سازمان فضایی اروپا

پابه‌پای پلانک: نگاهی به کهن‌ترین نور هستی

arezoo — Sun, 24 Mar 2013 03:27:55 +0000

جنیفر اولیت (Jennifer Ouellette)

برگردان:

احسان سنایی

جنیفر اولیت - بعد از ظهر جمعه، دوم فروردین ۱۳۹۲، هیئت علمی تلسکوپ فضایی میکروموجی پلانک، وابسته به سازمان فضایی اروپا (ESA)، نتایج پانزده ماه پویش مستمر کهن‌ترین نور جهان هستی را منتشر کرد. «تابش میکروموجی پس‌زمینه کیهان» یا به اختصار CMB، نور فوق‌العاده ضعیفی‌ست که تلسکوپ ۹۰۰ میلیون دلاری پلانک می‌بایسته تا حدود تنها یک‌دهم درجه بالاتر از صفر مطلق سرد شده باشد تا بتواند نوسانات ریزمقیاس‌اش را در پهنه آسمان تشخیص بدهد.

اما مگر این نور چه حرفی برای گفتن دارد؟ جنیفر اولیت (Jennifer Ouellette)، از نویسندگان مجازی نشریه Scientific American این سؤال را در این مقاله، با زبانی ساده تشریح می‌کند.

ما که طاقت شب‌بیداری‌های قبل از اعلام تازه‌ترین یافته‌های ماهواره پلانک را نداشتیم؛ اما صبح فردایش، همه‌جا پر بود از این اخبار. این شد که نتوانستیم از خیر بررسی‌اش بگذریم. وبلاگ Bad Astronomer، بالاخص شرح جالبی را بر این موضوع نوشته است. آن‌هایی که بیشتر کنجکاو جزئیات خیره‌کننده‌ و نمودارها و تصاویر مربوطه هستند، اتان سیگل (Ethan Seigel) از وبلاگ Starts With a Bang، برایشان دو مطلب ویژه دارد: یکی راجع به تمام چیزهایی که تا قبل از صبح پریروز می‌بایستی درباره جهان می‌دانستید و یکی هم راجع به اینکه یافته‌های تازه، چه حرفی راجع به جهان‌مان برای گفتن دارند.

ولی خب اغلب این مطالب، حول یک مسأله جولان می‌دهند: اینکه داده‌های تازه، "دقیق‌ترین و جزئی‌ترین نقشه از کهن‌ترین نور هستی تا به امروز را در اختیارمان گذاشته‌اند"؛ داده‌هایی که پیش‌بینی‌های عمده مدل استاندارد کیهان‌شناسی را تأیید می‌کنند. اما برای اینکه ماجرا برایتان جالب‌تر شود، این داده‌ها یک برگ برنده هم دارند: گویا کمی «نابهنجاری» در این داده‌ها به چشم می‌خورد. بارزترین‌شان هم نوسانات نامنظم پراکنده در پهنه تابش میکروموجی پس‌زمینه کیهان است.

آرنو پنزیاس (چپ) و رابرت ویلسون، کاشفان تابش میکروموجی پس‌زمینه کیهان در برابر آنتن کراوفورد

این مسأله تا حد زیادی صحت دارد. اما نقشه‌برداری‌های قبلی، نوسانات نه‌چندان تصادفی‌تری را در این داده‌ها نشان می‌دادند و هم‌اینک پلانک، دست به تأیید همین نوسانات تصادفی زده. یعنی به قول فیل پلیت (Phil Plait): "مطابق یک مدل ساده از جهان هستی، جهان اصولاً نباید اینچنین باشد. جهان، در یک مقیاس کلان، یک‌وری‌ست!" درست است: ما در یک جهان یک‌وری زندگی می‌کنیم!

ولی خب این‌ها یعنی چه؟! البته فیزیکدانان هنوز در حال هضم هرچه‌بهتر این یافته‌ها از خلال ده‌ها مقاله موجود و چه بسا صدها مقاله‌‌ای هستند که در راه است؛ اما به قول مت فرانسیس (Matt Francis) از وبلاگ Art Technica، اکثرشان یعنی که "جهان هنوز عجیب و جذاب است". و همین هم مایه خوشوقتی فیزیکدانان است.

