أجهزة فلكية astro-ph.IM

عالياً فوق الأرض يحلّق قمر صناعي، وبداخله جهاز بحجم خزانة صغيرة. يلتقط جسيمات ظلت تندفع عبر المجرة لمليارات السنين حتى اصطدمت أخيرًا بالكاشف. تُسمى هذه الجسيمات بالأشعة الكونية، وهي تحمل إلينا أخبارًا عن انفجارات نجوم بعيدة. جهاز NUCLEON على القمر الصناعي «ريسورس-بي» ظل ستة أشهر يجمع هذه «الرسائل من الفضاء».

المجرة غابة لا تبدأ طيورها بالغناء فورًا. يجب أولاً أن تنمو الأشجار - النجوم - التي تظهر حولها الكواكب بمرور الوقت. تحسب معادلة دريك عدد الطيور التي قد تغني في هذه الغابة الآن، لكنها تفترض ضمنيًا أن عددها لا يتغير: ما هو موجود الآن هو ما كان موجودًا دائمًا. العمل الجديد يزيل هذا القيد ويُظهر كيف نما جوق الحضارات، وكيف خفت، وكيف يمكن أن يعلق في حالات غريبة.

في غابة سيبيريا، هناك مئة مصيدة ضوئية — كل واحدة بحجم طاولة صغيرة، لكنها معًا تغطي كيلومترًا مربعًا. في الليل، تنظر هذه المصائد إلى السماء وتلتقط ومضات ضوئية خافتة تنشأ عندما تصطدم الجسيمات الكونية بالغلاف الجوي. المنشأة تسمى TAIGA-HiSCORE، وعادةً ما تعمل كـ«عين» عملاقة لهذه الجسيمات. لكن لهذه العين خاصية نادرة: جميع المصائد متزامنة بدقة تصل إلى جزء من مليار من الثانية.

التلسكوب الراديوي RATAN-600 هو حلقة من مئات الألواح الألومنيومية على منحدر جبل في قراتشاي-تشيركيسيا. في ربيع عام 2018، التقطت مرآته موجات راديوية من ستة عشر قزمًا أحمر — نجوم صغيرة وخافتة ولكنها طويلة العمر جدًا. لكل منها كواكب مشابهة للأرض في الحجم وتقع في "منطقة الحياة": ليست حارة جدًا ولا باردة جدًا، حيث يمكن أن تبقى المياه سائلة.

في كل ثانية، تمر عبر كل واحد منا عشرات الجسيمات القادمة من الفضاء. معظمها بروتونات خفيفة، لكن توجد أيضًا نوى ذرات أثقل: الكربون والأكسجين والحديد. تولد هذه الجسيمات في انفجارات النجوم وتطير نحو الأرض لملايين السنين. طاقتها قد تكون هائلة: جسيم واحد قد يحمل طاقة تعادل طاقة كرة تنس عند الإرسال. لكن في تدفق هذه الجسيمات يوجد انحناء غريب.

يرسل اليراع ومضة تستمر واحدًا على عشرة مليارات من الثانية في مكان ما فوق التايغا السيبيرية. من المستحيل رؤية ذلك، لكن منشأة TAIGA-HiSCORE، المنتشرة على وادٍ في منطقة تونكينسكي في بورياتيا، حاولت التقاط مثل هذه الومضات بالضبط — ليس من الحشرات، بل من أعماق الفضاء. عادةً، يلتقط هذا النظام المكون من العديد من الكواشف الحساسة للضوء جسيمات أشعة الكون التي تصطدم بالغلاف الجوي للأرض.

كل بضع ساعات، تنطلق من صحراء موهافي، ومن قرب مدريد، ومن قرب كانبرا، أشعة ضيقة من موجات الراديو نحو السماء. هذه هي شبكة ناسا للفضاء السحيق (NASA Deep Space Network)؛ وهي ثلاث مجموعات من الهوائيات تحافظ على الاتصال بالمركبات الفضائية في جميع أنحاء النظام الشمسي. على مدى عشرين عامًا، جمعت هذه الشبكة ما يعادل 92.5 سنة-هوائي من الإرسالات المتواصلة.

