البودكاست يفتتح مشروع "الكون الفضولي" التابع لناسا نافذة على الكون باللغة الإسبانية، نمزج بين القصص الإنسانية والعلوم المتطورة والكثير من الخيال. من خلال حوارات مع علماء بارزين، نتعمق في أسرار الكون العظيمة: ما هي الطاقة المظلمة، وكيف يتوسع الكون، وما هو دور التلسكوبات الفضائية الجديدة في هذا البحث.
في إحدى أقوى حلقاته، يتعمق البرنامج في يُطلق عليه اسم "الكون الخفي"...ذلك الجزء من الكون الذي لا نراه مباشرةً ولكنه يُسيطر على كل ما يحدث على نطاق واسع. مع المُقدّمة نويليا غونزاليس وخبراء مثل لوكاس باغانيني وغوادالوبي كاناس هيريرا، نتعرّف على مهمات مثل تلسكوب نانسي غريس الروماني الفضائي، وإقليدس، جيمس ويب أو مرصد فيرا سي روبين، ونكتشف كيف يحاولون معًا إعادة بناء التاريخ الكامل للكون.
كونٌ بالكاد نفهمه: لا نرى منه إلا 5%
إحدى الرسائل التي تصدم المستمع بشدة هي أن كل ما نراه - الناس والكواكب والنجوم - إنها لا تمثل سوى 5% من الكونيشرح عالم الفيزياء الفلكية لوكاس باغانيني أن المادة العادية، وهي النوع الذي يشكل الذرات والجزيئات والأجسام والمجرات، لا تمثل سوى جزء صغير من إجمالي محتوى الكون.
ينقسم الباقي بين عنصرين غامضين: واحد تقريبًا نسبة 25% تعادل المادة المظلمةمادة لا تُصدر ضوءًا ولا تعكسه، لكن جاذبيتها تعمل كـ"غراء كوني" يربط المجرات والهياكل واسعة النطاق معًا. فبدون هذه المادة غير المرئية، لا تستطيع المجرات الحفاظ على شكلها أو البقاء متماسكة كما نراها اليوم.
المكون الرئيسي، حوالي واحد يُطلق على 70% من محتوى الكون اسم الطاقة المظلمةليس "مظلماً" لأنه يمتص الضوء، بل لأنه يمثل فجوة هائلة في معرفتنا: فنحن نعلم بوجوده من خلال تأثيراته، لكننا نجهل طبيعته الفيزيائية. وهذا العنصر هو المسؤول عن تسارع توسع الكون مع مرور الوقت.
يلجأ عالم الكونيات غوادالوبي كانياس هيريرا إلى أ استعارة واضحة جداً لفهم حجم المشكلةتخيل أنك تريد خبز الكعك، والمكون الرئيسي في الوصفة - الطحين - هو تحديداً ما تجهله تماماً. أنت تعرف الكمية التي تحتاجها لتحقيق المقادير المطلوبة، لكنك لا تعرف من أين يأتي أو كيف يتصرف.
من وجهة نظر علمية، من المدمر أن يكون لديك نموذج كوني يتوافق بدقة مذهلة ومع ذلك، فإن الاعتماد بنسبة 70% على شيء لا نفهمه أمرٌ غير مقبول. إنه أشبه بالقدرة على التنبؤ بنتيجة وصفة طعام بالتفصيل... ولكن دون معرفة ما إذا كنتَ تُحضّر بالفعل كعكاً، أو خبزاً، أو شيئاً آخر تماماً.
كيف عرفنا أن الكون يتوسع بشكل أسرع فأسرع؟
يستعرض البودكاست تاريخ كيفية وصولنا إلى فكرة أ الكون في توسع متسارععلى مدار معظم القرن العشرين، كان المجتمع العلمي يعلم أن الكون يتوسع منذ الانفجار العظيم، قبل حوالي 13.800 مليار سنة، لكن الشكوك ظلت قائمة: هل سيستمر في النمو إلى الأبد؟ هل سيتباطأ بسبب جاذبية كل المادة؟ أم أنه قد يتوقف وينهار مرة أخرى؟
وقدّم عالم الفلك القطعة الرئيسية من هذا اللغز إدوين هابل في عشرينيات القرن العشريناستنادًا إلى أعمال هنرييتا سوان ليفيت السابقة ورصد النجوم المتغيرة من نوع سيفيد في مجرة أندروميدا، تمكن هابل من قياس المسافات إلى مجرات أخرى. ومن خلال دمج هذه المعلومات مع البيانات الطيفية التي جمعها فيستو سليفر، اكتشف هابل أنه كلما زادت المسافة بين المجرة والأرض، زادت سرعة ابتعادها عنا.
