوید:
CGI نصب‌شده روی تلسکوپ فضایی رومن، از نظر فنی پیشرفته‌ترین دستگاه برای انجام مشاهدات نوری است که تاکنون برای پژوهش‌های علمی در فضا به کار گرفته شده است.
تلسکوپ رومن در ۳۰ اوت ۲۰۲۶ (۸ شهریور ۱۴۰۵) از مرکز فضایی کندی و با استفاده از موشک فالکون هوی اسپیس‌ایکس (SpaceX Falcon Heavy) به فضا پرتاب شد. ساخت این تلسکوپ تقریباً یک دهه طول کشید. رومن برای یک مأموریت اصلی پنج‌ساله با امکان تمدید پنج‌ساله طراحی شده بود، اما ناسا اکنون اعلام کرده است که صرفه‌جویی در مصرف سوخت به لطف دقت بالای پرتاب و اصلاحات اولیه مسیر می‌تواند امکان حداقل ۲۲ سال فعالیت علمی را فراهم کند.
رومن تاریخچه کیهان و نقش ماده تاریک و انرژی تاریک در انبساط جهان و شکل‌گیری ساختارهای بزرگ‌مقیاس کیهانی را بررسی خواهد کرد.
رومن در حال حاضر به سمت مدار نهایی خود در نقطه لاگرانژی L2 سامانه خورشید-زمین حرکت می‌کند؛ نقطه‌ای که حدود ۱ میلیون مایل، معادل ۱.۵ میلیون کیلومتر، از زمین فاصله دارد. انتظار می‌رود این تلسکوپ در اوایل دسامبر به مقصد برسد.
از زمان پرتاب، مهندسان با موفقیت ابزار CGI را روشن کرده و بررسی اولیه نرم‌افزار، دوربین‌ها، مکانیزم‌ها، سامانه‌های کنترل حرارتی و سایر بخش‌های آن را انجام داده‌اند. این ابزار اکنون چند ماه را صرف کالیبراسیون و آزمایش خواهد کرد و پس از آغاز فعالیت‌های علمی کامل، فناوری‌هایی را به نمایش می‌گذارد که برای قدرتمندتر کردن تصویربرداری مستقیم از سیارات فراخورشیدی طراحی شده‌اند.
انتظار می‌رود تلسکوپ رومن تعداد زیادی سیاره فراخورشیدی جدید کشف کند، اما CGI روی یک چالش بسیار دشوار تمرکز خواهد داشت: جدا کردن نور ضعیف سیارات از درخشش خیره‌کننده ستاره میزبان آن‌ها. فناوری این ابزار می‌تواند امکان تصویربرداری مستقیم از جهان‌هایی را فراهم کند که در حال حاضر مشاهده آن‌ها بسیار دشوار است.
دو فناوری برای مقابله با درخشش ستاره
تاج‌نگار از ماسک‌های ویژه‌ای برای مسدود کردن نور یک ستاره درخشان استفاده می‌کند تا اجرام بسیار کم‌نورتر در نزدیکی آن قابل مشاهده شوند. با این حال، این ماسک‌ها می‌توانند در اطراف ستاره آثار تصویری قابل‌توجهی ایجاد کنند. به همین دلیل، اخترشناسان با استفاده از این روش تاکنون عمدتاً غول‌های گازی شبیه مشتری را شناسایی کرده‌اند که در فاصله نسبتاً زیادی از ستاره میزبان خود قرار دارند و جداسازی آن‌ها از نور ستاره آسان‌تر است.
CGI برای کاهش این آثار ناخواسته و افزایش کنتراست میان ستاره و سیاره نزدیک به آن، کنترل فعال جبهه موج را نیز به کار می‌گیرد. این ابزار دارای دو آینه تغییرشکل‌پذیر است که هرکدام با بیش از ۱۶۰۰ عملگر بسیار کوچک کنترل می‌شوند. این آینه‌ها می‌توانند شکل خود را به‌صورت بسیار ظریف تغییر دهند تا نقص‌های جزئی و تغییرات ایجادشده در اپتیک تلسکوپ را جبران کنند.
فناوری مشابه آینه‌های تغییرشکل‌پذیر در سامانه‌های اپتیک تطبیقی تلسکوپ‌های زمینی استفاده می‌شود، اما رومن این فناوری را در فضا و با دقت بسیار بالای حسگری و کنترل جبهه موج به کار خواهد گرفت.
