الملخص:
أظهر تلسكوب نانسي غريس الروماني الفضائي الذي طورته وكالة ناسا أداءً بصريًا يفوق التوقعات بعد إكمال سلسلة من الاختبارات في المدار والمعايرة الدقيقة. ومن خلال إجراء تعديلات طفيفة على النظام البصري للتلسكوب، جعل الفريق الهندسي أداء التصوير لأداته العلمية الرئيسية أعلى بنسبة 30% تقريبًا مما كان متوقعًا في الأصل.
وهذا يعني أنه عندما يقوم التلسكوب الروماني بإجراء مسوحات كونية واسعة النطاق في المستقبل، فمن المتوقع أن يلتقط صورًا أكثر وضوحًا من مؤشرات التصميم، مما يوفر أدوات مراقبة أكثر قوة لدراسة المادة المظلمة والطاقة المظلمة والكواكب الخارجية.
تتمثل إحدى المهام العلمية الرئيسية للتلسكوب الفضائي الروماني في مسح مناطق واسعة من الكون بدقة عالية ومجال رؤية كبير. الأداة واسعة النطاق التي تحملها هي كاميرا تعمل بالأشعة تحت الحمراء مع ما يقرب من 300 مليون بكسل ولديها أيضًا قدرات مراقبة طيفية. بالمقارنة مع تلسكوب هابل الفضائي، فإن الميزة البارزة للتلسكوب الروماني لا تقتصر على جودة الصورة فحسب، بل أيضًا القدرة على التقاط نطاق أكبر من السماء في وقت واحد مع الحفاظ على مستوى مماثل من الدقة، وبالتالي تحسين كفاءة مسوحات السماء الكونية بشكل كبير.
بعد إطلاق الأداة واسعة النطاق في سبتمبر/أيلول، بدأ مهندسو ناسا عمليات فحص النظام لمكوناته المختلفة. قام الفريق أولاً باختبار أجهزة الكشف الثمانية عشر وأنظمتها الإلكترونية داخل الجهاز، ثم قام بفحص آلية الدوران المستخدمة لتبديل المرشحات والمكونات البصرية الأخرى. هذه المكونات قادرة على اختيار أطوال موجية معينة من الضوء وتقسيم الضوء المستقبل إلى ألوان مختلفة حتى يتمكن العلماء من تحليل خصائص الأجرام السماوية.
اختبر المهندسون أيضًا نظام المعايرة المدمج في الجهاز. تم تجهيز النظام بصمامات ثنائية باعثة للضوء تنبعث منها ألوان مختلفة من الضوء، ويمكن للفرق الأرضية التحكم بدقة في سطوعها من خلال التعليمات. ومن خلال مقارنة استجابة أجهزة الكشف لشدة الضوء المختلفة، يمكن للمهندسين تحديد الاختلافات الدقيقة في الحساسية بين أجهزة الكشف الفردية وتصحيح القياسات.
في الوقت نفسه، قام الفريق بفحص آلية التركيز للأداة واسعة المجال وقاموا بتعديلها من موضع التركيز غير الأمثل المستخدم أثناء الإطلاق إلى موضع التصوير الواضح المحدد مسبقًا. وأكد المهندسون أيضًا أن نظام التحكم الحراري يمكنه الحفاظ على المكونات المختلفة في درجات حرارة التشغيل المناسبة لضمان التشغيل المستقر للأداة في بيئة الفضاء.
شبه مكسيم ريزو، مهندس أنظمة الآلات واسعة النطاق في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا، عملية المعايرة بضبط البيانو أو الجيتار قبل العزف. فقط من خلال ضبط كل جزء على الحالة المناسبة يمكن للأداة الاستمرار في تقديم بيانات مستقرة وموثوقة أثناء الملاحظات الرسمية.
بالإضافة إلى فحص الأجهزة العلمية نفسها، تتولى مجموعة أخرى من المهندسين أيضًا مسؤولية تحسين محاذاة النظام البصري العام للتلسكوب. بعد أن يدخل الضوء التلسكوب، فإنه يحتاج إلى السفر في مسار مصمم بدقة بين المرآة الأولية والمرآة الثانوية والمكونات البصرية الأخرى، وأخيرا يصل إلى الأداة العلمية. حتى الانحرافات الصغيرة للغاية في موضع المرآة قد تؤثر على دقة تركيز الضوء، وبالتالي تقلل من وضوح الصورة.
من الجدير بالذكر أن النظام البصري للتلسكوب الروماني كان يعمل بالفعل بشكل جيد للغاية قبل هذا التعديل. وقال ماثيو بوركا، مدير الأنظمة البصرية في مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا، إن الفريق الأرضي أجرى الكثير من أعمال النمذجة والاختبار والقياس الدقيق قبل الإطلاق، بحيث يحتاج التلسكوب فقط إلى بعض التصحيحات بعد دخوله الفضاء لتحقيق محاذاة بصرية شبه مثالية.
ومع ذلك، لا يمكن للاختبار الأرضي محاكاة بيئة الفضاء الحقيقية بشكل كامل. إن الاهتزاز والتسارع أثناء إطلاق الصاروخ، وحالة انعدام الوزن في الفضاء، وكذلك التغيرات في درجات الحرارة واختلافات الرطوبة، كلها قد يكون لها تأثير على المعدات البصرية الدقيقة. لذلك، بعد دخول التلسكوب إلى المدار، لا يزال بحاجة إلى اجتياز اختبارات فعلية للتأكد مما إذا كان كل مكون في حالة عمل مثالية.
