همه چیز درباره رصدخانه ورا روبین؛ بزرگ ترین دوربین دیجیتال دنیا با 3200 مگاپیکسل
به گزارش مجله ایرکا، رصدخانه ورا روبین، که از شاهکارهای مهندسی و برترین اختراعات سال 2025 لقب گرفته است، میخواهد با دوربین 3200 مگاپیکسلی خود و طی یک برنامه 10 ساله، پرده از اسرار کیهان بگشاید و شناخت بشر را از منظومه شمسی، کهکشان راه شیری، ماده تاریک و سرعت انبساط کیهان افزایش دهد.
نوترین تلسکوپ نجومی، یک عکاس کیهانی است که هر شب بر فراز قله کوهی در شیلی، حدود 10 هزار عکس از آسمان می گیرد. با آینه های غول پیکر که نور ستارگان را در دوربین 3200 مگاپیکسلی متمرکز می نمایند، انتظار می رود که رصدخانه ورا سی. روبین در دهه آینده میلیاردها جرم کیهانی را آشکار کند و بتواند بعضی از اسرار کیهانی را حل نماید.
در 23 ژوئن 2025 (2 تیر 1404)، رصدخانه ورا سی. روبین (Vera C. Rubin Observatory) نخستین تصاویر خود را به جامعه علمی و عموم مردم ارائه داد. این تصاویر چشم نواز فراتر از ارزش زیبایی شناختی، گامی بلند در نجوم محسوب می شدند و آغاز طرح 10 ساله آنالیز میراث فضا و زمان (LSST) را نوید می دادند.
تاریخچه ساخت رصدخانه ورا روبین
رصدخانه روبین نام خود را از ستاره شناس آمریکایی ورا سی. روبین گرفته است، که پژوهش های بنیادین را در اثبات وجود نوعی ماده عجیب و نامرئی در کیهان پیش برد؛ ماده ای که بعدها ماده تاریک نام گرفت. او و همکارانش در دهه 1960 میلادی، با مطالعه سرعت چرخش حدود 60 کهکشان دریافتند که سرعت چرخش لبه های آن ها، نمی تواند فقط بر اثر گرانش ماده مرئی درونشان باشد و باید ماده ای نامرئی مانند یک چسب گرانشی برای آن ها عمل کند.
برنامه ایجاد رصدخانه اوایل دهه 1990 به عنوان طرحی برای پیشبرد مرزهای نجوم آغاز شد و ابتدا تلسکوپ ماده تاریک نام داشت، اما در سال 2001 که به عنوان طرحی در گزارش نجوم و اخترفیزیک در هزاره نو ارائه شد، نامش به تلسکوپ پیمایش سینوپتیک با دیافراگم بزرگ تغییر کرد. این نشان می داد که مأموریت آن، فراتر از آنالیز ماده تاریک پیشرفته است.
بین سال های 2001 تا 2010، از بنیاد ملی علوم (NSF)، وزارت انرژی آمریکا (DoE) و میلیاردرهای دنیای نرم افزار یعنی چارلز سیمونی (Charles Simonyi) و بیل گیتس (Bill Gates) یاری هایی به مبلغ 30 میلیون دلار دریافت کرد و خاتمه با تغییر نام به تلسکوپ پیمایش سینوپتیک بزرگ (Large Synoptic Survey Telescope) یا LSST، ساخت آن سال 2015 آغاز شد.
در همان سال، آزمایشگاه شتاب دهنده ملی SLAC مونتاژ دوربین دیجیتال قدرتمند LSST را آغاز کرد. خاتمه این دوربین در آوریل 2024 تکمیل و در مارس 2025 در رصدخانه نصب شد. آینه ها و پایه تلسکوپ از اوایل سال 2018 به محل ساخت رسیده بودند. در دسامبر 2019، تلسکوپ به نام ورا روبین نام گذاری شد تا ادای احترامی باشد به میراث این ستاره شناس پیشگام و حامی سرسخت زنان در علم، که در سال 2016 درگذشت. در حقیقت این نخستین مرکز بزرگ نجوم با بودجه عمومی در آمریکاست که به نام یک زن نام گذاری شده است.
