טלסקופ על בלון בגודל אצטדיון

סוכנות החלל האמריקאית נאס"א הודיעה כי בכוונתה לשגר מאנטארקטיקה טלסקופ חדשני באמצעות בלון ענק, שרוחבו 150 מטרים. המשימה מכונה "אסתרוס" (ASTHROS: ראשי תיבות של "טלסקופ אסטרופיזיקה סטריאוסקופי המיועד לתצפיות ברזולוציה ספקטרלית גבוהה של אורכי גל תת-מילימטריים), ומטרתה היא לבצע צילום תלת-ממדי של ענני הגז סביב כוכבים שנוצרו לא מזמן.

אסטרוס יתמקד בתיעוד הקרינה התת-אדומה שנפלטת מענני הגז הללו. מדובר בתחום של אורכי גל שלא מגיע לפני כדור הארץ, מאחר שהוא נבלע באדי המים המצויים באטמוספרה. כדי להתגבר על כך ירים הבלון את אסתרוס לרום של 40 קילומטר – פי ארבעה מהגובה שבו עוברת טיסה מסחרית ממוצעת. בגובה הזה הטלסקופ ייצא משכבת האטמוספרה שבה אנו חיים, הטרופוספרה, וייכנס אל הסטרטוספרה, שכבה שבה האוויר דליל מאוד ואין בו כמעט אדי מים.

הגובה לבדו לא יספיק כדי לצפות בקרינה תת-אדומה המגיעה מכוכבים רחוקים. הסיבה לכך היא שכל חומר שהטמפרטורה שלו מעל האפס המוחלט פולט כמות מסוימת של קרינה תת-אדומה. כיוון שכך, למרות הטמפרטורה הנמוכה מאוד השוררת ברום הזה בסטרטוספרה – כ-20 מעלות צלזיוס מתחת לאפס – עדיין צריך לקרר את החיישן באופן פעיל, שכן ענני הגז שבהם הוא עתיד לצפות עשויים להיות קרים מאוד, והאותות שיגיעו מהם עלולים להיבלע בקרינה שתיפלט מהחיישן עצמו. כדי להימנע מכך החיישן יקורר ל-268.5 מעלות צלזיוס מתחת לאפס, כלומר רק חמש מעלות מעל האפס המוחלט. בדרך כלל משתמשים לשם כך במערכת כבדה מאוד של קירור בהליום, אך כדי כדי לחסוך במשקל יקורר אסתרוס במערכת קירור חשמלית.

הטלסקופ יבצע צילום תלת-ממדי של ענני הגז סביב כוכבים שנוצרו לא מזמן.הערפילית קרינה, אחת המטרות אותן יצלם אסתרוס | NASA, ESA, N. Smith (University of California, Berkeley) et al., the Hubble Heritage Team STScI/AURA

עריסת כוכבים

משימתו המרכזית של הטלסקופ היא לצפות ב"עריסה הקוסמית" המצויה בגלקסיית שביל החלב, ומורכבת מערפיליות וענני גז גלקטיים. כוכבים כמו השמש שלנו נולדים כשענן גז קורס לתוך עצמו: כשהמסה של הגז שמצטבר גדולה מספיק מתחיל היתוך גרעיני וכוכב חדש נולד. ענני הגז הגלקטיים הם מוקד עניין חשוב לאסטרונומים, שכן הבנת התהליכים המובילים ליצירת כוכבים חדשים תוכל לשפוך אור על האופן בו נוצרה מערכת השמש שלנו.

קיימת סברה שלפיה להפרעות שנוצרות בענני הגז עקב פיצוצי סופרנובה יש השפעה גדולה על תהליך היווצרות הכוכבים. ההפרעות הללו, שמכונות משוב כוכבי, הן התופעה המרכזית שאסתרוס אמור לחקור. משוב כוכבי יכול לעכב יצירה של כוכבים על ידי פיזור הגז, או להאיץ את יצירתם. לפי חלק מהתיאוריות, אלמלא היה משוב כוכבי לא היו נותרים בגלקסיה שום ענני גז, שכן כולם היו הופכים לכוכבים.

