آژانس فضایی اروپا موفق به محک زدن فناوری مورد نیاز برای ساخت کاوشگرانی شده است که میتوانند امواج گرانشی در فضا را کشف کنند. این کار توسط فضاپیمای مأموریتی LISA Pathfinder صورت گرفته است، فضاپیمای ساخته شده توسط تیمی از آژانس فضایی اروپا که سعی در اثبات این داشته که یک فضاپیمای کشف کنندهی امواج […]
آژانس فضایی اروپا موفق به محک زدن فناوری مورد نیاز برای ساخت کاوشگرانی شده است که میتوانند امواج گرانشی در فضا را کشف کنند. این کار توسط فضاپیمای مأموریتی LISA Pathfinder صورت گرفته است، فضاپیمای ساخته شده توسط تیمی از آژانس فضایی اروپا که سعی در اثبات این داشته که یک فضاپیمای کشف کنندهی امواج میتواند واقعاً عملکردی در این زمینه داشته باشد. این تیم ماموریتی اعلام کرده که فناوری که آنها محک زدهاند فراتر از “خوش بینانهترین انتظارات” آنها بوده است.
کشف امواج گرانشی که در زمان – فضا جریانی به شکل موجی دارند که ناشی شده از حرکت اجسام در عالم موجود است، فرآیند بسیار سختی بوده که شامل اندازهگیری متغیرهای کوچکی در موقعیتهای اجسام میشود. انجام این اندازهگیریها از روی زمین بسیار کاری سخت و غیر دقیقی خواهد بود، چون زمین محیطی بسیار شلوغ و مملو از ارتعاشات و حرکات اضافی است که در نتایج اختلال ایجاد میکنند. به همین دلیل دانشمندان میخواهند امر کشف موج گرانشی را به فضا انتقال دهند، محلی که به منظور کنترل وجود نیروهای بسیار کمتری به چشم میخورد. ولی ساخت امکانات لازم برای این کار همچنان بسیار پیچیده است.
به منظور محک زدن فناوری مورد نیاز برای بررسی این نیروها در محیط فضا، تیم سفینهی فضایی LISA Pathfinder یک سفینهی آزمایشی کوچکتر ساخت که در سپتامبر سال 2015 روانهی فضا شد. هدف اصلی مشاهدهی این بود که آیا دو جسم درون سفینه در یک حالت پایدار سقوط آزاد میتوانند باقی بمانند یا خیر. دائماً حالت سقوط آزاد را داشتن به معنای این است که اجسام باید کاملاً بدون حرکت باقی بمانند، یعنی آنها حتی نمیتوانند سفینه را لمس کنند. دانشمندان آژانس فضایی اروپا (ESA) نشان دادند که آنها قابلیت ایجاد این حالت سقوط آزاد را دارند و طبق تحقیق تازهای که در وبسایت Physical Review Letters منتشر شده است، آنها همچنین توانستند به شکل بارزی تمامی نیروهای بیرونی روی اجسام درون سفینه را کاهش دهند.
حالا سؤالی که اینجا مطرح میشود این است که چرا این موضوع سقوط آزاد دائمی باید اهمیت داشته باشد؟ خوب، دلیل آن به این بر میگردد که این موضوع با چگونگی برپایی آشکارسازهای موجهای فضایی ارتباط دارد. در نهایت، ESA میخواهد سه کاوشگر به فضا ارسال کند که موقعیت خودشان را به حالت یک مثلث در فضا در آورند، به نحوی که هر کاوشگر صدها هزار مایل از آن دوتای دیگر باشد. هر کاوشگر به آرامی حول اجسام تست خود بدون آشفتهسازی آنها پرواز خواهد کرد. این اجسام یک جفت مکعب 1.8 اینچی مشابه ساخته شده از آلیاژ طلا- پلاتینیوم خواهد بود. حرکات ریز این مکعبها نسبت به سفینه میتواند مشخص کند که آیا موج گرانشی عبور کرده است یا خیر.
