پایان مأموریت رصدخانه سویفت پس از ۲۲ سال رصد کیهان

مأموریتی که ده برابر عمر طراحی‌شده دوام آورد

وقتی ماهواره‌ای با برنامه‌ریزی برای دو سال کار، بیست‌ودو سال به رصد کیهان ادامه دهد، نتیجه تنها یک موفقیت مهندسی نیست؛ گواهی است بر اینکه طراحی درست و انعطاف‌پذیر می‌تواند سال‌ها فراتر از انتظار ثمربخش باشد. رصدخانه نیل گرلز سویفت، تلسکوپ فضایی ناسا، در نوامبر ۲۰۰۴ با هدف اصلی مطالعه انفجارهای پرتو گاما به فضا رفت؛ پدیده‌هایی چنان کوتاه و ناگهانی که تا پیش از آن، هیچ تلسکوپ بزرگی فرصت مطالعه دقیق آن‌ها را نداشت. اکنون پس از بیش از دو دهه، تیم علمی این رصدخانه عملیات علمی آن را متوقف کرده است، زیرا مدار ماهواره چنان پایین آمده که اندازه‌گیری‌های قابل اعتماد دیگر ممکن نیست.

سویفت در ارتفاع حدود ۲۷۵ کیلومتری زمین قرار دارد؛ ارتفاعی که در آن حتی مولکول‌های بسیار رقیق جو نیز اثری محسوس بر حرکت ماهواره می‌گذارند. ناسا پیش‌بینی می‌کند این فضاپیما در هفته‌های آینده از نقطه بی‌بازگشت بگذرد و در جو زمین متلاشی شود.

سویفت چگونه کار می‌کرد

برای درک اهمیت سویفت باید نخست بدانیم انفجار پرتو گاما چیست. این انفجارها درخشان‌ترین رویدادهای الکترومغناطیسی جهان از زمان مه‌بانگ هستند و در بازه‌ای از چند هزارم ثانیه تا چند دقیقه رخ می‌دهند. دو سازوکار اصلی برای آن‌ها شناخته شده است: فروپاشی هسته ستارگان بسیار پرجرم در پایان عمرشان و برخورد اجرام فشرده مانند ستاره‌های نوترونی. در هر دو حالت، پرتوهای نسبیتی باریکی از ماده با سرعتی نزدیک به سرعت نور به بیرون پرتاب می‌شوند و در برخورد با گاز اطراف، تابش شدید گاما تولید می‌کنند. پس از آن، درخششی کاهنده در پرتو ایکس، فرابنفش و نور مرئی پدید می‌آید که به آن «پس‌تابش» می‌گویند.

سازوکار انقلابی سویفت همین‌جا آشکار می‌شود. این ماهواره سه ابزار داشت: تلسکوپ هشدار انفجار که میدان گسترده‌ای از آسمان را در پرتو گاما می‌پایید، تلسکوپ پرتو ایکس و تلسکوپ فرابنفش و مرئی. هنگامی که تلسکوپ گاما انفجاری را ثبت می‌کرد، نرم‌افزار ماهواره به‌طور خودکار و بدون نیاز به فرمان زمینی، در کمتر از دو دقیقه کل فضاپیما را به سمت منبع می‌چرخاند. این چرخش سریع، مدارگردی به اندازه یک اتوبوس کوچک را به شکارچی لحظه‌ها تبدیل می‌کرد؛ پیش از آنکه درخشش محو شود، سویفت از آن تصویر و طیف ثبت می‌کرد. همین واکنش سریع بود که به گفته پژوهشگران، انقلابی در اخترفیزیک پدید آورد.

چرا ارتفاع مدار سویفت کاهش یافت

مدارهای پایین زمین پایدار نیستند. جو زمین در ارتفاع چندصد کیلومتری رقیق است، اما نه تهی. فعالیت خورشیدی در دوره اوج خود، لایه‌های بالایی جو را گرم می‌کند و آن را به سمت بالا می‌گسترد؛ نتیجه آنکه چگالی گاز در ارتفاع ماهواره افزایش می‌یابد و کشش جوی شدت می‌گیرد. برای ماهواره‌ای مانند سویفت که در ارتفاع پایین کار می‌کند، این یعنی از دست دادن تدریجی ارتفاع و نیاز به مانورهای افزایش مدار.