حالا شاید بپرسید این تابش میکروموجی پس‌زمینه کیهان اصلاً چیست؟ (و البته حق هم دارید؛ بالاخره همه که یافته‌های کیهان‌شناختی را از نزدیک دنبال نمی‌کنند). در یک کلام، نور بازمانده از بیگ‌بنگ، و یا همان انفجار بزرگ. آرنو پنزیاس (Arno Penzias) و رابرت ویلسون (Robert Wilson)، در اواسط دهه ۱۹۶۰ میلادی موفق شدند این نور را به‌نحوی کاملاً تصادفی تشخیص بدهند. آن وقت‌ها، جامعه فیزیکدانان عموماً به دو دسته تقسیم می‌شد. قاطبه‌شان می‌گفتند که جهان ما، پایا و نامتغیر است و قرار هم نیست که تغییری بکند. تک و توک عده‌ای هم طرفدار مدل انفجار بزرگ بودند؛ که بر مبنای کشف سال ۱۹۲۹ ادوین هابل (Edwin Hubble) ارائه شده بود؛ مبنی بر اینکه کهکشان‌ها در حال دور شدن از همدیگرند.

طبق دیدگاه دومی، جهان روزگاری فوق‌العاده چگال و فشرده بوده و کل ماده، در چشم‌به‌هم‌زدنی طی یک رخداد سهمگین پدید آمد. اما صحت این فرضیه، طبق‌ پیش‌بینی رابرت دیک (Robert Dick)، کیهان‌شناس دانشگاه پرینستون، مستلزم وجود نوری با دمای تقریبی ۳ کلوین (یا حدود منفی ۲۷۰ درجه سانتیگراد) بود. و هیچکس هم موفق به تشخیص‌اش نشده بود.

خب این، یک نمونه بارز از کشفیات تصادفی‌ست. پنزیاس و ویلسون اصلاً پی تابش پس‌زمینه کیهانی نمی‌گشتند. آن‌ها آنتن ۲۰-فوتی و شاخی‌شکل کراوفرود– که از اسقاطی‌های سیستم مخابرات ماهواره‌ای ایالات متحده بوده – را صرفاً برای بزرگ‌نمایی و بررسی سیگنال‌های رادیویی پهنه راه شیری و سایر کهکشان‌ها به کار گرفته بودند. مشکل‌‌شان فقط این بود که چنین بررسی‌های دقیقی را با نویز دردسرسازی که در پس‌زمینه حاضر بود، اصلاً نمی‌شد انجام داد: چیزی شبیه پارازیت. سیگنال یکدستی در محدوده میکروویو، که ظاهراً از هم طرف هم دریافت می‌شد.

آن‌ها به هر حربه‌ای که می‌شد، متوسل شدند. حتی برای پرندگان آن حوالی تله گذاشتند و سطح آنتن را هم از فضله‌هایشان پاک کردند؛ اما نتوانستند از شر این پارازیت خلاص شوند. این شد که با دیک مشورت کردند و او هم این کشف را به تأیید رساند. او به همکارانش گفته بوده: "در پوست خود نمی‌گنجیم" (آن تله کذایی هم حالا بخشی از مایملک موزه ملی هوا و فضای اسمیتسونین واشنگتن شده).

کشف تابش CMB، مدل انفجار بزرگ را بهک‌باره سر زبان‌ها انداخت؛ اما هنوز دانشمندان مانده بودند که اگر این نور، این‌همه یکدست و صاف است، پس چرا جهان‌مان پر از ستاره‌ها و خوشه‌های کهکشانی‌‌ست؟ چرا پرده یکدستی از غبار جهان‌مان را نپوشانده؟ این شد که باز پیش‌بینی کردند که احتمالاً نوسانات ضعیفی را بتوان در پهنه این تابش باستانی یافت که در واقع ردپای اختلاف چگالی ماده در سنوات نخستین تشکیل جهان، و به عبارتی بذر نخستین کهکشان‌های عالم هستند.

به این نوسانات باستانی، اصطلاحاً «ناهمسانگردی» (Anisotropy) می‌گویند: یعنی به هر سو که می‌گردی، تفاوت‌هایی احساس می‌کنی و در اینجا هم هر قسمت از آسمان را که دید می‌زنی، به وجود اختلافات ناچیزی در دمای تابش CMB پی می‌بری. خیلی چیزها ناهمسانگرد حساب می‌شوند؛ حتی چیز پیش‌پاافتاده‌ای مثل شیشه‌های پلاریزه عینک آفتابی: اگر شیشه را با یک زاویه مشخص بگیری، نور پلاریزه می‌تواند از آن عبور کند، ولی اگر جهتش را عوض کنی، دیگر این نور را نمی‌بینی. از آنجاکه شیشه در جهات مختلف، رفتارهای مختلفی بروز می‌دهد، اصطلاحاً «ناهمسانگرد» است. پلاسما (یا گاز یونیزه) هم می‌تواند ناهمسانگرد باشد: مثلاً میدان مغناطیسی‌اش به یک‌ور بیشتر متمایل باشد.

