مهندسی بی‌نهایت رصدخانه آرسیبو، گوش بزرگ زمین

مرداد, ۱۳۹۷ بدون نظر نجوم و فضا

مهندسی بی‌نهایت رصدخانه آرسیبو، گوش بزرگ زمین

رصدخانه آرِسیبو، خانه‌ی یکی از بزرگ‌ترین رادیو تلسکوپ‌های تک دیش جهان است که در منطقه‌ی آرِسیبو در پورتوریکو قرار دارد.

رصدخانه‌ی آرِسیبو، پس از تلسکوپ کروی با دیافراگم ۵۰۰ متری یا همان FAST، بزرگ‌ترین رادیو تلسکوپ تک‌دیش جهان به شمار می‌رود. رصدخانه‌ی آرِسیبو، بخشی از مرکز ملی ستاره‌شناسی و یونوسفر (NAIC) است که تحت عنوان یک قرارداد مشترک، توسط بنیاد ملی علوم ایالات متحده (NSF) و دانشگاه کُرنل مدیریت می‌شود. ناسا نیز در کنار این دو، حمایت مالی و علمی از پروژه دارد و می‌تواند از رادیو تلسکوپ استفاده کند. این رصدخانه، یکی از مهم‌ترین مراکز علمی پژوهشی رادیو اخترشناسی جهان است و دانشمندانی از سرتاسر دنیا، از این رصدخانه برای رادار سیاره‌ای و مطالعه‌ی لایه‌های بالایی اتمسفر سیاره‌ها استفاده می‌کنند. این تلسکوپ به صورت ۲۴ ساعته در ۳۶۵ روز سال عملیاتی است.

آرِسیبو، یکی از خاص‌ترین رصدخانه‌های جهان است. برای پی بردن به این موضوع کافی است که به دیش بسیار بزرگ این رصدخانه و محلی خاصی که قرار گرفته است، نگاهی بیاندازید. دیش این رادیو تلسکوپ ۱۰۰۰ فوت (۳۰۵ متر) قطر و ۵۱ متر عمق دارد و مساحتی را به اندازه‌ی ۲۰ هکتار پوشش داده است. این رصدخانه یک شاهکار مهندسی به‌شمار می‌رود. از نظر علمی، آرِسیبو یک بازتاب‌دهنده‌ی خالص است و همین باعث شده تا این رادیو تلسکوپ خاص باشد. آرِسیبو، بزرگ‌ترین آنتن متمرکز کننده‌ی مقعر در جهان است و حساس‌ترین رادیو تلسکوپ جهان نیز به‌شمار می‌رود. دانشمندانی از سرتاسر جهان، از رادیو تلسکوپ آرِسیبو به‌منظور انجام رادیو اخترشناسی، بررسی علوم جوی و اخترشناسی راداری استفاده می‌کنند.

تاریخچه

تیتر اول روزنامه‌ی نیویورک تایمز در تاریخ ۱۳ مهر ۱۳۳۶ این‌گونه شروع شده بود:

اتحاد جماهیر شوروی یک ماهواره‌ را به فضا ارسال کرد. این ماهواره با سرعت ۱۸ هزار مایل بر ساعت به دور زمین گردش می‌کند و تاکنون ۴ بار از روی ایالات متحده نیز عبور کرده است!

اتحاد جماهیر شوروی ماهواره اسپوتنیک ۱ را به فضا پرتاب کرده بود. اسپوتنیک ۱، ماهواره‌ای کروی با بدنه‌ی آلومینیمی بود که ۵۵ سانتی‌متر قطر و ۸۳ کیلوگرم وزن داشت. در تاریخ ۱۲ مهر ۱۳۳۶، این ماهواره هر ۹۶ دقیقه یکبار، مدار خود را به دور زمین تکمیل می‌کرد. این ماهواره صدایی بیب مانند را به زمین ارسال می‌کرد که باعث آزرده خاطر شدن کشورهای مختلف شده بود. آزرده خاطر شدن کشورها از ماهواره‌ی اسپوتنیک به این دلیل بود که روس‌ها افتخار پرتاب اولین ماهواره‌ی ساخت بشر را به‌دست آورده بودند و حالا می‌توانستند موشک‌های هسته‌ای خود را نیز به سمت ایالات متحده آمریکا پرتاب کنند. از آن‌جایی که پرتاب اسپوتنیک ۱ نخستین گام انسان در فضا به‌شمار می‌رفت؛ بنابراین بسیاری این واقعه را بزرگ‌ترین رویداد علمی نامیدند و همین باعث شد ایالات متحده در سال‌های نخست جنگ سرد، بازی را به شوروی‌ واگذار کند.

arecibo

پس از این اتفاق، خیلی سریع و بی‌درنگ، ارتش ایالات متحده گروهی نظامی متشکل از دانشمندان آلمان نازی سابق که به آمریکا آمده بودند تشکیل داد. سرپرستی این گروه خبره بر عهده‌ی دکتر ورنر ماگنوس ماکسیمیلیان فرایهر فون براون از دانشمندان عضو اِس‌اِس (گردان حفاظتی آلمان نازی) بود. این دانشمند برجسته، پدر علم موشک‌سازی در جهان بود که پس از جنگ جهانی دوم به همراه تعداد زیادی از دانشمندان آلمان نازی به‌صورت مخفیانه و اجباری توسط دولت ترومن، به ایالات متحده‌ی آمریکا آورده شد. دکتر براون یکی از مهندسانی بود که مستقیماً در طراحی و ساخت راکت بالستیک V2 آلمان نازی نقش داشت. این افراد چهار ماه پس از پرتاب اسپوتنیک ۱، در تاریخ ۱۱ بهمن ۱۳۳۶، نخستین ماهواره‌ی ساخت آمریکا به نام اکسپلورر ۱ را از پایگاه فضایی کیپ کاناورال فلوریدا به فضا پرتاب کردند.

پرتاب اسپوتنیک ۱، عامل تحریک آمریکا برای ماجراجویی‌های فضایی

اکسپلورر ۱ بر خلاف اسپوتنیک ۱، با خود یک وسیله به فضا برد و به همین دلیل شاید بتوان این پرتاب را نخستین پرتاب تجاری نیز نام‌گذاری کرد. اکسپلورر ۱ ماهواره‌ای کوچک بود که ۱۴ کیلوگرم وزن داشت و یک آشکارساز گایگر-مولر را که توسط دکتر جیمز وَن آلن ساخته شده بود، به فضا برد. هدف از پرتاب آشکارساز گایگر-مولر، تشخیص ذرات پرانرژی در ارتفاعات بالای اتمسفر زمین بود. اکسپلورر ۱ حین مأموریت خود، نواحی آلوده به ذرات پرانرژی را در اطراف زمین کشف کرد که بعدها آن‌ها را کمربندهای تابشی وَن آلن نامیدند.

یکی دیگر از اتفاقاتی که پس از پرتاب اسپوتنیک ۱ رخ داد، تشکیل اداره‌ی کل هوانوردی و فضایی آمریکا یا به اختصار ناسا، در مهرماه سال ۱۳۳۷ بود. آمریکایی‌ها اکنون خطر شوروی را به‌خوبی حس می‌کردند و می‌دانستند که آن‌ها دست به هر کاری می‌زنند تا کمونیسم را بر جهان حکم‌فرما کنند؛ بنابراین خطر یک حمله‌ی اتمی از جانب شوروی، آمریکا را تهدید می‌کرد. ناسا اکنون تشکیل شده بود تا با تهدیدهای فضایی شوروی مقابله کند؛ بنابراین در ابتدا یک سازمان نظامی به‌شمار می‌رفت. پس از تشکیل ناسا، وزارت دفاع آمریکا یک سازمان جدید را به نام آژانس پروژه‌های پژوهشی پیشرفته یا به اختصار آرپا (ARPA) ایجاد کرد. آرپا یک سازمان فضایی-نظامی بود که وظیفه‌ی پژوهش روی روش‌های نوین دفاعی را بر عهده داشت. آرپا تجهیزات پیشرفته‌ی دفاعی را توسعه می‌داد و هم‌زمان روی روش‌های جایگزین این تجهیزات نیز کار می‌کرد تا آمریکا همواره از نظر دفاعی، به‌روز باشد.