سویفت مدت‌ها در حال از دست دادن ارتفاع بود، اما ضربه نهایی در اوت گذشته وارد شد؛ زمانی که تلاشی برای بالا بردن مدار آن با یک فضاپیمای تجاری شکست خورد و آن فضاپیما پس از زنجیره‌ای از خرابی‌های سخت‌افزاری، خود در جو زمین سوخت. از آن پس، سویفت از توان نجات خارج شد. این رویداد یادآور نکته‌ای مهم در مهندسی فضایی است: ماهواره‌ها نه فقط به ابزار و سوخت، بلکه به برنامه‌ای برای پایان عمر و مدیریت مدار نیاز دارند، همان چیزی که امروز به مسئله‌ای جدی در پایداری محیط مداری زمین تبدیل شده است.

سرنوشت پایانی و ملاحظات ایمنی

هنگامی که ماهواره‌ای در ارتفاع ۲۷۵ کیلومتری قرار دارد، ورود مجدد آن به جو معمولاً به سوختن و متلاشی شدن بخش عمده سازه در ارتفاع ده‌ها کیلومتری منجر می‌شود. ناسا انتظار دارد سویفت نیز در جو زمین متلاشی شود. تکه‌های مقاوم‌تر ممکن است به سطح زمین برسند، اما با توجه به اینکه حدود هفتاد درصد سطح سیاره را آب پوشانده و بخش بزرگی از خشکی خالی از سکنه است، احتمال برخورد با انسان یا تاسیسات بسیار ناچیز است.

میراث علمی: چند هزار مقاله از یک ماهواره

سویفت در طول دو دهه فعالیت، هزاران رصد از ابرنواخترها، انفجارهای پرتو گاما و رویدادهای بلعیدن ستاره توسط سیاه‌چاله ثبت کرد و داده‌هایش در حدود هفت هزار مقاله علمی به کار رفت. یکی از درخشان‌ترین دستاوردهای آن، همراهی با رصدخانه‌های موج گرانشی بود؛ زمانی که امواج گرانشی حاصل از برخورد دو ستاره نوترونی در سال ۲۰۱۷ دریافت شد، رصدهای پرتو ایکس و فرابنفش سویفت به شناسایی دقیق این رویداد و درک فیزیک آن کمک کرد. این همکاری نمونه‌ای از اخترفیزیک چندپیام‌رسانه‌ای است؛ شاخه‌ای که در آن نور، امواج گرانشی و نوترینوها در کنار هم روایت یک رویداد را کامل می‌کنند.

سویفت همچنین به مطالعه دنباله‌دارها، ستارگان فعال و رویدادهای گذرای آسمان اختصاص داشت؛ نمونه‌ای از اینکه یک ابزار با هدف مشخص می‌تواند سال‌ها پس از پایان مأموریت اصلی، در پژوهش‌های پیش‌بینی‌نشده نیز به کار آید.

آینده: جای خالی سویفت چگونه پر می‌شود

با خاموشی سویفت، شبکه جهانی پایش انفجارهای پرتو گاما تغییر می‌کند. ماهواره‌های تازه‌تر مانند مأموریت‌های چینی-فرانسوی و رصدخانه‌های پرتو ایکس جدید، بخشی از این وظیفه را بر عهده می‌گیرند، اما هیچ‌کدام دقیقاً همان ترکیب میدان دید گسترده، پاسخ سریع و پوشش هم‌زمان سه باند را ندارند. در سال‌های آینده، تلسکوپ‌های زمینی و فضایی با میدان دید بزرگ و آرایه‌های روباتیک، نقش شکارچی انفجارها را با روش‌های تازه ادامه خواهند داد.

درسی از یک پایان

پایان سویفت تنها خبری تلخ نیست؛ یادآوری است که در اخترفیزیک، فرصت اندازه‌گیری اغلب کوتاه‌تر از عمر پدیده است. انفجاری که در چند ثانیه رخ می‌دهد، اطلاعاتی درباره فروپاشی ستاره‌ها، رفتار ماده در شرایط حدی و حتی انبساط کیهان در خود دارد. سویفت برای دو سال ساخته شد تا این چند ثانیه را شکار کند و بیست‌ودو سال این کار را کرد. میراث واقعی آن نه در فلز و silicon، بلکه در هفت هزار مقاله و نسلی از پژوهشگران است که با داده‌هایش آموختند چگونه کیهان را در لحظه‌های گذرا ببینند.