تصميم التلسكوب المستطيل قد يُمهّد الطريق لعصر جديد من البحث عن الأرض

لطالما شكّل البحث عن كواكب شبيهة بالأرض تحديًا كبيرًا في علم الفلك، لأن سطوع النجوم الهائل يجعلها شبه محجوبة تمامًا. ولا تُعدّ تصاميم التلسكوبات التقليدية قادرة على تحقيق هذه المهمة. ومع ذلك، طُرحت مؤخرًا فكرة جريئة باستخدام تلسكوب مستطيل الشكل يعمل بالأشعة تحت الحمراء، واعدةً بتجاوز هذا العائق ومساعدة البشر على اكتشاف عشرات الكواكب المحتملة ضمن نطاق 30 سنة ضوئية، مما يُمهد الطريق للبحث عن علامات على وجود حياة فضائية.

الأرض هي الكوكب الوحيد الذي نعرفه والذي يدعم الحياة. تعتمد جميع أشكال الحياة على هذا الكوكب الأزرق على الماء السائل لاستمرار التفاعلات الكيميائية الأساسية. وُجدت الكائنات الحية البسيطة وحيدة الخلية منذ زمنٍ يقارب عمر الأرض، لكن تطور الكائنات متعددة الخلايا الأكثر تعقيدًا استغرق حوالي 3 مليارات سنة. أما البشر، فلم يبق لهم سوى جزءٍ ضئيل من تاريخ الكوكب، أي أقل من عُشر ألف جزء من عمر الأرض.

يشير هذا الجدول الزمني إلى أن الحياة قد لا تكون نادرة على الكواكب التي تحتوي على ماء سائل. ومع ذلك، قد تكون الكائنات الذكية القادرة على استكشاف الكون نادرة للغاية. إذا أرادت البشرية البحث عن حياة خارج الأرض، فالنهج الأكثر ترجيحًا هو الوصول إليها مباشرةً من خلال رصد الكواكب.

Thiết kế ý tưởng cho một kính viễn vọng không gian hình chữ nhật, được mô phỏng theo Kính viễn vọng Không gian Giao thoa Khúc xạ (DICER), một đài quan sát không gian hồng ngoại giả định, và Kính viễn vọng Không gian James Webb. Nguồn: Leaf Swordy/Viện Bách khoa Rensselaer.

تصميم تصوري لتلسكوب فضائي مستطيل الشكل، مستوحى من تلسكوب الفضاء الرقمي الانكساري التداخلي (DICER)، وهو مرصد فضائي افتراضي يعمل بالأشعة تحت الحمراء، وتلسكوب جيمس ويب الفضائي. حقوق الصورة: ليف سووردي/معهد رينسيلار بوليتكنيك.

الفضاء شاسع، وقوانين الفيزياء تمنع السفر أو التواصل بسرعة تفوق سرعة الضوء. لذلك، لا يمكن دراسة سوى النجوم الأقرب إلى الشمس خلال حياة الإنسان، حتى باستخدام المسابير الروبوتية. ومن بين هذه النجوم، تُعدّ النجوم المشابهة للشمس في الحجم ودرجة الحرارة أهدافًا واعدة، لأنها موجودة منذ زمن طويل ومستقرة بما يكفي لتطور حياة معقدة.

حدد علماء الفلك الآن حوالي 60 نجمًا شبيهًا بالشمس ضمن نطاق 30 سنة ضوئية من الأرض. تُعتبر الكواكب التي تدور حولها، والتي تُشبه الأرض في الحجم ودرجة الحرارة، والتي يُمكنها دعم وجود اليابسة والماء السائل، أفضل المرشحين لوجود الحياة.

يُمثل فصل صورة كوكب خارجي شبيه بالأرض عن وهج نجمه المضيف تحديًا كبيرًا. فحتى في الظروف المثالية، يكون النجم أكثر سطوعًا بمليون مرة من الكوكب. وإذا اختلط الاثنان، يُصبح اكتشاف الكوكب مستحيلًا.

