אסטרונומיה בצד הרחוק: טלסקופ המקיף ישתמש בירח כמגן

אקספלורר רדיו אקספלורר

חוקרים הגישו את סייר הרדיו אקספלורר לנאס'א לצורך בחינת הכוכבים והגלקסיות הראשונים שהחלו להאיר את היקום. (אשראי תמונה: אוניברסיטת קולורדו)

מתוך החושך, בא אור הבוער של הכוכבים והגלקסיות הראשונים ביקום - והמקום הטוב ביותר להביט בהם לאחור עשוי להיות הצד הרחוק של הירח.



הטלסקופ המוצע של גיל הרדיו Explorer (DARE) המוצע יקיף את הירח, תוך שימוש בכמות הירח כמגן מהקרינה הרועשת של כדור הארץ כשהמכשיר חקר את הימים הראשונים של היקום. הפרויקט השאפתני נמצא כעת בבדיקה למימון נאס'א.

אפילו מאחורי מגן הירח, DARE יעמוד בפני משימה מאתגרת: זה יהיה ניסיון לאסוף אור ממקורות במרחק 13.6 מיליארד שנות אור תוך התמודדות עם הבוהק של גלקסיה של שביל החלב. הטלסקופ יפעל בסביבה עם תנודות טמפרטורות מהירות וכוח משיכה לא אחיד המאיים להוציא את כלי השיט מהמסלול. צוות DARE חייב להדגים בפני נאס'א כי הוא יכול להתגבר על כל האתגרים האלה להיבחר. [כיצד יעבוד סייר הרדיו DARE Dark Ages (אינפוגרפיק)]

'זהו ניסוי מאתגר מכיוון שאנו צריכים להסתכל בחזית - כלומר הגלקסיה [שביל החלב] - שהיא לפחות ארבעה סדרי גודל בהירים יותר מהאות שאנו מנסים לזהות', אמר ג'ק ברנס. , החוקר הראשי של DARE ומנהל רשת אוניברסיטת לונר למחקר אסטרופיזיקה באוניברסיטת קולורדו בולדר.

'באמת עשינו צלילה מעמיקה בשנה שעברה, בפרט לכמה נושאים הנדסיים קשים יותר ובעיות תוכנה', אמר ל- demokratija.eu.

בתקופות החשוכות של היקום, החלל התמלא בערפל של גז מימן ניטרלי. מערבולת בענני הגז גרמה להם להתמוטט אל הכוכבים הראשונים, או אולי חורים שחורים, והקרינה שהם יצרו הסבה את הגז ונתנה לו מטען (תקופה זו ידועה בשם עידן הריוניזציה).

ככל שתסתכל רחוק יותר, כך תוכל לראות תקופות מוקדמות יותר ביקום. אבל אותם עידן אפל מסכל חיטוט כללי מכיוון שהגז מסתיר את החפצים הראשונים שנוצרים. אז, במקום להסתכל על האורות המתפתחים, DARE שואפת להסתכל על המימן הניטרלי שסביבם, כדי להבין כיצד ודאי היו אותם אובייקטים ראשונים ואת הקרינה שהם נתנו, אמר ברנס.

'מדעית, יש לנו בעיה שהיא באמת עסיסית,' אמר ברנס.

'זו באמת הטכניקה היחידה שאנו מכירים שמאפשרת לנו לחקור את הדור הראשון של הכוכבים האמיתיים', הוסיף - עד 80 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול.

צלילה לעומק

לאור מאותה תקופה יש מה שאסטרונומים קראו 'הזזה אדומה' של 35 . היקום מתרחב, וכך האור שנפלט על ידי אותו מימן ניטרלי-שמתחיל כאורך גל באורך 21 סנטימטר (כ -8 אינץ ')-ימתח יותר ויותר ככל שהוא עובר רחוק יותר. השפעה זו, הזזה אדומה, מאפשרת לחוקרים להעריך כמה זמן נפלט אור. אבל במרחקים ש- DARE חוקר, 21 ס'מ הניתנים לניהול הופכים להיות קלושים מאוד ומתוחים להפליא - עד לתחום רדיו FM. זה, בנוסף לעיוות שהאינוסוספרה של כדור הארץ גורמת לגלי רדיו נכנסים, מקשה מאוד למצוא את האות בין הרעש מכדור הארץ, אמר ברנס.

