سیستم "موقعیت‌یابی کیهانی" ناسا: پیشنهادی جسورانه برای حل "تنش هابل"

ایالات متحده - خبرگزاری اخباری

سیستم "موقعیت‌یابی کیهانی" ناسا: پیشنهادی جسورانه برای حل "تنش هابل"

کیهان‌شناسی، مطالعه منشا، تکامل و ساختار در مقیاس بزرگ کیهان، در حال حاضر با معمایی قابل توجه معروف به "تنش هابل" دست و پنجه نرم می‌کند. این عدم تطابق از اندازه‌گیری‌های متناقض نرخ انبساط کیهان، که توسط ثابت هابل سنجیده می‌شود، ناشی می‌شود. در حالی که مشاهدات تابش زمینه کیهانی مایکروویو (CMB) مقداری حدود 67.4 کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک را نشان می‌دهد، اندازه‌گیری‌های مستقل با استفاده از شمع‌های استاندارد مانند ستارگان متغیر قیفاووسی و ابرنواخترها، مقدار بالاتری را نزدیک به 73 کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک ارائه می‌دهند. این تفاوت مداوم، مدل‌های کیهان‌شناسی بنیادی ما را به چالش می‌کشد و بر درک ما از فواصل کیهانی و سن کیهان تأثیر می‌گذارد.

در جستجوی راه‌حل‌های نوآورانه، موسسه مفاهیم پیشرفته ناسا (NIAC) گزارشی از فاز اول منتشر کرده است که یک پیشنهاد پیشگامانه را تشریح می‌کند: سیستم موقعیت‌یابی کیهانی (CPS). این مفهوم جاه‌طلبانه شامل شبکه‌ای از پنج ماهواره پیشرفته است که به طور استراتژیک در مناطق خارجی منظومه شمسی مستقر خواهند شد. هدف اصلی CPS، ایجاد روشی بی‌سابقه برای اندازه‌گیری فواصل کیهانی است که راه‌حلی بالقوه برای تنش هابل ارائه می‌دهد.

اصل عملیاتی CPS با الهام از فناوری GPS زمینی طراحی شده است، اما در مقیاس نجومی گسترش یافته است. این پنج ماهواره با خط مبنای قابل توجهی، از 20 تا 100 واحد نجومی (AU) فاصله خواهند داشت - فواصلی که به مراتب بیشتر از فاصله بین زمین و خورشید است. با استفاده از تکنیک‌های مشابه سه‌ضلعی‌بندی، سیستم زمان لازم برای طی کردن سیگنال‌ها، مانند فوتون‌ها، بین ماهواره‌ها را با دقت اندازه‌گیری خواهد کرد. با خطوط مبنای به اندازه کافی طولانی و مکانیسم‌های زمان‌بندی بسیار دقیق، CPS قادر به اندازه‌گیری مستقیم و دقیق فواصل تا اجرام آسمانی دوردست خواهد بود و یک بررسی مستقل حیاتی از اندازه‌گیری‌های کیهان‌شناسی موجود ارائه می‌دهد.

چالش‌های مهندسی مرتبط با استقرار و بهره‌برداری از چنین سیستمی قابل توجه است. هر ماهواره به یک آنتن عظیم قابل استقرار با قطر 8 تا 9 متر نیاز دارد، زیرا پوشش‌های فعلی موشک‌ها قادر به جا دادن چنین سازه‌های بزرگی نیستند. اگرچه آنتن‌های رادیویی به دقت سطحی ابزارهای نوری یا مادون قرمز نیاز ندارند، اما برای به حداقل رساندن نویز حرارتی به دمای عملیاتی بسیار پایین، که حدود 20 کلوین (-253 درجه سانتیگراد یا -423 درجه فارنهایت) تخمین زده می‌شود، نیاز دارند. در حالی که فاصله زیاد از خورشید در منظومه شمسی خارجی به خنک‌سازی غیرفعال کمک می‌کند، سیستم‌های خنک‌کننده فعال ممکن است همچنان ضروری باشند.

یکی از اجزای حیاتی CPS، سیستم زمان‌بندی آن است. تیم پروژه استفاده از نسخه‌ای کوچک و با مصرف انرژی بهینه از ساعت اتمی فضای عمیق ناسا را پیشنهاد می‌کند که سابقه پروازی قبلی دارد. با توجه به انرژی محدود خورشیدی موجود در منظومه شمسی خارجی، مدیریت انرژی از اهمیت بالایی برخوردار است. احتمالاً ژنراتورهای ترموالکتریک رادیوایزوتوپی (RTG) برای تکمیل انرژی مورد نیاز خواهند بود و امکان استفاده از مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال با سرعت بالا را برای ثبت پهنای باند کامل سیگنال قبل از ارسال به زمین فراهم می‌کنند.

فراتر از هدف اصلی آن یعنی حل تنش هابل، CPS بستری چندمنظوره برای مجموعه‌ای از تحقیقات علمی ثانویه فراهم می‌کند. محققان می‌توانند به طور بالقوه توزیع و "توده‌ای بودن" ماده تاریک را با مشاهده اعوجاج‌های ظریف در انفجارهای رادیویی سریع (FRB) بررسی کنند. این سیستم همچنین ممکن است قادر به تشخیص امواج گرانشی با فرکانس فوق‌العاده پایین، از جمله آنهایی که توسط ادغام دوتایی‌های سیاهچاله کلان‌جرم تولید می‌شوند، باشد. علاوه بر این، اندازه‌گیری‌های دقیق تأثیر گرانشی خود ماهواره‌ها می‌تواند بینش‌هایی در مورد توزیع جرم در کمربند کویپر ارائه دهد و به طور بالقوه به تأیید وجود "سیاره 9" فرضی کمک کند.

مهم است که انتظارات را تعدیل کنیم، زیرا نقش NIAC ارزیابی مفاهیم پیشرفته است و همه پیشنهادات موفقیت‌آمیز نیستند. CPS هنوز بودجه اضافی دریافت نکرده است و توسعه آینده آن نامشخص باقی مانده است. با این حال، این گزارش، با فرض غلبه بر موانع فنی خاص، امکان عملیاتی بودن این مفهوم را تثبیت می‌کند. این طرح مفهومی گام مهمی را نشان می‌دهد و نشان می‌دهد که چنین سیستم بلندپروازانه‌ای، حداقل روی کاغذ، قابل دستیابی است و می‌تواند درک ما از کیهان را متحول کند.

خبرگزاری اخباری