تلسکوپ زیرمیلی‌متری سوئدی-ESO؛ چشمی بر آسمان نیم‌کره جنوبی

آینه‌ای که آسمان را در خود جای می‌دهد

در تصویری که خوزه رودریگز، اخترشناس و عکاس نجومی، در بازدیدی از رصدخانه لاسیا (La Silla) در کشور شیلی ثبت کرده است، ستارگان نیم‌کره جنوبی درون بشقاب آلومینیومی بزرگ و نقره‌فامی بازتاب یافته‌اند. این بشقاب با قطر ۱۵ متر، بخش اصلی تلسکوپ زیرمیلی‌متری سوئدی-ESO (Swedish-ESO Submillimetre Telescope) است که به اختصار SEST نامیده می‌شود. گنبد تلسکوپ ۳٫۶ متری ESO نیز در پس‌زمینه دیده می‌شود و به تصویر عمق می‌بخشد.

آنچه این عکس را دیدنی می‌کند، تنها زیبایی ظاهری آن نیست؛ تصویر هم‌زمان سه لایه از دانش اخترشناسی را در خود گرد آورده است: نور ستارگان، پدیده جوی درخشش شبانه، و سازه‌ای که دهه‌ها برای شکار پرتوهایی ساخته شده بود که چشم انسان هرگز نمی‌تواند ببیند.

تلسکوپ زیرمیلی‌متری چیست و چه چیزی را می‌بیند

برای درک کار SEST باید نخست بدانیم «زیرمیلی‌متری» به چه معناست. نور یک موج الکترومغناطیسی است و طول موج آن تعیین می‌کند در کدام ناحیه از طیف قرار می‌گیرد. نور مرئی که چشم ما می‌بیند طول موجی میان حدود ۴۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر دارد؛ یعنی کمتر از یک هزارم میلی‌متر. اگر طول موج را کمی بلندتر کنیم و به محدوده‌ای میان حدود ۰٫۳ تا ۱ میلی‌متر برسیم، وارد قلمرو پرتوهای زیرمیلی‌متری (submillimeter) می‌شویم؛ محدوده‌ای که در مرز میان فروسرخ دور و امواج رادیویی جای می‌گیرد.

اهمیت این ناحیه از طیف در آن است که جهان سرد در آن فریاد می‌زند. ابرهای عظیم مولکولی — همان زایشگاه‌هایی که ستارگان تازه در دل آن‌ها متولد می‌شوند — دمایی نزدیک به چند ده کلوین دارند. جسمی با چنین دمایی بیشترین تابش خود را در همین طول موج‌های زیرمیلی‌متری گسیل می‌کند. از این‌رو اگر بخواهیم فرایند تولد ستارگان را مستقیم ببینیم، ناچاریم به این پنجره طیفی نگاه کنیم، نه به نور مرئی.

افزون بر این، غبار میان‌ستاره‌ای نور مرئی را جذب و پنهان می‌کند، اما پرتوهای زیرمیلی‌متری تقریباً بی‌مانع از آن عبور می‌کنند. به بیان دیگر، SEST ابزاری بود برای دیدن آنچه در نور مرئی پشت پرده غبار پنهان می‌ماند.

SEST؛ پیشگامی در نیم‌کره جنوبی

تلسکوپ SEST در سال ۱۹۸۷ نخستین نگاه خود را به آسمان گشود. در آن زمان، تنها تلسکوپ بزرگ نیم‌کره جنوبی بود که وظیفه گردآوری طول موج‌های زیرمیلی‌متری را بر عهده داشت. پیش از آن، بیشتر ابزارهای این حوزه در نیم‌کره شمالی مستقر بودند و بخش بزرگی از آسمان، از جمله مرکز کهکشان راه شیری و ابرهای ماژلانی، برای آن‌ها به‌سختی قابل رصد بود.

این تلسکوپ در ارتفاع ۲۳۷۵ متری از سطح دریا نصب شده بود. ارتفاع بالا دو مزیت بزرگ دارد: نخست آنکه بخش قابل توجهی از بخار آب جو زمین در پایین‌تر باقی می‌ماند. بخار آب دشمن دیرینه اخترشناسی زیرمیلی‌متری است، زیرا این پرتوها را جذب می‌کند. دوم آنکه هوای رقیق و سرد کوهستان، آشفتگی جوی را کاهش می‌دهد و تصاویر خالص‌تری به دست می‌دهد. همین ویژگی‌ها بود که رصدخانه لاسیا و سپس فلات چاخنانتور در شیلی را به بهشت اخترشناسان بدل کرد.

SEST در طول سال‌های فعالیت خود، داده‌هایی گردآورد که شناخت ما را از کهکشان‌های دوردست، روند شکل‌گیری ستارگان و ساختار ابرهای سرد مولکولی در راه شیری و فراتر از آن بهبود بخشید. حتی دنباله‌دارهای سرگردان نیز در فهرست اهداف آن جای داشتند، زیرا این اجرام سرد نیز در همین طول موج‌ها تابش می‌کنند.

درخشش شبانه؛ نوری که از جو خودمان می‌آید

یکی از جذابیت‌های پنهان تصویر تازه، پدیده‌ای است که اخترشناسان آن را درخشش شبانه یا ایرگلو (airglow) می‌نامند. این نور ملایم نارنجی‌رنگ، از ستارگان یا کهکشان‌ها نمی‌آید؛ بلکه محصول برهم‌کنش نور خورشید با مولکول‌های بخش بالایی جو زمین است.

