עין לובסטר, חיישנים מתחת לקרח וטלסקופ נוזלי: באילו מכשירים משתמשים אסטרופיזיקאים

התכונות יוצאות הדופן של כנפי חרקים עוררו השראה במדענים ליצור אריזות אנטיבקטריאליות.והאפים

לבעלי חיים נאמר כיצד להכין מסכות המגנות מפני זיהומים, אך יחד עם זאת אינן מפריעותאסטרופיזיקאים אינם נשארים בחוץ ושואבים רעיונות מהעולם הסובב אותם.

מצפה הכוכבים האסטרונומי הלאומיהאקדמיה הסינית למדעים הציגה לאחרונה את המקבץ הראשון בעולם של מפות שמי רנטגן בזווית רחבה שצולמו עם ה-Lobster Eye Imager לאסטרונומיה (LEIA). יצירת המכשיר התאפשרה על ידי לימוד והדמיה של תכונות מערכת הראייה של סרטנים ימיים.

תצלום זמן של 800 שניות של תצפית בקרני רנטגן LEIA במרכז שביל החלב מכוסה על נתונים ממשימת גאיה. תמונה: CAS/ESA/Gaia/DPAC

כיצד פועלת עין הלובסטר?

ביולוגים גילו מזמן שעיני הלובסטרשונה מבעלי חיים אחרים. מערכת הראייה של סרטנים אלה מורכבת מצינורות מרובעים זעירים רבים המכוונים לאותו מרכז כדורי. מבנה זה מאפשר לאור המגיע מכיוונים שונים להשתקף בצינורות ולהיאסף על הרשתית, מה שמעניק ללובסטר שדה ראייה רחב.

איברי הראייה האנושיים, המורכבים ממוטות ומדוכים מעוקלים, נשבריםעינו של הלובסטר מחזירה את קרני האור הנכנסותמערכת מתואמת מכוונת  את כל הקרניים המוחזרות על ידי עצם מסוים (למשל, טרף פוטנציאלי על קרקעית האוקיינוס) לאותה נקודת מוקד.

לפני כמה עשורים, מדענים הציעולדמות עין של לובסטר כדי ליצור טלסקופ לזיהוי קרני רנטגן בחלל. אבל רעיון זה לא יכול היה להתממש במשך זמן רב, עד שטכנולוגיות המיקרו-מעבד אפשרו חיקוי של איברי הראייה.

מעבדת הרנטגן NAOC החלה במחקר ופיתוח בטכנולוגיית דימות רנטגן של עין לובסטר בשנת 2010 ו-10 שניםמאוחר יותר, היא הציגה את המכשיר המוגמר. 

המכשיר מורכב מ-36 "עיני לובסטר" עםמיקרו-נקבים ו-4 חיישני CMOS עם מערך גדול שיכולים לפעול ברזולוציה ספקטרלית גבוהה. החוקרים מציינים כי מדובר בחיישנים הראשונים שנבנו בטכנולוגיית CMOS (טכנולוגיית מוליכים למחצה - מבנה משלים של מתכת-תחמוצת-מוליכים למחצה).

לדברי מדענים, לטלסקופי רנטגן קודמים היה שדה ראייה בגודל הירח כפי שנראה מכדור הארץ, ואילו זהטלסקופ לובסטר מסוגל לכסות שטח שמימי של כאלף ירחים. 

במהלך השיגור הראשון, מודול הבדיקה בילה רק 8 דקות בחלל.טלסקופ מן המניין יכלול 12 מודולים כאלה.על גבי לוויין הגשושית איינשטיין, שהרשויות הסיניות מתכננות לשגר בסוף 2023. 

איור אמנותי של לוויין איינשטיין פרוב. תמונה: CAS

טלסקופי מראה נוזליים

בכל רחבי העולם, ישנם מכשירים יוצאי דופן רבים שנבנו כדי לצפות בשמים.לדוגמה, בעשורים האחרונים, הרעיון של טלסקופים עם מראות נוזליות זכה לפופולריות. 

מכשירים כאלה יש ארוך, אבלהיסטוריה שנויה במחלוקת באסטרונומיה. לפני יותר מ-300 שנה הבחין אייזק ניוטון שנוזל בכלי מסתובב יכול לקבל צורה של פרבולה - כלומר, משטח כזה חייב להיות במראה של טלסקופ כדי למקד אור בנקודה אחת. בשנת 1850, האסטרונום האיטלקי ארנסטו קאפוצ'י פיתח את הרעיון הזה, אך לא הצליח לבנות מודל עובד.

בשאר העשור הזההאסטרונום הלונדוני הנרי סקיי חקר באופן עצמאי את הרעיון והתנסה ביצירתו. הוא היגר לניו זילנד ב-1860 ופרסם דיווח על טלסקופ שפועל במראה נוזל ב-1872. במחצית הראשונה של המאה ה-20 ניסו מדענים לחדד את העיצוב, אך כל המכשירים התאפיינו ברמת דיוק נמוכה וסבלו מרטט.

ככל שהתקדמה הטכנולוגיה למראות מצב מוצק גדולות, טלסקופי מראות נוזליות לא זכו לאהדה.רק בשנות השמונים החלו מדענים להחיות את הטכנולוגיה, וביטלו את חסרונותיה בטכנולוגיה המודרנית.בין השנים 1994 ל-2002 השתמשה נאס"א בטלסקופ מראה נוזלי בקוטר 3 מטרים כדי לסרוק את מסלול כדור הארץ בחיפוש אחר פסולת חלל. 

טלסקופ עם מראה נוזלית. תמונה: משרד תוכנית פסולת המסלול של נאס"א, נחלת הכלל, באמצעות ויקימדיה קומונס

מכשירים מודרניים משתמשים בכספית נוזלית מבריקה כדי לאסוף ולמקד אור.מתכת זו יש השתקפות חזקה ונשאר נוזל בטמפרטורת החדר.וזה הרבה יותר זול ממראות זכוכית יקרות. 

