چگونه چشم خرچنگ دریایی می‌تواند به منجمان کمک کند تا دید وسیعتری از کیهان داشته باشند؟

این فناوری با الهام از سخت‌پوستان به ما کمک می‌کند تا پدیده‌های دور مانند برخورد ابرنواخترها و طوفان خورشیدی را تجزیه و تحلیل کنیم.

Miguel Guasch Fuxa/Shutterstock

بیش از نیم قرن است که دانشمندان سعی در درک اشعه ایکس کیهانی و آنچه که در مورد کهکشان ما و جهان فراتر از آن آشکار می‌کنند، دارند. همانطور که مشخص شد، خرچنگ دریایی می‌تواند به منجمان در انجام این کار کمک کند.

این سخت‌پوستان چشم‌های خاصی دارند که می‌توانند حرکت را در محیط‌های کم نور احساس کنند. با تقلید از ساختار منحصر به فرد آنها، دانشمندان می‌توانند تجهیزات بصری یا اپتیکی را برای ماموریت‌های خارج از مدار زمین با هدف شناسایی اشعه ایکس مجهز کنند. در آینده، این تکنیک می‌تواند دید ستاره‌شناسان را نسبت به آسمان گسترش دهد تا پدیده‌های نجومی را از نزدیک و یا دور کشف کند.

  معنی اشعه ایکس

اشعه ایکس از اجرام آسمانی که بسیار گرم هستند ساطع می‌شود. ستاره‌شناسان آنها را مطالعه می‌کنند تا درباره سیاهچاله‌ها، خوشه‌های کهکشانی، ستاره‌هایی که منفجر شده‌اند و دیگر رویدادهای پر انرژی که مدتهاست دست نیافتنی است، بیشتر بدانند. فناوری الهام گرفته از خرچنگ دریایی ممکن است به دانشمندان اجازه دهد منابع مختلف پرتوی ایکس را برای مدت زمان طولانی مشاهده کنند و درک بهتری از آنها پیدا کنند.

جورج فریزر، رئیس مرکز تحقیقات فضایی دانشگاه لستر، در بیانیه‌ای در سال 2006 گفت، اپتیک مبتنی بر چشم خرچنگ می‌تواند درک ستاره‌شناسان از همه چیز از دنباله‌دارها گرفته تا ستاره‌ها و اختروش‌ها گرفته تا وقایع فاجعه‌آمیز ابرنواختر را تحت تأثیر قرار دهد.

چه چیزی چشم خرچنگ دریایی را منحصر به فرد می‌کند؟!

خرچنگ‌های دریایی چشم‌های ویژه‌ای برای دید در زیستگاه‌های تاریک خود ایجاد کرده‌اند که تا حدود 2300 فوت زیر سطح اقیانوس واقع شده است. اگرچه آنها نمی‌توانند تصاویر را به خوبی ببینند، این سخت‌پوستان در سنجش حرکت بسیار عالی هستند.

برخلاف انسان‌ها، چشم‌های آنها از لنزهای گرد تشکیل می‌شود که نور را می‌شکند، چشم خرچنگ دریایی به بازتاب بستگی دارد. هر دو چشم آنها تا 10 هزار لوله مربع شکل را تشکیل می‌دهد که روی هم قرار گرفته اند. هر لوله با یک سطح بازتابنده و صاف پوشانده شده است که مانند یک آینه عمل می‌کند تا نور ورودی را به سمت شبکیه هدایت کند.

این سلولهای کوچک می‌توانند نور را – حتی در تاریکی – به دام بیندازند و آن را بر روی یک لایه گیرنده‌های نوری در چشم متمرکز کنند. این تنظیمات در مقایسه با دید 120 درجه‌ای انسان، دید کامل 180 درجه را به خرچنگ‌ها ارائه می‌دهد.

در سال 1978، راجر آنجل، ستاره‌شناس دانشگاه آریزونا، هنگام خواندن مقاله علمی آمریکایی درباره بینایی حیوانات الهام گرفت. او فهمید که یک ابزار نوری که از چشم خرچنگ دریایی تقلید می‌کند، می‌تواند اشعه ایکس بسیار بیشتری از جمله تلسکوپ‌های اشعه ایکس از جمله انرژی بالاتر را ضبط کند.

اشعه ایکس تنها زمانی می‌تواند از سطح آینه مانند منعکس شود که در زاویه مخصوص کم‌عمق برخورد کند. برای دستیابی به این هدف، دستگاه‌های اشعه ایکس باید به دقت قرار بگیرند و دارای یک میدان دید باریک باشند. یک ابزار مبتنی بر خرچنگ دریایی، با لوله‌های بازتابنده متعدد که به همه جهات اشاره دارند، می‌تواند اشعه ایکس را از قسمت بسیار بزرگتری از آسمان ضبط کند.