arpanet

در سال ۱۳۴۸، آرپا یک زیرمجموعه‌ی جدید را به نام آرپا-نِت ایجاد کرد که وظیفه داشت روی روش‌های نوین انتقال داده‌ها بین رایانه‌های یک سامانه‌ی بزرگ، پژوهش انجام دهد. آرپا-نِت و افرادی که در آن مشغول کار بودند، پیشگامان عصر اینترنت هستند و شاید بتوان گفت که آن‌ها از بنیان‌گذاران اینترنت هستند. پس از راه‌اندازی آرپا، سه تن از مهندسان دانشکده‌ی مهندسی الکترونیک دانشگاه کُرنل، گزارشی را با عنوان «مطالعه روی طراحی راداری برای کاوش یونوسفر زمین و فضای اطراف» منتشر کردند. دکتر دابلیو ای گوردون، پروفسور هنری جی بوکِر و ناتانیل بی نیکلاس، دکترای مهندسی کنترل، از نویسندگان اصلی این گزارش بودند. در بخشی از این گزارش طولانی، این‌چنین آمده است:

«ما به لطف آشکارساز گایگر-مولر که توسط اکسپلورر ۱ به فضا پرتاب شد، کشف کردیم که یونوسفر زمین، سیگنال‌هایی ناهماهنگ را پخش می‌کند. این سیگنال‌ها بسیار ضعیف هستند؛ اما اگر یک رادار بزرگ در اختیار داشته باشیم، می‌توانیم به‌سادگی این سیگنال‌ها را شناسایی کرده و در لایه‌های بالایی اتمسفر زمین و فضای اطراف نیز اکتشافاتی انجام دهیم. واقعیت این است که تمام قطعات رادار علاوه بر حساسیت بالا، همگی به‌صورت پایه، در حالت عملیاتی هستند؛ یعنی به محض این‌که ساخت رادار تکمیل شود، می‌توان اکتشافات را سریع آغاز کرد. رادار در ابتدای کار، چگالی و دمای الکترون‌ها را نسبت به عواملی مانند ارتفاع و زمان، اندازه‌گیری می‌کند. رادار این کار را در یونوسفر زمین انجام می‌دهد؛ اما می‌تواند در لایه‌های بالاتر و پایین‌تر یا حتی میانی نیز اندازه‌گیری‌های لازم را انجام دهد.

رادار می‌تواند به‌طور دقیق، شکل‌گیری و از بین رفتن این لایه‌ها، ساختار و تغییرات دوره‌ای یا فصلی آن‌ها را نیز مشاهده کند. این مشاهدات می‌توانند به درک ما از آن‌چه در لایه‌های بالایی اتمسفر می‌گذرد، کمک بسیاری کنند. از سوی دیگر، چگونگی تأثیر یونوسفر روی امواج رادار نیز مشخص می‌شود. راداری که طرح اولیه‌ی آن را روی کاغذ پیاده‌سازی کرده‌ایم، علاوه بر اکتشاف یونوسفر، توانایی‌های دیگری نیز دارد. نخست، این رادار می‌تواند جریان‌های انتقالی ذرات بارداری را که در فضای نزدیک به زمین حرکت می‌کنند، مشاهده کند. این رادار می‌تواند حلقه‌های ذرات باردار پرانرژی اطراف زمین، مانند کمربندهای تابشی وَن آلن را شناسایی کند. این رادار می‌تواند سیاره‌هایی نظیر زهره و مریخ را مشاهده کرده و به اندازه‌گیری دقیق واحد نجومی (هر واحد نجومی برابر است با بیشترین فاصله‌ی زمین از خورشید یعنی ۱۵۰ میلیون کیلومتر)بپردازد. این رادار می‌تواند اتمسفر نامتعارف خورشید را مشاهده کرده و مورد بررسی قرار دهد و در نهایت، می‌تواند با دقت بالا، در ناحیه‌ای محدود از آسمان، ستاره‌های شناسایی نشده را تشخیص دهد.»

یونوسفر، ناحیه‌ای از اتمسفر است که از ارتفاع ۶۰ کیلومتری سطح زمین آغاز می‌شود. در این ناحیه، تابش فرابنفش و اشعه‌ی ایکس خورشید، گازها را یونیزه می‌کنند. دکتر گوردون می‌خواست که از یک رادار برای مطالعه‌ی دقیق‌تر یونوسفر استفاده کند. بیشتر انرژی رادار از یونوسفر عبور کرده و در فضا سرگردان می‌شود؛ اما درصد اندکی از این انرژی، توسط الکترون‌ها در جهات مختلف پخش می‌شود و حتی بخش بسیار کوچکی از آن نیز ممکن است به زمین بازگردد که اصطلاحاً به آن «حالت بازپخش رادار از یونوسفر» می‌گویند. اگر روی سطح زمین یک آنتن بسیار حساس قرار گرفته باشد،‌ می‌تواند این انرژی بازپخش شده را شناسایی کرده و آن را مورد بررسی و مطالعه قرار داده و اطلاعاتی را در خصوص یونوسفر در اختیار دانشمندان بگذارد.

arecibo

هدف اصلی دکتر گوردون از طراحی این رادار، در ابتدا اندازه‌گیری چگالی و دمای الکترون‌ها نسبت به عواملی مانند ارتفاع و زمان بوده است. اگر دقت کرده باشید، دکتر گوردون و همکارانش در گزارشی که ارائه داده بودند، به حالت عملیاتی پایه قطعات اشاره کرده بودند. این یعنی قطعات مدنظر، یک بازتاب دهنده به قطر ۳۰۵ متر، یک انتقال دهنده با قدرت یک مگاوات که در فرکانس ۴۳۰ مگاهرتز عملیاتی است و بهترین رسیورهایی که در آن زمان وجود داشته‌اند را شامل می‌شود. فرکانس دریافتی به اندازه‌ی کافی ضعیف است و اگر قطر قطعات بازتاب دهنده ۳ سانتی‌متر نیز باشد، شاهد بهره‌وری بالا خواهیم بود. نباید فراموش کرد که این بازتاب دهنده ۳۰۵ متر قطر دارد و ساخت آن از قطعاتی که تنها ۳ سانتی‌متر قطر دارند، یک چالش مهندسی است.

بازتاب‌دهنده اصلی آرِسیبو ۳۰۵ متر قطر دارد

حداقل اندازه‌ی لازم برای بازتاب دهنده، توسط دکتر گوردون اندازه‌گیری شد و نتیجه‌ی آن در گزارشی کامل در سال ۱۳۳۷ میلادی در نشریه IRE (انستیتو مهندسان رادیو) منتشر شد. IRE همان نشریه‌ای است که پیش‌تر در سال ۱۳۰۱، گزارشی را از گوگلیمو مارکُنی منتشر کرده بود. مارکُنی در گزارش خود، طرح مفهومی از یک رادار مشابه رادار گوردون را ارائه داده بود؛ اما جزئیات دقیقی را برای آن ذکر نکرده بود و صرفاً به ارائه‌ی طرح کلی اکتفا کرده بود.

در بخشی از گزارش دکتر گوردون در نشریه‌ی IRE منتشر شد، آمده است:

جریان‌هایی از ذرات باردار در فضای خارجی وجود دارد که نزدیک سیاره‌ی زمین نیز حرکت می‌کنند و ممکن است شناسایی شده یا نشوند؛ این موضوعی است که به دامنه‌ی حرکت آن‌ها از رادار و چگالی الکترون‌ها بستگی دارد.

