إن النظر إلى سماء الليل ورؤية شريط أبيض من درب التبانة فقط يخفي مدى بُعدها الحقيقي لا يزال معظم الكون بعيد المنال بالنسبة لناجيل جديد من تلسكوبات عملاقةبقيادة من أوروبا وبمشاركة إسبانية قوية، تستعد هذه المبادرة لتغيير هذا الوضع تماماً انطلاقاً من صحراء أتاكاما في تشيلي.
ومن بين هذه المشاريع، يبرز التلسكوب الكبير للغاية (ELT)، الذي يعتبره الكثيرون أكبر تلسكوب بصري في العالم مستقبلاًوتلسكوب أتاكاما ذو الفتحة الكبيرة تحت المليمترية (AtLAST)، الذي سيصبح أكبر أداة من نوعها لاستكشاف الكون المختبئ وراء الغبار الكوني. ويشترك كلاهما في الموقع نفسه في أتاكاما، ويتأثران بشكل واضح بالتأثير الأوروبي.
عملاق قيد الإنشاء: التلسكوب الضخم للغاية
في قلب صحراء أتاكاما، يتقدم العمل على بناء التلسكوب العملاق للغاية، وهو مرصد ضمن شبكة المرصد الأوروبي الجنوبي (ESO) الذي يطمح إلى أن يصبح السلطة الرائدة عالمياً في علم الفلك البصري والأشعة تحت الحمراءإن موقعها، على ارتفاع يزيد عن 3.000 متر وتحت جو جاف للغاية، يسمح لها بالاستفادة الكاملة من جودة سماء تشيلي.
سيكون قلب تلسكوب ELT مرآته الرئيسية، المعروفة باسم M1، والتي يبلغ قطرها 39,3 مترًا. ولإعطائك فكرة عن ذلك، نحن نتحدث عن سطح مشابه لملعب رياضي صغيرإن تصنيعها كقطعة واحدة سيكون غير عملي بسبب حجمها ووزنها، لذلك تم حل التصميم من خلال فسيفساء من أجزاء مستقلة متزامنة بعناية.
ولحماية هذه "العين" الفلكية الهائلة، سيتم وضع التلسكوب تحت قبة يبلغ ارتفاعها 80 متراً وقطرها 88 متراً، وهي أبعاد تذكرنا بـ ملعب كرة قدم مغطى بهيكل معدنيفي الداخل، سيتم دمج حامل يزن حوالي 3.700 طن لدعم المرايا الخمس للنظام البصري والأجهزة العلمية المختلفة المسؤولة عن تحليل الضوء المجمع.
إن تصميم المرايا المتعددة ليس مجرد نزوة جمالية: بل سيسمح تصحيح التشوهات الجوية وتركيز الضوء بدقة تتجاوز قدرات التلسكوبات الحالية. والهدف المعلن هو دراسة كل شيء بدءًا من الكواكب الخارجية الشبيهة بالأرض وصولًا إلى المجرات الأولى التي تشكلت بعد الانفجار العظيم.
المرآة الأكثر دقة: 798 قطعة تعمل كوحدة واحدة
يكمن التحدي التقني الكبير لتلسكوب ELT في ضمان أن مرآته الرئيسية، المقسمة إلى 798 قطعة سداسية الشكل، يتصرف تمامًا كما لو كان سطحًا واحدًا متصلًايبلغ قطر كل قطعة حوالي متر ونصف، وسمكها حوالي خمسة سنتيمترات فقط، ووزنها يقارب 250 كيلوغرامًا.
لا تكمن الصعوبة في تصنيع كل قطعة على حدة، بل في ضمان بقاء التجميع بأكمله متناسقًا تمامًا. هامش الخطأ المسموح به كبير جدًا. يجب التحكم في الموضع النسبي بين الأجزاء بدقة تصل إلى نانومترين فقط.، بسمك أصغر بحوالي 10.000 مرة من سمك شعرة الإنسان.