في أكتوبر 2017، رصد تلسكوب Pan-STARRS في هاواي جسمًا يتحرك بسرعة أكبر من أن يكون جزءًا من نظامنا الشمسي. كان هذا هو 1I/أومواموا، أول ضيف بين نجمي يسجله علماء الفلك. ومنذ ذلك الحين، انضم إليه اثنان آخران: المذنب 2I/بوريسوف والجسم 3I/أطلس. كل واحد منها يشبه حجرًا ألقته موجة على الشاطئ حيث نقف نحن مع جهاز كشف المعادن، محاولين تمييز الحصى العادي عن قطعة أثرية من عقل آخر.

في عام 2022، التقط تلسكوب سوبارو صورة لنقطة ضوئية على بعد 100 وحدة فلكية من النجم AB ممسك الأعنة. سُميت النقطة كوكبًا AB Aur b، لكن الجدل لم يهدأ: ما الذي يضيء بالضبط، الكوكب نفسه أم الغبار حوله؟ الآن، حلل مطياف MUSE على التلسكوب الكبير جدًا هذا الضوء حسب الأطوال الموجية، فظهر في خط الهيدروجين Hα بصمة الغاز المتساقط.

القمر ليس مجرد تابع، بل جرس جاذبي محتمل. عندما تصطدم الأجسام الضخمة، يهتز الزمكان، وهذا الاهتزاز، أي موجات الجاذبية، يجعل كل ما يصادفه في طريقه يتذبذب. على الأرض، تغرق هذه التذبذبات في الضوضاء الزلزالية تحت 10 هرتز، وفي الفضاء، تسمع هوائيات LISA فقط الملي هرتز. بينهما نطاق الديسيهرتز الهادئ، حيث يُفترض أن اندماجات الثقوب السوداء متوسطة الكتلة تصدر أصواتها.

لمدة 36 يوماً، اجتاح الإعصار المداري فريدي المحيط الهندي، وهو الأطول عمراً في تاريخ الأرصاد. تابع خبراء الأرصاد الجوية مساره عبر الأقمار الصناعية والطائرات والمحطات الأرضية. لكن تفصيلاً واحداً ظلّ بعيداً عن متناول جميع الأجهزة: الكثافة الدقيقة للهواء في قلب الإعصار. وهي التي تحدّد أين سيتجه الإعصار غداً. يتصرّف تدفّق الميونات مثل ترمومتر يقيس حرارة الجسم كله، وليس مجرد منطقة تحت الإبط.

يلتقط تلسكوب ASKAP في ليلة واحدة بيانات عن ملايين المصادر الراديوية. تتعرف الخوارزميات التلقائية بثقة على النقاط المدمجة، لكنها تعجز أمام البنى الممتدة ذات النفاثات والجسور والفقاعات. جاء المتطوعون للإنقاذ: في المرحلة الأولى من مشروع Radio Galaxy Zoo EMU، أجرى أكثر من 2500 شخص 97 ألف تصنيف لـ 6230 جسمًا معقدًا.

ذيل المذنب 3I/ATLAS، الممتد ملايين الكيلومترات، يتكون من غاز متخلخل وحبيبات غبار دقيقة. في نهاية أكتوبر 2025، سيغوص فيه مسباران أرضيان - يوروبا كليبر وهيرا. لم يُصمم أيا منهما لملاقاة مذنب: كليبر في طريقه إلى قمر المشتري، وهيرا إلى كويكب. لكن مساريهما تقاطعا مع الذيل عرضا.

عدسة الكاميرا لا تتجاوز حجم عملة نقدية. مثل هذه العدسات تُستخدم في الهواتف الذكية، وهنا رُكبت على المسبار 'هايابوسا-2' للهبوط على كويكب. لكن العلماء طلبوا منها النظر بعيدًا - وطبقت هذه العدسة الصغيرة لأول مرة طريقة العبور (مراقبة كيف يقلل كوكب يمر عبر قرص نجم من بريقه قليلاً) لاكتشاف كواكب خارجية - كواكب تدور حول شموس أخرى.

في القرن الثامن عشر، بحث Уильям Гершель عن حياة على المريخ. أما اليوم، فيستهدف علماء الفلك ليس الكواكب، بل القطع الأثرية - مثل مسابير كائنات فضائية مختبئة في النظام الشمسي. المشكلة أن رصد جسم صغير بالقرب من الشمس الساطعة يكاد يكون مستحيلاً. وهنا تبرز فكرة جديدة: تحويل ظل الأرض إلى مرشح طبيعي. يعمل الظل كبئر عميق.