أدى ذلك التحليل إلى ظهور ما هو مشهور قانون هابل، الذي يُفسر على أنه تمدد الفضاء نفسهملاحظات مع تليسكوبيو هابل وساهمت أدوات أخرى في ترسيخ هذه الرؤية. ولتوضيح ذلك، يستخدم البرنامج صورةً بيانيةً للغاية: رغيف زبيب في الفرن. لا تتحرك حبات الزبيب بشكلٍ فعليٍّ داخل العجين، ولكن مع ارتفاعه، تتباعد جميعها عن بعضها.
بعد عقود، في أواخر التسعينيات، قامت مجموعة من الباحثين بقيادة سول بيرلموتر، برايان شميدت، وآدم ريس استخدم المستعرات العظمى من النوع Ia - وهي انفجارات نجمية شديدة السطوع ومتجانسة نسبيًا - كمعيار لقياس تمدد الكون. وكان هدفه التأكد من أن نمو الكون يتباطأ بمرور الوقت، وهو ما بدا منطقيًا إذا كانت الجاذبية تعمل كعامل كبح.
كانت المفاجأة هائلة: فقد أشارت البيانات إلى عكس ذلك تماماً. لا يقتصر الأمر على استمرار الكون في التوسع، بل إنه يفعل ذلك بمعدل متزايد باستمرار.هذا الاكتشاف، الذي أحدث ثورة في علم الكونيات الحديث، أكسبهم جائزة نوبل في الفيزياء عام 2011. ومنذ ذلك الحين، أصبح التفسير الأكثر قبولاً على نطاق واسع هو أن شكلاً غير معروف من الطاقة "يدفع" الفضاء ويسرع من تمدده: الطاقة المظلمة.
المشكلة هي ذلك إن النظريات الفيزيائية التي نستخدمها اليوم لا تكفي لتفسير هذه الظاهرةلا تتناسب جاذبية نيوتن ولا النسبية العامة لأينشتاين، كما نفهمها، بشكل كامل مع المقاييس الكونية الأوسع. وهذا يُجبر المجتمع العلمي على إعادة النظر في مدى كفاية أدواتنا النظرية، أو ما إذا كنا بحاجة إلى قوانين فيزيائية جديدة.
هناك مساران رئيسيان لتفسير الطاقة المظلمة
توضح غوادالوبي كاناس هيريرا ذلك في إطار النموذج الكوني الحالي هناك مجموعتان رئيسيتان من النظريات لتفسير الطاقة المظلمةيفترض الأول وجود شكل جديد من الطاقة أو المادة التي تتخلل الكون وتسبب هذا التوسع المتسارع.
وفقًا لهذا النهج، في المخزون المعروف للكون - والذي يتكون أساسًا من المادة العادية والمادة المظلمة - لا يوجد نوع آخر من المادة له تأثير معاكس وواضح للجاذبية.تميل الجاذبية إلى تجميع المجرات والتجمعات معًا، بينما هذا المكون الجديد سيفعل العكس: فصلها أكثر فأكثر، ودفعها بعيدًا وتسريع تباعدها.
يفترض الفيزيائيون النظريون، في هذه الحالة، أنه يجب أن يكون هناك نوع من المجال أو الطاقة ذات الخصائص الغريبة والذي يعمل كمحرك للتوسع. لا نعرف مما يتكون، ولا كيف يتفاعل بخلاف تأثيره الجاذبي، لكن وجوده يتوافق مع ملاحظات المستعرات العظمى، وإشعاع الخلفية الكونية الميكروي، وتوزيع الهياكل واسعة النطاق.
أما النهج الثاني فلا يُدخل مكونًا جديدًا، بل إنه يشكك في معادلاتنا الخاصة بالجاذبية.يعتمد النموذج الكوني القياسي على نظرية النسبية العامة لأينشتاين، وهي نظرية أثبتت صحتها في جميع التجارب التي أُجريت على النظام الشمسي وعلى نطاقات صغيرة نسبيًا. ولكن عند تطبيق هذه المعادلات على مسافات كونية هائلة، قد نبالغ في تقدير مدى صحتها.