به‌نظر می‌رسد که این دلیلی قانع کننده برای مقامات آرپا نیست. آن‌ها باید بودجه لازم را برای دکتر گوردون فراهم کنند و دلیل محکم‌تری نیاز دارند؛ اما باید عاقلانه تصمیم بگیرند زیرا دلایل دیگری نیز وجود دارند. دکتر گوردون در دوره‌ای طرح خود را مطرح کرد که با نام عصر اسپوتنیک شناخته می‌شود. این رادار می‌توانست راهی را برای شناسایی ماهواره‌ها فراهم کند؛ ماهواره‌هایی که در ارتفاع ۸۰۵ کیلومتری حرکت می‌کنند از خود ردپای یونیزه شده بر جای می‌گذارند و رادار می‌تواند آن‌ها را تشخیص دهد. طرحی که دکتر گوردون ارائه داده بود یک ایراد اساسی داشت. دکتر گوردون یک بازتاب دهنده‌ی ثابت پارابوبلیک (سهمی‌وار) را برای رادار در نظر گرفته بود که به کمک یک برج ۱۵۲ متری متمرکز کننده، یک مسیر ثابت و محدود از آسمان جهت‌گیری می‌کرد.

arecibo

این طراحی محدودیت‌های زیادی دارد و نمی‌توان در جهات مختلف از آن استفاده کرد یا سیاره‌ها و ستاره‌ها را مورد مطالعه قرار داد. برای انجام این کارها، رادار باید بتواند تغییر جهت داده و هدف‌های خود را در موقعیت‌های مختلف انتخاب کند. یکی از مقامات آرپا به نام وارد لاو که قهرمان سِری پروژه آرِسیبو است، اعلام کرد که این یک محدودیت جدی است و باید در جهت رفع آن اقدام کرد. وی به دکتر گوردون پیشنهاد کرد که به ماساچوست رفته و با دانشمندانی که در آزمایشگاه پژوهشی نیروی هوایی کمبریج (AFCRL) مشغول کار هستند، ملاقاتی داشته باشد و گفتگو کند. در این آزمایشگاه، گروهی به سرپرستی دکتر فیل بلک‌اسمیت مشغول کار روی بازتاب‌ دهنده‌های دایره‌ای بودند. گروهی دیگر نیز در همان آزمایشگاه به صورت شبانه‌روزی روی لایه‌های بالایی اتمسفر و اثرات آن رو انتشار امواج رادیویی، مطالعاتی را انجام می‌دادند. آن‌ها می‌خواستند که از علم انتقال اطلاعات سیگنال استفاده کنند تا اطلاعاتی را از امواج رادیویی قطع شده جمع‌آوری کنند.

دکتر گوردون طرح ارائه شده توسط این دو گروه را پذیرفت و طرح نهایی خود را تابستان سال ۱۳۳۷ به آرپا ارائه داد و قرارداد میان دانشگاه کُرنل و آزمایشگاه پژوهشی نیروی هوایی کمبریج نیز در آذر ۱۳۳۸ به امضا رسید. این امضا، آغاز ماجرای رادیو تلسکوپ آرِسیبو بود.

ساخت رصدخانه

برای ساخت این رصدخانه چهار چیز مهم مورد نیاز بودند. اولین چیزی که باید حتماً رعایت می‌شد، انتخاب محل ساخت رصدخانه در نواحی استوایی بود. این رصدخانه باید حتماً در مناطق گرمسیری استوایی ساخته می‌شد؛ زیرا تمامی اجرام منظومه‌ی شمسی از آسمان نواحی استوایی قابل رصد هستند و از آن عبور می‌کنند. از آن‌جایی که یکی از وظایف این رادار بررسی سیاره‌ها است و نمی‌تواند تا زیر خط افق تغییر جهت دهد؛ بنابراین این عامل باید رعایت شود. همان‌طوری که پیش‌تر نیز اشاره شد، بازتاب دهنده‌ی این رادار، از نوع دایره‌ای است؛ بنابراین ما شاهد یک دیش غول‌آسا هستیم. اگر ناحیه‌ای در مناطق استوایی پیدا می‌شد که گودالی عمیق به اندازه‌ی تقریبی دیش رادار داشت، از هزینه‌های ساخت و ساز به شکل چشمگیری کاسته می‌شد؛ در غیر این صورت، نیروها باید گودالی عمیق را حفر می‌کردند یا این‌که یک سکوی مصنوعی را ایجاد می‌کردند و دیش را روی آن قرار می‌دادند. محل ساخت رصدخانه باید در جایی انتخاب می‌شد که آب و هوایی معتدل داشت، دسترسی به آن ساده بود و در کشوری ساخته می‌شد که از نظر سیاسی، ثبات داشت.

arecibo

نمایی از محل انتخاب شده برای احداث رصدخانه

پروفسور دونالد جی بلِچر، مهندس عمران دانشگاه کُرنل و کارشناس نقشه‌برداری و تصویربرداری منطقه‌ای، مسئول یافتن گودال طبیعی در نواحی استوایی شد. این کار اندکی زمان‌بر بود و پروفسور بلِچر لیستی از چند ناحیه‌ی مختلف آماده کرد. برازیلیا (پایتخت برزیل)، هاوایی، کوبا، مکزیک و جزایر کوچک کارائیب و پورتوریکو، نواحی مورد نظر پروفسور بلِچر بودند؛ اما او به عنوان سرپرست این بخش، علاقه‌ی زیادی به برازیلیا داشت. وی پس از مطالعه‌ی توپوگرافی کارست این نواحی، اعلام کرد که احتمالاً بهترین گزینه‌ی موجود پورتوریکو است. وی سه محل احتمالی را در شمال پورتوریکو پیشنهاد کرد؛ یکی از این نواحی در بخش شهرداری فلوریدا بود، یکی دیگر در سن سباستین و در نهایت، سومین محل نیز در آرِسیبو بود. با مشورتی که اعضای پروژه و پیمان‌کاران انجام دادند، سومین محل، یعنی آرِسیبو انتخاب شد. آرِسیبو نه تنها تمامی معیارهای لازم را داشت؛ بلکه به دلیل نزدیکی به دانشگاه مهندسی پرتوریکو، امکان همکاری آن‌ها با دکتر گوردون و دانشگاه کُرنل نیز فراهم شد.

منطقه‌ی آرِسیبو عالی بود و گودال طبیعی منطقه نیز شرایط مناسبی داشت؛ اما برای این‌که دیش رادار بتواند در آن ساخته شود، بایستی یکسری تغییرات اعمال می‌شد. مهندسان برآورد کردند که باید ۲۰۶٫۵۰۰ متر مکعب خاک از گودال استخراج شود و برخی از سنگ‌های بزرگی که در آن هستند باید به کمک مواد منفجره، تخریب شوند. پس از انجام این کارها، پیمان‌کارها باید ۱۵۲٫۹۱۰ متر مکعب خاک فشرده را به گودال اضافه می‌کردند تا شکل نهایی آن، برای ساخت رادار مناسب شود.

arecibo

سه برج نگهدارنده‌ی بتنی نیز باید ساخته می‌شدند. این سه برج، در حالت مثلثی قرار گرفته‌اند که دو عدد از آن‌ها ۸۰.۷ متر ارتفاع و دیگری ۱۱۱ متر ارتفاع دارد. این برج‌ها، متمرکز کننده را نگه‌ می‌دارند. مهندسان ابتدا قالب بتن را آماده کردند و سپس بتن را در آن ریختند. هر برج، با نرخ ۹ اینچ بر ساعت ساخته می‌شد و به دلیل جنس خاص بتن، ۵ ساعت پس از ریختن آن، قالب برداشته می‌شد. در مجموع ۶٫۹۵۷ متر مکعب بتن در قالب‌ها ریخته شد که معادل ۱۰۰۰ کامیون سیمان است. ساخت یک برج ۸۰.۷ متری بتنی، تقریباً ۳۷۵ ساعت طول کشید که معادل ۱۶ روز کاری است. هر برج، روی یک بتن آرمه به ابعاد ۱۱ در ۱۱.۵ متر و ضخامت ۴.۵ متر قرار گرفته است. در مجموع، در لنگرها نیز از ۳۵۵۵ متر مکعب بتن استفاده شده است. برج‌های بتنی، با نام‌های T4؛ T8 و T12 شناخته می‌شوند. T، ابتدای کلمه Tower و اعداد نیز بر طبق صفحه‌ی ساعت انتخاب شده‌اند. به عنوان مثال، عدد ۱۲ در قسمت بالایی ساعت است؛ بنابراین، برج T12 در قسمت شمالی قرار گرفته است و با سایرین یک چینش مثلثی دارد.