מכאן החיפוש אחר מקום שקט ב- t הצד הרחוק של הירח . כדי להפיק את המרב מהיתרון הזה, קבוצת ברנס התאימה את הניסוי שלה כדי לספק הגנה טובה יותר מאור השמש ואנטנה המכוילת בקלות רבה יותר. החוקרים שילבו גם דרכים חדשות לנתח את הנתונים שהם אוספים ומצאו 'מסלול קפוא' נדיר ויציב עבור החללית.

כדי לחפש את האותות הקלושים האלה במהלך כל אחד ממסלוליו השעתיים, DARE היה לוקח תצפיות כשהוא עובר מאחורי הירח, כשהוא לוקח את התצפיות העיקריות שלו כאשר השמש והירח מחוץ לשדה הראייה שלו. לאחר מכן, הוא היה שולח את המידע שלו בחזרה בתקופות שהוא היה בצד של הירח. (המכשיר יכול גם לנתח את השמש במהלך יותר משעות ההפעלה שלו, אמר ברנס.)

מדידות DARE צריכות להיות מדויקות להפליא, ושינויים זעירים בגודל האנטנה בשל הטמפרטורה יכולים להשפיע על הדיוק הזה, אמר ברנס. כדי להפחית את ההשפעה כאשר החללית עוברת אל אור השמש ומחוצה לו, הוסיפו החוקרים טלסקופ שמשייה כדי להגן על האנטנה ועברו לחומרים הדומים לסיבי פחמן המתרחבים ומתכווצים מעט עם הטמפרטורה. החוקרים גם עיצבו תהליך לבדיקה כפולה של מדידות האנטנה לאחר DARE בחלל: הם ישלחו מערך תדרים מדויק מאוד מטלסקופ רדיו בכדור הארץ כדי שהמדד של DARE ימדוד. אם חל שינוי במאפייני האנטנה או שהמידות מוטות כלל, החוקרים יוכלו לפצות על כך.

החוקרים מוסיפים גם קוטב, שהוא מכשיר המודד את אופן קיטוב האור. בעוד שקרינת הרקע מקוטבת מעט, אור האות אינו מקוטב, מה שמקל על הבחירה, אמר ברנס. אור מקוטב מתנדנד מעט יותר לעתים בכיוון מסוים, ואילו אור לא מקוטב רוטט לכל הכיוונים באופן שווה.

וגם אחרי אותן מדידות וסמנים אולטרה מדויקים, כמו אורך הגל והאופי הלא קוטבי של האור, שידול האות מהמימן הנייטרלי של ימי הביניים הקרינה בהירה בהרבה מכל מקום אחר יהיה אתגר, אמר ברנס.

'אנחנו רק מפחיתים את השמיים, ומה שנשאר יהיה האות,' אמר. 'אחרי שאמרתי את זה, זה לא קרוב לזה כל כך פשוט.'

הקבוצה של ברנס השקיעה בחמש השנים האחרונות בפיתוח תוכנות המשתמשות בתהליך שנקרא מסקנה בייסית לתת לחוקרים לפרש נתונים במשטר האות הנמוך הזה לרעש. החוקרים נוקטים תהליך דומה לזה בו משתמשת LIGO כדי לזהות את ההתנודדות הזעירה של גלי הכבידה. האלגוריתם של קבוצת DARE מתאים במקביל את תנאי החזית, האות והמכשיר לנתונים ולכל מידע ומדידות קודמים כדי לגרוע מהסיבה הסבירה ביותר לאות. [ היקום: המפץ הגדול עד כה ב -10 שלבים פשוטים ]

בסיסי

DARE הוא אתגר הנדסי, אך טלסקופ מבוסס-חלל המוגן מפני כדור הארץ הוא הדרך היחידה להסתכל רחוק אחורה לעידן החשוך, אמר ברנס. (טלסקופים רדיו מבוססי קרקע, כמו HERA, לא יכולים לראות עד לאחור.) רכב שיגור יכניס את DARE למסלול כדור הארץ, ואז החללית תשתמש במערכת הנעה משלה כדי להתמקם סביב הירח, שם הטלסקופ יתחיל לענות על שאלות בנוגע למעבר לכוכבים ולגלקסיות שרואים כיום.