ליטוש מראות בצורה פרבולית -משימה קשה ויקרה. העלות הכוללת של טלסקופ כספית נוזלית היא כשני מיליון דולר, בעוד שטלסקופ מראה מוצק בגודל דומה יכול לעלות מאות מיליוני דולרים.

מכיוון שצורתו של טלסקופ מראה נוזלי תלויה בכוח הכבידה, הוא יכולאבל זה לא חיסרון גדול כמו שזה יכול להיותכאשר "הנקודה העליונה" נעה על פני שמי הלילה יחד עם סיבוב כדור הארץ. 

הטלסקופ המודרני הגדול ביותר עם כזהמראה - הטלסקופ הגדול נגד מטוסים - פעל בקנדה, ליד ונקובר בין השנים 2003 ל-2016. כעת הוא הוצא משימוש, והמראה באורך 6 מ' פורקה. ההנחה היא שחלקים מהעיצוב שלו ישמשו במכשירים חדשים. בנוסף, בסוף 2022 מתוכנן להפעיל את טלסקופ המראה הנוזלי הבינלאומי ברמות ההודו.

טלסקופ זניט גדול. תמונה: אוניברסיטת קולומביה הבריטית

מערך רדיו לחיפוש מודיעין מחוץ לכדור הארץ

מערך טלסקופ אלן (ATA) הוא הראשוןטלסקופ רדיו שתוכנן מהיסוד לשימוש בחיפוש אחר חיים מחוץ לכדור הארץ. לפני יצירתו, כל המאמצים בתחום גילוי עקבות של תרבויות אחרות בטווח הרדיו היו תלויים בשימוש תקופתי באנטנות שנבנו לתצפיות אסטרונומיות רגילות.

מערך המורכב מ-42 סורגים עבורתצפיות רדיו (צלחות בקוטר 6.1 מ'), נבנתה בשנת 2007 ליד סן פרנסיסקו על חשבון מייסד שותף של מיקרוסופט פול אלן וה-CTO לשעבר של ענק ה-IT הזה, נתן מיהרבולד. בתחילה, ההנחה הייתה שהטלסקופ יהיה מורכב מ-350 אנטנות, אך עד כה אין מספיק כספים למערכת מלאה.

הרעיון של טלסקופ הוא מערך קטן יחסיתצלחות (אנטנות) עם מיקום כמעט אקראי על הקרקע, הנמשך כ-1 ק"מ. עיצוב זה מספק צורת קרן באיכות גבוהה מאוד. זהו שמו של אזור השמים, לאותות שמהם הטלסקופ רגיש ביותר. בנוסף, מספר האנטנות הגדול יחסית ממזער רגישות (לא רצויה) מחוץ לקרן הראשית.

מערך טלסקופ אלן היה במקורתוכנן לכסות תדרים מ-500 עד 10,000 מגה-הרץ, אך הוא נמצא כעת בשדרוג כדי להרחיב את הכיסוי ל-15 גיגה-הרץ, לשפר את הרגישות והאמינות.

העיצוב של האנטנות משתמש בהיסטמערכת גרגוריאנית. המראה המשנית משקפת אותות רדיו נכנסים שנאספים על ידי הרפלקטור הראשי הגדול (בקוטר 6.1 מ') בחזרה לאנטנה (מוסתרת מהעין על ידי כיסוי בד), שם הם מוגברים ומשודרים לשליטה בבניינים באמצעות סיבים אופטיים. תוכנה מיוחדת פותחה עבור הטלסקופ, המאפשרת להשליך את כל הפסולת וההפרעות ולהתרכז באותות הקשורים לחיים.

מערך טלסקופ אלן. תמונה: מכון SETI

מצפה קרח לחיפוש נייטרינו

מצפה הניטרינו IceCube הושק פנימה2010 - הגלאי הראשון מסוגו שנועד לצפות בחלל מהקרח של הקוטב הדרומי. הוא נבנה בתחנת אמונדסן-סקוט באנטארקטיקה. אלפי החיישנים שלו ממוקמים מתחת לקרח של היבשת הקרה ביותר, מכסים נפח כולל של 1 ק"מ³.

המצפה מחפש תת-אטומי כמעט חסר מסהחלקיקים הם ניטרינו. חלקיקים עתירי אנרגיה אלו עוזרים לחקור את האירועים האסטרופיזיים המסוכנים ביותר: התפוצצויות כוכבים, התפרצויות קרני גמא וקטקליזמות הכוללות חורים שחורים וכוכבי נויטרונים.

המצפה מורכב מ-86 כבלים, כל אחד מהםהמכיל 60 מודולים אופטיים דיגיטליים. מכשירים אלו מכילים גלאי אור או מכפילי אור רגישים במיוחד, וכן מחשבים מיניים המשדרים נתונים אל פני השטח. המודולים מחוברים לכבלים בעומק של 1,450 עד 2,450 מ' מתחת לקרח.

המצפה ממוקם בשקוף אופטיתקרח, שהוא מאוד יציב. מדענים מעריכים כי הקרח בקוטב הדרומי נע כ-10 מטרים בשנה כמקשה אחת. מדי יום, IceCube רושם 275 מיליון קרניים קוסמיות וכ-275 נויטרינו אטמוספריים.

מעבדת IceCube. תמונה: איאן ריס, IceCube/NSF

קרא עוד:

דליפת גז מנורד סטרים הוצגה מהחלל

מבנים יוצאי דופן שנמצאו בקצה מערכת השמש. רק הוויאג'רס היו שם.

ראה כיצד צדק והירח התקרבו בשמי הלילה