تلسکوپ‌های رادیویی، گوش همیشه شنوای زمین

البته تلسکوپ‌های رادیویی SETI در نوع خود بزرگ‌ترین به شمار نمی‌آیند. بزرگ‌ترین آنها در رصدخانه Arecibo پورتوریکو قرار دارد که از سال 1963 مشغول به کار شده است. قطر دهانه این تلسکوپ 305 متر است و با برخورداری از مجموعه عظیم 73 هزار متر مربعی از تأسیسات مرتبط یکی از عظیم‌ترین مجموعه‌های تحقیقاتی جهان به شمار می‌آید. Arecibo نیز به زودی عنوان بزرگ‌ترین تلسکوپ رادیویی جهان را از دست خواهد داد. در استان گوژو چین، یک تلسکوپ رادیویی در حال ساخت است که قطر دهانه آن حدود 500 متر است. کار ساخت این تلسکوپ که به اختصار FAST نام دارد، در سال 2016 به پایان می‌رسد و از آن زمان به بعد دانشمندانی که در آن مرکز حضور خواهند داشت، می‌توانند نفوذ 3 برابری به اعماق فضا داشته باشند. گذشته از آن این امکان نیز فراهم می‌شود گزارش‌های مربوط به نقاط مختلف فضا با سرعت خیره‌کننده 10 برابری در مقایسه با تلسکوپ Arecibo تهیه و منتشر شود.

در ابتدا قرار بود تلسکوپ رادیویی FAST برای پروژه بزرگ Square Kilometer Array به کار گرفته شود. این پروژه در حقیقت شامل به‌کارگیری هزاران آنتن کوچک رادیویی در محدوده‌ای بزرگ به طول بیش از 3000 کیلومتر است. اکنون قرار است که پروژه Square Kilometer Array در نیمکره جنوبی زمین ساخته شود و در 2 کشور آفریقای جنوبی و استرالیا به عنوان صاحبان اصلی آن شناخته می‌شوند. پس از آن‌که پیشنهاد چینی‌ها برای به‌کارگیری FAST در پروژه اخیر رد شد، جلسات متعددی با حضور دانشمندان و کارشناسان در مناطق مختلف جهان برگزار شد. اکثر این دانشمندان ساخت تلسکوپ عظیم رادیویی FAST را اقدامی مؤثر در توسعه دانش بشری عنوان کرده‌اند. یکی از مهم‌ترین این نشست‌ها سال 2006 و در پکن برگزار شد که در پایان آن بر لزوم ساخت این تلسکوپ تاکید شد. از این رو قرار است از اسفند، کار ساخت این تلسکوپ آغاز شود و بودجه قابل توجه 107/9میلیون دلاری برای این پروژه در نظر گرفته شده است.

برخلاف تلسکوپ رادیویی Arecibo که با برخورداری از انحنای کروی ثابت امواج رادیویی را به خطی بر روی دیش تلسکوپ متمرکز می‌کند و در آنجا به وسیله یک سری آینه‌های مخصوص روی یک نقطه متمرکز می‌شوند، ساختار منحصربه‌فرد FAST به گونه‌ای طراحی شده است که گردانندگان آن می‌توانند در هر لحظه و با استفاده از یک‌سری فرمان‌های ساده اما موثر ساختار آن را دچار تغییراتی کنند. این کار به وسیله یک‌سری سیستم‌های کنترلی مخصوص صورت می‌گیرد. این ابتکار عمل در نوع خود جالب توجه است چرا که به مجموعه صفحات آلومینیومی مثلثی‌شکل مجموعه که تعدادشان بالغ بر 4400 صفحه است این امکان را می‌دهد تا آینه سهمی شکلی در هر جایی در درون مجموعه عظیم کاسه‌ای شکل تلسکوپ شکل دهند. این کاسه عظیم خود به اندازه کل دیش تلسکوپ Arecibo است.

