پروژه اقلیدس و کاوش در جهان تاریک

13 سپتامبر 2023-اقلیدس در محدوده آزمایشی آنتن فشرده (CATR) در فضای Thales Alenia در کن، فرانسه، در 8 فوریه 2023 © ESA – M. Pedoussaut

جوزپه راکا، مدیر پروژه اقلیدس، با The Innovation Platform صحبت کرد تا درباره ماموریتی که برای پاسخ به سؤالات کلیدی در مورد جهان تاریک طراحی شده است، توضیح دهد.

در 1 ژوئیه 2023، فضاپیمای اقلید آژانس فضایی اروپا با موفقیت بر روی موشک فالکون 9 اسپیس ایکس از ایستگاه نیروی فضایی کیپ کاناورال در فلوریدا، ایالات متحده به پرواز درآمد.

اقلیدس که برای کشف تکامل جهان تاریک طراحی شده است، یک ماموریت کاملا اروپایی است که توسط آژانس فضایی اروپا (ESA) ساخته و اداره می شود. ماموریت بررسی کیهان شناسی برای تعیین ماهیت انرژی تاریک و ماده تاریک در مقیاس جهانی بهینه شده است و به سوالات کلیدی مربوط به ساختار و تاریخچه وب ماهیت ماده تاریک و انرژی تاریک؛ تکامل کیهان؛ و درک ما از جاذبه کیهانی پاسخ خواهد داد.

فضاپیمای اقلیدس تقریباً 4.7 متر ارتفاع و 3.7 متر قطر دارد. مدار عملیاتی آن هاله ای در اطراف نقطه ای به نام نقطه لاگرانژ خورشید-زمین 2 (L2) در فاصله متوسط 1.5 میلیون کیلومتری دورتر از مدار زمین خواهد بود. مدت زمان تخمینی ماموریت شش سال است که در صورت نیاز امکان تمدید وجود دارد.

پیش از راه‌اندازی، جورجی پرسل، ویرایشگر پلتفرم نوآوری، با جوزپه راکا، مدیر پروژه اقلیدس صحبت کرد تا درباره اهداف کلیدی ماموریت، چالش‌های پیش‌رو در مرحله طراحی و ساخت، و امیدها برای اکتشاف و کشف آینده اطلاعات بیشتری کسب کند.

اهداف کلیدی ماموریت اقلیدس چیست؟

هدف اصلی مأموریت اقلیدس، کیهان‌شناسی است، که عمدتاً حول این سؤال است که جهان از چه چیزی ساخته شده است. ما معتقدیم که فقط 5 درصد از جهان را اتم ها و ذراتی تشکیل می دهند که همه ما از آنها ساخته شده ایم و 95 درصد باقی مانده را ماده تاریک و انرژی تاریک تشکیل می دهیم. این درک که در پایان قرن گذشته شکل گرفت، مبتنی بر این کشف است که جهان تخت است اما به دلیل نوعی انرژی با سرعتی شتابان منبسط می شود. اقلیدس قصد دارد به یافتن دلیل این گسترش بپردازد.

علاوه بر این، ماموریت اقلیدس مطالعه تمام آسمان های کهکشانی اضافی، بررسی کهکشان ها و ساختارها و اجرام بزرگ آنها را انجام خواهد داد. همچنین اجرام کوچکتر منظومه شمسی مانند سیارک ها را بررسی خواهد کرد.

چه چیزی اقلیدس را منحصر به فرد می کند؟

منحصر به فرد بودن این ماموریت در ترکیب کیفیت تصویر و دوربین با زاویه دید عالی است.از آنجایی که این بررسی بیشتر کیهان قابل مشاهده را پوشش می‌دهد، برای اندازه‌گیری آن در محدوده زمانی هدف شش ساله ما، به یک دوربین زاویه باز نیاز است. به عنوان یک مثال مقایسه ای، تلسکوپ فضایی هابل (HST) حدود 1000 سال طول می کشد تا به این هدف دست یابد زیرا دوربین زاویه باز ندارد.

به طور معمول، در دوربین تلفن همراه، به عنوان مثال، یک لنز با زاویه دید عریض، لبه های تصویر را مخدوش می کند. ویژگی خاص ماموریت ما این است که تلسکوپ زاویه باز است، اما همه چیز در فوکوس است و تحریف نشده است.

اقلیدس بسیار شبیه به تلسکوپ های دیگر مانند هابل و تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) است، اما می تواند اشیا را حدود 150 برابر سریعتر از آنها ببیند. اقلیدس همچنین به همه چیز نگاه می کند، در حالی که هابل و JWST بر مناطق خاصی در آسمان تمرکز می کنند.