مفهوم کلیدی دیگری که در این زمینه جلب نظر می‌کند، «تابش جسم سیاه» است. نور تابش‌شده از سنوات نخستین جهان هستی (که ما در اینجا به جهان، «جسم» می‌گوییم)، باید اصولاً در سرتاسر طیف الکترومغناطیس پخش شده باشد و شکل کلی طیف‌اش هم کاملاً بستگی به دمای این نور دارد. پس اگر ما از دمای این «جسم سیاه» خبر داشته باشیم، می‌توانیم شکل طیف نوری‌اش را هم پیش‌بینی کنیم.

ناسا در هجدهم نوامبر ۱۹۸۹، ماهواره COBE را به‌منظور بررسی همین خواص تابش CMB به فضا فرستاد؛ و اولین نتایج آن هم درست ۹ دقیقه پس از استقرار در مدار به زمین مخابره شد. مجموع داده‌های دریافتی، شکل یک طیف تمام‌عیار جسم سیاه را می‌ساخت – و این یعنی که جهان، یک جاذب و دافع تمام‌عیار نور است. وقتی منحنی نهایی حاصل از این محاسبات، در نشست سال ۱۹۹۰ انجمن نجوم ایالات متحده ارائه شد، انطباق بی‌سابقه بین نظریه و مشاهده را می‌شد دید. اصلاً صدای حیرت همه را هم می‌شد شنید؛ صدایی که بلافاصله با همهمه تشویش ایستاده حضّار همراه شد. خودتان ببینید:

طیف دمایی تابش CMB، طبق محاسبات کاوشگر COBE

قشنگ نیست؟ واقعاً اتفاق نادری‌ست که نظریه و مشاهده با چنین دقتی با هم چفت شوند. تیم علمی کاوشگر، از روی همین نمودار، موفق به تشخیص نوسانات ضعیف تابش CMB و لذا نخستین نواحی تجمع ماده در پهنه جهان شدند.

«نقشه» این نوسانات دمایی، در نشست ماه آوریل ۱۹۹۲ انجمن فیزیک آمریکا در شهر واشنگتن ارائه شد – از جمله نخستین سمینارهایی که خودم به‌عنوان یک نویسنده علمی جوان در آنها حضور داشتم. کنفرانس خبری هیئت علمی کاوشگر، اصلاً جای سوزن انداختن نداشت. پر شده بود از دوربین‌های تلویزیونی شبکه‌های مهم خبری دنیا و گزارشگران رادیویی و جراید و البته جو هیجان‌انگیزی که راحت همه را منقلب می‌کرد. به‌ویژه‌ از این بابت که جان کلام را می‌شد در اولین نگاه، فهمید: تصویری از جهان هستی در سنین شیرخوارگی و توضیحی در پس پشت منشأ تمام کهکشان‌ها و ستارگان.

نقشه تمام‌نمای نوسانات دمایی تابش CMB از دید کاوشگر پلانک

COBE اولین کاوشگری بود که حساسیت کافی برای تشخیص چنین نوساناتی را داشت؛ ولو که مقدارشان فقط یک‌صدهزارم درجه سانتیگراد بود. این کاوشگر، همچنین دقیق‌ترین محاسبات از دمای جهان هستی را هم به ثمر رساند: ۲.۷۲۶ کلوین. یافته‌های COBE، مدرک محکمی در پشتیبانی از مدل بیگ‌بنگ بود. به همین خاطر هم استفان هاوکینگ این یافته‌ها را "بزرگ‌ترین کشف قرن؛ اگر نه تمام دوران‌ها" نامید.

ولی خب این قصه با COBE به سر نرسید. حسگرهای Boomerang و DASI هم، سوار بر بالن‌های پرارتفاع، محاسبات دقیقی از این تابش میکروویوی صورت دادند و همین اخیراً، ماهواره WMAP نیز بر مبنای محاسبات مشابهی از این تابش، دقیق‌ترین مقادیر گزارش‌شده از کمیت‌های تعیین‌کننده‌ای نظیر سن جهان، میزان انحنای فضا-زمان و لحظه تولد نخستین اتم‌ها و ستارگان هستی را صورت داد.

همین، باز دوباره ماجرای پلانک و خبر پریروزش را پیش می‌کشد. پلانک، جانشین COBE و WMAP است. به‌شخصه، توصیفی که کریستف گورسکی (Krzystof Gorski) در جریان نشست خبری پریروز، از این ماهواره صورت داده را خیلی می‌پسندم: پلانک، "فراری مأموریت‌هایی‌ست که وقف بررسی تابش پس‌زمینه کیهانی شده‌اند". او در ادامه گفت: "فناوری را ارتقا می‌دهید و نتایج هرچه‌دقیق‌تر حاصل می‌کنید. برای یک اتومبیل، این موضوع به معنای افزایش سرعت و آمار پیروزی‌‌ست. اما برای پلانک، این به‌معنای گنجینه‌ای از داده‌های خیره‌کننده، و کسب درک ژرف‌تری از خصوصیات و تاریخچه جهان هستی‌ست".