تلسکوپ‌های رادیویی نقش خیره‌کننده‌ای در تکمیل دانش نوین بشری داشته‌اند. تلسکوپ FAST نیز از این امر مستثنی نیست. دانشمندانی که این پروژه را دنبال می‌کنند امیدهای زیادی به دستاوردهای آن دارند. حساسیت بالا و سرعت خیره‌کننده‌اش در بررسی تحولات فضایی این پروژه را به یکی از عظیم‌ترین پروژه‌های تحقیقاتی زمینی تبدیل کرده است. یکی از مهم‌ترین اهداف این پروژه این است که دانشمندان بتوانند جستجوی دقیق و به دنبال آن نقشه‌برداری‌های مطمئنی از هیدروژن خنثی در کهکشان راه شیری و سایر کهکشان‌ها داشته باشند. البته این تنها بخشی از مأموریت این تلسکوپ رادیویی به شمار می‌آید. جستجو برای یافتن نشانی از تب اخترهای جدید (درون کهکشان راه شیری یا خارج از آن)، جستجو برای نخستین ستارگان درخشان عالم و البته شاید از همه جذاب‌تر برای مردم عادی جستجو برای یافتن نشانی از وجود هوش فرازمینی در گوشه و کنار عالم ازجمله اهداف از پیش برنامه‌ریزی شده برای این تلسکوپ رادیویی به شمار می‌آیند. این تلسکوپ با استفاده از فناوری‌های به روزی ساخته می‌شود که دانشمندان را قادر می‌سازد سیگنال‌هایی از فواصل بسیار دور یعنی تا هزار سال نوری را دریافت کنند.

بدون شک باید ارائه فناوری تلسکوپ‌های رادیویی را یکی از شاهکارهای تاریخی دانش بشری عنوان کرد. با استفاده از این ابزار شناخت بشر از فضا و عناصر تشکیل‌دهنده آن کامل‌تر از هر زمانی شده است. در زبان ساده علمی ابزاری که برای مشاهده رادیویی آسمان مورد استفاده قرار می‌گیرد را تلسکوپ رادیویی می‌نامند که از نظر ساختار کلی بسیار شبیه یک رادیوی معمولی عمل می‌‌کند بدین معنی که همانند رادیوهای معمولی از یک آنتن، یک آمپلی‌فایر و یک آشکار‌ساز تشکیل شده ا‌ست. در تلسکوپ‌های رادیویی نیز همانند آنچه در مورد همتای نوری آنها صادق است، بزرگ‌بودن سطح جمع‌آوری‌کننده امواج از 2 جنبه مفید است.

اول آن که توان جمع‌آوری امواج برای رصد منابع ضعیف و یا خیلی دور افزایش می‌یابد و دوم این‌که توان تفکیک نسبت مستقیمی با قطر بشقاب آنتن دارد. این بدان معناست که هر چه قدرت تفکیک تلسکوپی بیشتر باشد توانایی آن برای جداسازی جزئیات تصویر افزایش خواهد یافت. قدرت تفکیک تلسکوپ‌ها رابطه تنگاتنگی با سطح جمع‌آوری‌کننده امواج و طول موج آنها دارد. هر چه سطح جمع‌آوری‌کننده بزرگ‌تر و طول موج امواج الکترومغناطیسی کوچک‌تر باشند قدرت تفکیک تلسکوپ افزایش می‌یابد. مشکل تلسکوپ‌های رادیویی از اینجا شروع می‌شود که قدرت تفکیک یک تلسکوپ با طول موج دریافتی نسبت عکس دارد. تلسکوپ‌های رادیویی در مقابل همتایان نوری خود که موظف به جمع‌آوری و آشکارسازی امواجی در محدوده طول موج 4ـ10 تا 5 ـ10 سانتی‌متر هستند، باید امواجی با دامنه وسیع طول موج از یک میلی‌متر تا چند‌متر را جمع‌آوری کنند. این امر باعث می‌شود که توان تفکیک این گونه از تلسکوپ‌ها بشدت کاهش پیدا کند. برای مثال قدرت تفکیک یک تلسکوپ نوری 50 سانتی‌متری، 2‌/‌0 ثانیه قوسی است در حالی که قدرت تفکیک یک تلسکوپ رادیویی به خصوص، با همین قطر دهانه 138 درجه خواهد بود. اگر بدانیم که قرص کامل ماه در آسمان تنها 5‌/‌0 درجه قوسی است می‌فهمیم که چنین تلسکوپی عملا کارایی ندارد. چنین تلسکوپی ماه را اصلا نمی‌تواند ببیند.

