به تماشای جهان از باغ سیب

Erik Lacitis
برگردان: احسان سنایی

واشنگتن؛ کمی آن‌سوتر از بزرگراه نود و هفتم و در لابلای درختان یک باغ سیب، بشقاب رادیویی ۲۴.۵ متری سفیدرنگی به چشم می‌خورد. این غول آهنین و ۹ برادرش از دریای کارائیب تا بریوستر و هاوایی، که دور از آلودگی رادیویی کلان‌شهرها با سامانه‌های پیشرفته‌ی رایانه‌ای به‌هم متصل‌اند، قادر به تهیه‌ی تصاویری تا ۱۰ بار دقیق‌تر از هابل اما در گستره‌ی امواج رادیویی طیف الکترومغناطیس، از اجرام آسمانی‌اند. خانواده‌ای ناشناخته که در اوج توجه عموم به بیستمین سالگرد آغاز ‌به‌کار هابل، این روزها در تنگنای مالی است. اصلاً نام VLBA را شنیده‌اید؟

طلوع آفتاب از پشت یکی از آنتن‌های آرایه‌ی VLBA / NRAO

احتمالاً خیر؛ مگر اینکه ستاره‌شناس یا دوست‌دار آسمان شب باشید. VLBA¹، مخفف عبارت Very Large Baseline Array به‌معنای «آرایه‌‌ای با خط‌ مبنای بسیار طولانی» است؛ نامی که دانشمندان جذاب و گیرا توصیف‌اش کرده‌اند.

اما برای پی بردن به توان تفکیک باورنکردنی این سامانه کافی است بگوییم اگر در نیویورک ایستاده باشید، آنگاه از پشت عینک VLBA، خواندن متن یک روزنامه در لوس‌آنجلس (با مسافتی بالغ بر ۳۹۳۶ کیلومتر) آن‌قدرها دشوار نیست! این چشمان تیزبین، شبانه‌روز (حتی روز)، در تمام شرایط آب‌وهوایی (حتی طوفان و بارندگی)، از میان بازوهای تیره‌ و غبارآلود دیگر کهکشان‌های هستی (که تلسکوپی چون هابل ناتوان از نفوذ در آن‌هاست)، به تماشای نقاطی ریز و بیرون از حد تصور رصدگران نور مرئی، همچون زادگاه سیارات - آن‌هم به گرد ستارگانی در دیگر کهکشان‌ها - نشسته است. این چشمان، صحنه‌هایی را دیده‌ که در آغازین سنین نوباوگی گیتی تاکنون به‌وقوع نپیوسته و نقشی شایان توجه در کشف سیاهچاله‌ای ابرپرجرم در قلب کهکشان راه شیری ایفا کرده است.

برخی گردشگران، حیرت‌زده این غول را برانداز می‌کنند و می‌پرسند این هیچ ارتباطی با CIA ندارد؟ یا برای تماس با فرازمینیان؛ مثل فیلم «تماس» «جودی فاستر» استفاده نمی‌شود؟ خیر؛ این‌طور نیست اما با این‌‌حال هم تماشایشان خود تجربه‌ای مهیج است.

اگر از جاده‌ی «مانس ریور» تا ساختمان یک‌طبقه‌ی بی‌پنجره‌ای که در آن دو تکنیسین مشغول هدایت بشقاب‌اند، برانید؛ معمولاً برای‌شان نشان دادن آن حوالی به شما چندان کار مهمی نیست. ساختمان هیچ پنجره‌ای ندارد؛ به همان دلیلی که دورتادورش با تورهای مسی پیچیده شده تا از ورود امواج رادیویی مزاحمی که قادر به آلوده‌سازی داده‌های جمع‌آمده توسط بشقاب‌اند، جلوگیری شود. محیط کوچک آشپرخانه هم مجهز به مایکروفر نیست، چراکه این نیز خود می‌تواند منبع آلودگی باشد. البته اکثریت این وظیفه بر دوش همان درختان باغ سیب است و بخش اعظم زمان تکنیسین‌ها هم به صبر می‌گذرد.

گاه‌به‌گاه میان این صبر، آن‌ها موظف به رفع سریع برخی مسائل همچون تعویض موتورها به‌هنگام توقف قرقره‌ها هستند. در زمستان‌ها گاه بخش‌های تعیین‌کننده‌ی بشقاب یخ‌ می‌زند و حرکت‌شان مختل می‌شود. «مارک هافمن»؛ ۵۵ساله، یکی از تکنیسین‌هاست که می‌گوید: «آن‌وقت خیلی خسته‌کننده می‌شود.»