ولتحقيق ذلك، سيحتوي التلسكوب على ما يقارب 2.500 محرك، وهي أجهزة صغيرة قادرة على تحريك كل جزء على حدة. تستطيع هذه المحركات تصحيح الاختلافات الطفيفة في الارتفاع أو الميل، بحيث تتكيف المرآة باستمرار مع احتياجات الرصد والتغيرات في البيئة المحيطة.
يُكمّل نظام التحكم شبكة تضم حوالي 9.000 مستشعر موزعة داخل القطاعات نفسها. وتتيح هذه الشبكة من المستشعرات إجراء القياسات في الوقت الفعلي. كيف تتحرك القطع أو تتشوه وإرسال أوامر تصحيح إلى المحركات للحفاظ على الشكل المثالي للمرآة.
سيمكن الجمع بين المحركات وأجهزة الاستشعار جهاز M1 من العمل كعين عملاقة واحدة، قادرة على إنتاج صور بمستوى عالٍ من التفاصيل. مما سيجعل التلسكوبات الحالية تبدو قديمة.، بما في ذلك العديد مراصد الفضاء.
المساهمة الإسبانية: نظام التماسك المحلي
في هذا السياق الذي يتطلب دقة متناهية، قام فريق من جامعة البوليتكنيك في كاتالونيا (UPC) والشركة الإسبانية IDOM بتطوير أداة رئيسية: جهاز التماسك المحلي. وهو نظام بصري رائد مصمم لـ تأكد من أن كل جزء من المرآة M1 موجود في مكانه الصحيح. فيما يتعلق بجيرانهم.
جهاز قياس التماسك المحلي هو أداة قياس خفيفة الوزن وصغيرة الحجم ومتينة تعمل بدون تلامس، قادرة على قياس الفرق الموضعي بين قطعة وست قطع مجاورة لها باستخدام جهاز واحد. وهو لا يكتشف فقط الاختلافات في الارتفاع، بل أيضًا... ميل طفيف نسبي بين القطع، وهو أمر أساسي لكي تحافظ المرآة على شكلها المثالي.
بحسب الفريق الذي طور النظام، فإن مفهومه مبتكر تمامًا، لدرجة أنه سمح لهم بالفوز بمناقصة دولية ضد عروض أخرى، وقد أدى إلى براءة اختراع ذات نطاق عالميتم تصميم هذا الهيكل ليعمل في الظروف القاسية للمرصد التشيلي، حيث يمكن أن تؤثر الاختلافات في درجة الحرارة والرياح على الهيكل.
شمل عمل شركتي UPC وIDOM كل شيء بدءًا من التصميم التفصيلي للجهاز واختيار المكونات وصولًا إلى بناء النظام وتطوير برامج المعالجة والاختبارات الوظيفية. قبل السفر بشكل دائم إلى تشيلي، سيتم التحقق من صحة جهاز التماسك المحلي في مقر المرصد الأوروبي الجنوبي في ميونيخ للتأكد من أنها تفي بمواصفات المشروع بدقة.
بالنسبة للباحثين المشاركين، فإن المشاركة في تلسكوب بهذا الحجم وبهذه الأجهزة بالغة الأهمية أمر مثير للغاية. ليس فقط بسبب الأثر العلمي الذي سيحدثه التلسكوب العملاق الكبير، ولكن أيضاً لأن وهذا يضع الهندسة الإسبانية في طليعة علم الفلك الدولي..
أخيرًا: التلسكوب الذي سيكشف خفايا الكون
بينما يستعد التلسكوب الأوروبي الكبير للغاية (ELT) لقيادة عمليات الرصد البصري والأشعة تحت الحمراء، يهدف مشروع رئيسي آخر، بمشاركة أوروبية كبيرة أيضاً، إلى السيطرة على السماء في منطقة مختلفة تماماً من الطيف: إشعاع الموجات دون المليمترية. هذا هو تلسكوب أتاكاما ذو الفتحة الكبيرة دون المليمترية، المعروف باسم AtLAST، والذي يهدف إلى أن يصبح أكبر تلسكوب في العالم ذو طبق واحد يعمل بالموجات دون المليمترية.