وفي هذا الإطار، مجال "الجاذبية المعدلة"يستكشف هذا البحث تغييرات محتملة واسعة النطاق في قوانين أينشتاين. فبدلاً من افتراض وجود طاقة غامضة تُسرّع التوسع، يُشير إلى أننا ربما لا نفهم تمامًا كيفية عمل الجاذبية في أعماق الكون. وبحسب طريقة معالجة المشكلة، قد تكون الأولوية لاكتشاف نوع جديد من الطاقة، أو إعادة صياغة معادلاتنا الأساسية.
رومان: التلسكوب الذي يريد الكشف عن الكون الخفي
لتحقيق التقدم في هذه القضايا، نحتاج إلى أكثر من مجرد أفكار جيدة: نحن بحاجة إلى مراصد قادرة على فحص الكون بدقة غير مسبوقةوهنا يأتي دور تلسكوب نانسي جريس رومان الفضائي التابع لناسا، وهو الشخصية المحورية في حلقة البودكاست.
يشرح لوكاس باغانيني، العالم والمدير التنفيذي للبرنامج في هذه المهمة، أن الروماني هو صُممت خصيصاً لدراسة الطاقة المظلمة ورسم خرائط المادة المظلمة في ثلاثة أبعاد. بالإضافة إلى ذلك، سيدرس الكواكب الخارجية وغيرها من الظواهر الفيزيائية الفلكية، لكن هدفه الأساسي هو كشف أسرار الكون غير المرئي.
بفضل مرآتها الرئيسية التي يبلغ قطرها مترين ونصف تقريبًا، سيتمتع رومان بـ دقة مماثلة لتلك التي يتمتع بها تلسكوب هابل الفضائي التاريخيلكن بمجال رؤية أكبر بمئة ضعف تقريبًا. وهذا يعني أنه سيكون قادرًا على تغطية مناطق أوسع بكثير من السماء في كل عملية رصد، مما يؤدي إلى تراكم كمية هائلة من البيانات.
في مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في ولاية ماريلاند، يتم تجميع التلسكوب واختباره في غرفة تنظيف ضخمة تشبه غرفة عمليات عملاقةأي جزيء غبار أو خلية جلدية قد تشكل خطراً على المهمة، لأنه بمجرد إطلاق المركبة الفضائية "رومان" إلى الفضاء، ستكون غير قابلة للإصلاح. ولهذا السبب، يرتدي جميع العاملين بدلة بيضاء معقمة تغطيهم بالكامل، تُعرف باسم "بدلة الأرنب".
عندما ينطلق المرصد، سينتقل إلى تقع نقطة لاغرانج 2 (L2) على بعد حوالي 1,5 مليون كيلومتر من الأرضتبلغ المسافة بين كوكبنا والقمر حوالي أربعة أضعاف المسافة بينهما. ومن هذا المدار المستقر والبارد، المثالي للمراقبة بالأشعة تحت الحمراء، سيتمكن رومان من التحديق بهدوء في أعماق الكون.
يكمن جوهر المهمة العلمي في جهاز ذو مجال واسعهو عبارة عن أسطوانة كبيرة مثبتة على لوحة تضم إلكترونياتها المتطورة. وهو مُحسَّن للرصد بالأشعة تحت الحمراء، وتحديداً في منطقة الطيف التي تصبح فيها العديد من المجرات البعيدة مرئية بعد انزياح ضوئها نحو الأحمر.
كيفية دراسة الطاقة المظلمة دون رؤيتها مباشرة
إحدى الصعوبات الكبيرة التي تواجه علم الكونيات الحالي هي أن لا يمكننا "تصوير" الطاقة المظلمة بشكل مباشرلا يُضيء، ولا يعكس، ولا يمكن رصده مباشرةً. لذلك، سيتصرف رومان بطريقة غير مباشرة: سيراقب الكون المرئي - وبالأخص مليارات المجرات - ليستنتج من توزيعها وشكلها وحركتها ما يحدث للزمكان.