اما از سوی دیگر و باز هم به دلیل طول موج‌های متفاوتی که این دو گونه تلسکوپ در محدوده آنها رصد می‌نمایند، ساخت بشقاب‌های آنتن یک رادیوتلسکوپ بسیار ساده‌تر از ساخت یک آینه یا عدسی است. صاف بودن سطح یک بازتاب کننده خوب، رابطه مستقیمی با طول موج امواجی دارد که باید از سطح آن بازتابیده شوند. می‌‌توان فرض کرد زمانی بازتاب کننده‌ای مورد قبول خواهد بود که قطر یا ضخامت هیچ‌کدام از خلل و فرج‌های روی آن از 05‌/‌0 طول موج مورد نظر بیشتر نباشد بنابراین بشقاب آنتنی که قرار است برای امواجی به طول موج حداقل 20 سانتی‌متر ساخته شود مجاز به داشتن ناهمواری‌هایی تا قطر یک سانتیمتر است. این مقدار ناهمواری که برای بشقاب تلسکوپ رادیویی مجاز به شمار می‌‌رود، برای آینه یک تلسکوپ نوری فاجعه به حساب آمده و عملا آن را غیرقابل استفاده می‌‌نماید. بی‌دلیل نیست که گفته می‌شود می‌‌توان رادیوتلسکوپ‌هایی با یک بشقاب 300 متری ساخت، کاری که در مورد تلسکوپ‌های نوری به یک معجزه شباهت دارد. برای این‌که مقایسه‌ای کرده باشیم بد نیست بدانید که اگر می‌شد یک تلسکوپ نوری با آینه 300 متری ساخت، قادر بودیم ستاره شعرای یمانی را به وضوح و پرنوری یک قرص ماه کامل مشاهده نماییم. مزیت عمده استفاده از امواج رادیویی برای مشاهده آسمان این است که حتی در نور روز و هوای ابری نیز می‌توان رصد را ادامه داد. مجموعه‌ای از چند رادیوتلسکوپ به نسبت کوچک‌تر با کمک هدایت‌کننده‌‌های رایانه‌ای در جهت خاصی تنظیم شده و سیگنال‌های دریافتی از آنها آنالیز می‌شود تا تصویر واحد و واضحی به دست آید. با استفاده از الگوریتم‌های ریاضی و توجه به فواصل زمانی دریافت سیگنال‌ها می‌توان موقعیت منبع رادیویی را با دقت بسیار خوبی تخمین زد. هر چه فاصله تلسکوپ‌ها از یکدیگر بیشتر باشد اختلاف زمانی و در نتیجه دقت اندازه‌گیری افزایش خواهد یافت.

نمونه‌ای از این‌گونه تلسکوپ‌ها مجموعه‌ای با نام ارائه خیلی بزرگ (VLA)می‌باشد که در نیومکزیکو آمریکا قرار دارد و طول خط مبنای آن 36 کیلومتر است. این مجموعه عظیم از 27 عدد تلسکوپ با قطر بشقاب 25 متر تشکیل شده است. آنتن‌ها روی ریل‌هایی قرار گرفته‌‌اند که به دانشمندان اجازه می‌دهد بتوانند آنها را در انواع چیدمان‌های مختلف تنظیم کنند.

تلسکوپ رادیویی Square Kilometer Array که به اختصار به آن SKA گفته می‌شود از جمله پروژه‌های عظیمی است که در زمینه توسعه فناوری تلسکوپ‌های رادیویی ارائه شده است، هر چند تا ساخته‌شدن نهایی آن زمان زیادی باقی مانده است. این تلسکوپ رادیویی از 3000 بشقاب رادیویی ساخته می‌شود که از نقطه‌ای مرکزی تا فاصله 3000 کیلومتری در جهت‌های مختلف پراکنده می‌شوند و روی هم رفته حدود یک کیلومتر مربع سطح گیرنده سیگنال‌های رادیویی را تشکیل خواهند داد.

قرار است از چنین ابزار حساسی برای کاوش در میان ابتدایی‌ترین لحظات جهان هستی، آزمودن نسبیت عمومی و نقشه برداری از جهان هستی با دقتی بسیار بالا استفاده شود. حجم اطلاعات تولید شده توسط این تلسکوپ باورنکردنی خواهد بود، از این رو تخمین زده شده است که گنجایشی که می‌تواند تمامی این اطلاعات را در خود جا بدهد بیش از کل حجم اینترنت کنونی است. استرالیا در حال حاضر برای رفع این مشکل به مرکز Pawsey رو آورده است، مرکزی ابررایانه‌ای که پس از راه‌اندازی کامل در سال 2013 سومین ابررایانه سریع جهان به شمار خواهد رفت. اما شاید این مرکز نیز نتواند نیازهای این رادیوتلسکوپ عظیم را مرتفع سازد. زمانی که SKA فعالیت خود را در کامل‌ترین شکل آغاز کند، حجم اطلاعات آن به اندازه‌ای گسترده خواهد بود که محققان دانشگاه آکسفورد را بر آن داشته تا از ابرهای محاسباتی به عنوان جایگزینی مناسب‌تر بهره ببرند. شاید استفاده از خدمات ذخیره‌سازی اطلاعات موسسه‌هایی مانند آمازون بسیار پرهزینه باشد، اما توزیع‌کردن این اطلاعات در سراسر رایانه‌های تمامی دانشگاه‌ها و موسسه‌های جهان، پروژه‌ای که کلید آغاز آن زده شده است، هزینه چندانی در بر نخواهد داشت.

