هرچه تلسکوپ بزرگ‌تر باشد، نور بیشتری جمع‌آوری می‌کند و می‌تواند جزئیات بیشتری را آشکار کند؛ در نتیجه تصویرهای واضح‌تر و دقیق‌تری به دست می‌آید. به همین دلیل است که اخترشناسان معمولاً چندین تلسکوپ را به هم متصل می‌کنند تا شبکه‌هایی عظیم تشکیل دهند که گاه چندین کیلومتر وسعت دارند، روشی که به آن تداخل‌سنجی (Interferometry) گفته می‌شود.
اما اکنون گروهی از پژوهشگران به رهبری دانشگاه UCLA (کالیفرنیا، لس‌آنجلس) روش هوشمندانه‌ای را معرفی کرده‌اند که با استفاده از تنها یک تلسکوپ، وضوحی به دست آورده‌اند که برخی آن را رکوردشکن می‌دانند. نکته جالب‌تر اینکه این کار با کمک ابزاری انجام شده که نامش بیشتر شبیه وسیله‌ای در رمان‌های تخیلی است: چراغ نوری یا فانوس فوتونی (Photonic Lantern).
این ابزار نوآورانه نوعی فیبر نوری خاص است که رفتاری خارق‌العاده با نور ستارگان دارد. در روش‌های معمولی، نور به‌عنوان یک پرتو ساده در نظر گرفته می‌شود، اما فانوس فوتونی، نور ورودی را بر اساس الگوهای مکانی آن تقسیم می‌کند. به بیان دیگر، درست مانند این است که یک آکورد موسیقی را به نت‌های جداگانه‌اش تجزیه کنیم. این الگوهای ظریف در واقع حامل اطلاعاتی درباره‌ی ساختار اجسام دوردست هستند — اطلاعاتی که معمولاً در روش‌های تصویربرداری سنتی از بین می‌روند.
با حفظ و تحلیل این الگوهای نوری، پژوهشگران توانسته‌اند نشان دهند که می‌توان تصاویری را بازسازی کرد که جزئیات آن بسیار بیشتر از حدی است که تئوریکاً از یک تلسکوپ با آن اندازه انتظار می‌رود. به عبارت دیگر، این فناوری توانسته محدودیت فیزیکی اندازه‌ی تلسکوپ را تا حدی دور بزند.
برای آزمایش این فناوری، پژوهشگران آن را در تلسکوپ سوبارو (Subaru Telescope) در هاوایی مورد استفاده قرار دادند. آن‌ها تمرکز خود را بر روی ستاره‌ای به نام Beta Canis Minoris قرار دادند که در صورت فلکی سگ کوچک (Canis Minor) و در فاصله حدود ۱۶۲ سال نوری از زمین قرار دارد. این ستاره با دیسکی از گاز هیدروژن چرخان احاطه شده است. هدف گروه تحقیقاتی این بود که با کمک این ابزار جدید، ساختار این دیسک را با جزئیاتی بی‌سابقه مورد بررسی قرار دهند.
تصویر بازسازی شده از دیسک نامتقارن جمع و جور و با چرخش سریع در اطراف Beta Canis Minoris که توسط فانوس فوتونی جدید گرفته شده است. نوار مقیاس سفید در پایین سمت راست ۱ میلی ثانیه قوسی را نشان می دهد که معادل مقیاس ۶ فوت در فاصله ماه است (اعتبار: یو جونگ کیم/UCLA)
نتیجه اما فراتر از انتظارشان بود: دیسک اطراف ستاره برخلاف تصور قبلی، کاملاً متقارن نیست بلکه ناقرینه یا نامتعادل به نظر می‌رسد. این ویژگی پیش‌تر در هیچ‌یک از تصاویر حاصل از روش‌های تصویربرداری سنتی دیده نشده بود.
یکی از چالش‌های بزرگ در رصد ستارگان از سطح زمین، اغتشاشات جوی زمین است. جو زمین باعث می‌شود نور ستارگان هنگام عبور از لایه‌های مختلف هوا دچار انحراف و شکست شود؛ پدیده‌ای که ما آن را به صورت «سوسوزدن ستاره‌ها» می‌بینیم. این آشفتگی جوی جزئیات دقیق را تار می‌کند. حتی با وجود سیستم‌های اپتیک تطبیقی (Adaptive Optics) که برای تصحیح مداوم اثرات جو طراحی شده‌اند، فانوس فوتونی چنان حساس بود که کوچک‌ترین نوسانات باقی‌مانده در جو نیز بر داده‌ها تأثیر می‌گذاشت.