در سال 1992، محققان دانشگاه کلمبیا اولین اندازه‌گیری‌های اشعه ایکس را با استفاده از اپتیک مبتنی بر چشم خرچنگ با موفقیت انجام دادند. 15 سال دیگر طول کشید تا این فناوری برای ماموریت‌های فضاپیما سازگار شود.

اسکات پورتر، فیزیکدان اخترفیزیک در مرکز پرواز فضایی گوددارد ناسا می‌گوید: “این یک فناوری است که مدتهاست در اخترفیزیک وجود دارد.” تیم پورتر در حال توسعه ابزارهای تخصصی، از جمله رصدگر خورشیدی-زمینی برای پاسخ مغناطیسی (STORM)، برای درک چگونگی تعامل طوفان خورشیدی با میدان مغناطیسی زمین است.

به طور معمول، تلسکوپهای اشعه ایکس فعلی فقط می‌توانند آسمان را با یک میدان دید نیم درجه تصویر کنند. در مقابل، ابزار اپتیک الهام گرفته از خرچنگ دریایی در STORM دارای یک میدان دید 20 در 20 درجه است (منطقه‌ای 40 برابر بیشتر از فن‌آوری‌های موجود).

برای ساخت این اپتیک‌ها، تولیدکنندگان هزاران لوله شیشه‌ای کوچک را گردهم می‌آورند. آینه‌هایی که می‌توانند نور مرئی را منعکس کنند، معمولاً اشعه ایکس را جذب یا منتقل می‌کنند، بنابراین تولیدکنندگان لوله‌ها را با عنصر ایریدیوم می‌پوشانند. سپس آنها را گرم کرده و شکل می‌دهند تا یک شکل کروی ایجاد کنند که می‌تواند اشعه ایکس را در یک نقطه واحد متمرکز کنند.

به عنوان یک مزیت اضافی، بسیاری از این ابزارها بسیار سبکتر و کوچکتر از ابزارهای اشعه ایکس سنتی هستند. بنابراین آسان‌تر است که آنها را در مأموریت‌های چند ابزاری قرار دهیم.

برخی از پروژه‌های پیشنهادی پدیده‌های دور را تجزیه و تحلیل می‌کنند تا درک بهتری از جهان نسبت به کهکشان ما پیدا کنند. در سال 2018، گروهی از محققان ناسای گوددارد پیشنهاد کردند که از اپتیک مبتنی بر چشم خرچنگ دریایی در یک تلسکوپ رباتیک میدان وسیع استفاده کنند. رویدادهای پرانرژی، مانند ادغام ستارگان نوترونی، اغلب پس از تابش اشعه ایکس و همچنین انفجارهای اشعه گاما و سیگنالهای موج گرانشی را ایجاد می‌کنند. این ابزار و سایر موارد مشابه می‌توانند آسمان را اسکن کنند تا مکانهایی با انتشار اشعه ایکس قابل توجه یا منابع امواج گرانشی پیدا کنند.

سایر پروژه‌ها بیشتر تمرکز محلی دارند: به عنوان مثال، STORM که هنوز به دنبال تأیید ناسا است، قرار است در نیمه راه زمین و ماه به دور خود بچرخد. تلسکوپ مبتنی بر خرچنگ تصویری از فعل و انفعالات باد خورشیدی-مغناطیسی را در یک مقیاس زمانی ثبت می‌کند. این یک پیشرفت عظیم نسبت به فضاپیمای قبلی است که در آن تولید یک تصویر ممکن است 12 ساعت طول بکشد.

در همین حال، تیمی از دانشگاه لستر ابزاری نوری ساخته شده از بیش از هزار سلول کوچک مربع شکل را برای بررسی انتشار اشعه ایکس از عطارد ایجاد کردند. این طیف سنج، MIXS نام دارد، بخشی از یک مأموریت اروپایی-ژاپنی است که اکنون در مسیر سیاره سوئیفت است.

پورتر می‌گوید که در سالهای اخیر تعداد برنامه‌های کاربردی برای ابزارهای مبتنی بر خرچنگ سرعت گرفته است. با دریافت بودجه از پروژه‌ها، ابزار چشم خرچنگ دریایی ممکن است به ابزاری اصلی در تلاش برای درک بهتر جهان عظیم و مرموز تبدیل شود.

 ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

How lobster eyes can help astronomers get a wider view of the cosmos

By Claire Bugos  |  Published: Wednesday, June 23, 2021

https://astronomy.com/news/2021/06/how-lobster-eyes-can-help-astronomers-get-a-wider-view-of-the-cosmos