خواندنی ها
ورا روبین، اثبات نماینده وجود ماده تاریک در گذشت
مشخصات تلسکوپ ورا روبین
رصدخانه نیم میلیارد دلاری روبین با داشتن تلسکوپ آنالیز سیمونیی (Simonyi Survey Telescope) و بزرگ ترین دوربین دیجیتال دنیا، دوربین آنالیز میراث فضا و زمان (LSSTCam) کل آسمان مرئی نیم کره جنوبی را در طول موج های مختلف طیف الکترومغناطیسی، از فروسرخ گرفته تا طول موج های نور مرئی که چشمان ما برای تماشا آن ها تکامل یافته است، اسکن خواهد نمود.
موقعیت این تلسکوپ در شیلی و بر فراز قله ال پنیون (El Peñón) از کوه های سرو پاچون (Cerro Pachón) در ارتفاع 2647 متری سطح دریا انتخاب شده است تا با استفاده از شرایط خشک و آسمان صاف شمال شیلی، هر شب بیش از 800 تصویر پانوراما بگیرد و بدین ترتیب هر سه تا چهار شب، یک بار کل آسمان را پوشش دهد.
تلسکوپ رصدخانه از یک سامانه اپتیکی منحصربه فرد با سه آینه بهره می برد که برای دستیابی به میدان دید بسیار گسترده و اعوجاج کمینه طراحی شده است. آینه اصلی با قطر حدود 8.4 متر (قطر مؤثر حدود 6.5 متر) یکی از بزرگ ترین آینه های تلسکوپی دنیا به شمار می رود و آینه های دوم و سوم به ترتیب وظیفه اصلاح مسیر نور و بهبود کیفیت تصویر را بر عهده دارند. آینه سوم به صورت یکپارچه با آینه اصلی ریخته گری شده است که پایداری اپتیکی و دقت هم خطی را افزایش می دهد.
ثبت تصاویر مشاهده شده به وسیله این رصدخانه، به یاری دوربینی قدرتمند انجام می گردد. این دوربین 3200 مگاپیکسلی، به اندازه یک خودروی کوچک است و 3 تن وزن دارد که آن را به بزرگ ترین دوربین دیجیتال دنیا تبدیل می نماید. مهم ترین مشخصات این رصدخانه در جدول زیر دیده می گردد.
| ویژگی | اندازه |
| نوع طراحی اپتیکی | سه آینه ای |
| قطر آینه اصلی | 8.4 متر (قطر مؤثر ≈ 6.5 متر) |
| قطر آینه ثانویه | حدود 3.4 متر |
| آینه سوم | یکپارچه با آینه اصلی (M1/M3 monolithic mirror) |
| میدان دید | حدود 9.6 درجه مربع |
| طول کانونی مؤثر | ≈ 10.3 متر |
| نسبت کانونی | f/1.23 |
| توان تفکیک دوربین | 3.2 گیگاپیکسل (3200 مگاپیکسل) |
| تعداد CCD | 189 حسگر CCD |
| طول موج های رصدی | مرئی تا فروسرخ نزدیک (u, g, r, i, z, y) |
تصویربرداری تکراری از آسمان هم به یاری سریع ترین پایه تلسکوپی امکان پذیر شده که تا کنون برای تلسکوپی با این ابعاد و میدان دید گسترده طراحی شده است. این پایه هر 5 ثانیه می چرخد تا با حداقل لرزش، به جای دیگری نگاه کند. بدین ترتیب روبین می تواند شیوه تغییر اجرام آسمانی کم نور را در طول زمان مشاهده کند و یک فیلم 10 ساله دقیق از کیهان بسازد.
مأموریت ورا روبین
مأموریت اصلی رصدخانه ورا روبین پاسخ به بنیادین ترین پرسش های کیهان شناسی است؛ به ویژه رصدهای روبین در نهایت می تواند اسرار انرژی تاریک، نیروی مرموزی که باعث شتاب گرفتن انبساط دنیا می گردد و ماده تاریک، که در مجموع به عنوان دنیا تاریک (Dark Universe) شناخته می شوند، را آشکار کند.
این رصدخانه با آنالیز ساختار بزرگ مقیاس کیهان و تحول آن در طول زمان، داده هایی فراهم می نماید که به دانشمندان امکان می دهد توزیع جرم در کیهان را با دقتی بی سابقه مطالعه نمایند و مدل های فعلی درباره انبساط دنیا و گرانش را به طور جدی محک بزنند. بدین ترتیب چارچوبی رصدی برای آزمون نظریه های بنیادین فیزیک و کیهان شناسی شکل خواهد داد.
