در اعماق آسمان شب، ساختارهایی وجود دارند که آنقدر کمنورند که حتی تلسکوپهای عظیم نیز به سختی آنها را ثبت میکنند. این ساختارهای محو، که به «هالههای کمسطحنور» شناخته میشوند، بقایای ادغامها، برخوردها و کششهای کشندی هستند؛ ردپاهایی از تاریخ پرآشوب کهکشانها. فهم تکامل کیهانی بدون این نشانهها ممکن نیست، اما مشاهدهشان همیشه دشوار بوده است.
اکنون گروهی از پژوهشگران در کرهجنوبی سامانهای ارائه کردهاند که میتواند این چشمانداز را تغییر دهد: تلسکوپ K-DRIFT، ابزاری کوچک اما با طراحی اپتیکی کاملاً متفاوت که برای آشکارسازی کمنورترین ساختارهای کیهان ساخته شده است. مطالعهای که در Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems منتشر شده، نشان میدهد این تلسکوپ چگونه توانسته به حدی از دقت برسد که پیشتر فقط با ابزارهای بزرگ و پیچیده ممکن بود.
چالش دیرینه: چرا هالههای کمسطحنور گم میشوند؟
مطابق مدلهای کیهانشناسی، تقریباً همۀ کهکشانها دارای هالههایی از نور بسیار ضعیفاند؛ نورهایی که اغلب کمنورتر از روشنایی پسزمینۀ آسمان هستند. هر انعکاس یا نور سرگردان حتی خیلی خفیف، میتواند این ساختارها را کاملاً محو کند. طراحی تلسکوپهای سنتی، که معمولاً شامل آینۀ ثانویه در مسیر نور و سطوحی مستعد پراکندگی است، این چالش را تشدید میکند. بنابراین برای آشکارسازی این هالهها، تلسکوپی لازم بود که با اصول استاندارد اپتیک تفاوت داشته باشد.
طراحی متفاوت K-DRIFT
پاسخ کرهجنوبی، یک سیستم اپتیکی «سهآینهای آزادشکل» است. در این تلسکوپ، هیچ آینهای مسیر نور را مسدود نمیکند؛ همه چیز خارجازمحور طراحی شده است تا نور بدون انعکاسهای اضافه به آشکارساز برسد.
سه آینۀ اصلی—که همگی از مادۀ پایدار «زرودور» ساخته شدهاند—هر یک طرح هندسی ویژهای دارند و بهگونهای چیده شدهاند که آستیگماتیسم خطی، که تقریباً مشکل همیشگی سامانههای خارجازمحور است، حذف شود.
نکتۀ مهم این است که این آینهها «آزادشکل» هستند؛ یعنی برخلاف آینههای کروی یا سهمیگون کلاسیک، سطوحی دارند که با محاسبۀ کامپیوتری برای کاهش هرگونه خطای نوری شکل داده شدهاند. همین ویژگی باعث میشود میدان دید باز، نور سرگردان کم و وضوح تصویر بالا حاصل شود—سه مؤلفهای که برای تصویربرداری کمسطحنور ضروریاند.
مسیر ساخت تا آزمون
سامانۀ K-DRIFT با دهانۀ ۳۰ سانتیمتر در رصدخانۀ بوهیونسان از سال ۲۰۲۱ تا ۲۰۲۲ تحت آزمون آسمانی قرار گرفت. ابزار در برابر تغییرات دمایی فصلی پایدار ماند، اما کیفیت تصویر اولیه کمتر از حد لازم بود. اندازهگیریها نشان میداد نقطۀ نورانی (PSF) حدود دو برابر بزرگتر از مقدار هدف است.
پس از چندین دور شبیهسازی، تیم پژوهشی سه منبع خطای اصلی را شناسایی کرد:
نقص در شکل سطح آینهها، خطا در اتصال و تکیهگاههای مکانیکی، و همخطی ناکامل هنگام مونتاژ.
با تعویض آینۀ M2 و بازتنظیم کل آرایش اپتیکی، عملکرد تلسکوپ جهشگونه بهبود یافت و کیفیت PSF از ۳٫۸ پیکسل به ۱٫۸ پیکسل کاهش پیدا کرد؛ عددی که نشاندهندۀ رسیدن به وضوح واقعی لازم برای آشکارسازی ساختارهای بسیار کمنور است.
معنای این دستاورد برای اخترشناسی
نتایج K-DRIFT نشان میدهد که برای دیدن کم سوترین ساختارهای جهان، الزاماً به تلسکوپهای بزرگ و گرانقیمت نیاز نیست. اگر طراحی نوری بهدرستی انجام شود، یک سامانۀ کوچک اما دقیق میتواند همان کاری را انجام دهد که پیشتر فقط در پروژههای عظیم امکانپذیر بود.
«گایونگ لی»، سرپرست این پروژه، میگوید:
« K-DRIFT ثابت کرد که طراحیهای فشردۀ مبتنی بر آینههای آزادشکل میتوانند به حساسیت و دقت لازم برای مطالعۀ ساختارهای کمسطحنور برسند. این ابزارها میتوانند داستانهای پنهان تکامل کهکشانها را آشکار کنند.»
چشمانداز آینده
اگر این فناوری گسترش یابد، نسل تازهای از تلسکوپها ظهور خواهد کرد—ابزارهایی که بهجای تکیه بر اندازۀ بزرگ، بر کیفیت نوری، حذف نورهای سرگردان و آینههای آزادشکل متکیاند. چنین ابزارهایی میتوانند نقشههایی دقیقتر از هالههای کهکشانی و بقایای ادغامهای باستانی تهیه کنند و به سؤالات بنیادین دربارۀ تاریخ جهان پاسخ دهند.
پروژۀ K-DRIFT تنها یک گام اولیه است، اما گامی که نشان میدهد چگونه میتوان با طراحی هوشمندانه، پنجرههای تازهای به سوی بخشهای پنهان کیهان گشود.