تنبع الفكرة الأساسية من قيد معروف جيداً لدى المجتمع العلمي: جزء كبير من الكون مخفي خلف سحب الغبار تحجب هذه الجسيمات الضوء المرئي. ويُحتجز ما يقرب من نصف الضوء المنبعث من المجرات في هذا الغبار بين النجوم، لذا فإن التلسكوبات البصرية لا تلتقط سوى جزء ضئيل من الواقع.
في العقود الأخيرة، حققت مرافق مثل مرصد ألما (مصفوفة أتاكاما الكبيرة للمليمتر/دون المليمتر)، الموجود أيضاً في تشيلي، تقدماً ملحوظاً في هذا المجال. ومع ذلك، يعمل مرصد ألما كـ"مجهر": فهو يوفر صوراً عالية الدقة، لكن كل رصد يغطي مساحة صغيرة جداً من السماء، أصغر بآلاف المرات من السطح الظاهري للقمر.
يهدف برنامج AtLAST إلى استكمال هذا النهج بمنظور واسع الزاوية. بفضل تصميمه، سيكون قادراً على رسم خرائط لمناطق من السماء تصل إلى 16 ضعف الحجم الظاهري للقمر في عملية رصد واحدة، مما سيسمح بإجراء عمليات تعداد ضخمة للمجرات وسحب الغاز والغبار على نطاقات مستحيلة اليوم.
يجمع مشروع AtLAST2، الممول من الاتحاد الأوروبي والذي لا يزال في مرحلة التصميم حتى عام 2028، متخصصين من أوروبا، وتشيلي، وجنوب إفريقيا، وكندا، وتايوان، وتايلاند، ونيوزيلندا، واليابان، والولايات المتحدة. والهدف هو إنشاء جهاز بقطر 50 مترًا، والذي عند تشغيله، سيصبح أكبر تلسكوب دون المليمتر تم بناؤه على الإطلاق.
هندسة فائقة: صحن قطره 50 متراً ووزنه 4.400 طن
يتضمن التصميم المخطط له لـ AtLAST هوائيًا رئيسيًا بفتحة قطرها 50 مترًا مصنوعًا من ألواح ألومنيوم ومدعومًا بهيكل فولاذي ضخم. وسيبلغ وزن التجميع الإجمالي حوالي 4.400 طن. مرآة ثانوية قطرها 12 متراًأكبر من العديد من التلسكوبات الكاملة العاملة بالفعل.
يقع موقعها المخطط له أيضاً في صحراء أتاكاما، بالقرب من مرافق مرصد ألما وعلى ارتفاع يزيد عن 5.000 متر. هذا المزيج من الهواء الجاف والارتفاع الشاهق وانخفاض التلوث الضوئي ضروري لرصد الإشعاع بين موجات الراديو والأشعة تحت الحمراء. نطاق الموجات دون المليمترية الذي سيعمل فيه التلسكوب.
من أبرز عناصر المشروع نهجه في مجال الاستدامة. يهدف المشروع إلى تشغيل محطة أتلاست بالكامل باستخدام الطاقة المتجددة، من خلال نظام هجين لتجديد الطاقة. عمليًا، يتم ذلك من خلال مزيج من الطاقة الشمسية، وتخزين البطاريات، وتخزين هيدريد المعادن، إلى جانب استعادة الطاقة الحركية عندما يكبح التلسكوب نفسه بعد الحركة، على غرار ما يحدث في المركبات الهجينة.
لا تقتصر الفكرة على تقليل البصمة الكربونية أثناء التشغيل فحسب، بل تشمل أيضًا أثناء تصنيع المكونات، من خلال التركيز على عمليات ذات انبعاثات منخفضة أو معدومةوبما أن هذه البنية التحتية مصممة للعمل لمدة خمسة عقود تقريباً، فإن التصميم يتضمن إمكانية تحديث الأدوات العلمية مع تقدم التكنولوجيا.
