به‌كمك خورشيد مي‌توان از سطح سياره‌هاي فراخورشيدي عكس‌برداري كرد
براساس انديشه متخصصينيه‌ي نسبيت عام اينشتين، گرانش مي‌تواند منحني فضا زمان را تغيير دهد؛ در‌نتيجه مسير نور بر‌اثر برخورد با ميداني گرانشي تغيير مي‌كند. دَه‌ها سال ستاره‌شناسان از اين انديشه متخصصينيه براي اجراي پروژه‌ي لنز گرانشي (GL) استفاده كردند. براساس اين پروژه، مي‌توان از‌طريق جرمي غول‌آسا به منبعي دوردست دست يافت.
دو فيزيك‌دان تئوري در پژوهشي جديد درباره‌ي استفاده از خورشيد براي ايجاد لنز گرانشي خورشيدي (SGL) مباحثه كردند. اين تلسكوپ قدرتمند مي‌تواند نور را به‌گونه‌اي تقويت كند كه امكان تصويربرداري مستقيم از سياره‌هاي فراخورشيدي مجاور فراهم شود. بدين‌ترتيب، ستاره‌شناسان مي‌توانند از قابليت سكونت‌پذيري سياره‌هايي مثل پروكسيما b قبل از ارسال فضاپيما مطمئن شوند.
نتايج پژوهش يادشده اخيرا الكترونيك منتشر شده و قرار است در مجله‌ي Physical Review D نيز منتشر شود. محققان اين مطالعه ويكتور توث، فيزيك‌دان تئوري و اسلاوا جي توريشف، فيزيك‌دان JPL ناسا هستند كه پژوهشگر ارشد (PI) مطالعه فاز دوم NIAC با عنوان «تصويربرداري چندپيكسلي مستقيم و طيف‌سنجي سياره‌ي فراخورشيدي با مأموريت لنز گرانشي خورشيدي» را برعهده دارد.
لنز گرانشي علاوه‌بر‌اينكه زمينه‌ساز پژوهش‌هاي برجسته‌اي در حوزه‌ي اخترفيزيك است، امكان ثبت تصاوير چشمگير از جهان را مي‌تواند فراهم كند. اين تصاوير پديده‌هايي مثل «حلقه‌هاي اينشتين» را دربر مي‌گيرند. اين حلقه‌ها به نور ناشي از اجرام دوردست گفته مي‌شوند كه بر‌اثر برخورد با ميدان گرانشي بين جرم دوردست و ناظر به‌وجود مي‌آيند.
براساس نوع تراز بين ناظر و منبع دوردست و لنزها، نور منبع مي‌تواند به‌شكل كمان يا ضربدر يا شكلي ديگر ظاهر شود. از هر جرم بزرگ مي‌توان به‌عنوان لنز گرانشي استفاده كرد؛ اما خورشيد مناسب‌ترين موقعيت را براي نجوم GL دارد. براي شروع مي‌توان از بزرگ‌ترين جرم منظومه‌ي شمسي به‌عنوان لنزي قدرتمند استفاده كرد. در درجه‌ي دوم، منطقه‌ي كانوني لنز در فاصله‌ي تقريبي ۵۵۰ واحد نجومي از خورشيد شروع مي‌شود كه فاصله‌اي واقع‌گرا براي مأموريت آينده است. منطقه‌ي كانوني شيء بزرگ بعدي (مشتري) در فاصله‌ي بيش از ۲،۴۰۰ واحد نجومي آغاز مي‌شود.
به‌طور‌خلاصه، ستاره‌شناسان مي‌توانند ترازبندي مناسب با خورشيد را براي ايجاد SGL تنظيم و از آن براي رصدهاي نجومي مثل رصد سياره‌هاي فراخورشيدي مجاور استفاده كنند. تصويربرداري مستقيم در مباحثه شناسايي سياره‌هاي فراخورشيدي يكي از زمينه‌هاي اميدبخش به‌شمار مي‌رود و مي‌تواند مطالعه‌هاي آينده‌ي سياره‌هاي فراخورشيدي را متحول كند. ستاره‌شناسان با مطالعه نوري كه مستقيم از جوّ يا سطح سياره ساطع مي‌شود، مي‌توانند به طيفي دسترسي پيدا كنند كه عناصر تشكيل‌دهنده‌ي جوّ سياره و حتي پوشش گياهي آن را آشكار كند.