پلانک، گذشته از تشخیص «نابهنجاری‌»هایی که شرح‌شان رفت، دستورالعمل تازه‌ای را هم برای تشکیل جهان عرضه کرده – یا به عبارت بهتر، محاسبات دقیق‌تری از مقدار «مواد سازنده»اش را. جان کلام اینکه:

"این نقشه نشان داد که ماده تاریک، حدود ۲۶.۸ درصد از جهان‌مان را شکل داده که نسبت به ۲۴ درصد محاسبات قبلی، مقدار بیشتری‌ست؛ و ماده معمولی هم ۴.۹درصد، در عوض ۴.۶درصد قبلی. این نتایج همچنین نشان می‌دهند که حدود ۶۸.۳ درصد از جهان، در عوض ۷۱.۴ درصدی که قبلاً تخمین زده شده بود، از انرژی تاریک تشکیل شده است".

ضمناً برآورد تازه‌ای از سرعت انبساط جهان (و یا به‌عبارت دقیق‌تر، مقدار «ثابت هابل») را هم به دست آورده‌ایم: ۶۷.۱۵مثبت/منفی ۱.۲ کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک (هر مگاپارسک، معادل تقریباً ۳ میلیون سال نوری‌ست). این مقدار، از مقادیر قبلی که به طُرُق دیگری توسط تلسکوپ‌های فضایی هابل و اسپیتزر محاسبه شده بود، کمتر است. و این، دوباره خودش یعنی که جهانْ کمی مسن‌تر از آن چیزی‌ست که تاکنون تصورش می‌رفت: یعنی حدود ۱۳.۸۲ میلیارد سال عمر دارد.

پس، همان‌طور که می‌بینید، علم همین‌طور در برابرتان رژه می‌رود. سال آینده بایستی منتظر یافته‌های کامل‌تر و دقیق‌تر پلانک بود. و خب بعدش چه می‌شود؟ از کجا معلوم؟

منبع: Scientific American

در همین زمینه:

آیا می‌توان به ردپای بیگ‌بنگ اعتماد کرد؟

یک چشم و یک دنیا سؤال

آیا حفره کیهانی، واقعاً وجود دارد؟

توضیحات تصاویر:

۱ – طرحی از ماهواره اروپایی پلانک / ESA

۲ – آرنو پنزیاس (چپ) و رابرت ویلسون، کاشفان تابش میکروموجی پس‌زمینه کیهان در برابر آنتن کراوفورد / Scientific American

۳ – طیف دمایی تابش CMB، طبق محاسبات کاوشگر COBE / ناسا

۴ - نقشه تمام‌نمای نوسانات دمایی تابش CMB از دید کاوشگر پلانک / ESA

آیا حفره ازون ترمیم می‌شود؟

arezoo — Thu, 21 Feb 2013 08:04:20 +0000

آژانس فضایی اروپا

برگردان:

احسان سنایی

آژانس فضایی اروپا - سال ۲۰۱۲ میلادی، گرچه به لحاظ تحولات اقلیمی و الگوهای گرمایش جهانی، سال ناخوشایندی بود و پایان گرم‌ترین دهه از سیاره‌مان را طی یکصد و پنجاه سال گذشته رقم زد، اما به لحاظ تحولاتی که در الگوی نوسانات اخیر تراکم ازون ایجاد شد، سال به‌نسبت نویدبخشی بود.

طبق مشاهدات ماهواره‌ای، «حفره»‌ای که چندسالی‌ست در لایه ازون و بر فراز جنوبگان پدید آمده، در سال گذشته به کم‌ترین مساحت خود طی ده سال گذشته رسید. مشاهدات بلندمدت ماهواره‌ای نیز حکایت از این دارند که پیمان‌های منع گسترش CFCها و حفظ لایه ازون – درست برعکس معاهداتی که تاکنون برای مقابله با گرمایش جهانی امضاء شده – جواب‌شان را خوب پس داده‌اند و این لایه در شُرف احیاست.

این داده‌ها را حسگر ازون‌سنج مستقر بر ماهواره اروپایی MetOp جمع‌آوری کرده و در حال حاضر هم با دیده‌بانی مستمر از نوسانات این لایه، پا جای پای ماهواره‌های ERS-2 و Envisat نهاده که مشاهدات به‌نسبت تلخ‌تری از این واقعه را به زمین مخابره می‌کردند. پیشینه این حفره، که در ماه‌های بهار جنوبگان – از سپتامبر تا نوامبر – ایجاد می‌شود و تراکم گاز ازون را تا حدود ۷۰ درصد کاهش می‌دهد، به دهه ۱۹۸۰ میلادی برمی‌گردد. این پدیده، به‌علت بادهای پرارتفاع و جریانات پیچشی سریعی که در هوای سرد آسمان جنوبگان حکمفرماست، اغلب گریبان قطب جنوب زمین را می‌گیرد. در چنین شرایطی‌ست که ترکیبات مصنوعی کلوروفلوئورکربن‌ – یا همان CFC – تأثیر شدیدتری بر مولکول‌های ازون دارد و راه به ظهور این حفره می‌برَد. نیمکره شمالی زمین، از بابت پوشش ناهموار و کوهستانی‌ترش، اجازه تشکیل بادهای قویِ پیراقطبی و لذا تشکیل حفره‌ای مشابه با جنوبگان را نمی‌دهد.

