عندما يستغرق الفضاء في عام 2025 ، فإن تلسكوب المسح بالأشعة تحت الحمراء واسع المجال سيكون (WFIRST) أقوى مرصد تم نشره على الإطلاق ، خلفًا للوقار هابل و سبيتزر التلسكوبات الفضائية. بالاعتماد على مجموعة فريدة من الدقة العالية مع مجال رؤية واسع ، سيتمكن WFIRST من التقاط ما يعادل 100 هابلصور عالية الجودة بلقطة واحدة ومسح سماء الليل بسرعة تزيد عن 1000 مرة.
في إطار التحضير لهذا الحدث الهام ، أجرى علماء الفلك في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لوكالة الطيران والفضاء الأمريكية (ناسا) عمليات محاكاة لإثبات ما يمكن لـ WFIRST رؤيته حتى يتمكنوا من تخطيط ملاحظاتهم. لإعطاء المشاهدين معاينة لما سيبدو عليه هذا ، شارك مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا مقطع فيديو يحاكي WFIRST في إجراء مسح على مجرة Andromeda Galaxy (M31) المجاورة.
المحاكاة ، التي تم تقديمها هذا الأسبوع في الاجتماع 235 للجمعية الفلكية الأمريكية (ASS) في هونولولو ، تعتمد على البيانات التي تم الحصول عليها من قبل هابل على مدار مئات الملاحظات من أندروميدا. بهذه الطريقة ، تعطي المحاكاة للمشاهدين معاينة للمساحة الشاسعة والتفاصيل الدقيقة التي يمكن أن توفرها WFIRST بصورة واحدة فقط.
تغطي اللقطة المحاكية منطقة من الفضاء يبلغ طولها 34000 سنة ضوئية ويعرض الضوء الأحمر والأشعة تحت الحمراء لأكثر من 50 مليون نجم فردي. مع هذا النوع من قوة التصوير ، يمكن لـ WFIRST مسح بضعة أشهر من السماء في الطيف القريب من الأشعة تحت الحمراء كما فعل هابل على مدى ثلاثة عقود - وبتفاصيل كثيرة.
إليسا كوينتانا ، نائبة عالم مشروع الاتصالات في WFIRST للاتصالات في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا ، واثقة من أن WFIRST ستؤدي إلى ثورة في الفيزياء الفلكية. كما ذكرت في بيان صحفي صدر مؤخرا عن وكالة ناسا:
"للإجابة على أسئلة أساسية مثل: ما مدى شيوع الكواكب مثل تلك الموجودة في نظامنا الشمسي؟ كيف تتكون المجرات وتتطور وتتفاعل؟ كيف بالضبط - ولماذا - تغير معدل تمدد الكون بمرور الوقت؟ نحن بحاجة إلى أداة يمكنها أن تعطينا رؤية واسعة ومفصلة للسماء. WFIRST ستكون تلك الأداة ".
تمثل الصور الـ 18 الموضحة في المحاكاة صورة دقيقة لما سيراه WFIRST مع كل إشارة ولقطة صورة. مع 18 كاشفًا ، يبلغ حجم كل منها 4096 × 4096 بكسل ، سيغطي WFIRST مساحة تقارب 1؟ مضروبًا في اكتمال القمر مع كل إشارة - بينما تغطي صور هابل الفردية مساحة أقل من 1٪ من مساحة اكتمال القمر.
بالإضافة إلى قدرات التصوير ، هناك أيضًا سرعة المسح الاستثنائي التي سيقدمها WFIRST ، والتي هي نتيجة لمجال رؤيته الواسع. من خلال القدرة على مراقبة منطقة أكبر في إشارة واحدة والتبديل من حقل إلى آخر بسرعة ، لن يضطر فريق المهمة إلى المرور بعملية شاقة من إعادة التعيين في كل مرة يريدون فيها مسح حقل جديد.