سه برج اصلی، وظیفه مهار وزن بخش‌های معلق را بر عهده دارند

پلتفرم تغذیه‌ی رصدخانه (تجهیزات معلقی که سیگنال‌های بازتاب شده از دیش را دریافت می‌کنند) در ۱۵۰ متری سطح زمین معلق شده است. این پلتفرم، در ابتدا ۵۵۰ تُن وزن داشت و پس از به‌روزرسانی گریگورین، وزن آن به ۹۰۰ تُن افزایش یافت. پلتفرم تغذیه، به وسیله‌ی چهار کابل به قطر ۳ اینچ معلق شده است. یک سر این کابل‌ها به گوشه‌های پلتفرم متصل بوده و سر دیگر آن‌ها نیز به برج‌های متناظر متصل شده است. پنج کابل ۳.۲۵ اینچی نیز از بالای برج‌های بتنی به لنگرهای بتنی متصل شده‌اند تا آن‌ها را ثابت نگه دارند. قطر و تعداد متفاوت کابل‌ها نیز به زاویه‌ی حمل بار بستگی دارد. بسیاری از افرادی که از رصدخانه دیدن می‌کنند، معمولاً از خود می‌پرسند که پلتفرم تغذیه چگونه به ارتفاع ۱۵۰ متری از سطح زمین برده شده است. اولین چیزی که باید بدانید این است که این پلتفرم تغذیه روی زمین و در قسمت مرکزی گودال سرهم شده است و سپس به وسیله‌ی یک کابل عنکبوتی و قرقره‌هایی که روی بلوک‌های ۱۰۰ تنی قرار گرفته بودند، به سمت بالا کشیده شد.

arecibo

فرآیند بلند کردن پلتفرم تغذیه در اواخر آبان ۱۳۴۱ آغاز شد و ۵۲ متر در ساعت، به سمت بالا کشیده می‌شد. البته باید مادامی که پلتفرم بالا می‌رفت، تعادل میان کابل‌های مهار کننده، کابل‌های عنکبوتی و کابل‌های اصلی حفظ می‌شد تا انحراف برج‌ها روی ۲ اینچ ثابت بماند و پلتفرم به طرفین کشیده نشود. بالا بردن پلتفرم تغذیه، طاقت‌فرساترین قسمت پروژه بود و انجام آن ۳ روز به طول انجامید. پس از اتمام این فرآیند، کابل‌های با ضخامت ۳ اینچ که به گوشه‌های پلتفرم متصل بودند، به قسمت بالای برج‌ها نیز متصل شدند. پس از آن، نوبت به بالا کشیدن حلقه‌ی نافی (یک حلقه‌ی فلزی نسبتاً سنگین و ضخیم) رسیده بود. این حلقه، بازوی آزیموت و بازوی تغذیه را نگه می‌دارد.

پیمان‌کاری که قرار بود بازتاب‌دهنده را در محل تعیین شده مونتاژ کند، اعلام کرد که تا زمان تکمیل مهار شدن پلتفرم تغذیه، امکان انجام این کار وجود ندارد؛ زیرا باید قطعات بازتاب‌دهنده نیز روی کابل‌هایی قرار داده شوند. پس از اتمام قرار گیری پلتفرم تغذیه، پیمان‌کار بازتاب‌دهنده نیز کار خود را آغاز کرد. بازتاب‌دهنده، از مستطیل‌های استانداردی به ابعاد ۱۶ در ۱۹ اینچ تشکیل شده است که به صورت شبکه‌ای و مانند آجر، در هم قفل شده‌اند و محل اتصال آن‌ها به یکدیگر نیز با دقت جوشکاری شده است. ۳۱۸ کابل ۳.۸ اینچی، از غرب به شرق گودال کشیده شدند و ۱۰ کابل (پس از به‌روزرسانی اول، این تعداد به ۳۹ عدد افزایش یافت) ۱.۴ اینچی نیز از شمال به جنوب گودال کشیده شد تا یه شبکه تور مانند در گودال ایجاد شود. این کابل‌ها هر کدام به کابل‌های اصلی روی بلوک‌های سیمانی سطح زمین گره خوردند تا بستر لازم برای نصب بازتاب‌دهنده فراهم شود. بازتاب‌دهنده بخشی از یک دایره به شعاع ۲۶۵ متر و مساحت ۱۸ هکتار است و در مجموع وزنی معادل ۲۰۷ تُن دارد.

arecibo

در نهایت، در تاریخ ۲۳ مرداد ۱۳۴۲، اولین بخش پلتفرم تغذیه که در فرکانس ۴۳۰ مگاهرتز عملیاتی است، به سمت بالا کشیده شد تا به گیرنده و انتقال‌دهده‌ی سیگنال متصل شود. یک بازتاب‌دهنده‌ی دایره‌ای، نمی‌تواند هم نقطه‌ی کانونی و هم محور اصلی (خطی که از مرکز سطح یک لنز یا یک آینه‌ی دایره‌ای می‌گذرد) را به طور هم‌زمان با یکدیگر داشته باشد؛ بنابراین بازتاب‌دهنده‌ی آرِسیبو نیز به دلیل شکل سهمی‌وار خود، این اتفاق را تجربه می‌کند. در واقع، شما از هر زاویه و شعاعی به بازتاب‌دهنده‌ی آرِسیبو نگاه کنید، یک شکل به نظر می‌رسد؛ گویی که اصلاً محور اصلی ندارد.

امواجی که به سطح دایره‌ای بازتاب‌دهنده برخورد می‌کنند، در کنار یک خط کانونی که آن هم موازی با یک شعاع مجاور است، در مسیر برخورد، متمرکز می‌شوند. از این رو، با قرار دادن دستگاه در کنار شعاع دایره در زوایای مختلف، می‌توان بدون آن‌که بازتاب‌دهنده را حرکت داد، روی نقاط مختلف آسمان متمرکز شد. از این نکته استفاده شد و مهندسان بازتاب‌دهنده‌ای کارآمد را ساختند که می‌توانست امواجی را از جهات مختلف جمع‌آوری کند. ساخت یک بازتاب‌دهنده با این ویژگی، چندان هم ساده نیست و اولین دستگاه‌هایی که به این شکل ساخته شدند، بسیار ناکارآمد بودند.

arecibo

پس از اتمام ساخت تلسکوپ، مسئولان پروژه در تاریخ ۱۸ فروردین ۱۳۴۳، رصدخانه را رسماً افتتاح کردند. دکتر گوردون در آن زمان به عنوان مدیر رصدخانه انتخاب شد و تنها چند روز پس از افتتاح شدن رصدخانه، اولین تماس راداری با سیاره‌ی عطارد برقرار شد. در همان زمان، رادار آرِسیبو اولین کشف شگفت‌انگیز خود را انجام داد و به دانشمندان نشان داد که سیاره‌ی عطارد، هر ۸۸ روز مدار خود به دور خوشید را تکمیل نمی‌کند؛ بلکه این اتفاق هر ۵۹ روز یکبار رخ می‌دهد. پس از آن، یک آزمایش نظامی تحت عنوان «بررسی دمای ماه» توسط وزارت دفاع آمریکا انجام شد. وزارت دفاع، از این آزمایش به عنوان نوعی پوشش استفاده کرد تا بتواند روی ویژگی‌های رادار بازتاب‌دهنده‌ی اتحاد جماهیر شوروی که در ساحل قطب شمال قرار دارد، مطالعاتی را انجام دهد. محل دقیق این بازتاب‌دهنده‌ی روسی معلوم نبود تا این‌که رادار آرِسیبو توانست با بررسی سیگنال‌های برگشت خورده از ماه، علاوه بر مطالعه‌ی تغییرات جغرافیایی قمر زمین، محل دقیق رادار روسی ارسال کننده‌ی سیگنال‌ها را نیز مشخص کند.