ورا روبین بعلاوه به آنالیز ساختار، تاریخچه و تغییرات راه شیری و کهکشان های اطراف آن می پردازد. با گردآوری داده های گسترده از ستارگان و کهکشان ها، پژوهشگران می توانند فرآیند شکل گیری کهکشان ها، ادغام های کهکشانی و نقش ماده تاریک را در این رویدادها بازسازی نمایند. این مأموریت به درک بهتر تکامل کهکشان ها در طول میلیاردها سال و شناخت جایگاه راه شیری در شبکه کیهانی یاری می نماید.
اما نمی توان با چنین دید گسترده ای از تماشای خانه گذشت. ورا روبین آنالیز جزئیات منظومه شمسی را هم بر عهده دارد و به شناسایی و ردیابی اجرام کوچک منظومه شمسی، از جمله سیارک ها و دنباله دارهای بالقوه خطرناک می پردازد تا تصویری جامع از جمعیت این اجرام و مسیرهای حرکت آن ها ارائه دهد. داده های این کاوش بعلاوه تاریخ شکل گیری منظومه شمسی و تعامل آن با محیط کهکشانی را بهتر آشکار می نمایند.
خواندنی ها
هر آنچه باید درباره سیارک بدانید
چهار حوزه علمی اصلی که در مأموریت رصدخانه در نظر گرفته شده، عبارتند از:
- درک ماهیت ماده تاریک و انرژی تاریک
- ایجاد لیستی از منظومه شمسی
- نقشه برداری از کهکشان راه شیری
- کاوش اجرامی که موقعیت یا روشنایی آن ها در طول زمان تغییر می نماید.
کاوش در کیهان تاریک
یکی از مهم ترین پدیده هایی که روبین آنالیز خواهد نمود، انفجارهای کیهانی به نام ابرنواختر (Supernova) است. پیش بینی می گردد که این رصدخانه بتواند در طول آنالیز 10 ساله، بین 3 تا 4 میلیون ابرنواختر دیگر را در فاصله های متنوعی کشف کند که گام مهمی در درک ما از فیزیک این انفجارهای کیهانی خواهد بود.
هنگام مرگ ستارگان بزرگ، عناصر آن ها طی ابرنواخترهایی با فروپاشی هسته ای قدرتمند، به بیرون پرتاب می شوند و به تشکیل بلوک های سازنده نسل بعدی ستارگان ادامه می دهند. لیست گسترده ای از این رویدادها می تواند تصویری بسیار دقیق تر از زندگی، مرگ و تولد دوباره ستارگان ترسیم کند.
از جمله رصد ابرنواخترهای نوع Ia و معین مقدار سرخ گرایی طیف آن ها، راه مناسبی برای اندازه گیری فواصل کیهانی است که به نوبه خود می تواند برای اندازه گیری ثابت هابل یا سرعت انبساط دنیا، استفاده گردد و این، کلید درک تأثیر انرژی تاریک در تاریخ کیهانی است.
برای رسیدن به ریشه ماده تاریک که حدود 85 درصد از کل محتوای ماده دنیا را تشکیل می دهد، روبین کهکشان های مختلف را آنالیز می نماید. انتظار می رود که این رصدخانه بیش از 10 میلیارد کهکشان را در آسمان نیم کره جنوبی لیست بندی کند.
تماشای ها
ستاره ها چگونه متولد می شوند و چه زمانی می میرند؟
بدین ترتیب ساختار بزرگ مقیاس دنیا آشکارتر می گردد و ستاره شناسان می توانند کهکشان هایی را که در امتداد رشته های ماده تاریک جریان دارند، ردیابی نمایند. تصور می گردد که این رشته ها، نوعی داربست کیهانی هستند که کهکشان ها در امتداد آن جمع شده و رشد نموده اند. اندازه و فضاهای خالی میان آن ها می تواند به آشکار شدن ماهیت ماده تاریک یاری کند.