به منظور کار کردن این سیستم باید این مکعبها در حالت سقوط آزاد دائمی باقی بمانند. به این طریق، موقعیت آنها تنها تحت تأثیر امواج گرانشی قرار خواهد گرفت. برای همین است که این مکعبها نمیتوانند سفینهی فضایی حامل خود را لمس کنند، چون این کاوشگران (سفینهها) بایستی در اطراف مکعبها شناور باشند. به منظور انجام این کار، هر سفینه مجهز به دو میکرو تراستر خواهد بود، یا موتورهای بسیار کوچکی که بتوانند کمک به تنظیم موقعیت کاوشگران کنند تا این اطمینان به وجود آید که مکعبها لمس نشده باقی میمانند. سفینههای فضایی مورد نظر همچنین مسئولیت اضافهای مبنی بر محافظت از مکعبها در برابر نیروهای خارجی، چیزهای کوچکی نظیر مولکولهای گاز یا حتی اشعههای کیهانی، خواهند داشت که میتوانند بر روی موقعیت این مکعبهای طلایی تأثیرگذار باشند، ولی این سفینهها ابزار متفاوتی دارند که میتوانند به منظور تخفیف کردن اثر این نیروها به کار گیرند.
تمامی اینها باعث میشود که ساخت این فضاپیما بسیار پیچیده و مشکل باشد، به همین دلیل سفینهی LISA Pathfinder mission ساخته شده تا بررسی شود که حتی اصلاً امکان ساختن چنین کاوشگری وجود دارد یا نه. ولی پس از آنالیز سفینهی تست در آزمایشگاه، این فناوری حتی فراتر از انتظار عمل کرد. این تیم قادر به کاهش نیروهای خارجی روی مکعبها بیشتر از چیزی که نیاز داشتند، بودند. پائول مکنامارا، دانشمندی از تیم LISA Pathfinder در اظهارنظری گفته است “اندازهگیریها فراتر از خوشبینانهترین انتظارات ما بوده است. ما به سطحی از دقت رسیدهایم که برای LISA Pathfinder از همان روز اول نیاز بوده است، و بنابراین ما هفتههای بعدی را صرف افزایش نتیجهگیری به میزان 5 برابر کردیم.”
وجود یک رصدخانه مبتنی در فضا میتواند به ما کمک کند که حتی مشاهدات بیشتری از امواج گرانشی داشته باشیم. تا به الآن، ما تنها سعی کردهایم که از زمین آنها را اندازه بگیریم که شامل کشف امواج از رویدادهای عظیم و بسیار متحولکنندهای میشود که تا یک میلیارد سال نوری با ما فاصله دارند. اجسام فوقالعاده بزرگی که با سرعتهای فوقالعاده بالا در حال حرکت هستند، نظیر شکلگیری سیاهچالهها یا ریزش ستارههای نوترونی که بینهایت امواج با فرکانس بالایی تولید میکنند که امکان کشف آنها از زمین وجود دارد. ولی این امواج تا زمان رسیدن به سیارهی ما بسیار ضعیف شده و بنابراین کشف آنها مشکل میشود. به همین خاطر است که تقریباً یک قرن برای دانشمندان طول کشیده تا به شکل مستقیمی امواج گرانشی را اندازه بگیرند. بهمن‌ماه سال گذشته بود که آزمایشگاه LIGO- رصدخانه موج گرانشی تداخل لیزری- اعلام کرد که آنها برای اولین بار امواج گرانشی را کشف کردهاند.
ولی یک کاشف مبتنی بر فضا به نسبت LIGO میتواند ناحیهی وسیعتری از فضا را تحت پوشش قرار دهد؛ یعنی قادر به ثبت امواج دریافتی از سوی اجسام دارای سرعت آهسته است، چیزی که واقعاً بر روی زمین امکان انجام آن وجود ندارد.