از زمان پرتاب در سال 2021، تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) عمیق‌ترین، واضح‌ترین و دقیق‌ترین تصاویر از جهان را که تاکنون گرفته شده است، ارائه کرده است.
این مشاهدات بسیاری از اولین ستارگان و کهکشان‌های جهان را تأیید کرده، تنش هابل را تأیید کرده و دانه‌های سیاهچاله‌های کلان جرم (SMBH) را نشان داده است. این تلسکوپ فضایی نسل جدید، همچنین در مورد سیارات فراخورشیدی و سیارات و اجرام منظومه شمسی اطلاعات زیادی به ما آموخته است.
در 1 جولای 2023، آژانس فضایی اروپا (ESA) ماموریت اقلیدس را به فضا پرتاب کرد. این تلسکوپ فضایی نسل جدید، پنج سال آینده را به نقشه‌برداری از ساختار بزرگ‌مقیاس جهان با مشاهده میلیاردها کهکشان تا 10 میلیارد سال نوری می‌گذراند.
این داده‌ها در حال حاضر به ستاره‌شناسان کمک می‌کند تا در مورد تأثیر ماده تاریک و انرژی تاریک که در مجموع 95 درصد از چگالی جرم-انرژی جهان را تشکیل می‌دهند، بیشتر بیاموزند.
در سال‌های 2025 و 2026، ناسا و ESA طیف‌سنج نوری برای تاریخ جهان، عصر یونیزاسیون مجدد و کاوشگر یخ‌ها (SPHEREx) و ماموریت گذر سیارات و نوسانات ستارگان (PLATO) را به ترتیب مستقر خواهند کرد.
در حالی که SPHEREx بیش از دو سال را صرف انجام یک بررسی کامل آسمان برای اندازه‌گیری طیف‌های نزدیک به مادون قرمز تقریباً 450 میلیون کهکشان می‌کند، PLATO چهار سال را صرف مطالعه و مشخص کردن سیارات فراخورشیدی در اطراف یک میلیون ستاره خواهد کرد.
تولد HWO
تا ماه مه 2027، تلسکوپ نسل جدید دیگری به این رصدخانه‌ها خواهد پیوست: تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن (RST)، معروف به "مادر هابل".
این رصدخانه با میدان دیدی حداقل 100 برابر بزرگتر از هابل و طیف‌سنج‌ها و تاج‌نگارهای پیشرفته، پتانسیل اندازه‌گیری نور از یک میلیارد کهکشان را در طول عمر خود خواهد داشت. این مأموریت‌ها در کنار هم، مرزهای علم را پیش خواهند برد و بر اساس دستاوردهای پیشینیان خود، که برخی از آنها ممکن است هنوز در حال فعالیت باشند، ساخته می‌شوند.
با این حال، حتی قبل از اینکه وب مشاهدات خود را آغاز کند و برنامه‌ریزان مأموریت شروع به توسعه این مفاهیم دیگر کنند، ناسا و شرکای بین‌المللی آن در آژانس فضایی اروپا و کانادا (CSA) در حال برنامه‌ریزی برای نسل بعدی رصدخانه‌ها بودند.
از جمله آنها کاوشگر بزرگ فرابنفش نوری مادون قرمز (LUVOIR) و رصدخانه سیارات فراخورشیدی قابل سکونت (HabEx) بودند - دو تلسکوپ فضایی که قرار بود تا دهه 2030 به فضا فرستاده شوند. اینها دو مورد از چهار مفهوم بزرگ مأموریت فضایی اخترفیزیک بودند که در آماده سازی برای بررسی دهه نجوم و اخترفیزیک آکادمی ملی علوم 2020 مورد مطالعه قرار گرفتند.
LUVOIR یک رصدخانه فضایی چندطیفی بسیار توانمند را تصور می کرد که امکان مطالعه جهان اولیه، شکل گیری و تکامل کهکشان ها، شکل گیری ستارگان و سیارات، سنجش از دور منظومه شمسی و توصیف سیارات فراخورشیدی را فراهم می کرد.
