عملکرد فراتر از انتظار تلسکوپ فضایی رومن ناسا

تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن ناسا پس از آنکه مهندسان مجموعه‌ای گسترده از آزمایش‌ها و تنظیمات دقیق را به پایان رساندند، عملکردی بهتر از انتظار دانشمندان از خود نشان داده است.

این دستاورد گام مهمی در مسیر تحقق ماموریت بلندپروازانه این تلسکوپ برای بررسی ماده تاریک، انرژی تاریک و دیگر رازهای جهان به شمار می‌رود. حتی کوچک‌ترین بهبودها در دقت سامانه‌های نوری می‌توانند به رومن کمک کنند تا در جریان پیمایش‌های گسترده کیهانی خود، تصاویری واضح‌تر ثبت کند.

به نقل از اسپیس، دیو هیکی، مهندس سامانه ابزار میدان دید گسترده در مرکز پروازهای فضایی گادرد ناسا در گرین‌بلت ایالت مریلند، می‌گوید: تمام پیمایش‌های گسترده رومن به ابزار میدان دید گسترده متکی خواهند بود. بسیاری از اهداف اصلی این ماموریت، از جمله مطالعه ماده تاریک و انرژی تاریک، بدون این ابزار امکان‌پذیر نخواهند بود؛ بنابراین، دیدن عملکرد مطلوب آن هم هیجان‌انگیز است و هم مایه آسودگی خاطر.

ناسا سامانه دوربین قدرتمند رومن را آزمایش می‌کند

پس از فعال‌سازی ابزار میدان دید گسترده در ماه سپتامبر، مهندسان مجموعه‌ای جامع از آزمایش‌ها را آغاز کردند تا مطمئن شوند هر یک از اجزای این ابزار، هم به‌ صورت مستقل و هم در قالب سامانه کامل، به‌ درستی کار می‌کنند.

نخستین اولویت آن‌ها بررسی ۱۸ آشکارساز این ابزار بود. مهندسان همچنین تجهیزات الکترونیکی کنترل‌ کننده این آشکارسازها را ارزیابی کردند.

در مرحله بعد، آن‌ها چرخ فیلتر را بررسی کردند؛ سازوکاری چرخان که به فیلترها و دیگر اجزای نوری مجهز است. این اجزا امکان می‌دهند طول‌موج‌های مشخصی از نور به آشکارسازها برسند و نور ورودی نیز بر اساس رنگ‌های تشکیل‌دهنده آن تفکیک شود.

سپس نوبت به سامانه کالیبراسیون داخلی ابزار رسید. مهندسان دیودهای نورگسیل یا ال‌ای‌دی‌های این سامانه را فعال کردند. این دیودها به‌عنوان منابع نوری قابل تنظیم عمل می‌کنند و می‌توانند با دریافت فرمان از زمین، نورهایی با رنگ‌ها و شدت‌های متفاوت تولید کنند.

دانشمندان با اندازه‌گیری واکنش آشکارسازها به این سیگنال‌های کنترل‌ شده، می‌توانند تفاوت‌های موجود در حساسیت آن‌ها را شناسایی کنند و اصلاحات لازم را برای دستیابی به مشاهداتی دقیق انجام دهند.

مهندسان همچنین سازوکار تنظیم هم‌راستایی ابزار را آزمایش کردند و آن را از وضعیت عمدا خارج از فوکوس که هنگام پرتاب در نظر گرفته شده بود، به موقعیتی منتقل کردند که انتظار می‌رود واضح‌ترین تصاویر را ارائه دهد.

در پایان، سامانه کنترل حرارتی نیز بررسی شد؛ سامانه‌ای که دمای موردنیاز اجزای مختلف ابزار را برای عملکرد صحیح آن‌ها حفظ می‌کند.

تلسکوپی فضایی با هم‌راستایی تقریبا بی‌نقص

درحالی‌که یک گروه بر آماده‌سازی ابزار میدان دید گسترده تمرکز داشت، گروه دیگری برای بهبود هم‌راستایی کلی سامانه نوری تلسکوپ فعالیت می‌کرد.

نتایج از همان ابتدا امیدوارکننده بودند. آینه‌ها و دیگر اجزای نوری رومن از ابتدا با دقت چشمگیری در موقعیت مناسب قرار گرفته بودند و همین موضوع باعث شد مهندسان تنها به اصلاحات جزئی نیاز داشته باشند.