عامل آخر هو المدار الذي سيشغله WFIRST ، والذي سيعطي رؤية للفضاء الذي لا تعوقه الأرض بشكل عام. بينما هابلالمدار الأرضي المنخفض (LEO) الذي يبلغ طوله حوالي 560 كم (350 ميل) يعني أنه كان قادرًا في كثير من الأحيان على جمع البيانات لنصف الفترة المدارية فقط ، وسيكون WFIRST في مدار واسع يبلغ حوالي 1.6 مليون كيلومتر (1 مليون ميل) . على هذه المسافة ، ستكون قادرة على إجراء الملاحظات بطريقة شبه مستمرة.
كان بن ويليامز ، عالم الفلك في جامعة واشنطن في سياتل ، مسؤولًا عن إنشاء مجموعة بيانات محاكاة لهذه الصورة. كما أوضح ، فإن WFIRST ستوفر فرصة قيمة لفهم الأشياء الكبيرة المجاورة مثل Andromeda ، والتي تستهلك وقتًا طويلاً للغاية للصورة لأنها تشغل جزءًا كبيرًا من السماء:
"لقد أمضينا العقدين الماضيين في الحصول على صور بدقة عالية في أجزاء صغيرة من المجرات القريبة. مع هابل تحصل على هذه اللمحات المحيرة للأنظمة القريبة المعقدة للغاية. مع WFIRST ، فجأة يمكنك تغطية كل شيء دون قضاء الكثير من الوقت. "
بشكل أساسي ، فإن القدرة على التقاط صور لهذه المنطقة الكبيرة ستزود الفلكيين بالسياق الذي يحتاجونه لفهم كيفية تشكل النجوم وكيف تتغير المجرات بمرور الوقت. بشكل أساسي ، سيسمح مجال رؤية واسع للفلكيين ليس فقط بدراسة النجوم الفردية أو المجرات ولكن أيضًا الهياكل التي يسكنونها والبيئة المحيطة.
مع هذا المستوى من التكنولوجيا والقدرة تحت تصرفهم ، يتطلع مراقبو المهمة إلى جمع كميات هائلة من البيانات حول الكون. من المتوقع أن تجمع WFIRST ، على مدار مهمتها المخططة لمدة 5 سنوات ، أكثر من 20 بيتابايت من المعلومات حول آلاف الكواكب ومليارات النجوم وملايين المجرات. سيتم استخدام هذه البيانات لمعالجة الأسئلة الأساسية للكون والقوانين التي تحكمه.
وتشمل هذه ما إذا كان التوسع الكوني يرجع إلى قوة غامضة وغير مرئية (المعروف أيضًا باسم الطاقة المظلمة) أو انهيار النسبية العامة على المقاييس الكونية ؛ عندما ظهرت المجرات الأولى في الكون وكيف تطورت منذ ذلك الحين ؛ وعما إذا كانت الكواكب خارج نظامنا الشمسي (الكواكب خارج المجموعة الشمسية) لها أجواء كافية والظروف اللازمة على أسطحها لدعم الحياة.
قادت جوليان دالكانتون أستاذة علم الفلك في جامعة واشنطن برنامج الخزانة Panchromatic Hubble Andromeda (PHAT) الذي تستند إليه البيانات المحاكية. كما أوضحت ، فإن الجمع بين إمكانات التقريب الفائق وقدرات الزاوية العريضة للغاية (كما هو موضح في المحاكاة) يمكن أن يكون رائدًا:
"كان مسح PHAT لأندروميدا استثمارًا هائلاً للوقت ، ويتطلب تبريرًا دقيقًا ومتوقعًا. توضح هذه المحاكاة الجديدة مدى سهولة المراقبة المكافئة لـ WFIRST. "
بمجرد تشغيلها ، ستقضي WFIRST جزءًا كبيرًا من وقتها في مراقبة مئات الآلاف من المجرات البعيدة لانفجارات السوبرنوفا ، والتي يمكن استخدامها لدراسة الطاقة المظلمة وتوسيع الكون. سيستخدم هذا الوقت أيضًا لرسم أشكال المجرات وتوزيعها من أجل فهم أفضل لكيفية تطور الكون في ما يقرب من 14 مليار سنة منذ الانفجار العظيم.