برخی اوقات او میان وبسایت‌های خبری پرسه می‌زند یا برای هواخوری به بیرون می‌زند و به پرندگان غذا می‌دهد. پس اگر گردشگری در آن حوالی بایستد، همه‌چیز از آن حالت یکنواخت و کسل‌کننده‌اش‌ خارج می‌شود. با این وجود هافمن می‌گوید: «مالیات‌دهنده‌ها کمک کردند که این – آنتن – را بسازیم. آن‌ها باید هم بتوانند ببینند اینجا چه می‌گذرد.»

طرحی شماتیک از پراکندگی ۱۰ آنتن VLBA در آمریکای مرکزی و شمالی. بشقابی که با رنگ قرمز مشخص شده، رادیوتلسکوپ بریوستر واشنگتن است / NRAO

او ۱۹ سال است که عمرش را با آنتن سپری کرده و قرار است وظایف تکنیسین پیشین، «باب سندرسون» ۶۹ساله، که پس از ۲۰ سال کار با آنتن در ماه ژوئن بازنشسته خواهد شد را هم به‌عهده گیرد. سندرسون در نظر دارد مابقی عمرش را به گردش و حکاکی روی چوب بگذراند. جانشین دیگری هم استخدام خواهد شد و هافمن معتقد است این فرد بایستی بداند که «این کاری چندان اجتماعی نیست. باید خودانگیزاننده بود. رئیس‌مان در نیوکزیکوست و ما، هر دو یا سه سال یکبار می‌بینیم‌اش.»

رئیس، در رصدخانه‌ی ملی اخترشناسی رادیویی (NRAO)، واقع در سوکوروی نیومزیکو مشغول است. پروفسور «بروس بالیک» از دپارتمان اخترشناسی دانشگاه واشنگتن معتقد است بخش «رادیویی» نام این رصدخانه، خود می‌گوید که چرا کار VLBA در ذهن عامه جاخوش نکرده است. تلسکوپ‌های رادیویی، آنچه که انسان قادر به مشاهده‌اش نیست را به‌طور تصویری جلوه می‌دهند. مثلاً از رنگ قرمز روشن برای نمایش تابش پرقدرت رادیویی از جانب یک جرم آسمانی بهره گرفته می‌شود. رادیوتلسکوپ‌ها، کارهایی که تلسکوپ‌های عادی از انجام‌‌شان ناتوان‌اند، همچون نفوذ در ابرهای غبارین پیرامون مرکز هسته‌های کهکشانی یا تماشای مناطقی که ستارگان و سیارات جدید در آغاز فرآیند شکل‌گیری‌اند، را عملی ‌می‌کنند.

بالیک می‌گوید: «اما تعامل مردم با یک تصویر رادیویی، به‌همان روش تماشای تصویری مرئی نیست. [تصاویر رادیویی] به‌نظر، کاملاً انتزاعی است. هیچ‌ ستاره‌ای در پیش‌زمینه به‌ چشم نمی‌خورد؛ هیچ کهکشانی هم در پس‌زمینه پرسه نمی‌زند. شما فقط این حباب‌های رنگی را دارید و نمی‌توانید دقیقاً بگویید این عکس، قصد بیان چه‌چیز را دارد.» پس اخترشناسان رادیویی، بیشترین سعی‌‌شان را برای بیان عامه‌پسند علت اهمیت رادیوتلسکوپ‌ها به‌کار می‌بندند.

نگاه VLBA به مرکز کهکشان در نوامبر ۲۰۰۵؛ دقیق‌ترین تصویری شد که تاکنون بشر از مرکز کهکشان راه شیری تهیه کرده است (رنگ‌ها کاذب‌اند). دایره‌ی درخشان مرکز عکس، جسمی مرموز موسوم به SgrA* است که تابش شدیدی از خود در گستره‌ی امواج کم‌انرژی رادیویی تا پرتوهای TeV (قویترین بخش پرتوهای گاما) بروز می‌دهد. مطالعات غیرمستقیم، حاکی از وجود ابرسیاهچاله‌ای به جرم تقریبی ۳.۶ میلیون برابر جرم خورشید در مرکز این نقطه است که گازهای پیرامون‌اش حین چرخش به‌گرد آن، اینچنین نوری از خود تابش می‌کنند. توده‌های قرمزرنگی که در اطراف دیده می‌شوند هم گازهای یونیزه‌ای هستند که تحت تأثیر گرانش سیاهچاله، در حال نزدیک شدن بدان‌اند. شدت درخشندگی مرکز کهکشان به‌قدری است که اگر انبوه غبار موجود در خط دید ما تا بدانجا وجود نداشت؛ این نقطه از آسمان همچون خورشید می‌درخشید و این در حالی‌است که سیاهچاله‌ی راه شیری تقریباً خفته و غیرفعال قلمداد می‌شود. البته مشاهدات مادون قرمز حاکی از افت و خیز گاه‌به‌گاه درخشش این منبع‌اند که گویا نشان نابودی اجسامی با ابعاد چند ده کیلومتر است. سقوط یک جسم نسبتاً بزرگ همچون ستاره‌ای به درون این سیاهچاله کافی است تا امنیت کهکشان‌مان از دست برود / NRAO