تحولات حفره ازون (آبی‌رنگ) از سال ۱۹۹۶ تا ۲۰۱۲

افت تراکم گاز ازون در نیمکره جنوبی بدین‌معناست که ساکنین آن منطقه مستعد دریافت حجم بیشتری از پرتوهای مهلک فرابنفش‌اند. اما خوشبختانه معاهدات جهانی ِ ناظر به این معضل – خصوصاً پروتکل مونترآل – مانع از رشد افسارگسیخته CFCها شده‌اند و روند ضعف ازون، از اواسط دهه ۱۹۹۰ رو به کاهش گذاشته است. البته دوام بالای این ترکیبات شیمیایی، احتمال احیای کامل این لایه را تا اواسط قرن حاضر به تعویق انداخته است.

تحول لایه ازون، تابعی از ترکیبات شیمیایی و تحرکات جوی، از قبیل الگوی بادها و دماست. اگر اوضاع جوی دستخوش تغییرات شدیدی بشود، امکان دارد اوضاع ازون هم یا رو به وخامت بگذارد – شبیه اتفاقی که در بهار ۲۰۱۱ بر فراز شمالگان رخ داد – و یا مثل سال گذشته رو به بهبود.

دانشمندان به‌منظور درک بهتر این فرآیندهای پیچیده، از داده‌های بلندمدت حاصل از مشاهدات پیگیر، و همچنین نتایج شبیه‌سازی‌های مبتنی بر مدل‌های پیچیده جوی استفاده می‌کنند. گرچه سابقه این مشاهدات به چندین دهه پیش برمی‌گردد، اما ترکیب کردن‌شان به نحوی که اطلاعاتی یکدست و قابل ارزیابی را فراهم آورد، کار دشواری‌ست. سازمان فضایی اروپا، اِسا، با تنسیق هرچه‌بهتر این مشاهدات، اقدام به رصد تحولات بلندمدت ازون کرده و دانشمندان هم به کمک همین داده‌ها، قادر به ارزیابی بهتری از زمان احیای این لایه، و بالاخص امحای این حفره هستند.

طبق مدل‌سازی‌های فعلی، حفره ازون طی سالیان آینده به احتمالِ زیاد احیاء خواهد شد و تا چندین دهه‌ی آتی به کل از فراز جنوبگان رخت برخواهد بست.

منبع: ESA

توضیحات تصاویر:

۱ - طرحی از حفره ازون بر فراز جنوبگان در ۳۱ مارس ۲۰۱۱، طبق مشاهدات ماهواره Envisat / ESA

۲ - تحولات حفره ازون (آبی‌رنگ) از سال ۱۹۹۶ (بالا چپ) تا ۲۰۱۲ / ESA

در انتظار یک تصادف کیهانی

arezoo — Fri, 01 Feb 2013 07:57:38 +0000

ویتنی کالوین (Whitney Calvin)

برگردان:

احسان سنایی

ویتنی کالوین - صورت فلکی جبار، یا همان شکارچی معروف آسمان زمستان، احتمالاً در آینده نزدیک میزبان یک تصادف بزرگ کیهانی باشد. محل تصادف، روی دوش شکارچی و در حوالی ستاره «ابط الجوزا» واقع شده؛ غول سرخ و درخشانی که قرار است تا ۵۰۰۰ سال آینده به یک «دیوار» غباری بخورد.

تلسکوپ فضایی فروسرخ هرشل، اخیراً تصویری از این ستاره‌ی پیر و پوست‌انداخته منتشر کرده که باریکه‌ی صاف و عجیبی از گاز و غبار کیهانی هم در کنارش پیداست. گرچه فرضیات پیشین، این باریکه را بقایای پوست‌اندازی‌های ستاره در طول سیر تحولی آن طی ده‌هاهزار سال گذشته می‌شمرند، اما بررسی این تصویر تازه مشخص کرد که باریکه مزبور، هیچ ارتباطی به ستاره نمی‌تواند داشته باشد. در اینصورت، یا احتمالاً یک رشته غباری متصل به شبکه مغناطیسی کهکشان ماست؛ یا لبه یک ابر میان‌ستاره‌ای، که نور ابط الجوزا روشن‌اش کرده است.