در همین حال، HabEx نیز مطالعاتی را در طول موج های فرابنفش، مرئی و نزدیک به مادون قرمز انجام می داد. همراه با یک تاج نگار که درخشندگی ستاره والد را مسدود می کند، نور منعکس شده مستقیم از جو سیارات فراخورشیدی را مشاهده می کند.
در ژانویه 2023، ناسا اعلام کرد که HabEx و LUVOIR مورد مطالعه در طراحی رصدخانه جهان های قابل سکونت (HWO) ادغام خواهند شد. دکتر آکی روبرژ، مدیر ارشد فناوری و استراتژی بخش علوم اخترفیزیک در مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا، از طریق ایمیل به Interesting Engineering توضیح داد:
«HWO بسیار زیاد ادغام مفاهیم اولیه LUVOIR و HabEx است، و بهترین ایده‌ها را از هر کدام گرفته و سپس تفکرات جدیدی را وارد می‌کند. شما می‌توانید آن را از قبل در «معماری‌های اکتشافی» اولیه HWO ببینید که دارای آینه‌های تلسکوپ اصلی بخش‌بندی‌شده مانند LUVOIR و لوله‌هایی برای محافظت از آینه‌ها مانند HabEx هستند. تیم‌های LUVOIR و HabEx در آن زمان فهمیدند که این دو مفهوم خویشاوندانی در یک خانواده هستند و این با عضو جدید خانواده HWO ثابت شده است.»
هدف
روبرژ گفت: HWO با تکیه بر دو مطالعه قبلی، اولین تلسکوپ فضایی خواهد بود که به طور خاص برای شناسایی سیارات بالقوه قابل سکونت در اطراف سایر ستارگان و تعیین ویژگی‌های جو آنها برای جستجوی نشانه‌های احتمالی حیات (که به عنوان "نشانگرهای زیستی" نیز شناخته می‌شوند) طراحی شده است:
«HWO برای جستجوی سیارات شبیه زمین (نه فقط اندازه یا جرم زمین) در مناطق قابل سکونت ستارگان شبیه خورشید در نزدیکی طراحی خواهد شد و سپس آنها را برای یافتن نشانه‌های حیات به شکل بیوسفر جهانی بررسی خواهد کرد. ما به دنبال گازهای تولید شده توسط حیات در جو زمین مانند اکسیژن، ازن و متان خواهیم بود، اما می خواهیم HWO به اندازه کافی توانمند باشد که انواع دیگر نشانگرهای زیستی را در صورت وجود پیدا کند. من بر بیوسفر جهانی تأکید می‌کنم، زیرا این نوع زندگی است که می‌توانیم در فواصل بین ستاره‌ای تشخیص دهیم - زندگی آنقدر فراوان است که شیمی جو این سیاره را تغییر می‌دهد.»
«در عین حال، HWO به گونه ای طراحی می شود که یک 'ابر هابل' باشد که قادر به انجام طیف گسترده ای از مطالعات اخترفیزیک انقلابی، از جمله بررسی ماهیت ماده تاریک، مطالعه شکل گیری و تکامل کهکشان ها و درک تولید عناصر سنگین در جهان باشد.»
جیادا آرنی، دانشمند فضایی پژوهشی در آزمایشگاه سیستم های سیاره ای در ناسا گودارد، گفت: «علاوه بر این، ما باید بتوانیم اطلاعات کافی در مورد محیط زیست هر گونه نشانگر زیستی بالقوه را مشاهده کنیم تا موارد مثبت کاذب احتمالی که ممکن است ما را فریب دهند را رد کنیم.»