ستأخذ أداة رومان ذات المجال الواسع صور بدقة مماثلة لدقة صور هابل، ولكنها تغطي مساحات أكبر بكثير من السماءوبهذه الطريقة، سيتمكن العلماء من رسم خريطة لكيفية توزيع المادة (بما في ذلك المادة المظلمة، الناتجة عن تأثيرات عدسة الجاذبية) عبر التاريخ الكوني.
خلال مشروع رسم الخرائط الشامل الذي يقوم به، سيدرس رومان المجرات الممتدة على مساحة من الكون الحالي إلى أزمنة كان عمر الكون فيها حوالي 500 مليون سنة فقطحوالي 4% من عمرها. من خلال تحليل كيفية تغير المسافات بين المجرات وكيفية تشكل الهياكل الكونية، يستطيع علماء الكونيات اختبار نماذج مختلفة للطاقة المظلمة والجاذبية.
المفتاح في انزياح الضوء نحو الأحمرمع توسع الكون، تتمدد الموجات الكهرومغناطيسية كزنبرك: يزداد طول الموجة، وينزاح الضوء نحو منطقتي الأحمر والأشعة تحت الحمراء من الطيف. وكلما كانت المجرة أبعد، زاد تمدد ضوئها خلال رحلته إلينا.
من خلال قياس مقدار انزياح الضوء القادم من كل مجرة نحو الأحمر بدقة، يستطيع العلماء لتقدير المسافة بينها، وفي الوقت نفسه، اللحظة الزمنية الكونية التي نراها فيهابفضل ملايين هذه القياسات، يتم بناء خرائط ثلاثية الأبعاد توضح كيف يتغير تمدد وتوزيع المادة على مدى مليارات السنين.
سيقدم رومان أيضًا عرضًا دراسة واسعة النطاق للمستعرات العظمى من النوع Iaأدت هذه الأحداث نفسها إلى اكتشاف التوسع المتسارع. وتُستخدم هذه الانفجارات النجمية كنقاط مرجعية للسطوع المعروف: فمن خلال مقارنة لمعانها الذاتي باللمعان المرصود، يتم الحصول على مسافات دقيقة للغاية. ومع وجود عينة ضخمة موزعة في أنحاء السماء ومن عصور مختلفة، سيصبح من الممكن تحديد ما إذا كانت الطاقة المظلمة قد تصرفت دائمًا بالطريقة نفسها أم أنها تغيرت بمرور الوقت.
شبكة من التلسكوبات تعمل كفريق واحد
لن يعمل رومان بمفرده. وتؤكد القصة التي رُويت في البودكاست على ذلك. علم الكونيات الحديث هو جهد تعاوني حيث تكمل المراصد المختلفة بعضها البعض.يقدم كل تلسكوب نوعًا مختلفًا من البيانات أو نهجًا مختلفًا، لكنها جميعًا تتكامل معًا في نفس اللغز الكوني.
تتولى وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) قيادة المهمة أُطلقت شركة Euclid في عام 2023بفضل مساهمة رئيسية من وكالة ناسا في شكل أجهزة كشف الأشعة تحت الحمراء القريبة المشابهة جدًا لتلك التي يحملها تلسكوب جيمس ويب الفضائي، يقوم مرصد إقليدس أيضًا بإنشاء خريطة ثلاثية الأبعاد للكون، حيث يرصد مليارات المجرات على مسافات تصل إلى 10.000 مليارات سنة ضوئية.
هدفها الرئيسي هو لتتبع "آثار" الطاقة المظلمة من خلال شكل المجرات وموقعها ومسافاتها. ومن خلال الجمع بين خرائط توزيع المادة وقياسات عدسة الجاذبية - وهي التشوه الظاهر للمجرات الخلفية بفعل جاذبية المادة المظلمة الأمامية - سيقدم كل من إقليدس ورومان منظورين متكاملين حول نفس المشكلة.
لعبت غوادالوبي كاناس هيريرا أدوارًا مهمة في مسرحية إقليدس، سواء من البداية أو النهاية. وكالة الفضاء الأوروبية، بالإضافة إلى مؤسسات مثل المرصد الملكي في إدنبرة أو جامعة ليدنومن بين مسؤولياته الأخرى، قاد تطوير برنامج CLOE (الاحتمالية الكونية للمشاهدات في إقليدس)، وهو برنامج يسمح بمقارنة البيانات المرصودة مع التنبؤات النظرية للنماذج الكونية المختلفة.