ستاره ابط الجوزا، قوس شوکی، و دیواره غبارین رویاروی این ستاره؛ از دید تلسکوپ فضایی فروسرخ ِ هرشل / Herschel/ESA

اگر این باریکه واقعاً هیچ ارتباطی به ستاره نداشته باشد، بیرونی‌ترین لایه‌ از دست‌رفته‌ی ابط الجوزا در حدود ۵۰۰۰ سال دیگر به آن برخواهد خورد و خود ستاره هم در حدود ۱۲ هزار و پانصد سال دیگر. این ستاره، با قطری بالغ یک‌هزار، و درخشندگی یکصد‌هزار برابر خورشید، تقریباً پایش لب گور است و به‌زودی – در مقیاس‌های نجومی – در یک انفجار ابرنواَختری از میان خواهد رفت. تا به همین‌جای کار هم آنقدر ورم کرده که به شکل یک ابرغول سرخ درآمده و بخش اعظمی از لایه‌های بیرونی‌اش را هم به فضا فرستاده است.

تصاویر فروسرخ تلسکوپ هرشل نشان می‌دهد که بادهای این ستاره چطور در برخورد با گاز میان‌ستاره‌ای گرداگردش – آن‌هم با سرعتی در حدود 30 کیلومتر بر ثانیه – یک قوس شوکی را مثل یک سپر گازی در برابر مسیر حرکت‌اش علَم کرده‌اند. چندلایه‌ای بودن این قوس، حکایت از پیشینه آشفته‌ی این ستاره در چندین‌هزار سال گذشته دارد.

این شب‌ها می‌توان صورت فلکی جبار را بعد از غروب آفتاب، و رو به سمت جنوب آسمان مشاهده کرد.

منبع: JPL

توضیح تصویر:

۱ - طلوع صورت فلکی شکارچی در آسمان شب‌های زمستان (ستاره سرخ‌رنگ سمت چپ عکس، همان ابط الجوزاست) / عکس از احسان سنایی

۲ - ستاره ابط الجوزا، قوس شوکی، و دیواره غبارین رویاروی این ستاره؛ از دید تلسکوپ فضایی فروسرخ ِ هرشل / Herschel/ESA

جهان، از تصورات پیشین‌مان شلوغ‌تر است

arezoo — Thu, 01 Nov 2012 16:11:24 +0000

احسان سنایی

دیلی گالکسی - اخترشناسان، با کمک تلسکوپ فصایی فروسرخ هرشل، وابسته به سازمان فضایی اروپا متوجه شده‌اند آنچه تا پیش‌تر همچون یک مه کیهانی فروسرخ، آسمان را دربرگرفته، در واقع انبوهی از کهکشان‌های دوردستی‌ست که تاکنون کسی تشخیص‌شان نداده بود. این کهکشان‌ها، جزو دورترین و کم‌نورترین اجرامی هستند که هرشل آن‌ها رصد کرده و کشف‌شان پنجره‌ای تازه را رو به نحوه زایش ستاره‌ها در مراحل نخستین پیدایش هستی خواهد گشود.

طبق برآورد اخترشناسان، جهان رؤیت‌پذیر* ما متشکل از میلیاردها میلیارد کهکشان و بالغ بر هفت تریلیون کهکشان کوتوله است. اگر بخواهیم فهرستی از آنچه در شعاع ۱۴ میلیارد سال نوری از ما واقع شده را دسته‌بندی کنیم، اینچنین خواهد شد:

تعداد ابرخوشه‌های کهکشانی جهان رؤیت‌پذیر: ۱۰ میلیون

تعداد خوشه‌های کهکشانی جهان رؤیت‌پذیر: ۲۵ میلیارد

تعداد کهکشان‌های بزرگ جهان رؤیت‌پذیر: ۳۵۰ میلیارد

تعداد کهکشان‌های کوتوله جهان رؤیت‌پذیر: ۷ تریلیون

تعداد ستارگان جهان رؤیت‌پذیر: ۳۰ میلیارد تریلیون (۳۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰~)

طبق پژوهشی که در سال ۲۰۱۱ میلادی توسط متیو هایس (Matthew Hayes) از اخترشناسان رصدخانه دانشگاه ژنو و سرپرست نقشه‌برداری مرتبطی که با پیشرفته‌ترین تأسیسات اپتیکی جهان – یعنی رصدخانه VLT شیلی – انجام شد، آمارهای قبلی از تعداد کهکشان‌های واقع در برخی قسمت‌های جهان، فقط حدود 10 درصد مقدار واقعی‌ را شامل می‌شوند. این تیم، از طریق دو تلسکوپ ۸.۲ متری این رصدخانه، محدوده‌ای آشنا از اعماق جهان، موسوم به «میدان GOODS جنوبی» را نشانه رفتند.