«با توجه به اینکه ما نشانگرهای زیستی جهانی را مشاهده می‌کنیم، ویژگی‌های سیاره‌ای که برای کمک به رد موارد مثبت کاذب نیاز داریم، به همین ترتیب در مقیاس بزرگ هستند: ما به دنبال وجود گازهای نشانگر دیگر در جو خواهیم بود که می‌تواند نشان دهد یک نشانگر زیستی خاص یک مثبت کاذب است، اندازه‌گیری خواص انبوه مانند جرم سیاره و فشار اتمسفر؛ و ما در حال اندازه‌گیری مدار سیاره و ویژگی‌های کلیدی ستاره آن خواهیم بود.»
HWO علاوه بر جستجو و تعیین ویژگی های سیارات فراخورشیدی، مجموعه ای قوی از اهداف علمی نیز خواهد داشت. این شامل مطالعه چگونگی تغییر کهکشان ها و محیط آنها از زمان جهان اولیه، مشاهده تشکیل، توزیع و تکامل ستارگان و اجرام در منظومه شمسی ما (و مقایسه آنها با سایر سیستم های ستاره ای) برای بهبود درک ما از اینکه چه نوع سیارات و تاریخچه های تکاملی در آنجا وجود دارد، می شود. همانطور که دکتر روبرژ خلاصه کرد:
ابزارها
هنوز اطلاعات زیادی در مورد ابزارهای HWO وجود ندارد. این امر در مراحل اولیه توسعه یک مفهوم قابل انتظار است. با این حال، الزامات موجود در بررسی دهه Astro2020 سرنخ های ارزشمندی را ارائه می دهد. به عنوان مثال، ناسا بیان می کند که این رصدخانه یک "ابر هابل" با آینه اصلی با قطر حدود 20 تا 26.25 فوت (6 تا 8 متر) خواهد بود - مشابه وب. همچنین قادر خواهد بود تصاویری را در طول موج های مرئی، فرابنفش (UV) و مادون قرمز ثبت کند.
علاوه بر این، تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن آینده یک تاج نگار نمایشی فناوری را حمل خواهد کرد که طراحی طیف‌نگار HWO را اطلاع رسانی می کند. اما به جای مسدود کردن نور یک ستاره با یک دیسک، این کرونوگراف از آینه ها و ماسک ها برای جدا کردن نور یک سیاره فراخورشیدی از ستاره میزبان آن استفاده می کند. این رصدخانه همچنین دارای طیف‌سنج‌هایی خواهد بود که برای جستجوی "نشانگرهای زیستی" شیمیایی در جو سیارات، مانند دی اکسید کربن، اکسیژن و متان، که می‌توانند نشان دهنده حیات باشند، استفاده می‌شوند.
روبرژ برای جمع‌بندی مفاهیمی که این ماموریت می‌تواند برای تحقیقات سیارات فراخورشیدی و اخترزیست‌شناسی داشته باشد، گفت که بررسی دهه‌ای Astro2020 بهترین حرف را می‌زند:
«اگر سیاراتی مانند زمین کمیاب باشند، دنیای خودمان ارزشمندتر می‌شود. اگر ما نشانه حیات را در یک منظومه سیاره‌ای دیگر کشف کنیم، جایگاه ما در جهان به گونه‌ای تغییر خواهد کرد که از زمان کوپرنیک دیده نشده است.»
«HWO در نهایت به ما اطلاع خواهد داد که آیا زندگی در همسایگی خورشیدی رایج است یا نادر. و مهم نیست که چه چیزی پیدا کنیم، ما در مورد طیف سیارات - قابل سکونت و غیره - که فراتر از منظومه شمسی وجود دارند، بسیار بیشتر خواهیم آموخت. امید من این است که HWO آغازی برای انقلابی در اخترزیست‌شناسی باشد و حتی با کمک به درک اینکه چه چیزی برای شکوفایی یک بیوسفر جهانی در طول اعصار لازم است، بر حوزه زیست‌شناسی تأثیر بگذارد.»
جیادا گفت: «من دوست دارم بگویم که HWO یا با مشاهده نشانه‌های حیات در سیاره‌ای که به دور یک ستاره نزدیک می‌چرخد به ما می‌گوید که تنها نیستیم، یا اولین مأموریتی خواهد بود که به ما می‌گوید چقدر تنها هستیم با اولین تخمین آماری از اینکه زندگی در جهان چقدر نادر است.»
