به لطف جو متراکم و کرکی سیاره ما، رصد اجرام دور کار آسانی نیست. همانطور که نور از لایه های بالایی جو ما عبور می کند، منکسر و اعوجاج می شود و تشخیص اجرام در فواصل کیهانی (میلیاردها سال نوری از ما) و اجرام کوچک در منظومه های ستاره ای مجاور مانند سیارات فراخورشیدی بسیار دشوارتر می شود. برای ستاره شناسان، تنها دو راه برای غلبه بر این مشکل وجود دارد: ارسال تلسکوپ به فضا یا تجهیز تلسکوپ ها به آینه هایی که می توانند برای جبران اعوجاج جوی تنظیم شوند.
از سال 1970، ناسا و ESA بیش از 90 تلسکوپ فضایی را به مدار پرتاب کرده‌اند و 29 تلسکوپ از آنها هنوز فعال هستند، بنابراین می‌توان گفت که شما را تحت پوشش قرار داده‌ایم! اما در سالهای آینده، تعداد فزاینده‌ای از تلسکوپ‌های زمینی از اپتیک تطبیقی (AO) استفاده می‌کنند که به آنها امکان انجام نجوم پیشرفته را می‌دهد. این شامل تحقیقات سیاره فراخورشیدی، که تلسکوپ های نسل بعدی قادر خواهند بود مستقیماً با استفاده از تاج نگار و آینه های خود تراز آن را رصد کنند. این به اخترشناسان اجازه می‌دهد تا طیف‌ها را مستقیماً از جو خود به دست آورند و آنها را مشخص کنند تا ببینند آیا آنها قابل سکونت هستند یا خیر.
ناسا توسعه اپتیک تطبیقی را از طریق پروژه فناوری آینه تغییر شکل پذیر خود دنبال می کند که در آزمایشگاه پیشرانه جت در Caltech اجرا می شود و توسط بخش اخترفیزیک فناوری اخترفیزیک استراتژیک ناسا (SAT) و برنامه های تحقیقاتی نوآوری ناسا در مشاغل کوچک (SBIR) حمایت می شود. این تحقیق توسط دکتر ادواردو بندک از JPL و دکتر تایلر گروف از مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا (GSFC) – روسای مشترک گروه ویژه نقشه راه فناوری DM – بنیانگذار و مدیر عامل شرکت Boston Micromachines (BMC) Paul Bearden and Adaptive انجام شد. کوین کینگ، مدیر برنامه همکاران Optics (AOX).
تصویربرداری مستقیم از سیارات فراخورشیدی
زمینه تحقیقات سیارات فراخورشیدی در سالهای اخیر منفجر شده است، ص 5539 نامزد تایید شدند در 4129 سیستم و بیش از 10000 سیستم دیگر در انتظار تایید. یافتن سیارات قابل سکونت در میان این تعداد کاندید برای حل یکی از بزرگترین اسرار تمام دوران حیاتی است: آیا ما در جهان تنها هستیم؟ به لطف پیشرفت در ابزار دقیق، تجزیه و تحلیل پیشرفته، و به اشتراک گذاری داده ها، این زمینه از کشف به شناسایی در حال حرکت است. با این حال، تا به امروز، بیشتر سیارات فراخورشیدی با روش‌های غیرمستقیم کشف شده‌اند.
برای انجام این کار به طور موثر، دانشمندان باید قادر به رصد مستقیم سیارات فراخورشیدی باشند. این به عنوان شناخته شده است تصویر مستقیم روشی که در آن ستاره شناسان نور منعکس شده مستقیم از جو و/یا سطح یک سیاره فراخورشیدی را مطالعه می کنند. سپس این نور با طیف‌سنج‌ها برای تعیین ترکیب شیمیایی آن تجزیه و تحلیل می‌شود و به اخترشناسان اجازه می‌دهد تا قابلیت سکونت را محدود کنند. متأسفانه، به دلیل درخشندگی بیش از حد ستارگانشان، تشخیص سیارات کوچکتر و صخره‌ای که به دور ستاره‌های مادرشان نزدیک‌تر می‌شوند – جایی که انتظار می‌رود سیارات مشابه زمین پیدا شوند – بسیار دشوار است.
این احتمالاً با تلسکوپ های پیشرفته مانند جیمز وب و همچنین آرایه های نسل بعدی مانند یک تلسکوپ بسیار بزرگ (ELT)، در تلسکوپ غول پیکر ماژلان (GMT) و تلسکوپ سی متری (TMT). این آرایه‌های زمینی، آینه‌های اولیه 30 متری، طیف‌سنج‌های پیشرفته و تاج‌نگارها (ابزارهایی که نور ستاره‌ها را مسدود می‌کنند) ترکیب می‌کنند. آینه‌های تغییر شکل‌پذیر جزء ضروری تاج‌نگار هستند، زیرا می‌توانند حتی کوچک‌ترین نقص‌های تلسکوپ را اصلاح کنند و آلودگی‌های باقی‌مانده از نور ستارگان را حذف کنند.