توضیح ماجرا چنین است: در روز، پرتوهای فرابنفش خورشید مولکول‌های جو را می‌شکافند و اتم‌ها را به حالت برانگیخته می‌برند. شب‌هنگام که این اتم‌ها و مولکول‌ها آرام‌آرام به حالت پایه بازمی‌گردند، انرژی ذخیره‌شده را به شکل نور بسیار ضعیفی پس می‌دهند. این نور آن‌قدر کم‌فروغ است که در شهرهای پرنور هرگز دیده نمی‌شود، اما در آسمان تاریک کوهستان‌های بلند به صورت پوششی نارنجی یا سبز روی افق ظاهر می‌شود. در عکس رودریگز، همین پوشش نارنجی درون بشقاب فلزی تلسکوپ بازتاب یافته و همراه با ستارگان، تصویری دوگانه و شگفت‌انگیز ساخته است.

نکته مهم آن است که ایرگلو برای رصدگران هم زیباست و هم مزاحم. چون این تابش در همان طول موج‌های فروسرخ و زیرمیلی‌متری نیز دیده می‌شود، می‌تواند سیگنال‌های نجومی ضعیف را آلوده کند. از این‌رو اخترشناسان ناچارند سهم جو زمین را از داده‌های خود بکاهند تا به تابش واقعی کیهان برسند.

میراثی که به ALMA رسید

تلسکوپ SEST در سال ۲۰۰۳ بازنشسته شد، اما کار آن پایان نیافت. میراث علمی و فنی آن به دو ابزار بسیار توانمندتر منتقل شد: آزمایش کاوشگر آتاکاما (APEX) و آرایه بزرگ میلی‌متری و زیرمیلی‌متری آتاکاما (ALMA).

ALMA در واقع جهشی کیفی است. به جای یک بشقاب، ده‌ها آنتن کوچک و بزرگ را کنار هم می‌چیند و با روش تداخل‌سنجی (interferometry) سیگنال‌های آن‌ها را ترکیب می‌کند. نتیجه، توان تفکیکی است که با یک تلسکوپ تک‌بشقابی به هیچ روی به دست نمی‌آید. امروزه ALMA تصاویری از قرص‌های پیش‌سیاره‌ای، حلقه‌های گاز پیرامون سیاه‌چاله‌ها و کهکشان‌های نخستین کیهان ثبت می‌کند؛ موضوعاتی که در زمان SEST تنها رؤیایی دور بودند.

چرا این تصویر و این تلسکوپ اهمیت دارد

ممکن است پرسیده شود چرا یک تلسکوپ بازنشسته که اکنون تنها آسمان را در آینه خود بازمی‌تاباند، ارزش خبری دارد. پاسخ در سرشت علم نهفته است: پیشرفت دانش، زنجیره‌ای است و هیچ حلقه‌ای بی‌نقش نیست. SEST نخستین حلقه از این زنجیره در نیم‌کره جنوبی بود؛ ابزاری که ثابت کرد رصد زیرمیلی‌متری از فلات‌های بلند آند امکان‌پذیر و پربازده است. همین اثبات عملی، سرمایه‌گذاری برای ساخت APEX و ALMA را توجیه کرد.

از منظر علمی نیز اهمیت این حوزه کم نیست. بخش بزرگی از جرم مادی جهان — گاز و غبار سردی که ستارگان از آن زاده می‌شوند — در نور مرئی تقریباً نامرئی است. اگر پنجره زیرمیلی‌متری را ببندیم، بخش بزرگی از تاریخ تولد ستارگان و تکامل کهکشان‌ها برای ما تاریک می‌ماند. به بیان دیگر، زیرمیلی‌متری تنها یک ناحیه فرعی از طیف نیست؛ یکی از کلیدهای درک چرخه ماده در کیهان است.

چشم‌انداز آینده

تصویر تازه نشان می‌دهد که یک تلسکوپ بازنشسته نیز می‌تواند همچنان درس بدهد؛ اکنون نه با داده، بلکه با حضور. SEST امروز به یادگار می‌ماند که چگونه سادگی یک بشقاب فلزی می‌تواند راهی برای دیدن نادیده‌ها بگشاید.

مسیر آینده اما روشن است. نسل بعدی رصدخانه‌ها با آرایه‌های بزرگ‌تر، ارتفاع بالاتر و حس‌گرهای دقیق‌تر، می‌کوشند تا لحظه‌های نخستین شکل‌گیری ستارگان و کهکشان‌ها را با جزئیات بیشتر ثبت کنند. فناوری گیرنده‌های سرد که در دمای نزدیک به صفر مطلق کار می‌کنند، روزبه‌روز حساس‌تر می‌شود و امکان رصد اجرامی با تابش بسیار ضعیف را فراهم می‌کند. اگر تاریخ SEST درسی داشته باشد، آن درس این است که هر نسل از تلسکوپ‌ها، پنجره‌ای تازه به روی کیهان می‌گشاید و نسل بعدی، از همان پنجره دورتر را می‌نگرد.

ستارگانی که امشب درون بشقاب خاموش SEST می‌درخشند، همان ستارگانی هستند که این تلسکوپ روزگاری در جست‌وجوی خاستگاهشان بود. این تصویر، در واقع پرتره‌ای است از رابطه میان انسان و آسمان: ابزاری که کهنه می‌شود، اما پرسش‌هایی که برانگیخته، هرگز.