ستقوم WFIRST أيضًا بمراقبة سطوع بلايين النجوم في درب التبانة لتكون على اطلاع على أحداث العدسات الدقيقة المحتملة. تحدث هذه عندما تمر الكواكب بين نجمها والمراقب ، مما يضخم ضوء النجم مؤقتًا. من المتوقع أن تكتشف WFIRST ، ذات الدقة العالية ، العديد من الكواكب الخارجية الصغيرة والبعيدة عن نجومها والكواكب المارقة - وبالتالي تلعب دورًا حيويًا في استكمال تعداد الكواكب الخارجية.
ستقوم WFIRST أيضًا بدور المتظاهر التكنولوجي من خلال حمل التاج ، وهي أداة مصممة لحجب ضوء النجم بحيث يمكن للكواكب التي تدور حوله أن تكون تصويرًا مباشرًا وتتميز به. في أول مرة أخرى ، ستكون البيانات التي تم جمعها بواسطة WFIRST مفتوحة الوصول ومتاحة للجمهور على الفور. وفقًا لدالكانتون ، يعد هذا أحد أهم جوانب المهمة.
وقالت: "سيتمكن آلاف العقول من جميع أنحاء العالم من التفكير في هذه البيانات والتوصل إلى طرق جديدة لاستخدامها". "من الصعب توقع ما ستفتحه بيانات WFIRST ، لكنني أعلم أنه كلما زاد عدد الأشخاص الذين ننظر إليهم ، زادت سرعة الاكتشاف".
علاوة على ذلك ، ستكمل مهمة WFIRST المراصد الموجودة بالفعل في الفضاء. وتشمل هذه وكالة ناسا هابل و ال تلسكوب جيمس ويب الفضائي (والتي ستجري أيضًا استبيانات مكثفة في الأشعة تحت الحمراء القريبة) ، وكذلك وكالة الفضاء الأوروبية إقليدس المهمة - التي ستقيس معدل تمدد الكون لتحديد الدور الذي تلعبه المادة المظلمة والطاقة المظلمة.
كما قال كارولين جيلبرت ، عالمة WFIRST Mission في معهد علوم تلسكوب الفضاء (STSI) في بالتيمور ، ماريلاند:
"مع مائة مرة من مجال رؤية هابل ، والقدرة على مسح السماء بسرعة ، ستكون WFIRST أداة اكتشاف قوية للغاية. سيكون Webb ، الذي هو أكثر حساسية 100 مرة ويمكنه رؤية أعمق في الأشعة تحت الحمراء ، قادرًا على مراقبة الأجسام الفلكية النادرة التي اكتشفها WFIRST بتفاصيل رائعة. وفي الوقت نفسه ، سيستمر هابل في تقديم رؤية فريدة للضوء البصري والأشعة فوق البنفسجية المنبعثة من الأجسام التي يكتشفها WFIRST ، ويتابع ويب ".
تتشكل عشرينيات القرن العشرين لتكون فترة مثيرة للغاية بالنسبة لعلماء الفلك وهواة استكشاف الفضاء. وبصرف النظر عن الجيل القادم من المقاريب الأرضية والفضائية التي ستدخل الخدمة ، فإن عددًا من المهمات ستكون متجهة إلى القمر وإلى المريخ والنظام الشمسي الخارجي. إذا كان من الممكن تشبيه أسرار الكون وكل ما بداخله بالبصل ، فمن المؤكد أنه سيتم تقشير عدة طبقات في هذا العقد!
يتم عرض الصورة المحاكاة في الاجتماع 235 للجمعية الفلكية الأمريكية في هونولولو ، هاواي.