این امر ضروری است زیرا ناهماهنگی بین آینه‌ها یا تغییر شکل آینه – یعنی ایجاد بی‌ثباتی در اپتیک تلسکوپ – می‌تواند منجر به جرقه‌هایی شود که تشخیص سیارات فراخورشیدی سنگی کوچکتر را مبهم می‌کند. علاوه بر این، تشخیص سیاره ای شبیه به زمین نیازمند کیفیت نوری بسیار دقیق ده ها پیکومتر (pm) است – تقریباً به اندازه یک اتم هیدروژن. این امر مستلزم کنترل زمان واقعی بسیار دقیق آینه های تلسکوپ است که می تواند هر منبع تداخلی را تصحیح کند.
آینه های قابل تغییر شکل
آینه‌های تغییر شکل‌پذیر (DMs) برای تغییر شکل آینه بازتابنده به محرک‌های دقیق کنترل‌شده و تفنگ مانند متکی هستند. برای تلسکوپ های زمینی، DM ها به آنها اجازه می دهند مسیر نوری نور ورودی را برای تصحیح اختلالات خارجی (مانند آشفتگی جو) یا ناسازگاری ها یا نقص های نوری در تلسکوپ تنظیم کنند. برای تلسکوپ‌های فضایی، DMها مجبور نیستند جو زمین را تصحیح کنند، بلکه برای آشفتگی‌های نوری بسیار کوچکی که با گرم شدن و سرد شدن تلسکوپ فضایی و ابزارهای آن در مدار رخ می‌دهند، رخ می‌دهد.
آینه‌های تغییر شکل‌پذیر زمینی آزمایش شده‌اند و عملکرد پیشرفته‌ای را ارائه می‌کنند، اما برای DMهای فضایی که مأموریت‌های آینده از آنها استفاده خواهند کرد، توسعه بیشتری لازم است. دو فن‌آوری اصلی پیشرانه DM در حال حاضر برای مأموریت‌های فضایی در حال توسعه هستند: فناوری انقباض الکتریکی و سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی اجباری الکترواستاتیک (MEMS). برای اولی، محرک ها به صورت مکانیکی به DM جفت می شوند و در هنگام اعمال تنش، سطح آینه را تغییر می دهند. دومی شامل سطوح آینه ای است که توسط نیروی الکترواستاتیکی بین الکترود و آینه تغییر شکل داده است.
چندین تیم پیمانکار تحت حمایت ناسا در حال پیشرفت فناوری DM هستند، از جمله MEMS DMs ساخته شده توسط Boston Micromachines Corporation (BMC) و Electrostrictive DMs ساخته شده توسط AOA Xinetics (AOX). هر دو آینه BMC در خلاء آزمایش شده و تست ارتعاش پرتاب را گذرانده اند، در حالی که آینه های AOX نیز آزمایش خلاء و واجد شرایط پرواز فضایی هستند. در حالی که DM های زمینی این فناوری را تأیید کرده اند – مانند ابزار تاج نگاری BMC در رصدخانه جمینی – باید گام هایی برای توسعه DM ها برای تلسکوپ های فضایی آینده برداشته شود.
رصدخانه های آینده
ناسا قصد دارد اثربخشی DM را با نمایشگر فناوری کرنوگراف که قرار است در عرشه پرتاب شود، نشان دهد. تلسکوپ فضایی نانسی گریس رم (RST) در ماه مه 2027. درس های آموخته شده از این نمایش به ایجاد سیستمی حتی پیچیده تر برای رصدخانه برای جهان های قابل سکونت (HabEx). این ماموریت پیشنهادی ناسا مستقیماً از سیستم‌های سیاره‌ای اطراف ستاره‌های خورشید مانند تصویربرداری می‌کند (برنامه‌ریزی شده برای پرتاب تا سال 2035). HWO به یک DM با حداکثر 10000 محرک نیاز دارد که هر یک از آنها به پیوندهای ولتاژ بالا متکی هستند – که یک چالش بزرگ طراحی خواهد بود.
HWO همچنین شامل الزامات بی سابقه ای برای کنترل جبهه موج تا پیکومترهای تک رقمی و پایداری از حدود ساعت 10:00 بعد از ظهر در ساعت خواهد بود. این الزامات نه تنها باعث توسعه فناوری DM، بلکه همچنین الکترونیکی می شود که آنها را کنترل می کند، زیرا وضوح و پایداری تا حد زیادی به کیفیت سیگنال های فرمان ارسال شده توسط کنترل کننده بستگی دارد. اطمینان از این امر مستلزم استفاده از فیلترهایی برای حذف هرگونه نویز الکترونیکی است. این کار توسط بخش اخترفیزیک ناسا، که در حال تهیه نقشه راه فناوری برای بهبود عملکرد DM برای فعال کردن HWO است، نظارت خواهد شد.
اطلاعات بیشتر: ناسا