في الظلام اللامتناهي للفضاء بين النجوم، يومض الكوكب الشارد WISE 0855 بضوء حراري خافت، كأنه جمرة تخبو. حرارته لا تزيد إلا بعشر درجات فوق نقطة تجمد الماء — لو وُجدت حياة هناك، لرأت سماءً بلا شمس، في ضباب جليدي أبدي. تلسكوب 'جيمس ويب' تابع هذا الضوء الخافت باهتمام لمدة 11 ساعة، آملاً في التقاط ظل قمر عابر — وكأنما حبة مجهرية من السخام كسفت جمرة خامدة للحظة.

أكثر أنواع الكواكب شيوعًا في مجرتنا هي العوالم الصخرية حول نجوم أخرى، أو كواكب خارجية، مغلفة بأبسط الغازات وهو الهيدروجين. ظل باطنها لغزًا حتى أعاد العلماء خلق ظروف الأعماق في المختبر.

التقط تلسكوب جيمس ويب آلاف الأطياف لمجرات بعيدة — بصمات ضوئية لألوانها. ولكي لا يغرق الفلكيون في هذا التنوع، أسندوا إلى برنامج مهمة فرز هذه الاكتشافات. لكنه تصرّف كعالم طبيعة على شاطئ مجهول: دون معرفة مسبقة بالأنواع التي قد يصادفها، قام بتصنيف الأجسام حسب تشابهها الظاهري. بدلًا من الأصداف، كانت الأنماط الطيفية.

جدول الحافلات يميل إلى الانحراف: إن لم تتحقق منه في الوقت المناسب، فأنت معرّض لتفويت الرحلة. الكواكب التي تدور حول نجوم أخرى تواجه المشكلة نفسها — لحظات مرورها أمام قرص النجم تتحول تدريجيًا. مشروع ExoClock جمع 30,000 رصد، أُجريت من سطح الأرض ومن الفضاء، لتدقيق جدول عبور 620 كوكبًا خارجيًا — كواكب خارج النظام الشمسي.

تنطلق مهمّة Comet Interceptor بلا هدف. تتوقّف المركبة في نقطة توازن كوني، كمقاتلة في حالة تأهب: المحرّك ساخن، ولكن الإقلاع لا يكون إلا عند الإنذار. عندما ترصد التلسكوبات مذنبًا جديدًا طويل الدورة، تنطلق المسبار من مكانه وبسرعة هائلة ليمرّ قربه، جامعًا بيانات عن المادة البكر. والآن يريدون تطبيق هذا التكتيك الجريء على الأجسام بين النجمية — المسافرين المقذوفين من أنظمة كوكبية أخرى.

تخيل نجمًا يرقص رقصة الفالس مع شريك غير مرئي: تذبذباته الإيقاعية الناتجة عن جاذبية رفيقه تُسجلها الأجهزة، لكن الشريك نفسه يفلت من الرصد. عادةً ما تكون هذه التذبذبات ناتجة عن الانزياح الدوبلري (تغير تردد الضوء بسبب حركة النجم)، والذي يكشف عن وجود كوكب.

يعيد علماء الفلك بناء تاريخ المجرات من صورها البصرية، تمامًا كما يقرأ الجيولوجي ماضي الكوكب من طبقات الصخور. تقليديًا، تم استخدام نهجين: التحليل الطيفي — وهو تفكيك الضوء إلى خطوط طيفية تكشف التركيب الكيميائي وحركة النجوم — وهو مكلف ويستغرق وقتًا طويلاً، أو الفوتومتري — وهو تصوير عبر مجموعة من المرشحات الضوئية، ويعطي تقديرات تقريبية فقط للسطوع واللون.

تشبه المجرة مدينةً ليلية: معظم النوافذ تضيء بثبات، ولكن أحيانًا تلمع إحدى ناطحات السحاب بكل أضوائها ثم تنطفئ فجأة. هكذا تمامًا، وفق فرضية جديدة حول الكواكب التي تدور حول نجوم غريبة (الكواكب الخارجية)، قد نلاحظ لأول مرة حضارة أخرى — من خلال وميض قصير لكنه مسبب للعمى، قد يكون علامة على فنائها. يعرف علماء الفلك منذ زمن أن أكثر الأجرام ظهورًا هي تلك التي تتصرف بشكل متطرف.

