تلسکوپ PRIMA انتخاب شد؛ خلأ میان Webb و رادیوتلسکوپ‌ها را هدف می‌گیرد

ناسا در اطلاعیهٔ ۲۳ سپتامبر ۲۰۲۶، تلسکوپ فضایی PRIMA را به‌عنوان نخستین مأموریت ردهٔ Probe Explorers برای ورود به فاز B انتخاب کرد و سال ۲۰۳۳ را هدف پرتاب آن گذاشت. این تصمیم به معنی آغاز طراحی مقدماتی و تکمیل فناوری است؛ ساخت مأموریت به بازبینی تأیید برای ورود به فاز C بستگی دارد. PRIMA برای رصد تابش فروسرخ دورِ بخش‌های سرد و غبارآلود کیهان طراحی شده است؛ بخشی از تصویر که رصدهای Webb و رادیوتلسکوپ‌ها به‌تنهایی کامل نمی‌کنند.

در شرح کلتک از طرح PRIMA، آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا، JPL، مسئول توسعه و بهره‌برداری، و IPAC مرکز علمی مأموریت معرفی شده‌اند؛ طرح شامل تلسکوپی سردشونده با دهانهٔ ۱٫۸ متر و ابزارهای PRIMAger و FIRESS برای رصد بازهٔ ۲۴ تا ۲۳۵ میکرومتر است و ری جایواردانا، رئیس کلتک، دربارهٔ آن گفت: «PRIMA represents a giant leap for far-infrared astronomy». IPAC قرار است زمان رصد را برنامه‌ریزی کند و داده‌های دریافتی را برای استفادهٔ پژوهشگران پردازش و بایگانی کند. این‌ها نقش‌ها و توانایی‌های برنامه‌ریزی‌شده‌اند؛ رصدخانه هنوز به فضا نرفته است.

PRIMA در کدام بخش طیف کار می‌کند؟

نقشهٔ طول موج‌ها جای مأموریت را روشن می‌کند: Webb عمدتاً فروسرخ نزدیک و میانی را می‌بیند، PRIMA به سوی فروسرخ دور پیش می‌رود و رادیوتلسکوپ‌ها تابش‌هایی با طول موج بلندتر را دنبال می‌کنند. ابتدای پوشش PRIMA با انتهای پوشش Webb اندکی هم‌پوشانی دارد؛ بنابراین «خلأ» به معنی نبود مطلق رصد در یک نوار نیست. مسئله، نیاز به نقشه‌برداری حساس از تابش فروسرخ دور است تا اطلاعات این بخش کنار تصویرها و طیف‌های دیگر قرار گیرد.

تفاوت طول موج، تفاوت در چیزی است که از یک جرم آسمانی اندازه‌گیری می‌شود. ستارهٔ جوان، غبار پیرامون آن و گاز میان‌ستاره‌ای هر کدام نشانه‌هایی در بخش‌های مختلف طیف دارند. غباری که نور مرئی را می‌پوشاند، انرژی جذب‌شده را در فروسرخ بازمی‌تاباند و بخش سردتر آن در طول موج‌های بلندتر اهمیت پیدا می‌کند. PRIMA قرار است تابش این ماده را اندازه بگیرد؛ Webb هم می‌تواند جزئیات ساختارها و اجرام را در طول موج‌های کوتاه‌تر نشان دهد.

در یک ناحیهٔ ستاره‌زا، این دو دید پاسخ یکسانی نمی‌دهند. تصویری با جزئیات زیاد می‌تواند جای ستارگان نوپا و شکل محیط اطرافشان را آشکار کند، اما اندازه‌گیری فروسرخ دور برای پیگیری توزیع غبار سرد و انرژی پنهان‌شده در همان محیط به کار می‌آید. مقایسهٔ این داده‌ها ممکن است نشان دهد کدام بخش از ماده هنوز در فرایند زایش ستاره‌ها حضور دارد. چنین مقایسه‌ای هدف علمی آینده است، نه نتیجه‌ای که PRIMA هم‌اکنون به دست آورده باشد.

جهان سرد و غبارآلود چه پرسش‌هایی را در خود دارد؟

نخستین پرسش به مسیر پیدایش ستاره‌ها و سیاره‌ها مربوط است. ستاره‌ها در ابرهای گاز و غبار شکل می‌گیرند و مادهٔ باقی‌مانده پیرامون ستارهٔ جوان می‌تواند در ساخت منظومهٔ سیاره‌ای نقش داشته باشد. اگر بخش سرد این ماده خوب اندازه‌گیری نشود، تصویر پژوهشگران از شرایط آغازین آن ناقص می‌ماند. رصدهای برنامه‌ریزی‌شدهٔ PRIMA می‌توانند تابش غبار را در گستره‌هایی از آسمان ثبت کنند و هدف‌های مناسب را برای بررسی طیفی دقیق‌تر مشخص کنند.