کهکشان‌های پیر و فوق‌العاده دور را در نور مرئی نمی‌شود دید، چراکه نورشان جذب ابرهای گازی و غبارآلود میان‌ستاره‌ای می‌شود. هایس می‌گوید: "اخترشناسان همیشه می‌دانسته‌اند که بخشی از کهکشان‌ها را [در نقشه‌برداری]شان نمی‌بینند ... اما ما برای نخستین بار مشخص کردیم که چقدرشان را نمی‌بینند. در واقع تعداد کهکشان‌های نادیدنی، فوق‌العاده زیاد است".

این تیم به‌منظور شکار نور کهکشان‌هایی که ده میلیارد سال پیش ایجاد شده بودند، از یک نقطه خاص آسمان، دو رصد را صورت داد. اولی، نقشه‌برداری از نوری موسوم به لیمان-آلفا بود، که شاخصه‌ای برای ترسیم نقشه‌های کیهانی به شمار می‌رود و نام‌اش برگرفته از نام کاشف آمریکایی آن، یعنی تئودور لیمان (Theodore Lyman) است. این نور، در واقع همان انرژی منتشره از اتم‌های برانگیخته هیدروژن را شامل می‌شود. رصد دوم، از طریق دوربین ویژه‌ای به نام HAWK-1 انجام شد، که به طول موج دیگری از گستره‌ انرژی‌های گسیلی از اتم‌های هیدروژن تعلق دارد و اچ-آلفا نامیده می‌شود.

رصد دوم، تمام آن منابع درخشانی که تا پیش‌تر از طریق روش لیمان-آلفا پیدا نشده بودند را آشکار ساخت. این منابع، شامل بعضی از کم‌نورترین کهکشان‌های جهان می‌شدند که دوران تولدشان، تقریباً هم‌عصر نوباوگی هستی بود. اخترشناسان از همین رصدها متوجه شدند که نقشه‌برداری‌های لیمان-آلفا، تنها کسر کوچکی از کل نور کهکشان‌های دور را شامل می‌شوند و بالغ بر ۹۰ درصدشان را در این نقشه‌برداری‌ها نمی‌شود دید. هایس می‌گوید: "اگر ۱۰ کهکشان دیده شد، در واقع شاید حدود صد کهکشان پنهان وجود داشته باشد".

عکس اصلی این صفحه، کهکشان کوتوله‌ای را نشان می‌دهد که توسط دکتر سیمونا وگتی (Simona Vegetti) و همکارانش از دانشگاه MIT پیدا شده و از قمرهای یک کهکشان بیضوی در فاصله ۱۰ میلیارد سال نوری از ما محسوب می‌شود. تیم مزبور، این کهکشان را حین بررسی نحوه تأثیرگذاری گرانشی کهکشانی موسوم به JVAS B1938+666 بر تغییر شکل کهکشان اصلی که از دید ما دقیقاً در پشت‌اش واقع شده، پیدا کردند. این کشف، در نسخه آنلاین شماره ۱۸ ژانویه نشریه Nature انعکاس یافته است.

منبع: The Daily Galaxy

پانوشت:

* جهت آشنایی با مفهوم «جهان رؤیت‌پذیر» (Observable Universe)، به این لینک مراجعه کنید.

روشی تازه برای حفظ کتاب‌های خطی واتیکان

behnam — Thu, 22 Dec 2011 17:22:59 +0000

منبع: ESA

برگردان:

احسان سنایی

کتاب‌های قدیمی کتابخانه واتیکان را قرار است از طریق روشی که سازمان فضایی اروپا (ESA) برای ذخیره‌سازی تصاویر ماهواره‌ای‌اش در فضا به کار می‌بندد، برای کاربرد آیندگان، اسکن رایانه‌ای کنند.

این کتابخانه برای اسکن نسخه‌های نازک و قدیمی و ذخیره‌سازی‌شان به نحوی که تا صدها سال آینده هم بتوان مطالعه‌شان کرد، احتیاج به روش منحصربه‌فردی داشت؛ احتیاجی که با فرمت مخصوص سازمان فضایی اروپا برای فشرده‌سازی تصاویر علمی ماهواره‌ها، موسوم به FITS، پاسخ گفته شد.