بالتوازي مع تلسكوب جيمس ويب الفضائي يركز هذا النوع من التلسكوبات على رصد مساحات صغيرة من السماء بتفاصيل دقيقة للغاية، ودراسة المجرات البعيدة جدًا، وتكوين النجوم، وأغلفة الكواكب الخارجية. أما تلسكوب رومان، من ناحية أخرى، فيغطي مساحات أوسع بكثير بتفاصيل أقل دقة، أشبه بالانتقال من تكبير شديد إلى عدسة واسعة الزاوية كونية.
يُضاف إلى كل هذا ما يلي: مرصد فيرا سي. روبين، في تشيليتلسكوب أرضي قوي مدعوم بتعاون دولي واسع النطاق يشمل المؤسسة الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة. سُمّي المرصد تيمناً بعالم الفلك الذي قدّم أول دليل قاطع على وجود المادة المظلمة من خلال دراسة منحنيات دوران المجرات.
سيقدم روبين عرضًا مسح منهجي للسماء عبر الزمنسيُمكّن هذا من رصد الظواهر المتغيرة والعابرة، كما سيُسهم في فهم أفضل للطاقة المظلمة. وتُعدّ مهمات مثل SPHEREx، التي سترسم خريطة للسماء بأكملها في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة وترصد مئات الملايين من المجرات، ذات أهمية بالغة، إذ تُضيف قطعة أخرى إلى الصورة.
يقارن لوكاس باغانيني هذا النظام البيئي للآلات بالطريقة التي ندرس الأرض باستخدام الأقمار الصناعية والصور الملتقطة على مستوى الشارعنحتاج إلى صور من مقاييس وزوايا مختلفة لرسم خريطة كاملة: وينطبق الأمر نفسه على الكون. لا يوجد تلسكوب واحد يكفي لالتقاط تعقيده الكامل.
الكواكب الخارجية، وأجهزة تصوير الإكليل الشمسي، وعلم المواطنين
على الرغم من أن التركيز الرئيسي للحلقة هو الطاقة المظلمة، إلا أن البودكاست يُظهر أيضًا أن سيكون رومان أداة ثورية للبحث عن الكواكب الخارجية وتوصيفهاتحتوي المهمة على جهاز كورونوغراف تجريبي تقني سيحجب الضوء الساطع للنجوم ليكشف عن الكواكب التي تدور حولها.
يعمل جهاز الكورونوغراف كقرص صغير معتم... إنه يحجب سطوع النجم في مجال رؤية التلسكوب.يُنشئ هذا منطقة ظل تسمح برؤية الأجسام الخافتة، مثل العوالم البعيدة. وتختبر هذه التقنية أساليب التحكم البصري والضوئي التي ستكون أساسية للمراصد المستقبلية المخصصة للبحث عن دلائل على إمكانية السكن على الكواكب الخارجية.
سيُستخدم جهاز تصوير الإكليل الروماني كأساس لـ مرصد العوالم الصالحة للحياةمهمة مستقبلية لوكالة ناسا مصممة لدراسة الكواكب الشبيهة بالأرض بتفاصيل غير مسبوقة. الهدف هو اكتشاف خصائص مثل احتمال وجود محيطات أو أغلفة جوية أو مركبات كيميائية تشير إلى إمكانية وجود حياة عليها.
علاوة على ذلك، ستؤدي أداة رومان ذات المجال الواسع إلى إحصاء كوكبي غير مسبوق داخل مجرتنابفضل تقنيات مثل العدسات الجاذبية الدقيقة والمراقبة الدقيقة للعبور، من المتوقع اكتشاف آلاف الكواكب الخارجية الجديدة ذات مجموعة واسعة من الأحجام والمدارات.
سيتمكن الباحثون، بفضل هذا الفهرس، من تقدير ما مدى شيوع الأنظمة الكوكبية المشابهة لنظامنا؟مع وجود كواكب صخرية في مناطق صالحة للسكن، وعمالقة غازية بعيدة، وعوالم جليدية... وكل هذا التنوع الذي بدأنا نلمحه بالفعل. قبل بضعة عقود فقط، لم يكن معروفًا أي كوكب خارج المجموعة الشمسية؛ أما الآن، فقد صنفنا أكثر من 6.000 كوكب، وسيستمر هذا العدد في الازدياد.