در تاریخ ۹ مهر ۱۳۴۸، بنیاد ملی علوم با امضای یک قرارداد، وزارت دفاع آمریکا را از پروژه‌ی آرِسیبو خارج کرد و آرِسیبو را به یک مرکز ملی و پژوهشی تبدیل کرد. در شهریور سال ۱۳۵۰، رصدخانه‌ی آرِسیبو به مرکز ملی ستاره‌شناسی و بررسی یونوسفر (NAIC) تبدیل شد و حالا دانشمندانی از سرتاسر جهان می‌توانستند با امضای قرارداد، از رصدخانه استفاده کنند.

اولین به‌روزرسانی

ابتدا مهندسان گفتند که با اعمال یکسری تغییرات روی سطح بازتاب‌دهنده، می‌توان راندمان را بالا برد و روی فرکانس‌های بالاتر کار کرد. دانشمندان نیز به این موضوع علاقه نشان دادند؛ زیرا می‌توانستند در فرکانس‌های بالاتر، چه در زمینه‌ی اخترشناسی رادیویی و چه در زمینه‌ی بررسی سیارات، نتایج بهتری به‌دست آورند. به‌روزرسانی سطح بازتاب‌دهنده کاری دشوار بود؛ اما مهندسان دریافتند که پلتفرم معلق، بیش از آن‌چه که فکر می‌کردند پایدار است. این پلتفرم در طول موج‌های سانتی‌متری کار می‌کند و مهندسان پیش‌تر گمان می‌کردند که این پلتفرم توانایی تحمل یک به‌روزرسانی جدیدتر را ندارد. پایداری این پلتفرم زمانی مشخص شد که در مهر ۱۳۴۵، طوفان آینز با سرعت ۷۰ مایل بر ساعت سرتاسر پورتوریکو را درنوردید؛ اما پلتفرم معلق تنها به اندازه‌ی نیم اینچ جابه‌جا شد.

arecibo

مهندسان برق برآورد کردند که یک رادار باند اس (S band) با فرکانس بالا (۲۳۸۰ مگاهرتز، ۱۲.۶ سانتی‌متر) و توانی کم‌تر از یک مگاوات، توانایی رادار سیاره‌ای را به شکل چشمگیری بهبود می‌بخشد. تا پیش از این به‌روزرسانی، رادار ۴۳۰ مگاهرتزی می‌توانست ماه و تعدادی از سیاره‌های منظومه‌ی شمسی مانند عطارد، زهره و مریخ را بررسی و مطالعه کند؛ اما یک رادار باند اس می‌تواند رزولوشن بالاتری از این اجرام فراهم کند و به بررسی اجرام دورتر منظومه‌ی شمسی مانند زحل و مشتری بپردازد. رادار باند اس می‌تواند به مشاهده‌ی سطح سیاره‌ی زهره که زیر لایه‌ای از گازهای گلخانه‌ای عظیم مخفی شده است، بپردازد.

رادار باند اس، رزولوشن بالاتری را به ارمغان می‌آورد

در سال ۱۳۴۶، بنیاد ملی علوم، هیئتی علمی را به سرپرستی دکتر رابرت دیک از دانشگاه پرینستون ایجاد کرد تا در مورد به‌روزرسانی رصدخانه آرِسیبو پژوهش‌هایی را انجام دهند. دکتر رابرت دیک بر این باور بود که اگر بازتاب‌دهنده‌ی تلسکوپ به‌روزرسانی شود، توانایی‌های آن به‌شدت افزایش می‌یابد و نیازی نیست که پلتفرم معلق به‌روزرسانی شود. با وجود این، بنیاد ملی علوم تصمیم گرفت تا زمانی که یک خط تغذیه جدید طراحی و ساخته می‌شود، نسبت به به‌روزرسانی تصمیمی گرفته نشود؛ زیرا سرمایه‌گذاری چند میلیون دلاری روی به‌روزرسانی بازتاب‌دهنده، در حالی که نتیجه‌ای تضمین شده ندارد، کار درست و عاقلانه‌ای نیست. یکی از مشکلاتی که مهندسان با طراحی خط تغذیه جدید داشتند، هدفی بود که دانشمندان انتخاب کرده بودند. دانشمندان می‌خواستند که با وجود پهنای باند محدود، به رزولوشن حداکثری دست یابند و این یک چالش مهندسی بود.

تا اوایل سال ۱۳۵۱، این مشکل همچنان وجود داشت تا این‌که دو مهندس به نام‌های آلن لاو و مرل لالوند، توانستند این مشکل را حل کنند. مرل لالوند، به هنگام ساخت رصدخانه، سرپرست گروه مهندسی بود. وقتی که این دو مهندس توانستند مشکل را برطرف کنند، بنیاد ملی علوم نیز بودجه‌ی درخواستی را در اختیار آن‌ها گذاشت.

مهندسان برای آن‌که رادار بتواند روی باند اس عملیاتی باشد، چندین تغییر را اعمال کردند  که از جمله‌ی آن‌ها می‌توان به انتقال دهنده‌ و رسیور جدید و همچنین بازسازی بخش‌هایی از بازتاب‌دهنده برای به دست آوردن دقت بالاتر، اشاره کرد. به عنوان یک قانون عمومی، سطح بازتاب‌دهنده باید با دقت یک بیستم طول موج ساخته می‌شد تا قابلیت عملیاتی شدن داشته باشد. در حالت عادی، رادار در فرکانس ۴۳۰ مگاهرتز (۷۰ سانتی‌متر طول موج) عملیاتی بود؛ در این حالت، شکل بازتاب‌دهنده تنها ۳ سانتی‌متر از دایره‌ی کامل بودن انحراف داشت و اگر شعاع قطر ۳۰۰ متری آن را در نظر بگیریم، می‌بینیم که این انحراف بسیار ناچیز است. حال تصور کنید برای آن‌که رادار بتواند روی باند اس عملیاتی شود، این دقت باید به ۶ میلی‌متر برسد که یک چالش مهندسی بسیار پیچیده به‌شمار می‌رود.

arecibo

برای به‌روزرسانی بازتاب‌دهنده، مهندسان مجبور شدند شبکه‌ی پیشین را با ۳۲٫۷۷۸ پنل آلومینیمی برش خورده‌ی دقیق با ابعاد ۲۵۷ در ۵۱۳ سانتی‌متر جایگزین کنند. به دلیل نازک بودن پنل‌های آلومینیمی، هنگام حمل و نقل خطراتی آن‌ها را تهدید می‌کرد؛ به همین منظور، پیمان‌کاران یک کارخانه‌ی جدید را در نزدیکی محل رصدخانه احداث کردند تا بتواند پنل‌های آلومینیمی مورد نیاز را از ورقه‌های آلومینمی سوراخ شده تولید کند و مستقیماً به محل ساخت و ساز ارسال کند. سوراخ‌هایی که در ورقه‌های آلومینیمی بودند، برای مهندسان حیاتی به‌شمار می‌رفتند؛ زیرا باعث می‌شدند که ۴۴ درصد از نور خورشید، از بازتاب‌دهنده عبور کرده و به گیاهانی که در زیر هستند بتابد. با تابش نور خورشید به گیاهانی که زیر بازتاب‌دهنده هستند، آن‌ها رشد کرده و کنترل فرسایش زمین برای مهندسان ساده‌تر می‌شود. وزن کلی پنل‌های آلومینیمی استفاده شده در بازتاب‌دهنده، به ۳۵۰ تُن رسید که اگر آن‌ها سوراخ نبودند، این وزن بیشتر هم می‌شد.