جست وجو در حیاط خلوت کیهانی ما
روبین و پروژه LSST قرار است سهم مهمی در درک ما از همسایگی کیهانی ما داشته باشند که شامل نقشه برداری از کهکشان راه شیری با جزئیات بی سابقه خواهد بود. بدین ترتیب 10 میلیارد ستاره لیست بندی می شوند که به لطف دید فروسرخ روبین، ستاره های کم نوری که در کوشش های قبلی پنهان مانده اند را هم شامل می گردد.
ایجاد لیستی از ستاره های فراتر از هاله کهکشان راه شیری و اندازه گیری ترکیب شیمیایی آن ها می تواند به معین چگونگی تکامل کهکشان ما و محتوای ستاره ای آن در طول میلیاردها سال یاری کند.
روبین بعلاوه با آنالیز چندباره آسمان، می تواند حرکت اجرام کم نور و پرسرعت را شناسایی کند. اجرامی که بسیاری از آن ها می توانند سیارات سرگردان شناور آزاد باشند که در اثر برهم کنش گرانشی از منظومه های ستاره ای خود به بیرون رانده شده اند.
بعلاوه پیش بینی می گردد که این رصدخانه بتواند هزاران کوتوله قهوه ای یا به اصطلاح ستاره شکست خورده را در کهکشان راه شیری تشخیص دهد. تصور می گردد این اجرام با جرم هایی بین 13 تا 80 برابر مشتری (0.013 تا 0.08 برابر جرم خورشید) به همان روش ستاره ها تشکیل می شوند، اما نمی توانند مواد کافی را برای رسیدن به جرم مورد احتیاج جمع آوری نمایند تا در هسته هایشان هم جوشی هسته ای هیدروژن به هلیوم صورت بگیرد. این امر آن ها را بسیار کم نور و گریزان می نماید. در حالی که برای درک چگونگی شکل گیری و تکامل اجرام ستاره ای بسیار مهم هستند.
لیست اجرام منظومه شمسی
روبین قرار است سهم بسزایی در لیست بندی سیارک ها و دیگر اجرام کوچک نزدیک به خورشید هم داشته باشد. نخستین مجموعه رصدهای منظومه شمسی که به وسیله روبین منتشر شد، شامل تعداد حیرت آور 2014 سیارک ناشناخته بود. این سیارک ها شامل 7 جرم نزدیک به زمین، 11 تروجان مشتری و 9 جرم فرانپتونی بودند. این مجموعه بخشی از حدود 4000 رصد سیارک و دنباله دار اجرا شده به وسیله روبین بود.
هم اکنون بشر با تمام تلسکوپ ها و رصدخانه های خود، هر ساله حدود 20 هزار سیارک کشف می نماید و این یعنی روبین تنها در چند شب، به کشف بیش از 10 درصد از این تعداد دست یافته است.
همچنان کشف های آن می توانند غیرمنتظره باشد. چنان که یکی از اعضای تیم علمی این رصدخانه می گوید، این یک ماشین اکتشاف است و یکی از هیجان انگیزترین جنبه ها، اکتشافات غیرمنتظره ای است که پیش رو داریم!
ورا روبین؛ سرمایه گذاری بشر برای شناخت کیهان
رصدخانه ورا روبین یکی از بزرگ ترین پروژه های نجومی قرن بیست ویکم است که هدف آن توسعه بی سابقه درک بشر از کیهان تعریف شده است: از آشکارسازی ماهیت ماده تاریک و انرژی تاریک گرفته تا آنالیز ساختار بزرگ مقیاس دنیا، تکامل کهکشان ها و اندازه گیری دقیق تر سرعت انبساط کیهان.
پس از دهه ها برنامه ریزی، سرمایه گذاری و توسعه فناورانه، اکنون این رصدخانه بی مانند راه اندازی شده و قرار است لیستی از میلیاردها کهکشان و ستاره را شکل دهد، میلیون ها رویداد کیهانی مانند ابرنواخترها را ثبت کند، نقشه ای دقیق از راه شیری و تاریخ شکل گیری آن ارائه دهد و سیارک ها و اجرام منظومه شمسی را دوباره لیست بندی کند. ابزاری کلیدی که مرزهای دانش کیهانی را پیش خواهد برد و همسایگی فضایی ما را بهتر آشکار خواهد نمود.
Photo Credit: NSF-DOE Rubin Observatory
منابع: Space, National Geographic
منبع: دیجیکالا مگ