برای مقابله با این مشکل، تیم پژوهشی مجبور شد روش‌های پردازش داده کاملاً جدیدی ابداع کند تا نویزهای ناشی از اغتشاشات جوی را از داده‌های واقعی جدا کند.
نتیجه‌ی این تلاش‌ها شگفت‌انگیز بود. پژوهشگران توانستند پنج برابر دقت بیشتر در اندازه‌گیری تغییرات بسیار کوچک و وابسته به رنگ در نور ستاره به دست آورند — تغییراتی که در اثر پدیده‌ی دوپلر (Doppler Effect) ایجاد می‌شود. همان‌طور که صدای آژیر آمبولانسی که به ما نزدیک می‌شود زیرتر (با فرکانس بالاتر) و هنگام دور شدن بم‌تر (با فرکانس پایین‌تر) به گوش می‌رسد، در مورد نور نیز همین اتفاق می‌افتد: گازی که به سمت ما در حال حرکت است، نورش کمی به رنگ آبی متمایل می‌شود، و گازی که از ما دور می‌شود، اندکی سرخ‌تر دیده می‌شود.
با اندازه‌گیری دقیق این تغییرات ظریف رنگی، پژوهشگران توانستند نقشه‌ی چرخش دیسک گازی اطراف ستاره را با جزئیاتی خیره‌کننده ترسیم کنند. این نخستین بار است که چنین وضوحی از حرکت گازهای اطراف یک ستاره با استفاده از تنها یک تلسکوپ به دست آمده است.
این موفقیت نشان می‌دهد که فانوس فوتونی می‌تواند ابزاری انقلابی برای مشاهده‌ی ساختارهای پنهان در اطراف ستارگان، دیسک‌های پیش‌سیاره‌ای و سایر پدیده‌های نجومی باشد. به کمک این فناوری، می‌توان اطلاعاتی درباره‌ی نحوه‌ی تشکیل سیارات، رشد ستارگان جوان و حتی تعامل گاز و غبار در مناطق مختلف کهکشان به دست آورد.
همچنین، این روش می‌تواند در آینده به‌عنوان جایگزینی برای سامانه‌های تلسکوپی عظیم و گران‌قیمت مورد استفاده قرار گیرد. اگر بتوان با یک تلسکوپ واحد و فیبر نوری ویژه به چنین دقتی دست یافت، ممکن است هزینه‌ی رصدهای دقیق نجومی در آینده به‌طور چشمگیری کاهش یابد.
به گفته‌ی یکی از اعضای گروه تحقیقاتی:
«ما در حال رسیدن به مرزهای جدیدی از دقت هستیم. چیزی که پیش‌تر تنها با آرایه‌های چندتلسکوپی ممکن بود، اکنون با یک ابزار فیبر نوری و کمی هوش مهندسی به دست می‌آید.»
فانوس فوتونی، یک فیبر نوری با طراحی خاص، نصب شده بر روی ابزار FIRST-PL در تلسکوپ سوبارو. مثلث زرد مسیر ورود نور به فانوس را نشان می دهد. (اعتبار: سباستین ویوارد/دانشگاه هاوایی)
این پیشرفت همچنین راه را برای فناوری‌های نوین در تصویربرداری نجومی و طیف‌سنجی با وضوح بالا هموار می‌کند. از آنجا که فانوس فوتونی می‌تواند جزئیات فضایی نور را حفظ کند، می‌توان از آن برای شناسایی ناهنجاری‌های کوچک در دیسک‌های ستاره‌ای، لکه‌های سطح ستاره، و حتی حضور سیارات تازه‌متولد شده استفاده کرد.
به طور خلاصه، این پژوهش ثابت می‌کند که مرزهای اپتیک نجومی هنوز پایان نیافته‌اند. حتی با تلسکوپ‌های موجود، می‌توان به کمک ابزارهایی چون فانوس فوتونی، جهان را واضح‌تر، دقیق‌تر و شفاف‌تر از همیشه دید.
🔹 این فناوری می‌تواند در آینده نزدیک به بخش استاندارد ابزارهای رصدی در تلسکوپ‌های بزرگ جهان تبدیل شود و شاید روزی بتوانیم با استفاده از آن، جزئیاتی از منظومه‌های سیاره‌ای دیگر را ببینیم که امروز تنها در رؤیا می‌گنجند.
دانشجوی دکتری ژئوفیزیک گرایش لرزه شناسی هستم. ژئوفیزیک به بررسی ابعاد زمین و اتفاقاتی مانند زلزله و لرزه هایی که توسط فعالیت انسان به‌وجود می‌آید، می پردازد. فعالیت در حوزه زمین و فضا از علاقه مندی ام است.