אסתרוס יחקור את ענני הגז הללו בשתי שיטות. הראשונה תהיה צילום תלת-ממדי של הענן, שנועד לקבוע את המהירות, הצפיפות וכיוון התנועה של הגז. הדרך השנייה תכלול מיפוי של שני סוגי יונים, אטומים בעלי מטען חשמלי, של חנקן, הנוצרים בעת משוב כוכבי הנגרם מפיצוצי סופרנובה. השילוב של שתי השיטות יאפשר לאסתרוס לקבוע איך כוכבים חדשים משפיעים על סביבת ה"עריסה הקוסמית" שלהם.

שיגור באמצעות בלון אולי נשמע פחות מלהיב משימוש בטילים, אך הוא מאפשר תכנון מהיר יותר של המשימה ומוזיל את השיגור. הודות לכך אפשר להוציא לפועל גם משימות שסיכויי ההצלחה שלהן נמוכים יחסית, ולכן לא רצוי להשקיע בהן משאבים גבוהים מדי. "רמת הסיכון במשימות בלון כמו אסתרוס היא גבוהה יותר ממשימות רגילות, אך יש להן פוטנציאל להניב תגמול רב בעלות נמוכה", אומר מהנדס המעבדה להנעה סילונית בנאס"א (JPL) חוזה סילס (Siles).

פחות מלהיב משימוש בטילים, אך מאפשר תכנון מהיר יותר של המשימה ומוזיל את השיגור.שיגור בעזרת בלון של משימה אחרת של נאס"א, Stratospheric Terahertz Observatory II, מאנטרקטיקה ב-2016 | NASA/JPL-Caltech

נאס"א משתמשת בכמה אתרים לשיגור בלוני מחקר ברחבי העולם, ובוחרת אותם לפי אורך המשימה. הטיסות הקצרות, שנמשכות עד 24 שעות, יוצאות מניו מקסיקו בארצות הברית. משימות ארוכות יותר יוצאות מלפלנד לתקופה של 6-3 ימים. המשימה הנוכחית ארוכה במיוחד, ולכן נבחר עבורה אתר מיוחד.

הבלון האדיר שיישא את אסתרוס ישוגר מאנטארקטיקה ויקיף את הקוטב הדרומי פעמיים או שלוש במהלך המשימה, שתארך בין שלושה שבועות לארבעה. "אנחנו נשגר את אסתרוס לשולי האטמוספרה מהמקום הרחוק והקשוח ביותר בכדור הארץ. זה מאתגר מאוד, ולכן גם מרגש כל כך בעת ובעונה אחת", הוסיף סילס.

בריאיון לאתר מכון דוידסון מסביר סילס כי הבחירה באנטארקטיקה נועדה למקסם את זמן התעופה של הטלסקופ. "אנו רוצים לנצל את מערבולת האוויר הארקטית, שהיא דפוס רוחות מעגלי המקיף את הקוטב במהלך הקיץ הארקטי ונמשך כארבעה שבועות. הזרם הזה יאפשר לנו טיסה ארוכה בהרבה ממה שיכולנו לעשות במקומות אחרים", אמר. "בנוסף, אם חלילה תקרה תקלה הסיכוי לפגוע באנשים או בתשתיות נמוך בהרבה באנטארקטיקה. בתום הניסוי נוכל לאסוף את המטען בבטחה, שכן הוא ינחת על הקרח".

לדברי סילס, יתרון נוסף של אנטארקטיקה הוא שבשיא הקיץ בחצי הכדור הדרומי שורר שם אור כל שעות היממה. "השינויים המעטים בעוצמת האור בין היום ללילה מאפשרים לנו להפעיל את הלוחות הסולריים ברציפות, בלי צורך בסוללות כבדות ללילה. מעבר לכך, היעדר שינויים חדים בטמפרטורה לאורך היממה מפשט את עיצוב מנגנוני הקירור של הטלסקופ".