طراحی برنامه علمی بر اساس ماه برای تلسکوپ پایش آسمان

میدان دید L-CAM1 از حوضه شرودینگر در 14 آوریل 2024. اعتبار: AstronetX

موسسه ستی با دانشگاه ایالتی لوئیزیانا (LSU) و دانشگاه ایالتی می‌سی‌سی‌پی (MSU) همکاری کرد تا به دانشجویان کمک کند تا برنامه علمی را برای اولین دوربین مبتنی بر ماه AstronetX PBC (L-CAM 1) طراحی کنند. برنامه‌ریزی برنامه علمی توسط کمک مالی بنیاد گوردون و بتی مور به AstronetX تامین می‌شود. بودجه اضافی برای مشارکت دانشجویان توسط برنامه تجربیات تحقیقاتی بنیاد ملی علوم (NSF) برای دانشجویان کارشناسی (REU) در LSU ارائه می‌شود.

L-CAM1 تصاویری را برای تحقیقات در زمینه اخترفیزیک، علوم سیاره‌ای و دفاع سیاره‌ای می‌گیرد. دکتر فرانک مارکیس، ستاره‌شناس ارشد سیاره‌ای در موسسه SETI، مشارکت موسسه SETI را رهبری می‌کند. علاوه بر مارکیس، دکتر تابتا بویجیان (LSU) با دکتر متیو پنی (LSU) و دکتر آنجل تانر (MSU) تیم علمی را رهبری می‌کند.

“برای توسعه بهترین طرح، تیم دانشجویی ما ابتدا نیاز به ایجاد شبیه‌سازی‌هایی از بخشی از آسمان ماه L-CAM1 داشت که در طول روزهای متعدد قمری ماموریت به عنوان راهی برای تعیین اهداف اخترفیزیکی و نجومی قابل مشاهده خواهد دید. یکی از مزایای منحصر به فرد L- مارکیس گفت: CAM1 مدت زمان مشاهده بدون وقفه سوژه‌ها را فراهم می‌کند. “گام بعدی برای بخش منظومه شمسی از برنامه علمی L-CAM1، تعیین جمعیت سیارکی در کمربند اصلی بود که از میدان دید ما عبور می‌کند.”

دانش‌آموزان براساس درک مزایا و محدودیت‌های یک رصدخانه ماه، دو مورد علمی برای برنامه رصدی ایجاد کردند:

بهبود خصوصیات سیاره‌های فراخورشیدی که قبلاً شناخته شده بودند: مشاهدات فضایی امکان اندازه‌گیری با دقت بالا را از تغییرات درخشندگی ستاره والد می‌دهد که یک سیاره فراخورشیدی در حال گردش برای مدت کوتاهی از مقابل ستاره می‌گذرد. تغییرات روشنایی می‌تواند برای سیارات فراخورشیدی بزرگ چند درصد باشد و برای سیارات فراخورشیدی سنگی مشابه زمین به کمتر از 100 قسمت در میلیون می‌رسد. داده‌های L-CAM1 که به طور مداوم در طول یک روز قمری (حدود 14 روز زمینی) کار می‌کنند، دنباله‌های رصد طولانی و بدون وقفه‌ای از رویدادهای گذر سیاره فراخورشیدی خواهند داشت. این توالی‌های رصدی طولانی به دانشمندان اجازه می‌دهد تا سیستم‌های خاصی را هدف قرار دهند و داده‌های جدیدی را ضبط کند که می‌تواند برای تعیین ویژگی‌های سیارات فراخورشیدی و ستارگان میزبان آن‌ها مورد استفاده قرار گیرد.

مشاهدات و خصوصیات سیارک: تقریباً 200 سیارک توسط L-CAM1 در طی یک ماموریت روز چند ماهه قابل، از جمله تقریباً یک سیارک نزدیک به زمین (NEA) در ماه مشاهده خواهند بود. ترکیب طول روز قمری و سکوی پایداری که سطح ماه فراهم می‌کند، مشاهدات دقیق نجومی (موقعیت) و نورسنجی (روشنایی) را برای تعیین خواص فیزیکی و مدار این اجرام کوچک منظومه شمسی امکان‌پذیر می‌کند.

بویاجیان، استادیار LSU گفت: «دادن فرصتی برای دانش‌آموزان در مراحل اولیه برای طراحی یک برنامه علمی مرزی و مبتنی بر فضا که بر روی سطح ماه عمل می‌کند، فرصتی شگفت‌انگیز و منحصر به فرد برای حمایت از پیشرفت ستاره‌شناسان و اخترفیزیکدانان پیشرو آینده است.» فیزیک و نجوم “برنامه‌ریزی یک برنامه علمی از ابتدا تعدادی چالش را نیز به همراه دارد که دانش‌آموزان اغلب در اوایل زندگی حرفه‌ای خود با آن مواجه نمی‌شوند.”

