نحن ننظر إلى الكون المبكر

في نهاية بناء ثلاثة تلسكوبات عملاقة ، يمكنهم تغيير الفيزياء الفلكية الحديثة بالكامل

صورة من " تلسكوب ماجلان العملاق " ، وهو أحد صور "التلسكوبات الضخمة للغاية" ، التي من المتوقع أن تكتمل في غضون السنوات العشر القادمة. ستكون كبيرة بما يكفي للنظر في الأشياء الأولى للكون.

يمكن الكشف عن أسرار الكون الأقدم والأكثر تحفظًا بعناية ، من المادة المظلمة إلى شكل الكون بعد الانفجار الكبير مباشرة - بعد كل شيء ، هناك ثلاثة "تلسكوبات كبيرة للغاية" قيد الإنشاء ، سيتجاوز حجم كل منها حجم ملعب كرة السلة.

يأمل العلماء أن تساعد هذه التلسكوبات ، التي من المتوقع أن تكتمل في السنوات العشر القادمة ، على رؤية الكون المبكر ، والانتقال من حالة موحدة وحارة ومعتمة إلى حالة باردة ومنظمة ، حيث تبدأ المادة في التركيز داخل الأشياء ، وتطلق الضوء عن طريق إرسالها إلى السفر إلى الفضاء.

"نحن نتحدث عن الفترة من 100 مليون إلى 500 مليون سنة بعد بداية الكون ؛ قال الفلكي في جامعة كامبريدج جيري جيلمور ، إن النجوم الأولى والعناصر الكيميائية والثقوب السوداء وغيرها من الأشياء الغريبة ظهرت لأول مرة في هذا الوقت.

تنظر التلسكوبات الضخمة إلى الوراء في الزمن إلى أول ضوء ينبعث من الأجسام. بعد وقت قصير من الانفجار الكبير ، انتفخ الكون مثل سطح الكرة ، وكانت بعض الأماكن بعيدة جدًا عنا حتى أن ومضات الضوء الأولى جاءت الآن فقط. إذا نظرت إلى هذا الضوء ، يمكنك معرفة البنية والتكوين الكيميائي للأجسام الأولى للكون ، والتي ، كما صور غامضة تم التقاطها بواسطة تلسكوب الفضاء تشير إليها. هابل ، تشكلت في وقت أبكر بكثير مما تتوقع النظريات. يقول جيلمور إن تحسين الملاحظات يمكن أن يؤدي إلى نظريات جديدة عن ولادة الكون وتطوره.


صورة تم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر لـ "التلسكوب الأوروبي الكبير للغاية" في صحراء أتاكاما ، تشيلي. سيكون E-ELT ، الذي يبلغ ارتفاعه 39.3 مترًا ، أكبر التلسكوبات الثلاثة من الجيل التالي.

تلسكوبات جديدة بتكلفة 900 مليون دولار إلى 1.6 مليار دولار لكل منها ، تلسكوب ماجلان العملاق (GMT) ، تلسكوب بطول 30 مترًا (TMT) والتلسكوب الأوروبي الكبير للغاية (E-ELT) - أقطار المرايا المجزأة التي تصل إلى 24.5 م ، 30 م و 39.3 م ، على التوالي ، سيتفوقان بشكل كبير على التلسكوبات الحديثة (قطر المرآة لأكبر التلسكوبات الموجودة هو 10.4 م). سوف تتجاوز قوتهم القوة الحديثة بمقدار 5 إلى 200 مرة ، اعتمادًا على التلسكوب والمهمة.

توضح باتريك مكارثي ، عالمة الفلك في مراصد معهد كارنيجي في كاليفورنيا ومدير مشروع GMT ، أن الجامعات والوكالات الحكومية والمنظمات العلمية الأخرى في جميع أنحاء العالم تمول المشاريع التي تختارها في مقابل إمكانية استخدام التلسكوب في المستقبل. وسيؤثر امتلاك حصة من وقت الاستخدام بشكل جيد على سمعة المؤسسة في المستقبل ، كما يقول علماء الفلك غير المرتبطين بهذه المشاريع. قال مكارثي: "إذا لم يكن لديك مثل هذه الفرصة ، فسيتعين عليك التوصل إلى شيء خاص بك من أجل مواكبة المنافسة".

تواصل ثلاثة مشاريع البحث عن المستثمرين ، وتقترب تدريجياً من المراحل الأولى من البناء. قام مهندسو محرك التوربينات الغازية بتسوية السطح على جبل في تشيلي وانتهوا من صب أربعة من المرايا السبع. مشاريع TMT و E-ELT (التي سيتم بناؤها في هاواي وشيلي ، على التوالي) تصنع مرايا اختبار. بدأت المجموعات الثلاث في تطوير الأدوات.

يجب أن تؤدي جداول البناء المماثلة إلى مسابقات ، ولكن مع ذلك ، على الرغم من أن كل تلسكوب يتباهى بخصائصه الفريدة ، فإنه لا يتعلق بمن سيشغل أولاً. قال ديفيد سيلفا ، مدير المرصد الفلكي البصري الوطني في توكسون ، أريزونا: "هناك مجال لاكتشاف الكثير من حولنا ، لذا إذا تأخرت ثلاث سنوات ، فلن يعني ذلك أنك خسرت مليار دولار". يتم تمويله من قبل مؤسسة العلوم الوطنية ، التي تجري محادثات مع TMT حول التعاون المحتمل.