دستیابی به چنین سطحی از دقت برای یک فضاپیما دشوار است. نیروهای وارد شده هنگام پرتاب می‌توانند جابه‌جایی‌های بسیار کوچکی در تجهیزات حساس ایجاد کنند و شرایط محیطی در مدار نیز تفاوت زیادی با شرایط روی زمین دارد.

تنظیم آینه‌ای با جابه‌جایی کمتر از ضخامت موی انسان

تلسکوپ رومن برای جمع‌آوری نور اجرام دوردست کیهانی و هدایت آن به سوی دو ابزار علمی خود، به آرایشی پیچیده از آینه‌ها و اجزای نوری متکی است. برای آنکه تصاویر حاصل واضح باقی بمانند، نور باید مسیری را با دقتی فوق‌العاده بالا طی کند. حتی کوچک‌ترین انحراف در هم‌راستایی اجزای نوری می‌تواند بر توانایی تلسکوپ در متمرکز کردن دقیق نور تاثیر بگذارد. خوشبختانه، سامانه نوری رومن از ابتدا چنان دقیق تنظیم شده بود که برای بهبود عملکرد آن، تنها به جابه‌جایی‌هایی بسیار کوچک نیاز بود.

در مقیاس انسانی، درک چنین جابه‌جایی کوچکی تقریبا غیرممکن است؛ اما وقتی صحبت از تلسکوپی می‌شود که برای بررسی اجرام در فواصل عظیم کیهانی طراحی شده است، همین تغییر ناچیز می‌تواند تفاوت چشمگیری ایجاد کند.

در هفته‌های آینده، تیم قصد دارد توانایی تاج‌نگار را برای مسدود کردن نورهای ناخواسته آزمایش کند؛ قابلیتی ضروری برای رصد اجرام کم‌نور در نزدیکی اجرام بسیار درخشان‌تر.  

کیفیت تصاویر رومن تقریبا ۳۰ درصد بهتر از انتظار است

اندازه‌گیری‌های نهایی نتیجه‌ای چشمگیر به همراه داشتند: عملکرد نوری ابزار میدان دید گسترده رومن تقریبا ۳۰ درصد بهتر از پیش‌بینی‌های تیم مهندسی بود.

مهندسان پیش از پرتاب، معیار کیفیت تصویر این ابزار را حدود ۹۰ نانومتر RMS تعیین کرده بودند. RMS یا «ریشه میانگین مربعات» معیاری برای سنجش میزان خطای نوری سامانه است و نشان می‌دهد جبهه موج نور ورودی تا چه اندازه از حالت ایده‌آل و کاملا متمرکز منحرف می‌شود.

برای درک بهتر این مقیاس، ۹۰ نانومتر تقریبا هزار برابر نازک‌تر از قطر یک تار موی انسان است. در چنین ابعاد بسیار کوچکی، حتی نقص‌هایی که در نگاه اول ناچیز به نظر می‌رسند، می‌توانند بر وضوح تصاویر نجومی تاثیر بگذارند.

بااین‌حال، پس از اصلاحات اخیر، مهندسان خطای نوری را تنها ۶۳ نانومتر RMS اندازه‌گیری کردند؛ نتیجه‌ای که به‌مراتب بهتر از معیار تعیین‌شده پیش از پرتاب است.

این پیشرفت به آن معنا است که رومن احتمالا می‌تواند تصاویری واضح‌تر از آنچه طراحانش در ابتدا انتظار داشتند، ثبت کند. چنین قابلیتی توانایی این تلسکوپ را برای انجام مشاهدات دقیق از مناطق گسترده آسمان افزایش می‌دهد.

اکنون که هر دو ابزار علمی این تلسکوپ به عملکرد مورد انتظار رسیده‌اند یا حتی از آن فراتر رفته‌اند، رومن یکی دیگر از مراحل مهم آماده‌سازی برای آغاز مشاهدات معمول خود را پشت سر گذاشته است.

این نتایج نشان‌دهنده دقت فوق‌العاده در طراحی این تلسکوپ هستند و چشم‌اندازی امیدوارکننده برای پژوهش‌های آینده آن درباره ساختار پنهان و روند تحول جهان ترسیم می‌کنند.

منبع: ایسنا