كما تشجع وكالة ناسا المشاريع في العلوم المدنية كمستكشفين للطاقة المظلمةمن خلال هذه المبادرات، يُمكن لأي شخص لديه اتصال بالإنترنت التعاون في تصنيف البيانات أو تحليلها، مما يُساعد على تسريع الاكتشافات. إنها طريقة لفتح أبواب المختبر الكوني أمام المجتمع ككل.
معرفة تنمو مع مرور الوقت... ومع الفضول
إحدى أكثر الرسائل إلهاماً في الحلقة هي أن لا تزال معرفتنا بالكون في بداياتها.يستخدم لوكاس باغانيني صورة طفل لا يعرف سوى الغرفة التي يعيش فيها: فهو يعتقد أن تلك الغرفة هي عالمه كله، إلى أن يكتشف في يوم من الأيام أن هناك منزلًا، ثم حيًا، ومدينة، وبلدًا، وأخيرًا كوكبًا بأكمله.
يحدث لنا شيء مشابه مع الكون. نعلم أن هناك "جوارًا كونيًا" من المجرات والتجمعات والخيوطلكننا ما زلنا لا نملك كل البيانات اللازمة لفهم كيفية تنظيمها، وكيف تتطور بمرور الوقت، وما هو الدور الذي تلعبه الطاقة المظلمة في تلك العملية.
كل مجموعة جديدة من الملاحظات - سواء من مرصد رومان أو إقليدس أو روبين أو ويب أو أي مرصد آخر - تضيف حبة رمل صغيرة في صرح المعرفة العظيمربما تبدو النتيجة المنفردة غير مهمة، ولكن عند إضافتها إلى العديد من النتائج الأخرى، فإنها تساعدنا على تحسين النماذج، والتخلي عن النظريات، وطرح أسئلة جديدة.
تشير غوادالوبي كاناس هيريرا إلى أنه إذا أظهرت البيانات في النهاية أن نحن بحاجة إلى نوع مختلف من الفيزياء لوصف الكونلا يعني هذا أن كل ما سبق كان "خاطئاً"، بل يعني أن هناك جوانب لا تزال بحاجة إلى إكمال. قد تكون هذه لحظة صعبة علمياً، لأنها ستتطلب إعادة بناء جزء من الإطار النظري، لكنها ستكون أيضاً مثيرة للغاية.
وبالتوازي مع ذلك، يؤكد البودكاست على أهمية تنمية الفضول العلمي منذ الطفولةتشعر غوادالوبي بالامتنان لوالدها لأنه لم يطفئ شغفها بالمعرفة قط، ولأنه خصص وقتًا للبحث عن الإجابات، ولمرافقتها في تجاربها الصغيرة أو في مراقبة السماء بالمنظار. وهي تشجع العائلات على أن تحذو حذوه: إذا كان هناك طفل فضولي في المنزل، فإن أفضل ما يمكنكم فعله هو تشجيعه على طرح الأسئلة، والمزيد من الأسئلة.
يذكرنا تاريخ التقدم العلمي بأن في غضون بضعة عقود فقط، انتقلنا من عدم معرفة أي كواكب خارج المجموعة الشمسية إلى اكتشاف الآلاف منهاومن اعتبار التوسع الكوني مجرد تنبؤ نظري إلى قياس تسارعه بدقة. والآن، تكمن المهمة الكبرى في تحديد ماهية الطاقة المظلمة وكيفية اندماجها في وصف شامل للكون.
"عالم ناسا الغريب" ينقل فكرة أن يتسع فهمنا للكون في نفس الوقت الذي يتسع فيه الكون نفسه.انطلاقاً من التعاون الدولي والتكنولوجيا المتطورة والفضول الذي لا يشبع لأولئك الذين يكرسون حياتهم لهذه الأسئلة، يترك هذا المشروع الباب مفتوحاً لأي شخص - بما في ذلك أنت - ليساهم يوماً ما بجزء بسيط في هذا البحث عن إجابات حول الكون الخفي والعوالم البعيدة التي قد تؤوي أشكالاً أخرى من الحياة.
