طراحی جدید تلسکوپ‌ها با لنز باریک می‌تواند قابلیت‌های جیمز وب را پشت‌سر بگذارد

اخترشناسان بیش از ۵۰۰۰ سیاره فراخورشیدی را تا به امروز شناسایی کرده‌اند. آیا این سیارات میزبان حیات هستند؟ برای پاسخ به این پرسش به تلسکوپ‌هایی بسیار قوی‌تر از تلسکوپ‌های فعلی نیاز است. حالا گروهی از دانشمندان درحال توسعه نسل جدید تلسکوپ‌ها با لنز پراش نوری هستند که می‌توانند ده‌ها برابر تلسکوپ فضایی جیمز وب نور جمع کنند.

تقریباً تمام تلسکوپ‌ها، ازجمله تلسکوپ‌های هابل و جیمز وب، از آینه برای جمع‌آوری نور استفاده می‌کنند. دانشمندان از تلسکوپ‌های غول‌پیکر برای جمع‌آوری مقادیر بسیار زیادی نور برای مطالعه سیارات فراخورشیدی استفاده می‌کنند.

یکی از راه‌های مطالعه سیارات فراخورشیدی، تحلیل ترکیب شیمیایی این سیارات است. قدرتمندترین تلسکوپ رصد سیارات خورشیدی، جیمز وب، تنها به‌قدری قوی است که می‌تواند به مطالعه گازهای اتمسفری برخی از سیارات فراخورشیدی بپردازد.

نسل جدید تلسکوپ‌ها

کمپانی هوافضای Northrop Grummman از سال ۲۰۱۶ با کمک جمعی از اخترشناسان و دانشمندان ناسا به‌دنبال توسعه تلسکوپ‌های آینده رصدهای فراخورشیدی است.

چالش اصلی در ساخت تلسکوپ‌های فضایی قدرتمند، ساخت آینه‌های بزرگ‌تر و ارسال آن‌ها به مدار زمین است. برای گذر از این مانع، این گروه به سراغ یک تکنولوژی قدیمی به نام لنز پراش رفته است.

لنزهای پراش را اولین‌بار «آگوستین-ژان فرنسل» (Augustin-Jean Fresnel) فرانسوی در سال ۱۸۱۹ برای فانوس‌های دریایی اختراع کرد. امروزه آن‌ها در محصولات نوری متفاوتی – از دوربین‌ها گرفته تا هدست‌های واقعیت مجازی – به‌کار می‌روند.

لنزهای معمولی از شکست نور برای متمرکزکردن نور استفاده می‌کنند. وقتی نور از یک محیط (مثلاً هوا) وارد محیط دیگر (شیشه لنز) می‌شود، می‌شکند و با تغییر مسیر، می‌توان آن را در یک نقطه متمرکز کرد. اما لنز پراش از خمش نور در اطراف گوشه‌ها و موانع استفاده می‌کند.

با یک الگوی هوشمندانه پلکان و زوایا روی سطح یک شیشه یا پلاستیک می‌توان یک لنز پراش نوری تهیه کرد. این لنزها به‌خاطر تصاویر تار بدنام هستند و به همین دلیل هیچ‌گاه در تلسکوپ‌ها استفاده نشده‌اند. اما اگر بتوان کیفیت آن‌ها را بهبود بخشید، می‌توان راه را برای ساخت تلسکوپ‌های فضایی ارزان‌تر، سبک‌تر و بزرگ‌تر هموار ساخت.

لنز پراش نازک و با تفکیک بالا

تیم دانشمندان در سال‌های بعد با استفاده از تکنولوژی‌های روز حکاکی روی شیشه، به الگوها و اشکالی از برش دست یافتند که نور را در یک نقطه پشت لنز متمرکز می‌کرد. این پیشرفتی بسیار مهم نسبت به لنزهای قبلی بود و تصاویری تقریباً بی‌نقص تهیه می‌کرد.

از آنجایی که در لنز پراش بافت سطح شیشه نور را متمرکز می‌کند، نه ضخامت آن، می‌توان به‌سادگی لنزهای بزرگ‌تر با شیشه‌های نازک ساخت. به‌این‌ترتیب، وزن لنزها بسیار کم می‌شود و به‌سادگی می‌توان لنزهای بزرگ را به فضا فرستاد.

تیم Northrop Grummman فعلاً درحال تکمیل لنز ۲۴ سانتی‌متری است که ۱۰ برابر از یک لنز شکست متداول سبک‌تر خواهد بود. هدف آن‌ها تولید لنز یک متری و ساخت یک نمونه اولیه تلسکوپ با آن است.

قدرت یک تلسکوپ پراش فضایی

پژوهشگران ایده خود را برای یک رصد‌خانه فضایی به نام ناتیلوس در سال ۲۰۱۹ منتشر کرده‌اند.

آن‌ها عقیده دارند که با تکنولوژی جدید می‌توان یک لنز با قطر ۸٫۵ متر با ضخامت تنها ۰٫۵ سانتی‌متر ساخت. لنز و سازه تلسکوپ تنها ۵۰۰ کیلوگرم وزن خواهد داشت؛ یعنی بیش از سه‌بار کمتر از تلسکوپ جیمز وب با آینه ۶٫۵ متری‌اش.

لنزهای پراش مزایای دیگری نیز دارند. اول اینکه ساخت آن‌ها بسیار ساده‌تر و سریع‌تر از آینه است و می‌توان آن‌ها را به‌طور انبوه نیز تولید کرد.

دوم اینکه برخلاف آینه، این نوع لنز به هم‌ترازی دقیقی نیاز ندارد و می‌توان آن‌ها را به‌سادگی در فضا سرهم کرد.

هزینه ارزان و ساخت ساده‌تر تلسکوپ ناتیلوس باعث می‌شود که به‌سادگی بتوان تعداد زیادی از آن‌ها را به فضا فرستاد. پژوهشگران پیشنهاد یک شبکه رصدخانه‌ای با ۳۵ تلسکوپ را داده‌اند. قدرت این رصدخانه زمانی که هر ۳۵ تلسکوپ به یک نقطه خیره شوند، در اوج است و تقریباً ۱۰ برابر جیمز وب نور جمع می‌کند.

این می‌تواند یک تکنولوژی انقلابی برای تلسکوپ‌های فضایی ناسا و مطالعه سیارات فرازمینی باشد.