من الناحية العلمية، سيكون مشروع AtLAST جزءًا من جيل جديد من المراصد الكبيرة المخطط لها في أربعينيات القرن الحالي، والتي تشمل أيضًا التلسكوب الأوروبي العملاق للغاية. ويحذر علماء الفلك من أنه بدون جهاز أحادي الطبق يعمل في نطاق الموجات المليمترية الفرعية بهذا الحجم، فإن سيؤدي هذا إلى فجوة كبيرة في قدرتنا على رسم خرائط الغاز البارد والغبار. في جميع أنحاء السماء.
ما هي العلوم التي سيمكننا من استخدامها أكبر تلسكوب في العالم في مجاله؟
يسعى كل من تلسكوب ELT وتلسكوب AtLAST إلى الإجابة عن أسئلة جوهرية حول كيفية بناء الكون وتطوره. وفي حالة تلسكوب الموجات المليمترية الفرعية، يتمثل أحد الأهداف الرئيسية في تحديد موقع الغاز البارد والغبار اللذان يغذيان تكوين النجوم والمجراتبالإضافة إلى أجزاء من المادة التي لم يتم اكتشافها بشكل مباشر في البيئة المجرية.
تشير النماذج الحالية إلى وجود كميات كبيرة من الغاز، الساخن والبارد، حول المجرات، لكن معظم هذه المادة غير مرئي للعين المجردة باستخدام التقنيات التقليدية في نطاق الضوء المرئي. قد يساعد مشروع AtLAST في الكشف عن موقعها الحقيقي. سد ثغرات مهمة في فهم التطور الكوني.
سيركز مجال بحثي رئيسي آخر على دراسة المجرات شديدة الغبار، والتي تظهر اليوم متداخلة في عمليات الرصد. وبفضل حساسية تلسكوب AtLAST ومجال رؤيته الواسع، يأمل علماء الفلك في تحديد هذه المصادر الفردية. تحديد ما يقارب 50 مليون مجرة في حوالي 1.000 ساعة من المراقبة وفقًا للتقديرات الأولية.
سيُمكّن التلسكوب أيضاً من رصد الغلاف الجوي للشمس في نطاق الموجات دون المليمترية، كما سيمكّن من تتبع تغيرات التوهجات الشمسية بتفاصيل غير مسبوقة. وستكون هذه المعلومات ذات أهمية ليس فقط لفيزياء الشمس، بل أيضاً لفهم أفضل للغلاف الجوي للشمس. كيف تؤثر الانفجارات البركانية على الطقس الفضائي؟ وبالتالي، إلى الأنظمة التكنولوجية على الأرض.
في غضون ذلك، سيركز التلسكوب العملاق للغاية، بقدرته على جمع وتحليل الضوء من الكون بأكمله تقريبًا، على دراسة الكواكب الخارجية الشبيهة بالأرض، والوصف التفصيلي للنجوم القريبة والبعيدة، ورصد المجرات الأبعد، التي تقع على بعد أكثر من 10.000 مليارات سنة ضوئيةسيسمح لنا هذا بالاقتراب أكثر من اللحظات الأولى لتكوين الهياكل في الكون.
من خلال الجمع بين كلا النهجين، الأشعة تحت الحمراء المرئية من جهة، والأشعة دون المليمترية من جهة أخرى، يأمل المجتمع العلمي الأوروبي في أن يكون قادراً على رسم صورة أكثر اكتمالاً لكيفية تشكل النجوم، وكيفية تطور المجرات، و ما هي العمليات الفيزيائية التي تهيمن على أكثر مناطق الكون خفاءً؟.
إن الالتزام الأوروبي، ولا سيما ثقل المجتمع العلمي الإسباني في تطويرات مثل Local Coherencer أو تنسيق أجزاء من مشروع AtLAST، يوضح كيف أن بناء أكبر تلسكوب في العالم في كل نطاق رصد ليس مجرد سباق تكنولوجي، ولكنه أيضًا وسيلة لترسيخ نظام بيئي بحثي قادر على الاستفادة، لعقود من الزمن، من الكم الهائل من البيانات التي ستضعها هذه التلسكوبات العملاقة في أتاكاما على الطاولة.