یکی از نکات جالب توجه درخصوص این پروژه درخواست کمک از کاربران رایانه در سراسر جهان است. بدون شک برای پردازش اطلاعاتی که از طریق این مجموعه تلسکوپی به دست می‌آید به مجموعه عظیمی از سیستم‌های پردازشی نیاز است. محققانی که در این پروژه کار می‌کنند قصد دارند از رایانه افرادی که هیچ ارتباط علمی با این پروژه ندارند نیز استفاده کرده و از کاربران عادی اجازه بخواهند امکان دسترسی SKA به رایانه‌های خانگی آنها فراهم شود. به این شکل این تلسکوپ بدون استفاده از انرژی مازاد بر آنچه اکنون رایانه‌ها از آن استفاده می‌کنند، می‌تواند از گنجایش رایانه‌هایی که به هر حال در هر لحظه در گوشه و کنار دنیا روشن می‌شوند برای ذخیره یا پردازش اطلاعات خود استفاده کند. این یک استفاده مشارکتی و البته بی‌سابقه از سیستم‌های رایانه‌ای در سراسر جهان است و به عقیده برخی دانشمندان تنها راه پیش‌رو برای ادامه حیات این پروژه به شمار می‌آید.

در میان تمامی اهدافی که برای تلسکوپ‌های رادیویی در نظر گرفته می‌شود جستجو برای پیدا کردن نشانی از هوش فرا زمینی از جذابیت خاصی برخوردار است. انستیتو SETI کانون اصلی تلاشهایی است که در این زمینه صورت می‌گیرد و جالب این‌که تنها ابزار مهم آن در رسیدن به این هدف تلسکوپ رادیویی است. در کنار این پروژه نام دیگری نیز به چشم می‌خورد که در نوع خود یکی از دستاوردهای مهم در عرصه تلسکوپ‌های رادیویی به شمار می‌آید. تلسکوپ آلن تنها تلسکوپ رادیویی جهان که به‌طور خاص برای شناسایی سیگنال‌های بالقوه از جهان‌های دور طراحی شده است که البته این روزها اوضاع چندان خوشی ندارد چون در پی به پایان‌رسیدن بودجه در نظر گرفته‌شده برای آن فعالیت‌هایش معلق شده‌ است. این مشکل در حساس‌‌ترین زمان برای موسسه جستجوی هوش فرازمینی که مقر آن در کالیفرنیا قرار دارد، اتفاق افتاده است. در هفته‌های اخیر دانشمندانی که در این مجموعه کار می‌کنند در حال بررسی و انجام تحقیقاتی جدید از چندین سیاره دارای قابلیت حیات احتمالی بوده‌اند که به دور ستاره‌های دور در کهکشان راه ‌شیری می‌‌چرخند و به تازگی توسط تلسکوپ کپلر ناسا کشف شده‌ بودند. تلسکوپ آلن که نام خود را از پل آلن ‌یکی از رؤسای مایکروسافت و یکی از حامیان مالی اصلی این پروژه گرفته از 42 آنتن بشقاب مانند با قطر حدود 6 متر تشکیل شده و به عنوان یک تلسکوپ رادیویی بزرگ در یکی از کوهستان‌های کالیفرنیا فعالیت می‌‌کند. سایر مجموعه‌‌های تلسکوپ رادیویی از توانایی جستجو برای سیگنال‌‌های فرازمینی در فضای عمیق برخوردارند اما تنها آلن به طور خاص برای این هدف طراحی شده و بدون توقف در مورد آن تحقیق می‌کند.

مترجم: محمدرضا مصلحی

منابع: PopSci Sciencedaily