از سوی دیگر، سوراخ‌های روی پنل‌ها، حداکثر فرکانس عملیاتی را محدود می‌کردند؛ زیرا سوراخ‌ها در برخی نقاط باعث کاهش بازتابندگی سطح می‌شوند و این امری ناخوشایند است. چهارچوب‌های پنل‌ها نیز از کمربندهایی آلومینیمی ساخته شدند تا وزنی سبک‌تر داشته باشند. در مجموع برای چهارچوب‌ها، ۳۶۵ کیلومتر آلومینیم استفاده شد که برای ساخت ریل در سرتاسر پورتوریکو کفایت می‌کند!

arecibo

تلسکوپ به‌روزرسانی شده، در تاریخ ۲۵ آبان ۱۳۵۳ به حالت عملیاتی درآمد و پیام مشهور آرِسیبو نیز پس از به‌روزرسانی اول به فضا ارسال شد. پس از این به‌روزرسانی تا ۲۰ سال بعد، دانشمندان روی طیف نشر خطی هیدروژن کار کردند و این به یکی از بزرگ‌ترین پژوهش‌های آرِسیبو تبدیل شد. در سال ۱۳۵۳ یک پروفسور به همراه دانشجوی خود از دانشگاه ماساچوست، به آرِسیبو آمد تا در مورد تَپ‌اخترها پژوهش‌هایی را انجام دهند. این پژوهش تنها چند هفته پس از به‌روزرسانی انجام شد و حتی می‌شد در فرکانس ۴۳۰ مگاهرتز نیز آن را انجام داد؛ اما نتیجه‌ای که با تلسکوپ به‌روز شده به‌دست آمد بسیار دقیق بود. تنها دو هفته پس از ورود این پروفسور به آرِسیبو، نتیجه‌ی پژوهش‌های انجام شده به وسیله‌ی رادار منتشر شدند. کشف یک جفت تَپ‌اختر PSR1913+16 به وسیله‌ی رادار آرِسیبو به دانشمندان نشان داد که امواج گرانشی وجود دارند و اینشتین درست پیش‌بینی کرده است.

دومین به‌روزرسانی

مهم‌ترین بخش این به‌روزرسانی که در سال ۱۳۷۵ انجام شد، نصب تلسکوپ گریگورین روی پلتفرم تغذیه‌ی معلق بود. دو ریز بازتاب‌دهنده‌ (یکی به قطر ۲۲ متر و دیگری به قطر ۹ متر) در گنبد گریگورین که ۳۰ متر قطر دارد، قرار گرفته بودند و به صورت معلق، به پلتفرم تغذیه متصل شدند. گنبد گریگورین در وسط بازتاب‌دهنده سرهم شد و سپس در تاریخ ۲۷ اردیبهشت ۱۳۷۵ به سمت بالا کشیده شد تا به پلتفرم تغذیه متصل شود. اگر به یاد داشته باشید، پیش‌تر گفتیم که بازتاب‌دهنده‌ی اصلی اندکی انحراف دارد و یک دایره‌ی کامل نیست. وظیفه‌ی ریز بازتاب‌دهنده‌های گریگورین که روی پلتفرم تغذیه نصب شدند، تصحیح این انحراف است. این بازتاب‌دهنده‌ها امواج رادیویی را به نقطه‌ی فوکوس می‌برند تا رسیورهایی که در آن‌جا هستند بتوانند با دقت بالا این امواج را دریافت کنند.

arecibo

تلسکوپ گریگورین، گونه‌ای خاص از تلسکوپ‌های بازتاب‌دهنده است که توسط جیمز گریگوری، ریاضی‌دان و ستاره‌شناس اسکاتلندی، در قرن ۱۷ میلادی طراحی شد و برای اولین‌بار توسط رابرت هوک در سال ۱۶۷۳ ساخته شد. در تلسکوپ گریگورین، دو آینه‌ی مقعر وجود دارد. آینه‌ی اصلی از نوع مقعر پارابولوئید (قطع مخروطی) است و نور را جمع‌آوری کرده و متمرکز می‌کند. آینه‌‌ی دوم که از نوع مقعر بیضوی است، نور متمرکز شده از آینده‌ی اول را به سمت سوراخی که در مرکز آینه‌ی اول قرار گرفته بازتاب می‌دهد و سپس آن‌ را به سمت خروجی هدایت می‌کند تا بیننده بتواند از طریق چشمی، به آن نگاه کند. ریز بازتاب‌دهنده‌های آرِسیبو نیز از طراحی گریگورین بهره می‌برند تا به این شکل بتوانند امواج رادیویی را منعکس کنند.

یک انتقال دهنده‌ی باند اس جدید نیز در قسمتی ویژه در گنبد گریگورین نصب شده است و توان انتقال دهنده‌ی پیشین را تا ۱ مگاوات افزایش می‌دهد. یک توربین ۳.۳ مگاواتی نیز در ساختمان رصدخانه قرار گرفته تا بتواند توان مورد نیاز این رادار را تأمین کند. در مجموع، این تجهیزات جدید توانستند میزان دقت رادیو تلسکوپ را به شکل چشمگیری افزایش دهند؛ حتی در برخی قسمت‌ها، تا ۱۰ برابر کارایی تجهیزات افزایش یافت. توانایی انتقال از بخش گریگورین با فرکانس ۴۳۰ مگاهرتز، امکان بررسی اتمسفر به صورت دو پرتویی (از خط تغذیه و گریگورین) را فراهم آورد که باعث شد دانشمندان بتوانند بادهای یونوسفری را اندازه‌گیری کنند.

نصب تلسکوپ گریگورین، بزرگ‌ترین تغییر در دومین به‌روزرسانی است

تیم مهندسی برای پشتیبانی پلتفرم تغذیه از وزن اضافه‌ی ناشی از افزوده شدن گنبد گریگورین، باید تغییراتی را روی پلتفرم اعمال می‌کردند تا محکم‌تر باشد و بتواند تا ۵۰ درصد وزن معلق اضافه را تحمل کند. به همین منظور، دو کابل ضخیم مهار کننده و چند لنگر جدید روی هر برج نصب شدند. سه جفت کابل عمودی نیز از گوشه‌های پلتفرم تغذیه معلق به سمت بلوک‌های سیمانی پایه که زیر بازتاب‌دهنده قرار گرفته‌اند متصل شدند. سر این کابل‌ها به جک‌های غول‌پیکری متصل شد تا با دقت میلی‌متری، متناسب با ارتفاع هر گوشه از پلتفرم، تنظیم شوند. در مجموع، ۲۶ موتور جدید نیز برای کنترل سیستم‌های جدید در محل پروژه نصب شدند. این موتورها می‌توانند با دقت میلی‌متری، بازوی آزیموت، گنبد گریگورین و اتاق تجهیزات برقی را به هر جهتی حرکت دهند. سومین بازتاب‌دهنده نیز که در گنبد گریگورین قرار دارد، به منظور بهبود فوکوس و هدف‌گیری، به صورت مجزا توسط موتورهایی کنترل می‌شود.

arecibo

مجموعه‌ی جدید رسیورها و تجهیزات جدیدی که در گنبد گریگورین قرار دارند، فرکانس‌های بین ۳۰۰ مگاهرتز تا ۱۰ گیگاهرتز را پوشش می‌دهند و سیگنال‌ها را به وسیله‌ی فیبر نوری به اتاق کنترل ارسال می‌کنند. در ساختمان رصدخانه نیز تعداد زیادی رایانه‌های جدید نصب شدند و برنامه‌نویس‌ها نیز برنامه‌هایی جدید را برای کاوش داده‌های رصدخانه توسعه دادند. چندین مانیتور و دستگاه نظارتی جدید هم در همان سال در ساختمان رصدخانه به منظور کنترل بیشتر روی تجهیزات، نصب شد. نصب گنبد گریگورین روی پلتفرم تغذیه معلق، بزرگ‌ترین تغییر در دومین به‌روزرسانی رصدخانه به‌شمار می‌رود؛ اما در کنار نصب این گنبد، تجهیزات جدیدی به منظور اهداف خاص به رصدخانه آورده شدند که از جمله‌ی آن‌ها می‌توان به دیکُدر رادار جدید، طیف‌سنج جدید و پردازنده‌ی سیگنال تَپ‌اخترها اشاره کرد.