در مقیاس کهکشان‌ها، مسئله پیوند میان ستاره‌زایی و رشد سیاه‌چاله‌های مرکزی است. غبار می‌تواند بخشی از نورِ محیط ستاره‌زا یا ناحیهٔ فعال پیرامون سیاه‌چاله را بپوشاند، در حالی که انرژی آن محیط در فروسرخ نیز نشانه بر جای می‌گذارد. نقشه و طیف فروسرخ دور کمک می‌کنند سهم فرایندهای گوناگون در تابش کهکشان‌ها بهتر بررسی شود. این موضوع به‌ویژه برای بازسازی تاریخ کهکشان‌هایی مهم است که بخش چشمگیری از فعالیتشان پشت غبار پنهان بوده است.

غبار خود نیز بخشی از این تاریخ است. عناصر سنگین در چرخهٔ زندگی ستاره‌ها ساخته و به فضای میان‌ستاره‌ای بازگردانده می‌شوند؛ سپس در ماده‌ای حضور می‌یابند که نسل‌های بعدی ستاره‌ها و سیاره‌ها از آن پدید می‌آیند. بررسی غبار کهکشان‌های نزدیک و دور می‌تواند نشان دهد این مواد چگونه در طول زمان انباشته و توزیع شده‌اند. PRIMA برای پاسخ دادن به این پرسش‌ها طراحی شده است و ارزش علمی آن به کیفیت داده‌هایی بستگی خواهد داشت که پس از پرتاب گردآوری می‌شوند.

سرمایش و ابزارها چگونه به رصد کمک می‌کنند؟

رصد فروسرخ دور به کنترل گرمای خود رصدخانه وابسته است. تلسکوپ و آشکارساز گرم نیز تابش فروسرخ تولید می‌کنند و این تابش می‌تواند سیگنال کم‌نورِ غبار کیهانی را بپوشاند. سرد نگه‌داشتن دستگاه، زمینهٔ مزاحم را کاهش می‌دهد تا آشکارسازها فرصت بیشتری برای ثبت نور رسیده از هدف داشته باشند. به همین دلیل سرمایش در طرح PRIMA بخشی از توان علمی مأموریت است، نه فقط روشی برای نگهداری تجهیزات.

دو ابزار اصلی طرح کارهای متفاوتی دارند. PRIMAger برای تصویربرداری و نقشه‌برداری از پهنه‌های آسمان در نظر گرفته شده است؛ چنین نقشه‌ای نشان می‌دهد تابش غبار در کجا متمرکز است و کجا تغییر می‌کند. FIRESS طیف نور را بررسی می‌کند تا پژوهشگران بتوانند ویژگی‌های ماده و محیط تابش‌دهنده را دقیق‌تر مطالعه کنند. پیوند نقشه‌های گسترده با اندازه‌گیری‌های طیفی، راهی برای گذر از یافتن یک ناحیهٔ جالب به پرسیدن علت تابش آن فراهم می‌کند.

بودجه و تصمیم بعدی مأموریت چیست؟

در گزارش Spaceflight Now از برنامهٔ توسعه، سقف هزینهٔ پروژه در صورت تأیید ۱٫۲ میلیارد دلار ذکر شده است؛ هزینهٔ پرتاب و دیگر مخارج بیرون از پروژه در این سقف نیست و ارائه‌دهندهٔ خدمات پرتاب نیز هنوز انتخاب نشده است. این رقم، سقف مشروطِ پروژه است، نه هزینهٔ قطعی کل مأموریت. زمان هدف‌گذاری‌شده هم به پیشرفت طراحی، فناوری و بررسی هزینه در مراحل بعدی وابسته می‌ماند.

در فاز کنونی، تیم مأموریت باید طرح مقدماتی، آمادگی فناوری و برنامهٔ اجرایی را به نقطه‌ای برساند که بتوان دربارهٔ آغاز ساخت تصمیم گرفت. بازبینی تأیید، عملکرد فنی، برنامه و هزینه را در کنار هم می‌سنجد و مشخص می‌کند آیا PRIMA آمادهٔ ورود به فاز C هست یا خیر. تا آن تصمیم، ابزارها و هدف‌های علمی آن برنامه‌ای برای رصدهای آینده‌اند؛ گام تعیین‌کنندهٔ بعدی، نتیجهٔ همین بازبینی است.