الكتلة تُحدث انحناءً في الزمكان، تمامًا كما يضغط حجر ثقيل على طريق إسفلتي. الضوء الذي يمر بالقرب من جسم ضخم يلتف حول هذه الانبعاج — منطقة الزمكان المنحني — فيطول مساره ويصل متأخرًا.

عند تدوير المقلاع، نُدوِّر الحجر. تزداد سرعته، وإذا أطلقنا المقذوف عند أدنى نقطة، يطير لأبعد مسافة. في الفضاء، تلعب جاذبية الشمس دور الحبل: يغطس المسبار نحو النجم بأقرب ما يمكن، وفي اللحظة التي تبلغ فيها السرعة ذروتها، دفعة قصيرة من المحرك – مثل نفضة اليد – تمنحه تسارعاً هائلاً. ستُمكِّن هذه المناورة من اللحاق بالجسم البين نجمي المُبتعد 3I/ATLAS.

تخيل غشاءً مشدودًا مثل جلد الطبل. يلتقط إشارتين في آنٍ واحد: الموجات الثقالية — ارتجاف الفضاء نفسه — وجسيمات المادة المظلمة المراوغة. يوضع الغشاء بين مرايا، ويضغط عليه الضوء مثل إصبع على وتر، محافظًا عليه في شدّ دائم. عندما تصل موجة ثقالية، تتغير المسافة بين المرايا بشكل طفيف جدًا، ويبدأ الغشاء بالاهتزاز.

كلما تباعدت الهوائيات، زادت دقة التفاصيل التي تلتقطها. من خلال دمج الإشارات، يحول علماء الفلك عدة أجهزة إلى تلسكوب واحد بحجم المسافة بينها. بإضافة هوائي على القمر إلى الهوائيات الأرضية، نحصل على عين افتراضية بقطر 384,000 كيلومتر. الأمر أشبه بالنظر إلى الكون بعيني عملاق، اللتان تفصل بينهما مسافة تساوي المسافة من الأرض إلى القمر.

عملاقان أسودان يدوران حول بعضهما ثم يصطدمان — فينتشر عبر الكون ارتجاج في الفضاء. هذا الارتجاج تلتقطه كاشفات الموجات الثقالية. لكن الإشارة قد تخفي أكثر من مجرد الكتلة والمسافة: إذا كانت قوانين الفيزياء مختلفة قليلاً في اتجاهات مختلفة، فسوف تتشوه الموجة. أخذ العلماء حدثين مستقبليين: واحد صاخب جداً، وآخر بثقوب سوداء ضخمة جداً.

يمر الضوء القادم من المجرات البعيدة عبر عدسات التلسكوب كما يمر عبر كومة من زجاج النوافذ. كل زجاجة مغطاة بغشاء رقيق لتقليل الانعكاس. لكن هذا الغشاء يعمل كمرشح استقطاب: أحد مركبي موجة الضوء يمر بسهولة أكبر قليلًا، والآخر يمر بصعوبة أكبر قليلًا. ونتيجة لذلك، تدور الموجة قليلًا، ويرى التلسكوب صورة مختلفة عما هو موجود في السماء.

ثقبان أسودان يدوران حول بعضهما البعض، ورقصهما ليس دائمًا كالفالس المنتظم. إذا كان الثقبان يدوران حول محورهما، فقد يبدأ مدارهما في التقلب — مثل قمة دوارة دُفعت فتميل إلى الجانب مع استمرار دورانها. هذا التقلب يغير الموجات التي تنتشر عبر الفضاء، ومن خلال هذه التغييرات يمكن معرفة الكثير: كيف وُلد هذان الثقبان، وكيف يتمدد الكون، وما إذا كانت النظرية النسبية العامة صحيحة.

ضوء النجم ممدد كشريط قوس قزح. الخطوط الداكنة — ندوب من العناصر الممتصة، القمم الساطعة — آثار الغاز الساخن. هكذا يبدو الطيف، الدليل الرئيسي في يد عالم الفلك. Cecilia Payne-Gaposchkin كانت أول من استنتج أن معظم النجوم تتكون من الهيدروجين.