روش يادشده كمي دشوار است؛ با‌اين‌حال، ازآنجاكه تلسكوپ‌هاي فعلي از وضوح كافي براي تصويربرداري مستقيم از سياره‌هاي كوچك‌تر يا سياره‌هاي سنگي برخوردار نيستند، اغلب سياره‌هاي عكس‌برداري‌شده از نوع غول‌هاي گازي با مدارهاي طويل هستند. توريشف مي‌گويد:
براي رصد و تصويربرداري مستقيم از سياره‌ي فراخورشيدي بايد به تلسكوپ‌هاي بسيار بزرگ دسترسي پيدا كنيم؛ بنابراين، اگر بخواهيم زمين خود را با وضوح يك پيكسل از فاصله‌ي صد سال نوري ببينيم، به تلسكوپي به قطر تقريبي نود كيلومتر نياز خواهيم داشت. قطر تلسكوپ‌هاي زميني آينده (تلسكوپ عظيم اروپا) و تلسكوپ‌هاي فضايي مثل تلسكوپ جيمز وب به‌ترتيب ۳۹ متر و ۶/۵ متر است. همچنين، قطر طرح‌هاي مفهومي آينده مثل LUVOIR و HabeX كه قرار است جايگزيني براي اين ماشين‌هاي بزرگنمايي باشند، به‌ترتيب ۱۶ و ۲۴ متر خواهند بود.
توريشف معتقد است براساس روند موجود، ساخت تلسكوپ‌هاي عظيم نودكيلومتري احتمالا در زمان حيات انسان كنوني يا حتي فرزندان و نوادگان او ميسر نباشد؛ اما با SGL رصد سياره‌هاي فراخورشيدي مجاوز (مثل پروكسيما b و c يا هفت سياره‌ي سنگي در مدار TRAPPIST-1) در اواسط قرن ميسر خواهند شد. توث و توريشف براي مطالعه امكان‌پذيري SGL به پژوهش‌هاي قبلي مراجعه كردند كه تعريفي از انديشه متخصصينيه‌ي امواج براي SGL را توسعه داده بودند. درنهايت، تصاوير زمين با وضوح ۱۰۲۴ در ۱۰۲۴ پيكسل شبيه‌سازي كردند و آن را در وضعيت اضافه‌شدن نويز (چپ) و پس از بازسازي (راست) نشان دادند.
اگر از خورشيد به‌عنوان تلسكوپ لنز گرانشي استفاده كنيم، مي‌توانيم به چنين تصويري از سياره‌ي پروكسيما قنطورس برسيم
تصوير بالا نتيجه‌ي تصويربرداري از زمين در فاصله‌ي مشابه پروكسيما قنطورس (۴/۲۴ سال نوري) با تلسكوپي در موقعيت ۶۵۰ واحد نجومي از خورشيد و استفاده از خورشيد به‌عنوان لنز است. با نگاهي دقيق‌تر به تصوير مي‌توانيد پوشش ابري و كنتراست بين توده‌هاي زمين (در اينجا ايالات متحده و باجا كاليفرنيا و مكزيك) را ببينيد. براساس تخمين‌هاي توث و توريشف، زمان نوردهي مناسب براي رسيدن به چنين جزئياتي تقريبا يك سال است.
البته پژوهشگران اشكالات پروژه را نيز شناسايي كردند. براي مثال، فاصله‌ي نسبت به منطقه‌ي كانوني مهم‌ترين مسئله است كه دقيقا در فاصله‌ي ۸۲/۲۸ ميليارد كيلومتري زمين قرار دارد. اين فاصله چهار برابر فاصله‌ي بين زمين و كاوشگر وويجر ۱ است كه ركورد دورترين فضاپيماي ساخت دست انسان را ثبت كرده (۱۵۰ واحد نجومي يا ۲۲/۴۴ ميليارد كيلومتر). افزون‌براين، لنزها ممكن است دچار اشكال انحراف و آستيگماتيسم شوند كه به تصحيح نياز دارند. درنهايت، درخشش شديد خورشيد قطعا بر نور هر شيء دوردست ديگري غلبه خواهد كرد. توث بيان مي‌كند:
رصدها زمان زيادي به‌طول خواهند انجاميد؛ چراكه تلسكوپ با پيمايش صفحه‌اي يك‌كيلومتري در منطقه‌ي كانوني مي‌تواند يك پيكسل را ببيند و براي هر پيكسل به جمع‌آوري داده‌هاي كافي و كاهش آثار نويز، به‌ويژه نويز تاج خورشيدي نياز است. در طول تصويربرداري، حركت تلسكوپ درمقايسه‌با تصوير بايد دقيقا مشخص باشد و ممكن است سياره‌ي هدف نيز حركت كند و ظاهرش ازانديشه متخصصين درخشش (ابرها، پوشش گياهي و...) تغيير كنند. بخشي از اين اشكالات را مي‌توان به‌عنوان نويز در انديشه متخصصين گرفت و بخشي ديگر با روش بازسازي تصوير هوشمند حل‌شدني هستند.