'כיצד נוצרו הגלקסיות הראשונות ביקום המוקדם?' אמר ברנס. 'זה די בסיסי, כי הכוכבים והגלקסיות הראשונים הובילו לדור שני ושלישי של כוכבים כמו השמש שלנו, ובסופו של דבר לכדור הארץ ולחיים. מה שאנחנו לומדים הוא החלק הראשון בשרשרת ההיא שהוביל אותנו בסופו של דבר״.

בונס אמר כי הצוות יוכל גם ליישב ויכוח ארוך שנים על היקום המוקדם: האם התושבים הראשונים שיצאו מהעידן האפל הם אכן כוכבים ענקיים, או שמא חורים שחורים היו יכולים לבוא קודם. אם כתמים צפופים במיוחד היו יוצרים חורים שחורים קטנים יותר-מעשרות עד מאה מסות שמש-לפני הכוכבים הראשונים, החתימות על המימן הנייטרלי היו נראות אחרת, אמר ברנס. (והיקום באמת היה נכנס לרוח של עידן האפל.) כך או כך, החוקרים היו לומדים יותר על החורים השחורים הראשונים ועל הכוכבים הגדולים והבהירים שהבעירו אור לראשונה.

ויש עוד דבר שהחוקרים גילו בדרך ל- DARE: מסלול חדש סביב הירח שלא ידרוש התאמה תכופה. זו הייתה הפתעה נעימה, אמר ברנס.

כאשר מטאורים ואסטרואידים גדולים פוגעים בירח, הם משובצים בתחתית המכתש וזורקים בעדינות את כוח הכבידה של הירח, מכיוון שהם צפופים יותר מחומר הירח שמסביב. די קרה שמשיכת הכבידה של הירח אינה קבועה בכדור חלק סביב הירח, כך שלוויינים במסלול סטנדרטי בסופו של דבר יערער את יציבותו מבלי להיות מותאם כל הזמן.

קבוצת ברנס השתמשה במפות מפורטות של כוח הכבידה של הירח, שנאספו במהלך משימת בדיקת הירח של NASA, כדי למצוא מסלול טוב יותר, שהוא אליפטי: 50 קילומטרים (30 מייל) מעל פני השטח בצד הרחוק ו -120 ק'מ (75 מייל) מעל בצד הקרוב. במסלול זה, DARE - או חלליות עתידיות אחרות, כמו קוביות זעירות המתבוננות בירח בכוח הנעה מוגבל - יכולות להימשך במסלול עוד הרבה יותר, אמר ברנס.

'יריות'

צוות ברנס הגיש את DARE לנאס'א בספטמבר האחרון כחלק מתוכנית חוקרי המעמד הבינוני של הסוכנות (MIDEX), ועד אמצע הקיץ, הסוכנות צריכה לבחור שניים או שלושה מהפרויקטים שהוגשו למימון לימודי קונספט-תקציב של 2 מיליון דולר לתשעה חודשים לקידום המושגים הדרושים כדי להפוך את DARE למציאות. אם ייבחר, ​​צוות DARE יכתוב קרוב ל -1,000 עמודים בדוח מפורט לשיקול דעתה של נאס'א המתעד את הפרויקט.

'אז תתקיים תחרות, סוג של' ירייה אאוט ', בין משימות הגמר, ולוחות סקירה שונים יסתכלו עליה [באתר], ואז רק תיבחר אחת לטיסה', אמר ברנס. ״זו תחרות קשה. זה הכל או כלום, זה מה שבאמת מסתכם בו. אין מקום שני״.

אבל ברנס אמר שהוא בטוח ש- DARE ממוקם כדי לספק מבט ייחודי וחיוני על מוצאו של היקום.

״יש לנו בעיה מדעית דינמית. יש לנו את המיקום האידיאלי-כלומר הירח והצד הרחוק, שבו הוכח שהוא שקט ברדיו. יש לנו פתרונות טכנולוגיים עכשיו שלדעתי מהשורה הראשונה לכל המכשולים הגדולים, ולבסוף התוכנה ', אמר.

'לדעתי, זו הגבול האחרון בקוסמולוגיה התצפיתית,' הוסיף. 'זה הדבר הבסיסי שעדיין איננו יודעים או חקרנו, אותה תקופה של הכוכבים והגלקסיות הראשונים.'

שלח דוא'ל לשרה לוין בכתובת slewin@demokratija.eu או עקוב אחריה @SarahExplains . עקוב אחרינו @Spacedotcom , פייסבוק ו Google+ . מאמר מקורי בנושא demokratija.eu .