در قیاس با هابل که چیزی در حدود ۱۰ میلیارد دلار تا پایان کارش هزینه برخواهد داشت؛ VLBA قیمتی ناچیز دارد. هزینه‌ی ساخت تمامی این ۱۰ بشقاب، که عملیات ساخت آخرین‌شان در ۱۹۹۳ پایان گرفت؛ ۸۵ میلیون دلار بود و میانگین خرج هر سال استفاده از کل مجموعه نیز حدود ۱۰ میلیون دلار است. «بنیاد ملی علوم» ایالات متحده که بودجه‌ی ساخت‌شان را تقبل کرده؛ خواهان کمکی برای تأمین نیمی از این ۱۰ میلیون دلار است و برخی گروه‌ها تمایل‌‌شان را ابراز کرده‌اند. اما معطوف‌سازی افکار عمومی به اخبار منتشره از فعالیت‌های پیشگامانه‌‌ای که ستاره‌شناسان به یاری VLBA به انجام رسانده‌اند، امری دشوار است.

برخی کارهای VLBA را به‌سادگی و با اشاره‌ای کوتاه می‌توان روشن ساخت؛ همچون نقش حائز اهمیت‌اش در بررسی عنصر ناشناخته‌ای به‌ نام «انرژی تاریک» که ۷۳ درصد از حجم جهان‌مان را به خود اختصاص داده، یا مطالعه بر روی سیاهچاله‌‌هایی با جرم بیش از ۶ میلیارد برابر خورشید.

هافمن برای بازدیدکنندگان، راهنمای خوش‌مشربی است؛ چراکه بیشتر از سندرسون به بیرون می‌رود؛ هرچند خود اعتراف می‌کند از تحقیقات این بشقاب هیچ نمی‌داند. «C۳۸۳G، نام ستاره‌ای در جایی است. بیشتر از این نمی‌فهمم!»

ساختمان کوچکی که هافمن و سندرسون اغلب اوقات‌شان را در آن می‌گذرانند، مجهز به ژنراتوری در اتاق جلویی است که همیشه صدایی بلند و آزاردهنده سر می‌دهد. سندرسون می‌گوید بعد از دو دهه دیگر این صدا را متوجه نمی‌شوبد؛ «تا اینکه کسی یادآوری کند، پس از شما متشکرم!»

رایانه‌ها و بسته‌های حاوی هارددیسک‌ خام، در اتاق پُشتی‌اند. هر صبح او قهوه‌ای دم می‌کند و منتظر می‌ماند تا راننده‌ی شرکت FedEx از راه برسد و هارددیسک‌های پُر از داده‌های خام روز قبل را ببرد. بعدازظهر، راننده با بسته‌های جدید برمی‌گردد. تقریباً به‌طور اتفاقی هافمن جعبه‌ی فلزی نشانه‌داری را نشان می‌دهد و می‌گوید: «چیزی روی میزر نگذارید.»

این جعبه، ساعتی اتمی با خطای یک ثانیه در هر میلیون سال است که با فناوری میزر (MASER) کار می‌کند. از آنجاکه اطلاعات ۱۰ بشقاب رادیویی در خط مبنایی به‌طول ۸۰۰۰ کیلومتر جمع‌بندی می‌شود؛ هم‌زمان‌سازی این اطلاعات امری ضروری است. به‌گفته‌ی NRAO، تهیه‌ی یک ساعت اتمی، خود حدود ۳۰۰‌هزار دلار هزینه برداشته است.

رادیوتلسکوپ بریوستر واشنگتن / NRAO

الآن وقت‌اش رسیده که به تماشای بشقاب غول‌پیکر برویم. به سمت‌اش که می‌رویم، به بلندای ساختمانی ۱۰طبقه است. بشقاب، بر چهار چرخ مستقر است و می‌تواند دایره‌ای کامل را گرداگرد خود بچرخد. تکیه‌گاه بشقاب، اتاقکی است که رایانه‌های زیادی در آن به‌چشم می‌خورد و همچنین هدایت‌گرهایی که قادرند آنتن را از ۹۰ تا ۲ درجه نسبت به افق، تغییر زاویه‌ دهند.