التفاصيل الأكثر لفتًا للانتباه في هذا التعديل هي أن المهندسين حركوا المرآة الثانوية للتلسكوب بحوالي واحد على ستة عشر فقط من قطر شعرة الإنسان. هذا الإزاحة صغير جدًا بحيث لا يمكن ملاحظته بالعين المجردة، ولكنه يكفي لتحسين تأثير تركيز الضوء. وأوضح مهندس وكالة ناسا إلدن جولين أنه إذا تم زيادة هذا التغيير في الارتفاع إلى ارتفاع مبنى إمباير ستيت، فإن التغيير المقابل سيكون أقل من كسب الارتفاع لوضع عملة أمريكية أخرى بقيمة سنت واحد فوق المبنى.
السبب في أن مثل هذه التعديلات الصغيرة يمكن أن تنتج تأثيرات كبيرة هو أن الأنظمة البصرية للتلسكوبات الفضائية الحديثة قد وصلت إلى مستوى عالٍ للغاية من الدقة. عندما تكون الأخطاء في النظام نفسه صغيرة جدًا، فإن التحسينات الإضافية في موضع المرآة ومحاذاة المسار البصري، حتى لو كانت تتضمن فقط تغييرات على مستوى النانومتر، قد يكون لها تأثير كبير على جودة الصورة النهائية.
أثناء تصحيح أخطاء النظام البصري، قام المهندسون أيضًا بتحسين أداة الإكليل. والغرض الرئيسي من هذا الجهاز هو حجب الضوء القوي المنبعث من النجوم، مما يسمح للباحثين بمراقبة الأجرام السماوية الخافتة في محيطها مباشرة، بما في ذلك بعض الكواكب الخارجية. في السابق، كانت صور الكوروناغراف خارج نطاق التركيز قليلاً، ولكن كان التعامل مع الموقف أسهل مما توقعه الفريق. وبعد التعديلات، وصل الجهاز إلى مستوى الأداء الذي توقعه الفريق.
سوف يستمر عمل تصحيح أخطاء الإكليل. يخطط المهندسون لتحسين إعدادات الكاميرا بشكل أكبر وتحديد معلمات التشغيل المثلى للمرآة القابلة للتشوه. يمكن لهذه المرايا الخاصة إجراء تعديلات دقيقة للغاية على الشكل لتصحيح الأخطاء في انتشار الضوء. بعد ذلك، سيختبر الفريق أيضًا قدرة الإكليل على حجب الضوء الساطع غير المرغوب فيه وتسليط الضوء على الأهداف الخافتة القريبة.
بعد الانتهاء من الأعمال ذات الصلة، قام المهندسون بتعديل أداة المنطقة الواسعة مرة أخرى وحصلوا على نتائج القياس النهائية التي فاقت التوقعات.
يتوافق مؤشر جودة الصورة الأصلي الذي حدده تلسكوب لوهمان مع خطأ بصري جذر متوسط مربع (RMS) يبلغ حوالي 90 نانومتر. يقيس هذا المقياس انحراف واجهة موجة الضوء الفعلية عن حالتها المثالية. إن 90 نانومتر هو مقياس صغير للغاية، حيث لا يزيد سمكه عن جزء من الألف من سمك شعرة الإنسان.
بعد التصحيح، تم تقليل الخطأ البصري لجهاز المنطقة الواسعة إلى 63 نانومتر RMS، وهو ما كان أفضل بكثير من المؤشر الأصلي. وقالت ناسا إن الأداء البصري للأداة كان أعلى بنسبة 30% تقريبًا من التوقعات الأصلية لفريق المهمة.
ولهذا التطور أهمية كبيرة بالنسبة للمهام العلمية المستقبلية للتلسكوب الروماني. تتطلب دراسة المادة المظلمة والطاقة المظلمة من العلماء إجراء قياسات دقيقة لموضع وشكل وتوزيع وتطور عدد كبير من المجرات البعيدة. تساعد الصور الأكثر وضوحًا الباحثين على تحديد بنية المجرات بشكل أكثر دقة وتحليل توزيع المادة غير المرئية في الكون من خلال ملاحظة التغيرات الطفيفة في شكل المجرات المتأثرة بالجاذبية.
وفي الوقت نفسه، فإن مجال الرؤية الكبير للتلسكوب الروماني يعني أنه قادر على تغطية مساحة واسعة من السماء في وقت مراقبة قصير نسبيا. إن الجمع بين جودة التصوير العالية ومجال الرؤية الواسع سيسمح للعلماء ببناء قاعدة بيانات واسعة النطاق لصور الكون وإجراء أبحاث تتضمن تطور المجرات وتاريخ توسع الكون والكواكب الخارجية والظواهر الفلكية الأخرى.
صرح فريق ناسا أن الأداء الفعلي للتلسكوب تجاوز التوقعات السابقة وكان نتيجة سنوات من النمذجة والقياسات الدقيقة والاختبارات الأرضية. ومع اكتمال الأدوات المختلفة وتصحيح أخطائها تدريجيًا، يستعد التلسكوب الفضائي الروماني لإجراء ملاحظات علمية رسمية.
يعكس هذا الإنجاز مرة أخرى سمة مهمة في تطوير التلسكوبات الفضائية: ليس فقط حجم التلسكوب وعدد بكسلات الكاشف هي التي تحدد قدرات الرصد. ومن المهم أيضًا أن يتمكن النظام البصري من الحفاظ على المحاذاة الدقيقة في البيئات القاسية. بالنسبة لتلسكوب لومان، فإن التحسن الناتج عن تحريك المرآة الثانوية بمقدار واحد على ستة عشر من قطر الشعرة قد يترجم في النهاية إلى ملاحظات أكثر دقة لمليارات الأجرام السماوية ويساعد العلماء على استكشاف بنية الكون وتكوينه وتطوره.
التعليقات