برای رسیدن به کارایی مدنظر در فرکانس‌های بالا (بین ۵ تا ۱۰ گیگاهرتز)، سطح بازتاب‌دهنده توسط تصویرسنجی با دقت میلی‌متری، مورد بررسی قرار گرفت. پس از آن‌که همه‌ی ۴۰ هزار پنل آلومینیمی بررسی و بازچینی شدند، میزان انحراف به ۲ میلی‌متر کاهش یافت. یک سیستم ضبط سیگنال VLBA4 نیز روی تلسکوپ نصب شد که امکان استفاده از تکنیک VLBI را برای بررسی منابع سیگنال ضعیف، فراهم آورد. VLBIمخفف عبارت Very Long Baseline Interferometry بوده و یک تکنیک تعیین موقعیت بسیار پیچیده بر اساس تعیین طول مبنا است. تکنیک VLBI باعث می‌شود آرایه رادیو تلسکوپ‌ها به رزولوشن‌های بالا در ثبت جزئیات فضا دست یابند. استفاده از تکنیک VLBI به دانشمندان اجازه می‌دهد تا به جستجوی تَپ‌اخترهای جدید بپردازند و روی هیدروژن خنثی و ابرهای هیدروژنی موجود در کهکشان‌ها بررسی‌هایی انجام دهند.

arecibo

توانایی‌های جدیدی که به واسطه‌ی دومین‌ به‌روزرسانی و توسعه‌ی رادار باند اس به‌دست آمدند، شگفت‌انگیز هستند. به عنوان مثال، رادار آرِسیبو در سال ۱۳۷۸ توانست سیارک ۱۹۹۹ JM 8 را از فاصله‌ی ۹ میلیون کیلومتری زمین مشاهده کند و تصاویری با روزولوشن بالا از این جرم ۳ کیلومتری ثبت کند. اکنون به لطف تجهیزاتی که روی آرِسیبو نصب شده‌اند، این رادار در بررسی سیاره‌ها، سیارک‌ها و دنباله‌دارها پیشتاز است. تلسکوپ آرِسیبو می‌تواند با دقت بسیار بالایی اتمسفر زمین را بررسی کند. این تلسکوپ، اتمسفر زمین را از ارتفاع چند صد کیلومتری تا چند هزار کیلومتری که به فضای بین سیاره‌ای متصل می‌شود، مورد بررسی قرار می‌دهد. این تلسکوپ می‌تواند به شناسایی پالس‌هایی که چند صدبار در ثانیه از سوی تَپ‌اخترهای موجود در کهکشان راه شیری ساطع می‌شوند، بپردازد و سیگنال اختروش‌ها و کهکشان‌هایی را که میلیاردها سال نوری از زمین فاصله دارند، دریافت کند و این امری شگفت‌انگیز است. آرِسیبو، گوش بزرگ زمین است که می‌تواند سیگنال‌های کهنی را که صدها میلیون سال پیش از سوی اجرام آسمانی ارسال شده‌اند، با دقت بالا بشنود.

پیام آرِسیبو

پیام آرِسیبو، نام یک پیام رادیویی میان ستاره‌ای حاوی اطلاعاتی در مورد زمین و انسان است که در سال ۱۳۵۳ میلادی به امید آن‌که هوش فرازمینی بتواند آن را دریافت و کدگشایی کند، به سمت خوشه‌ی ستاره‌ای کروی مسیه ۱۳ (M13) ارسال شد. این پیام تنها یک‌بار به وسیله‌ی امواج رادیویی ماژول شده (امواج FM) در مراسم بازگشایی مجدد رصدخانه در تاریخ ۲۵ آبان ۱۳۵۳ به فضا مخابره شد. در روز مراسم بازگشایی، تنها جرم آسمانی قابل توجهی که قابل رصد بود، خوشه‌ی ستاره‌ای کروی مسیه ۱۳ بود که در فاصله‌ی ۲۵ هزار سال نوری از زمین قرار گرفته است. این پیام رادیویی، از ۱۶۷۹ رقم دودویی تشکیل شده بود و اندازه‌ی آن نیز ۲۷۹ بایت بود که در فرکانس ۲۳۸۰ مگاهرتزی با شیفت فرکانسی ۱۰ هزتر با توان ۴۵۰ کیلووات به سمت فضا مخابره شد. یک‌ها و صفرهای این پیام با نرخ ۱۰ بیت بر ثانیه توسط شیفت فرکانسی مخابره می‌شدند؛ بنابراین، ارسال کل پیام، کم‌تر از ۳ دقیقه به طول انجامید.

پیام آرِسیبو برای نشان دادن توانایی تجهیزات است نه برای ارتباط با فرازمینی‌ها

۱۶۷۹، عددی نیمه‌اول است (به عددی که از حاصل‌ضرب دو عدد اول به‌دست می‌آید، نیمه‌اول می‌گویند) و به همین دلیل دانشمندان آن را به عنوان تعداد رقم‌های دودویی انتخاب کرده‌اند؛ زیرا می‌توان آن را به صورت مستطیلی در ۷۳ سطر و ۲۳ ستون مرتب کرد. عده‌ای پرسیدند که چرا دانشمندان این پیام را در ۲۳ سطر و ۷۳ ستون مرتب نکرده‌اند؟ پاسخ این است که چینش مستطیلی شکل عدد نیمه‌اول ۱۶۷۹ همانند دیگر چینش‌های X/Y، باید طبق حالت اصلی ۷۳ سطر و ۲۳ ستون انجام بگیرد و در غیر این‌صورت، نتیجه کاملاً بی‌معنی بوده و پیام ناخوانا می‌شود. شکل کلی پیام، به صورت گرافیکی در زیر نشان داده شده است.

arecibo

دکتر فرانک دریک از دانشگاه کُرنل و خالق معادله‌ی مشهور دریک، به همراه دکتر کارل سِیگن و چند تن دیگر، پیام آرِسیبو را خلق کردند. پیام آرِسیبو از ۷ بخش تشکیل شده است:

  1. اعداد از یک تا ده با رنگ سفید نشان داده شده‌اند.
  2. عدد اتمی عناصر هیدروژن، کربن، نیتروژن، اکسیژن و فسفر که تشکیل دهنده‌ی دی‌ان‌ای (DNA) هستند با رنگ بنفش نشان داده شده‌اند.
  3. فرمول‌های شکر و باز موجود در نوکلئوتیدهای دی‌ان‌ای با رنگ سبز نشان داده شده است.
  4. تعداد نوکلئوتیدهای موجود در دی‌ان‌ای به همراه تصویری گرافیکی از ساختار مارپیچی دی‌ان‌ای، به رنگ سفید نشان داده شده است.
  5. شکلی گرافیکی که یک انسان را نشان می‌دهد (رنگ قرمز) به همراه ابعاد یک انسان متوسط و تعداد جمعیت انسان‌ها روی زمین، با رنگ آبی/سفید نشان داده شده است.
  6. یک شکل گرافیکی از منظومه‌ی شمسی به رنگ زرد که نشان می‌دهد این پیام از کدام سیاره ارسال شده است.
  7. یک شکل گرافیکی از رادیو تلسکوپ آرِسیبو و ابعاد فیزیکی دیش و آنتن آن با رنگ‌های بنفش، سفید و آبی نشان داده شده است.

با توجه به فاصله‌ی مسیه ۱۳ از زمین، ۲۵ هزار سال طول می‌کشد تا این پیام به مقصد برسد؛ بنابراین دانشمندان سعی کرده‌اند که پیام را به گونه‌ای بسازند که بیشتر شبیه معرفی انسان و دستاوردهای فناوری باشد و این پیام به عنوان مکالمه‌ای با موجودات فرازمینی تلقی نمی‌شود. در واقع، وقتی که پیام آرِسیبو به هدف خود برسد، مسیه ۱۳ دیگر در آن موقعیت قرار ندارد؛ اما حرکت این خوشه ستاره‌ای آهسته است و می‌توان امیدوار بود که پیام بتواند به نزدیکی مرکز خوشه برسد. با توجه به بیانیه‌ای که در تاریخ ۲۱ آبان ۱۳۷۸ از سوی دانشگاه کُرنل منتشر شد، هدف از ارسال این پیام برقراری ارتباط با موجودات فرازمینی نبوده است. دانشمندان قصد داشتند که توانایی‌های تجهیزات جدید روی رصدخانه را به سایرین نشان دهند.