درون CGI، ماسک‌ها، آینه‌های تغییرشکل‌پذیر و حسگرها با همکاری یکدیگر نور مزاحم ستاره را کاهش می‌دهند. این سامانه برای شناسایی سیاره‌ای طراحی شده است که در کنار ستاره‌ای قرار دارد که یک میلیارد برابر از آن پرنورتر است؛ کنتراستی تقریباً مشابه تفاوت میان مشتری و خورشید. این عملکرد می‌تواند توانایی‌های فعلی را تا هزار برابر بهبود دهد.
یک طیف‌نگار یکپارچه نیز به پژوهشگران اجازه می‌دهد ترکیب شیمیایی جو این سیارات را بررسی کنند. CGI همچنین برای تصویربرداری در نور مرئی از دیسک‌های پیرامون ستاره‌ای طراحی شده است؛ ساختارهایی از مواد که اطراف ستارگان نزدیک را احاطه کرده‌اند.
پایداری فوق‌العاده، CGI را هم‌تراز نگه می‌دارد
دستیابی به چنین سطحی از عملکرد به پایداری مکانیکی فوق‌العاده‌ای نیاز دارد. مهندسان و دانشمندان مؤسسه ماکس پلانک برای اخترشناسی به رهبری کراوزه، اجزای کلیدی موسوم به مکانیزم‌های هم‌ترازی دقیق (Precision Alignment Mechanisms) یا PAM را طراحی، توسعه، تولید و آزمایش کرده‌اند. این مکانیزم‌ها وظیفه دارند عناصر اپتیکی مانند فیلترها، تاج‌نگارها و آینه‌ها را با دقت بالا در موقعیت مناسب قرار دهند.
PAMها در طول هشت ساعت فعالیت نباید بیش از ۴۰ میلی‌ثانیه قوسی جابه‌جا شوند. برای مقایسه، هر درجه برابر با ۳.۶ میلیون میلی‌ثانیه قوسی است. سطح پایداری موردنیاز تقریباً معادل اندازه ظاهری فردی است که در لس‌آنجلس ایستاده و از هایدلبرگ به او نگاه می‌شود.
مؤسسه ماکس پلانک برای اخترشناسی که تنها شریک مستقیم آلمانی ناسا در پروژه CGI محسوب می‌شود، همچنین در توسعه نرم‌افزارهای پردازش داده‌های فنی و علمی و آماده‌سازی مشاهدات مشارکت دارد. برنامه مشارکت جامعه علمی ناسا (Community Participation Program) هماهنگی اندازه‌گیری‌ها را بر عهده دارد. کراوزه نیز به‌عنوان مدیر محلی پروژه فعالیت می‌کند و ولفگانگ براندنر مسئول مشاهداتی است که با هدف شناسایی غول‌های گازی در نور مرئی انجام می‌شوند.
در طول مرحله راه‌اندازی و آزمایش‌های فعلی رومن، اعضای این برنامه داده‌ها را بررسی می‌کنند و ابزارهای رصدخانه نیز تحت کالیبراسیون و آزمایش قرار دارند. ولفگانگ براندنر می‌گوید:
با این حال، به لطف پراکندگی جهانی اعضای برنامه در آمریکا، ژاپن و اروپا، تحلیلگران داده می‌توانند وظایف خود را در ساعات کاری معمول انجام دهند.
پس از آغاز فعالیت‌های معمول، داده‌ها بلافاصله پس از پردازش در مرکز پشتیبانی علمی رومن (Roman Science Support Center) به‌صورت عمومی در دسترس قرار خواهند گرفت. ناسا انتظار دارد نخستین تصاویر علمی رومن در اوایل سال ۲۰۲۷ منتشر شوند.
گامی به سوی تصویربرداری از زمینی دیگر
اگر CGI بتواند عملکرد موفقی داشته باشد، فناوری آن می‌تواند برای رصدخانه‌های فضایی آینده مانند رصدخانه جهان‌های قابل سکونت (Habitable Worlds Observatory) توسعه پیدا کند. چنین پیشرفتی می‌تواند اخترشناسان را یک گام به تصویربرداری مستقیم از سیاره‌ای شبیه زمین در اطراف ستاره‌ای دیگر نزدیک‌تر کند.
منبع: Scitechdaily