وفقًا للنظرية البصرية، تعتمد الدقة القصوى للتلسكوب على حجم المرآة وطول موجة الضوء. تُصدر الكواكب التي تحتوي على ماء سائل ضوءًا أكثر سطوعًا عند طول موجي يبلغ حوالي 10 ميكرون - وهو عرض شعرة الإنسان الرقيقة، ويزيد 20 ضعفًا عن طول موجة الضوء المرئي. عند هذا الطول الموجي، يحتاج التلسكوب إلى جمع الضوء على مسافة لا تقل عن 20 مترًا ليكون لديه دقة كافية لفصل الأرض عن الشمس، التي تبعد 30 سنة ضوئية.

علاوة على ذلك، يجب وضع التلسكوبات في الفضاء، لأن الغلاف الجوي للأرض يُشوّش الصور. أكبر تلسكوب فضائي اليوم - تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) - يبلغ قطر مرآته 6.5 أمتار، إلا أن إطلاقه وتشغيله كانا في غاية الصعوبة.

بما أن نشر تلسكوب فضائي بقطر 20 مترًا يتجاوز الإمكانيات التكنولوجية حاليًا، فقد جرّب العلماء عدة خيارات. أحدها إطلاق عدة تلسكوبات صغيرة والحفاظ على مسافات دقيقة بينها لمحاكاة مرآة عملاقة. مع ذلك، من المستحيل حاليًا الحفاظ على دقة تحديد المواقع حتى حجم الجزيء.

هناك نهج آخر يتمثل في استخدام أطوال موجية أقصر للضوء، مما يسمح باستخدام تلسكوبات أصغر. ولكن في النطاق المرئي، يكون النجم الشبيه بالشمس أكثر سطوعًا من الأرض بعشرة مليارات مرة، مما يجعل من المستحيل حجب ما يكفي من ضوء النجم للكشف عن الكوكب، مع أن الدقة ممكنة من حيث المبدأ.

فكرة أخرى هي استخدام "درع نجمي" - مركبة فضائية قطرها عشرات الأمتار، تحلق على بُعد عشرات آلاف الكيلومترات من التلسكوب لحجب ضوء النجوم والسماح بمرور ضوء الكواكب. إلا أن هذا يتطلب إطلاق مركبتين فضائيتين واستهلاك كميات هائلة من الوقود لنقل الدرع إلى مواقع جديدة.

في الدراسة الجديدة، يقترح العلماء تصميمًا أكثر جدوى: تلسكوب يعمل بالأشعة تحت الحمراء بمرآة مستطيلة قياس 1 × 20 مترًا، بدلًا من المرآة الدائرية لتلسكوب جيمس ويب الفضائي (6.5 متر). يعمل هذا التلسكوب عند طول موجي 10 ميكرون، ويفصل ضوء النجوم عن ضوء الكواكب على طول المحور الطولي للمرآة. وبتدوير المرآة، يمكن لعلماء الفلك رصد الكواكب في أي موضع حول النجم المضيف.

من المتوقع أن يكون التصميم قادرًا على اكتشاف نصف الكواكب الشبيهة بالأرض التي تدور حول نجوم شبيهة بالشمس في أقل من ثلاث سنوات. ورغم الحاجة إلى مزيد من التحسينات والتحسينات التقنية، فإن النموذج لا يتطلب تقنيات تتجاوز القدرات الحالية، مما يُمثل تحولاً عن العديد من الأفكار الرائدة الأخرى.

إذا كان لكل نجم شبيه بالشمس، في المتوسط، كوكب شبيه بالأرض، فمن المفترض أن نتمكن، بفضل تصميم هذا التلسكوب، من رصد حوالي 30 كوكبًا واعدًا ضمن نطاق 30 سنة ضوئية. وستركز الأبحاث اللاحقة على تحديد أغلفتها الجوية، بحثًا عن دلائل على وجود الأكسجين - وهو مؤشر على وجود حياة ضوئية.

بالنسبة للمرشحين الواعدين، يمكن إرسال بعثات استكشافية لإرسال صور لسطح الكوكب. ويَعِد تصميم التلسكوب المستطيل بتوفير أقصر طريق للعثور على "كوكبنا الشقيق" - الأرض 2.0.

لا خي (وفقًا لموقع ScienceAlert)

المصدر: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/thiet-ke-kinh-vien-vong-hinh-chu-nhat-co-the-mo-ra-ky-nguyen-san-tim-trai-dat-2-0/20250902082651458