خوشبختانه توث و توريشف راه‌حل‌هاي بالقوه‌اي براي اشكالات مذكور پيشنهاد داده‌اند. براي مثال، در پژوهش مفهومي‌شان بر استفاده از تلسكوپي با آينه‌ي اصلي ۱ متري يا ۲ تا ۲/۵ متري تأكيد مي‌كنند. با ارسال فضاپيماي تصويربرداري كوچكي كه بتواند وضوح را تركيب كند، مي‌توان به اين هدف دست پيدا كرد. براي حل اشكال مزاحمت خورشيد، مي‌توان به نوعي تاج‌نگار توسعه داد. خوشبختانه براساس تخمين طول كانوني خورشيد، تاج‌نگاري به قطر يك متر كافي است. توسعه‌ي اين ابزار مستلزم پيشرفت‌هاي آينده است.
به‌طوركلي، سه سياره در محدوده‌ي سكونت‌پذير TRAPPIST-1 قرار دارند كه همه قابليت اقيانوس‌هاي سطحي را دارند. براي پي‌بردن به ماهيت سياره‌ها به داده‌هاي علمي ارزشمندي مثل داده‌هاي طيف‌سنجي نياز داريم كه آثار شيميايي مرتبط با حيات را در جوّ سياره‌ها آشكار كنند. در‌نتيجه در سال‌هاي آينده، مي‌توان به تلسكوپ اختصاصي SGL را توسعه داد كه بتوان در‌كنار تلسكوپ‌هاي نسل آينده، از آن‌ها استفاده كرد. مأموريت‌هاي آينده تلسكوپ فضايي جيمز وب (JWST) و تلسكوپ فضايي نانسي گريس رومان را شامل مي‌شود كه براساس دستاوردهاي تلسكوپ‌هاي كپلر و هابل، ازجمله كشف هزاران سياره‌ي فراخورشيدي در منظومه‌هاي مجاور توسعه يافته‌اند.
به‌طور مشابه، تلسكوپ‌هاي بزرگ زميني با امكانات تطبيق‌يافته و تاج‌نگار، ازجمله تلسكوپ عظيم ESO (ELT) و تلسكوپ عظيم ماژلان (GMT) امكان عكس‌برداري مستقيم از سياره‌هاي سنگي كوچك‌تر را فراهم مي‌كنند كه در فاصله‌ي كمتري از سياره‌ي خود قرار دارند. ستاره‌هاي كم‌نورتر نوع M يا كوتوله‌هاي سرخ، كانديدهاي مناسبي براي وجود سياره‌هاي سكونت‌پذير هستند. بي‌شك SGL در عصر جديد نجوم و اخترزيست‌شناسي براي رسيدن به اهدافي مثل كشف سياره‌هاي فراخورشيدي و جست‌وجوي حيات فرازميني ارزش مطالعه را دارد. درپايان، توريشف مي‌گويد:
در ۱۰ تا ۱۵ سال آينده، هزاران سياره‌ي فراخورشيدي جديد را با استفاده از روش‌هاي غيرمستقيم (طيف‌سنجي گذرا، سرعت اوليه‌ي شعاعي، نجوم، ميكرولنز و...) كشف خواهيم كرد. SGL در مطالعه اين سياره‌ها به كمك ما خواهد آمد. همچنين، مي‌توانيم فضاپيماهايي را به منطقه‌ي كانوني SGL ارسال كنيم تا هدفي ازپيش‌تعيين‌شده را مطالعه كند.
هم انديشي ها