آماده سازی ماموریت چقدر طول کشیده است؟

پروژه‌های ESA مانند اقلیدس ابتدا با ایده‌ها و یک پیشنهاد برای ساختن یک ابزار یا انجام نوعی مشاهده شروع می‌شوند. سپس این ایده‌ها را می‌گیریم و مطالعاتی انجام می‌دهیم، که از آن مأموریت‌ها تکامل می‌یابند. پس از تایید یک ماموریت، وضعیت به “پذیرفته شده” تغییر می کند. من در این مرحله در سال 2012 به مأموریت اقلیدس پیوستم.

با این حال، می توان استدلال کرد که آماده سازی حتی حدود سه سال قبل از آن شروع شد، زیرا ما با چندین ایده و دو ماموریت شروع کردیم که سپس در یک ماموریت ادغام شدند. در مجموع، آماده سازی اقلیدس بیش از 15 سال طول کشیده است.

آیا با چالش های اساسی مواجه شدید؟ اگر چنین است، چگونه بر آنها غلبه کردند؟

ما با چالش های زیادی مواجه شدیم. برای دستیابی به دقت مورد نیاز برای ماموریت، اقلیدس تقریباً به طور کامل از کاربید سیلیکون سرامیکی ساخته شده است. طراحی و ساخت فضاپیما با استفاده از کاربید سیلیکون چالش اصلی ما بود، زیرا مواد قابل تغییر نیستند و بسیار شکننده هستند. شما باید دقیقاً بدانید که می خواهید در ابتدای فرآیند به چه چیزی برسید، زیرا مانند یک قطعه فلز نیست که در صورت نیاز همیشه بتوان آن را اصلاح کرد.

ساخت سازه‌های کاربید سیلیکون، از جمله تلسکوپ و آینه‌ها، یک چالش بزرگ بود و این فرآیند حدود دو سال بیشتر از آنچه در ابتدا تخمین زده بودیم طول کشید. چند اتفاق هم داشتیم که مجبور شدیم بر آنها غلبه کنیم، مثل شکستن آینه ها و حتی کار نکردن دو تا از سازه ها همه گیری هم مشکل بود . همانطور که از نیتروژن برای کنترل ارتفاع فضاپیما بسیار دقیق استفاده می کنیم، باید از تنظیم کننده های فشار استفاده کنیم. در یک مرحله، زمانی که همه چیز قبلاً یکپارچه شده بود، متوجه شدیم که تنظیم کننده های فشار نشتی دارند و نیاز به تعویض دارند. اینها در کالیفرنیا در ایالات متحده ساخته شده بودند، و در حالی که معمولاً برای نظارت بر تولید آنها به آنجا سفر می کردیم، نمی توانستیم از سایت بازدید کنیم و نگران بودیم که اکنون یک تنظیم کننده فشار خوب نداریم.

یکی دیگر از مسائل مهمی که یک سال پیش مطرح شد، کمبود ناگهانی پرتابگر به دلیل محدودیت‌های ناشی از حمله روسیه به اوکراین بود. پرتابگر سایوز روسی برای استفاده ما آماده بود، اما ناگهان در دسترس ما نبود و مجبور شدیم جایگزین پیدا کنیم. این یک چالش بزرگ بود زیرا فضاپیمایی که به دقت و دقیقی مانند اقلیدس طراحی شده است را نمی توان به راحتی به پرتابگر دیگری منتقل کرد.

در حالی که اقلیدس تا حدودی با آریان 6 سازگار بود، سیستم پرتاب با یک سری تاخیر مواجه شد که اکنون ادامه دارد.

به‌عنوان راه‌حل جایگزین، بحث‌هایی را با SpaceX برای استفاده از پرتابگر فالکون 9 آغاز کردیم. اگرچه این روند باید از تصویب و بحث های فنی زیادی عبور می کرد، اما در نهایت این روند موفقیت آمیز بود. من بسیار مفتخرم که توانستیم در این مدت کوتاه یک لانچر جدید پیدا کنیم.

اکتشافات اقلیدس در مورد جهان چه چیزی می تواند به ما بگوید؟

در حالی که انرژی تاریک و ماده تاریک قبلاً کشف شده اند، اقلیدس قصد دارد تعیین کند که واقعاً چه هستند. چندین نظریه برای ارائه توضیح در مورد ماهیت انرژی تاریک و ماده تاریک وجود دارد، اما اینها هنوز ثابت نشده اند.

به طور خلاصه، ما به دنبال تأیید آن چیزی هستیم که ما معتقدیم ماده تاریک یا انرژی تاریک در حال حاضر وجود دارد، یا می‌توانیم با یافتن چیزی که چنین نظریه‌هایی را رد کند، پیشرفتی انقلابی داشته باشیم.

علاوه بر این، من 100٪ مطمئن هستم که با انجام این بررسی بسیار بزرگ از آسمان اضافی کهکشانی، ما قادر خواهیم بود داده های کافی را به دست آوریم که به ما امکان می دهد نظریه های فعلی را اصلاح کنیم.