پروژه‌های SETI و METI

پروژه جستجوی هوش فرازمینی یا به اختصار SETI، همواره در تلاش است تا به این پرسش که آیا ما در جهان تنها هستیم یا خیر، پاسخ دهد. افرادی که در SETI کار می‌کنند، همواره با بررسی آسمان به دنبال پیام‌هایی هستند که از سوی تمدن‌های فرازمینی مخابره می‌شوند. از سوی دیگر، پروژه ارسال پیام به هوش فرازمینی یا به اختصار METI، همواره با ارسال پیام به فضا به دنبال یافتن تمدن‌هایی است که به این پیام‌ها پاسخ دهند. رصدخانه‌ی آرِسیبو، منبع داده‌ی پروژه‌های SETI@home و رایانش توزیع شده آستروپالس به شمار می‌رود. این پروژه‌ها توسط داشنمندان علم فضا از دانشگاه کالیفرنیا هدایت می‌شوند و به جستجوی اجرام آسمانی می‌پردازند. پروژه‌ی Einstein@home توانست با استفاده از داده‌های آرِسیبو، بیش از ۲۰ تَپ‌اختر جدید را شناسایی کند.

آسیب‌ها

پاییز سال ۱۳۹۶، طوفان ماریا سرتاسر جزیره‌ی پورتوریکو را درنوردید و آسیب‌های جدی به طبیعت و خانه‌ها وارد کرد. رصدخانه‌ی آرِسیبو نیز از این طوفان تأثیر پذیرفت؛ اما با توجه به گفته‌های رئیس رصدخانه، این آسیب‌ها چندان جدی نبوده‌اند. مقامات رصدخانه در همان زمان اعلام کردند که آنتن خط تغذیه‌ی ۲۹ متری که از پلتفرم تغذیه معلق بوده، در اثر طوفان شکسته شده و به پایین سقوط کرده است. این آنتن به هنگام سقوط به پنل‌های آلومینیومی دیش نیز آسیب زده و تعداد زیادی از آن‌ها را شکسته است. یک دیش کوچک که در نزدیکی رصدخانه بوده نیز در اثر طوفان گم شده است.

arecibo

با وجود این، مقامات رصدخانه اعلام کردند که آسیب‌های وارد شده چندان جدی نبوده‌اند و جای نگرانی نیست. البته به‌نظر می‌رسد که باید در کنار بازسازی این بخش‌ها، یک‌سری به‌روزرسانی‌ها نیز در سایر بخش‌ها انجام شود؛ زیرا آن‌طور که به نظر می‌رسد، ظاهر تلسکوپ و تجهیزات آن اندکی فرسوده است و باید تعمیر شوند. بسیاری از افراد گمان می‌کردند که پس از طوفان ماریا، احتمالاً رصدخانه تعطیل می‌شود؛ اما مشخص شد که آسیب‌های وارد شده چندان جدی نبوده‌اند و می‌توان مجدداً تلسکوپ را احیا کرد.

مشکلات بودجه

وظیفه‌ی تأمین دو سوم بودجه‌ سالانه‌ی رصدخانه‌ی آرِسیبو بر عهده‌ی بنیاد ملی علوم است. این بنیاد، تا پیش از سال مالی ۲۰۱۸، سالانه ۱۲ میلیون دلار بودجه را برای رصدخانه در نظر می‌گرفت و اعلام کرد که بودجه‌‌ی لازم برای رصدخانه را همچنان تأمین می‌کند تا از تعطیل شدن این رصدخانه‌ی ۵۵ ساله جلوگیری کند. البته این خبر خوب بود؛ بنیاد ملی علوم در نظر دارد که طی ۵ سال آینده، بودجه‌ سالانه‌ی رصدخانه را به ۲ میلیون دلار کاهش دهد و از فعالیت‌های آن بکاهد. طبق اطلاعات جدید ارائه شده از سوی مقامات، بنیاد ملی علوم در تلاش است تا همکاران بین‌المللی جدیدی را بیابد تا بتوانند به کمک یکدیگر، بودجه‌ی لازم برای رصدخانه را فراهم کنند.

این خبر طرفداران را شوکه کرد؛ اما باز هم امیدوارکننده بود؛ زیرا بسیاری از دانشمندان فکر می‌کردند که رصدخانه به دلیل آسیب‌های وارد شده برای همیشه تعطیل می‌شود و بنیاد ملی علوم آن را بازسازی نمی‌کند؛ اما کارشناسان پس از برآورد خسارات وارد شده اعلام کردند که می‌توان رصدخانه را بازسازی کرد. از سوی دیگر، باید بودجه‌ سالانه‌ی آن را کاهش داد. کارشناسان برآورد کردند که هزینه‌ی بازسازی رصدخانه، چیزی در حدود ۴ تا ۸ میلیون دلار خواهد بود که رقمی بسیار زیاد است.

arecibo

بنیاد ملی علوم نیز با مشکل کمبود پول مواجه است و باید برای تأمین بودجه‌ی لازم رصدخانه، با سایر مؤسسه‌ها همکاری کند. تا به امروز چند دانشگاه نیز اعلام کرده‌اند که حاضر به تأمین بخشی از بودجه‌ی رصدخانه هستند. با وجود این، هنوز هم نگرانی‌هایی در مورد آینده‌ی رصدخانه وجود دارد؛ زیرا احتمالاً پس از موعد ۵ ساله، بنیاد ملی علوم بودجه‌ی رصدخانه را قطع می‌کند. البته هنوز سایر تأمین کنندگان مانند ناسا، تصمیم خود را در مورد وضعیت مالی پروژه اعلام نکرده‌اند.

جمع‌بندی

تا اواسط سال ۱۳۹۵،‌ تلسکوپ آرِسیبو بزرگ‌ترین رادیو تلسکوپ تک دیش جهان به‌شمار می‌رفت؛ اما پس از آن، جایگاه خود را به تلسکوپ کروی با دیافراگم ۵۰۰ متری یا همان FAST واگذار کرد. آرِسیبو همچنان یکی از مهم‌ترین رادیو تلسکوپ‌های جهان به‌شمار می‌رود که اکتشافات بسیاری انجام داده است و به دانشمندان در کشف اجرام آسمانی جدید، کمک کرده است. آرِسیبو ابتدا با اهداف نظامی ساخته شد؛ اما اکنون یکی از مهم‌ترین تجهیزات علمی جهان به‌شمار می‌رود. این تلسکوپ دوران پر فراز و نشیبی را تجربه کرده است و بارها تا مرز تعطیلی پیش رفته است؛ اما همچنان پابرجا بوده و در خدمت علم است.

اندازه‌ی بزرگ بازتاب‌دهنده‌ی آرِسیبو، این رادیو تلسکوپ را به یکی از مهم‌ترین ساخته‌های بشر تبدیل کرده است و مورد توجه دانشمندانی از سرتاسر جهان قرار گرفته است. آرِسیبو اکنون دومین آنتن متمرکز کننده‌ی منحنی بزرگ روی سیاره‌ی زمین است و این یعنی آرِسیبو دومین رادیو تلسکوپ‌ حساس روی زمین است. سایر رادیو تلسکوپ‌های موجود در جهان، برای بررسی منابع سیگنال، باید چند ساعت به آن نقطه از آسمان خیره شوند تا بتوانند داده‌های لازم را جمع‌آوری کنند؛ اما آرِسیبو این کار را تنها ظرف چند دقیقه انجام می‌دهد.

arecibo

این تلسکوپ اکنون ۵۵ ساله شده است و به دلیل آسیب‌های وارد شده‌ی ناشی از طوفان، نیاز به به‌روزرسانی دارد. با وجود این، به نظر نمی‌رسد که این تلسکوپ برای همیشه در حالت عملیاتی باقی بماند؛ به‌خصوص این‌که هم‌اکنون مشکل بودجه دارد. ناسا به عنوان یکی از تأمین‌کنندگان بودجه‌ی رصدخانه، هنوز تصمیم خود را در مورد حمایت از پروژه اعلام نکرده است. اگر ناسا حمایت مالی خود را از این رصدخانه متوقف کند، شاهد کاهش فعالیت‌های آرِسیبو خواهیم بود و احتمالاً تا ۵ سال آینده تعطیل شود و دانشمندان تمرکز خود را روی پروژه‌های مشابه و جدیدتر بگذارند.