رندر تلسکوپ AstronetX L-CAM 1. اعتبار: AstronetX

پیتر سانتانا، عضو تیم علمی دانشجویی L-CAM1 گفت: «برخی از تجزیه و تحلیل داده‌های خاص، دسته‌بندی اهداف براساس نوع و قابلیت مشاهده بود، از جمله فرصت‌هایی برای مشاهده مداوم منحنی‌های نور سیارک‌های نزدیک به زمین تا بتوانیم آنها را به روش‌های جدیدی توصیف کنیم.» به عنوان بخشی از برنامه REU خود در موسسه SETI کار می‌کرد. زمانی که ما واقعاً از نظر زمان، آب و هوا و سایر شرایط در هنگام رصد از زمین محدود هستیم، پیش‌بینی می‌کنیم که بتوانیم برخی از اهداف را تا 100 ساعت مداوم رصد کنیم. ”

فرزانه ظهرابی، دانشجوی L-CAM1 عضو تیم علمی در حال تحصیل در LSU گفت: “کار بر روی L-CAM برای من یک رویا بود. من از 13 سالگی ستاره‌شناس بودم و اکنون در حال توسعه برنامه علمی برای یک تلسکوپ سطحی ماه هستم.” “کار منحصر به فردی که ما در حال برنامه‌ریزی برای انجام آن با L-CAM هستیم، اندازه‌گیری دقیق ستارگان درخشان نزدیک و سیاره‌های فراخورشیدی آنها را انجام می‌دهد. این چیزی است که به راحتی نمی‌توان با استفاده از تلسکوپ‌های زمینی روی زمین به دلیل محدودیت‌های جو و اشباع انجام داد.”

منحنی‌های نوری طولانی‌مدت و دقیق ستارگان و سیارک‌ها ممکن است تشخیص قمر‌های فراخورشیدی را امکان‌پذیر کند که به دور سیارات فراخورشیدی یا قمرهایی که به دور سیارک‌های میزبانشان می‌گردند. منحنی‌های نوری سیارات فراخورشیدی در حال عبور که توسط L-CAM ثبت شده‌اند، می‌توانند پدیده‌ای به نام «تغییرات زمان‌بندی گذر» را نیز شناسایی کنند که به دلیل کشش گرانشی اجرام اضافی در حال چرخش به دور ستاره میزبان در حال مشاهده رخ می‌دهد. دانشمندانی که از L-CAM1 استفاده می‌کنند به طور مشابه قادر خواهند بود منحنی‌های نور سیارک‌های نزدیک به زمین را در مدت زمان طولانی‌تر برای توصیف بهتر پارامترهای مداری و چرخش چرخشی، کمک به مدل‌سازی سه‌بعدی پیشرفته و شناسایی قمرهای سیارکی در حال عبور مطالعه کنند.

کارول میو عضو تیم علمی دانشجویی CAM1 در حال تحصیل در کالج کالین گفت: «به دلیل پیشینه علم داده‌ام، چالش اولیه‌ای که برای من ارائه شد این بود که به این فکر کنم که چگونه می‌توانیم از تمام سیاره‌های فراخورشیدی شناخته شده و میزبان‌های آنها نقشه‌برداری کنیم تا بتوانیم آنچه را که از محل فرود L-CAM1 قابل مشاهده است، شناسایی کنیم.» من از برنامه استلاریوم  (stellarium.org) برای تعیین اینکه چه ستاره‌ها و سیارات فراخورشیدی شناخته شده در زمان‌های خاص در میدان دید برنامه‌ریزی‌شده ما قرار خواهند گرفت، استفاده کردم و نتایج را با داده‌های آرشیو سیارات فراخورشیدی ناسا برای تعیین دوره‌های مداری و فهرست ما مطابقت داد.”

کانر لانژوین، L-CAM1 گفت: “تمرکز من با تعیین جایی شروع شد که باید با استفاده از سیاره‌نمای استلاریوم و نرم‌افزارهای دیگر برای مدل‌سازی آسمان شب شروع شود. این امر به ما امکان داد فهرستی از ستارگان میزبان و سیارات فراخورشیدی را برای رصد جمع آوری کنیم.” عضو تیم علمی دانشجویی در حال تحصیل در LSU. اخیراً، من شروع به شناسایی قابلیت رصد سیارک‌های نزدیک به زمین کرده‌ام. این امر شامل تعیین میدان دید L-CAM در زمان‌های خاص و تطبیق آن با سیارک‌های خاصی است که قابل مشاهده هستند.

پس از انتخاب اهداف علمی اولیه، تیم برنامه زمان‌بندی ماموریت و مکان‌های فرود جایگزین L-CAM1 را در نظر گرفت که برای اصلاح فهرست اهداف به تجزیه و تحلیل بیشتری نیاز داشت. تیم توانست عقب‌نشینی کند و در نظر بگیرد که چگونه می‌توان تغییرات برنامه‌ای یا یک برنامه چند ماموریتی را به طور موثر طراحی کرد و در عین حال کار مجدد را به حداقل رساند. تیم دانش‌آموزی همچنین باید یک استراتژی جمع‌آوری داده‌ها را با محدودیت‌های انتقال از ماه به زمین برای تجزیه و تحلیل توسعه می‌داد.

L-CAM چندین مزیت دارد. فقدان جو در سطح ماه، در مقایسه با تلسکوپهای زمینی برای علوم اعماق فضا، سطح دقت بالاتری را ارائه می‌دهد، رصدهای مداوم طولانیتر دو هفته‌ای وجود خواهد داشت. دکتر جوناس کلاتر (عضو تیم علمی دانشجویی L-CAM1 که در LSU تحصیل می‌کند) گفت: روز قمری طولانی است و ما می‌توانیم مناطق نزدیک‌تر به خورشید را نسبت به زمین مشاهده کنیم. “با این حال، رصد و استراتژی داده یک چالش را برای ما ایجاد کرد. از آنجایی که انتقال داده از L-CAM به زمین محدود است، ما باید تعیین کنیم که چه مقدار داده در مورد ستارگان و سیارکها برای توصیف کامل آنها نیاز داریم. ”

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Designing a science program for sky-monitoring telescope based on the moon

by SETI Institute  JANUARY 18, 2022

https://phys.org/news/2022-01-science-sky-monitoring-telescope-based-moon.html