‌به‌هنگام بازدید کودکان، سندرسون بشقاب را تا جایی که می‌شود پایین می‌آورد. او می‌گوید بچه‌ها عاشق این کارند. «آن‌ها تا ته‌اش را می‌بینند». در آن گوشه راه‌پله‌ای است که شما را به «اتاق رأس» می‌برد. در آنجا همچنین سیم‌ها و تجهیزات الکترونیکی‌ای دیده می‌شود که جزئیات تمامی‌شان با زبانی ساده در وب‌سایت VLBA² ذکر شده؛ البته ساده اگر در کلاس فیزیک دانشکده، نمره‌ی A یا B را کسب کرده باشید.

در اتاق رأس، دری ۶۰ در ۶۰ سانتیمتری، درست در درون بشقاب باز می‌شود و از آن طریق قادرید بر صفحات آلومینیومی درونش قدم بردارید؛ صفحاتی که دقیقاً همان نقش آینه‌های ظریف و شکننده‌ی تلسکوپ‌های مرئی را ایفا می‌کنند³؛ اما به‌سبب بزرگی طول موج امواج رادیویی، نه‌تنها آلودگی کفش‌هایتان؛ که خودتان هم مانعی برای فرآیند رصد محسوب نمی‌شوید! در روزهای آفتابی، سطح سپید و بازتابنده‌ی بشقاب، شدیداً درخشنده است و به چشم آسیب می‌زند.

حال وقت‌اش رسیده که به همان دفتر کار کوچک برگردیم. شاید فرآیند علمی‌ای که توسط بشقاب رادیویی دنبال می‌شود برای این دو تکنیسین، بیش از اندازه پیچیده باشد؛ اما آنها به اهمیت علمی پروژه واقف‌اند. سندرسون حتی پس از گذشت دو دهه کار با این بشقاب، از زیبایی‌اش در شگفت است. او می‌گوید: «به‌گمانم هندسه‌‌ی آنتن و مفهوم کاری که انجام‌اش می‌دهد را دوست می‌دارم. این – بشقاب – می‌تواند مقادیر شدیداً اندک انرژی از جانب دوردست‌ها را تشخیص دهد. فقط می‌توانم بگویم حیرت‌آور است.»

پانوشت‌ها:

۱- شکل ظاهری یک تلسکوپ رادیویی، دقیقاً همانند رادار است؛ با بشقابی برای جمع‌آوری پرتوها و کانونی برای تمرکزشان. بزرگترین رادیوتلسکوپ جهان با پوشاندن سطح گودالی عظیم‌الجثه به قطر ۳۰۵ متر در پورتوریکو از ورقه‌ی آلومینیوم ساخته شده و «آرسیبو» نام دارد. با این حال نهایت قدرت رادیوتلسکوپ‌ها محدود به آرسیبو نیست. اگرچنانچه چندین تلسکوپ کوچک را در محیط وسیعی پراکنده ساخته و تمامی‌شان را به یک نقطه نشانه رویم آنگاه تصویر به‌دست آمده، کیفیت بسیار مطلوبی نسبت به هر کدام از آن تلسکوپ‌ها خواهد داشت. این روش، «تداخل‌سنجی» نام دارد و میزان اثرگذاری‌اش با طول موج دریافتی تلسکوپ‌ها در ارتباط مستقیم است؛ بطوری‌که برای تلسکوپ‌های رادیویی (که بلندترین طول‌موج‌ نور را پوشش می‌دهند)، تداخل‌سنجی چندین تلسکوپ در گستره‌ای مثلاً به مساحت ۱ کیلومتر مربع، به‌منزله‌ی استفاده از رادیوتلسکوپ واحدی به قطر یک کیلومتر مربع است! از این‌رو در اخترشناسی رادیویی، ساخت چندین بشقاب به مراتب از ساخت تک‌بشقاب‌های غول‌پیکر کارآمدتر است. بزرگترین تداخل‌سنج رادیویی جهان از حیث میدان دید، رادیوتلسکوپ VLA در صحرای نیومکزیکوی ایالات متحده متشکل از ۲۷ بشقاب ۲۵ متری با قابلیت تغییر فاصله‌ی نسبی در خط مبنایی Y-مانند است و قویترین آرایه‌ی رادیوتلسکوپی جهان نیز VLBA، متشکل از ۱۰ بشقاب ۲۵ متری با بزرگ‌ترین خط مبنای ۸۶۱۱ کیلومتر است. آنتنی که در این مقاله از آن نام برده می‌شود، بشقاب «بریوستر» واشنگتن است.

۳- ر.ک. «جام جهان‌نما در ناسا»