ضجيج الطريق — مخبر دقيق بشكل مدهش. السيارات النادرة تُصدر إشارات صوتية منفصلة يسهل تمييزها؛ أما حركة المرور الكثيفة فتندمج في طنين متواصل شبه أحادي النبرة.

لرصد الحياة على كواكب أخرى، ليس من الضروري البحث عن الأكسجين في الهواء. فالكائنات الحية تلون سطح عوالمها: النباتات على الأرض باللون الأخضر، والبكتيريا باللون البنفسجي. سيلتقط تلسكوب HWO الفضائي المستقبلي هذه "ألوان الحياة" على الكواكب الخارجية.

موجات الجاذبية هي ارتجاف الفضاء نفسه، تنتجها مثلاً الثقوب السوداء المتصادمة. لسماع هذا الارتجاف، تُبنى أجهزة ضخمة على شكل حرف L: شعاع ليزر يجري عبر ذراعين، ينعكس عن مرايا ويعود. إذا انضغط الفضاء أو تمدد قليلاً، يصل الضوء بفارق زمني — فنرى إشارة. المخطط الجديد يضيف إلى هذا الحرف L دوامة ذكية: الضوء يلتف في حلقة، مثل الماء في قمع، ثم يدخل إلى الذراعين.

المادة المظلمة هي الهيكل الجذبوي غير المرئي الذي يمنع المجرات من التمزق بفعل القوة الطاردة المركزية. في ثلاثينيات القرن العشرين، اكتشف فريتز زفيكي، أثناء تحليله لحركة المجرات في عنقود الهلبة (Coma Cluster)، سرعات عالية بشكل غير طبيعي تتطلب كتلة إضافية.

شبكة عصبية دُرِّبت أصلاً على فصل الموجات الثقالية الحقيقية عن التشويش في كاشف الموجات الثقالية، تتعرف دون إعادة تدريب على تآكل المحامل من خلال الاهتزازات. التنبيهات الكاذبة، أو الومضات، تتطابق في بنيتها الزمنية تماماً مع الطرقات القصيرة المتكررة التي تنشأ عند تلف المعدن في الآليات.

كاشفات الموجات الثقالية — وهي تموجات في نسيج الزمكان تسببها أحداث كونية هائلة — تعمل تقليديًا وفق مبدأ الترشيح المطابق: تتم مقارنة الإشارة مع بنك من القوالب المحسوبة مسبقًا، كما لو أننا نحاول التعرف على لحن مألوف وسط الضجيج.

عندما يستنفد نجم ضخم وقوده النووي الحراري في نواته، يفقد قدرته على مقاومة جاذبيته وينهار بسرعة، مولّدًا وميض مستعر أعظم. وقبل لحظات من هذه الكارثة، تنطلق من النواة المنهارة نيوترينوات — جسيمات شبحية لا تكاد تتفاعل مع المادة.

تلتقط التلسكوبات الراديوية المنتشرة حول الأرض موجات من ثقوب سوداء بعيدة. لكن تلسكوبين متجاورين لا يريان سوى بقعة ضبابية، فلا تصل تفاصيلهما إلى مستوى الدقة المطلوب. عادةً ما تُعتبر هذه الأزواج عديمة الفائدة وتُهمل. لكن هذا خطأ: فحتى البقعة الضبابية تحمل أدلة. لاحظ مؤلفو الدراسة الجديدة أن المصدر إذا لم يكن مجرد نقطة ساطعة بل كان محاطًا بهالة خافتة، فإن الإشارة من التلسكوبات المتقاربة لم تعد صفرية.

في أعماق نجم يحتضر، أثقل من الشمس بثماني مرات، وقبل أيام قليلة من الانفجار النهائي، يبدأ حمّى صامتة. ينضغط قلب النجم ويسخن، وتنبعث منه نيوترينوات — جسيمات صغيرة لا تكاد تتفاعل مع المادة. هذا التدفق يشبه همسًا خافتًا قبل صرخة مدوية: المستعر الأعظم لم ينفجر بعد، لكنه يرسل إشارة عن موته الوشيك. على الأرض توجد كاشفات قادرة على التقاط هذا الهمس.