در دهه ۱۹۷۰ میلادی، دانشمندان ESA و سازمان فضایی آمریکا (NASA) با هدف فشرده‌سازی داده‌های خروجی از تلسکوپ‌های رادیویی، دست به معرفی فرمت FITS زدند، که مخفف "سامانه انتقال انعطاف‌پذیر تصاویر" است. پدرو اسونا (Pedro Osuna)، سرپرست آرشیو علمی ESA می‌گوید: "هر نوع داده‌ای که بتوان در اخترشناسی به کار گرفت را در این فرمت می‌‌شود جا داد." از این‌رو FITS، انتخاب نخست این سازمان برای ذخیره کردن کوهی از اطلاعات به‌دست‌آمده در تقریباً تمام مأموریت‌های نجومی زیر نظرش به‌ شمار می‌رود. رصدخانه‌های فضایی بزرگی نظیر هرشل، اینتگرال، XMM-نیوتن و SOHO، از همین فرمت استفاده می‌کنند.

در این زمانه‌ای که پیدا کردن قالب مطلوبی برای ذخیره کردن چندده‌ساله داده‌ها چالش بزرگی پیش روی پژوهشگران، آرشیوداران و کتابداران جهان است، استفاده از FITS، انتخاب معقولی به‌نظر می‌رسد. اسونا می‌گوید: "اگر امروز قادر به خواندن فرمت FITS هستید، فایل‌های مربوط به ۲۰ سال پیش‌ آن را هم می‌توانید بخوانید. این فرمت همیشه با گذشت زمان سازگار است."

حفظ کتاب‌های کهن، برای کاربرد آیندگان

حال، این روش برای هدفی فوق‌العاده متفاوت به کار می‌رود: حفظ یکی از بزرگ‌ترین کلکسیون‌های کتب قدیمی. جوزپه دی‌پرسیو (Giuseppe Di Persio)، از مؤسسه ملی اخترفیزیک ایتالیا می‌گوید: "اکثر مأموریت‌های فضایی همچون تلسکوپ فضایی هابل، از FITS برای ذخیره‌سازی و بررسی داده‌های علمی استفاده می‌کنند." او در کسوت راهنما، در اسکن بخشی از کلکسیون کلان کتابخانه واتیکان در شهر رم و همچنین ذخیره‌سازی‌شان در فرمت FITS، با هدف اطمینان از کاربرد راحت این داده‌ها توسط آیندگان، مشغول به کار است. این کتابخانه پس از تأسیس در سال ۱۴۷۵ میلادی، با میزبانی از ده‌ها هزار نسخه خطی مربوط به قبل از ابداع فن چاپ- که قدمت برخی‌شان به ۱۸۰۰ سال می‌رسد- یکی از بزرگ‌ترین کتابخانه‌های جهان در نوع خود به شمار می‌رود.

تهیه نسخه‌های الکترونیکی از این اسناد، علاوه بر افزایش امکان دسترسی به آن‌ها، به حفظ نسخه‌های اصلی‌شان هم کمک می‌کند. لوسیانو آمنتی (Luciano Ammenti)، مدیر مرکز فناوری اطلاعات واتیکان و رهبر این پروژه، می‌گوید: "اینکه هربار کسی بخواهد این نسخه‌ها را لمس کند، کار خطرناکی است." او به FITS روی آورده است؛ چون هم عمرش دراز است و هم یک فرمت Open Source است که به هیچ شرکتی وابسته نیست.

این روش حتی مراعات کتاب‌های قدیمی و آسیب‌پذیر مجموعه را هم حین اسکن می‌کند، چراکه وقتی برای این کار، این کتاب‌ها زیر صفحه‌ای شیشه‌ای قرار داده می‌شوند، امکان اعوجاج صفحات‌شان وجود دارد، اما نرم‌افزار اسکنی که در این پروژه به‌کار رفته، خودبه‌خود دست به محاسبه زوایای متفاوت می‌زند و تصویری دقیق و مسطح ایجاد می‌کند.

راز فرمت FITS در این نهفته که دستورالعمل خوانش و پردازش کدها، به‌شکل منحصربه‌فردی به هریک از مجموعه داده‌ها ضمیمه شده است. این بدین‌معناست که مثلاً در صد سال آینده که رایانه‌ها تغییرات احتمالی زیادی را از سر گذرانده‌اند، اطلاعات مربوط به کدخوانی هر فایل، در همان فایل است. پس FITS را بدون تبدیل به هر فرمت دیگری که ممکن است از بار داده‌ها بکاهد و بی‌نیاز به تطبیق با سیستم عامل‌های آینده، می‌توان پردازش و مشاهده کرد. به عبارت دیگر، همانگونه که دکتر دی‌پرسیو می‌گوید: "هر فرمت FITS، برای همیشه FITS می‌ماند."

منبع: ESA

توضیح تصاویر:

۱- تکنیسینی در حال اسکن نسخ خطی کتابخانه واتیکان/ منبع: کتابخانه واتیکان

۲- نمونه‌ای از تصاویر تلسکوپ فضایی SOHO از فعالیت‌های سطحی خورشید که به‌شکل فرمت FITS ذخیره می‌شوند / منبع: ESA / NASA