او اضافه کرد: «در مورد سیارات دیگر، HWO حداقل 10 برابر بیشتر از سیارات غیرزمینی کشف خواهد کرد.»
«این صدها جهان به ما کمک می کنند تا کل منظومه شمسی خود را در یک زمینه کیهانی گسترده تر درک کنیم.»
توسعه
در حالی که هنوز در مراحل اولیه توسعه است، ناسا اعلام کرد که در 1 آگوست 2024، یک نقطه عطف مهم حاصل شد که توسعه مفهوم HWO را تسریع خواهد کرد. این ایجاد دفتر پروژه بلوغ فناوری رصدخانه جهان‌های قابل سکونت (HTMPO) بود، یک دفتر پروژه رسمی که در مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا واقع شده است. همانطور که در سایت اخبار HWO بیان کردند:
«HTMPO مسئولیت‌های تیم بررسی علمی، فناوری و معماری (START)، گروه ارزیابی فنی (TAG) و گروه‌های کاری فنی رصدخانه را بر عهده می‌گیرد. گروه‌های کاری علمی و گروه‌های کاری مشترک و اجتماعی که توسط START و TAG ایجاد شده‌اند، به کار برنامه‌ریزی شده اصلی خود تا پایان سال 2024، تحت مدیریت دفتر پروژه ادامه خواهند داد. گروه‌های کاری فنی در تیم توسعه پروژه سازماندهی مجدد شده‌اند.»
در سال اول، HTMPO یک ساختار مدیریت سازمانی را اجرا خواهد کرد و نقشه راه بلوغ فناوری را تولید خواهد کرد. همچنین در هماهنگی با ناسا با صنعت تعامل خواهد داشت و برای خریدهای بلند مدت برنامه ریزی خواهد کرد. در نهایت، HTMPO امیدوار است تا پایان دهه با موفقیت یک بررسی مفهوم ماموریت (MCR) را تکمیل کرده و HWO را در توسعه فاز A قرار دهد.
در 8 ژانویه 2025، ناسا اعلام کرد که از افرادی که علاقه مند به عضویت در تیم علمی و ابزار جامعه رصدخانه جهان های قابل سکونت (CSIT) هستند، خود-نامزدی درخواست می کند. این تیم مطالعات علمی را برای تعریف یک مفهوم ماموریت پایه، تجزیه و تحلیل ابزارهای بالقوه و کمک به HTMPO در بلوغ فناوری‌های HWO و مفهوم ماموریت در آماده سازی برای MCR انجام خواهد داد. گفت:
«در طول سال گذشته، ما برای بررسی علم و فضای مهندسی برای HWO کار کرده‌ایم. در سمت علم، چندین گروه کاری از جامعه علمی گسترده، گستره موارد علمی HWO را به نمایش گذاشته‌اند. در سمت مهندسی، تیم در حال آزمایش سه «معماری اکتشافی» بوده است که هدف آنها کمک به درک چالش‌های فنی و، به طور حیاتی، شناسایی و برنامه‌ریزی توسعه فناوری است که برای تحقق HWO به آن نیاز داریم.»
دهه‌های آینده برای ستاره‌شناسان، اخترزیست‌شناسان و کیهان‌شناسان بسیار جالب خواهد بود. تلسکوپ‌های نسل بعدی که اکنون در حال کار هستند (یا در سال‌های آینده خواهند بود) وعده می‌دهند که عمیق‌تر در اسرار اساسی جهان کندوکاو کنند. تلسکوپ‌های نسل بعدی به حل آنها کمک می‌کنند و پاسخ‌های بیشتری در مورد چگونگی آغاز و تکامل جهان ما و (با امید) جایی که سایر حیات‌های هوشمند ممکن است وجود داشته باشند، ارائه می‌دهند.