صورة للنظام الكوكبي HR8799 مع نجم وأربعة كواكب تقع على بعد 129 سنة ضوئية منا ، حصل عليها مرصد كيك في هاواي.

ستكون المقاريب قوية بما يكفي لتشهد شخصياً فوضى وسحق العوالم الأخرى. يقول روجر أنجيل ، عالِم الفلك في جامعة أريزونا ، الذي يشرف على تصنيع المرايا في توقيت غرينتش: "لقد لمست للتو مجالًا علميًا مثل دراسة الكواكب الخارجية ، وسوف تزدهر بعنف مع ظهور هذه التلسكوبات".

سوف تتبع المقاريب التغيرات الطيفية المتعلقة بالتغيرات الموسمية - وبالتالي الجو النشط - للكواكب التي تتبع في المدارات حول النجوم الأخرى. يمكنهم حتى استخلاص العلامات الكيميائية لوجود حياة خارج كوكب الأرض. يقول مكارثي: "نتوقع أن تكون العلامات البيوكيميائية للحياة خارج الأرض عالمية إلى حد ما". ثم ، عندما يبحث المسبار كيريوسيتي عن مثل هذه العلامات ، ينقب في تربة المريخ ، "سنفعل الشيء نفسه بالنسبة للكواكب خارج المجموعة الشمسية ، ولكن باستخدام التحليل الطيفي عن بُعد" ، يشرح.

إن القدرة على مراقبة تكوين المجرة وكيفية تراكم المادة في الفضاء سيساعد على الكشف عن خصائص جسيمات المادة المظلمة - مادة غير مرئية تشكل 84 ٪ من جميع المواد في الكون.

يراقب العلماء الأماكن الأكثر تطرفًا في الكون - حواف الثقوب السوداء الهائلة - ويخطط العلماء للتحقق من قوانين النسبية العامة وميكانيكا الكم بدقة غير مسبوقة. قال جيلمور: "سنبحث عن الإشعاع الناتج عن إبادة النجوم في عملية الامتصاص بواسطة ثقب أسود". "إن الطريقة التي ستسير بها الفوتونات ، على فترات ثابتة أو في مجموعات ، ستخبرنا عن بنية الزمكان حول الثقوب السوداء". في السابق ، لم تكن مثل هذه الملاحظات ممكنة ، "لأنك تحتاج إلى رؤية الثقب الأسود بوضوح شديد ، ولهذه الدقة الكبيرة جدًا."


تفتخر التلسكوبات الحديثة بالبصريات التكيفية الليزرية للقضاء على ضبابية الصورة بسبب الغلاف الجوي

تعتمد تصميمات التلسكوب المستقبلية على تقنية تسمى البصريات التكيفية ، والتي تزيل التشوهات التي يمر بها الضوء في اضطراب الغلاف الجوي للأرض. يوضح سيلفا: "تستخدم الليزر لرسم نجم اصطناعي في السماء ، ثم تستخدمه كقاعدة للكشف عن الاضطراب في خط رؤية التلسكوب". يتم استخدام عشرات المرات في الثانية لقياسات الاضطراب لتحريك آلاف المحركات المتصلة بالمرايا المرنة في التلسكوب ، وتغيير شكلها وإبطال التشوهات الجوية. تستخدم البصريات التكيفية بالفعل في المراصد الصغيرة ، بما في ذلك مقاريب كيك 10 أمتار في هاواي. وقال سيلفا إن مهمة تكييف مثل هذه التكنولوجيا مع التلسكوبات التي يبلغ قطرها 2-4 مرات "هي في طليعة الحوسبة في الوقت الحقيقي".

إذا كانت التكنولوجيا تعمل كما ينبغي ، فسوف تميز GMT و TMT و E-ELT بين الضوء البصري والأشعة تحت الحمراء القريبة - الأنواع الأكثر شيوعًا من الإشعاع الكهرومغناطيسي في الكون - كما لو تم وضعها في المدار. من المقرر أن يدخل تلسكوب جيمس ويب الفضائي ، الذي من المقرر أن يدخل المدار في عام 2018 بمهمة مدتها خمس سنوات بقيمة 8 مليارات دولار ، عمل هذه المراصد ، بحساسية أكبر في المناطق الوسطى والأشعة تحت الحمراء البعيدة. لكن التلسكوبات الفضائية عادة ما تكون أصغر وأكثر تكلفة وأقل عمرًا.

قال سيلفا: "لن يكون من المستغرب أن يكون وقت التشغيل العلمي المنتج لهذه التلسكوبات 50 عامًا".

وخلال هذا الوقت ، يمكن لثلاثة مقاريب أن تغير مجال علم الفلك والفيزياء وعلم الكونيات. بالإضافة إلى التجارب المخطط لها ، يأمل العلماء في رؤية بعض المفاجآت غير المتوقعة التي تغير النماذج - كما هو الحال في الجيل الماضي ، اكتشف التلسكوبات التي يبلغ قطرها 4 أمتار أن مادة غامضة تسمى الطاقة المظلمة تهيمن على الكون. بعد إطلاق التلسكوبات الجديدة ، يقول مكارثي ، "لفترة من الوقت سننظر بعناية في بعض الامتدادات الفارغة للسماء ونرى ما لم يره أحد من قبل".