خلاصه مقاله:
- اگر تمدنی پیشرفته در فاصله ۶۶ میلیون سال نوری از زمین وجود داشته باشد، اکنون سیاره ما را در دوره پایانی کرتاسه و همزمان با رویداد برخورد سیارک چیکشلوب دیدن میکند.
- اندازه زاویهای یک دایناسور ۱۰ متری مانند تیرانوسوروس رکس از چنین فاصلهای در حدود ۱۰ به توان منفی ۲۱ درجه است که عملاً فراتر از توان تفکیک هر ابزار رصدی متعارف محسوب میشود.
- براساس معیارهای فیزیکی تفکیکپذیری، دستیابی به چنین دقتی مستلزم تلسکوپی با قطری در حدود ۳٫۴ سال نوری است؛ مقیاسی نزدیک به فاصله زمین تا منظومه آلفا قنطورس.
- جرم آینهای با این ابعاد، حتی با حداقل ضخامت فرضی، چندین مرتبه بزرگتر از جرم زمین است و ساخت آن با فناوری شناختهشده نمیشود.
- بهکارگیری سامانههای تداخلسنجی نیز هرچند روی کاغذ میتواند تفکیکپذیری را افزایش دهد، همچنان به آرایهای در مقیاس سالهای نوری و منابع مادی عظیم نیاز دارد.
فرض کنید در گوشهای دور از کیهان، در کهکشانی ۶۶ میلیون سال نوری آنسوتر، تمدنی پیشرفته تلسکوپهایش را به سوی زمین نشانه رفته باشد. آنها وقتی به سیاره ما نگاه میکنند، نه شهرها را میبینند و نه انسانها را؛ بلکه جهانی پوشیده از جنگلهای انبوه و هیولاهایی غولپیکر را تماشا میکنند؛ موجوداتی مانند تیراناساروس رکس که هنوز بر زمین فرمانروایی میکنند. اما آیا واقعاً میتوان از چنین فاصلهای یک دایناسور را دید؟
در نگاه اول شاید پاسخ ساده به نظر برسد: «خیلی بزرگ». اما وقتی وارد محاسبات میشویم، معلوم میشود «خیلی بزرگ» اصلاً توصیف دقیقی نیست. پاسخ واقعی مرزهای تصور را جابهجا میکند. با این حال، همین بازی ذهنی به ظاهر عجیب، ما را به پرسشهای بسیار جدی درباره آینده نجوم میرساند.
شتاب محدود نور باعث میشود هر ناظر دوردست، زمین را در گذشتهای متناسب با فاصلهاش ببیند
اول باید بفهمیم چرا عدد ۶۶ میلیون سال نوری مهم است. نور با شتابی محدود حرکت میکند؛ شتابی حدود ۳۰۰ هزار کیلومتر در ثانیه. وقتی میگوییم یک جرم آسمانی مثلاً ۱۰ سال نوری از ما فاصله دارد، یعنی نوری که امروز از آن میبینیم، ۱۰ سال در راه بوده است. حالا برخورد سیارکی که دهانه چیکشلوب را ایجاد کرد و باعث انقراض دایناسورهای غیرپرنده شد، حدود ۶۶ میلیون سال پیش رخ داده است. بنابراین اگر کهکشانی دقیقاً در فاصله ۶۶ میلیون سال نوری از ما باشد، نور آن رویداد تازه همین حالا به آنجا رسیده است. ساکنان آن کهکشان، اگر وجود داشته باشند، اکنون زمین را در عصر دایناسورها میبینند؛ درست در لحظات پایانی فرمانرواییشان.
اما آیا میتوانند واقعاً خود دایناسورها را ببینند؟ برای پاسخ، باید دو چیز را بدانیم: یک دایناسور از آن فاصله چقدر «بزرگ» به نظر میرسد، و چه تلسکوپی باید تا بتواند چنین جسمی را از هم تفکیک کند.
در نجوم، اندازه ظاهری اجرام با زاویه سنجیده میشود. مثلاً فاصله زاویهای بین افق تا نقطهای که دقیقاً بالای سر شماست ۹۰ درجه است. ماه در آسمان حدود نیم درجه عرض دارد. وقتی جسمی دورتر میشود، اندازه زاویهایاش کوچکتر میشود. رابطه سادهای به نام «تقریب زاویه کوچک» به ما میگوید اندازه ظاهری یک جسم تقریباً برابر است با اندازه واقعی آن تقسیم بر فاصلهاش (البته با مد نظر داشتن تبدیل واحدها).
فرض کنیم موجودات فضایی بخواهند یکی از مشهورترین شکارچیان تاریخ زمین، یعنی تیراناساروس رکس را ببینند. طول یک تیرکس بالغ را حدود ۱۰ متر در نظر میگیریم. حالا فاصله ۶۶ میلیون سال نوری را به متر تبدیل میکنیم؛ عددی برابر با حدود ۶٫۶ ضربدر ۱۰ به توان ۲۳ متر. وقتی این اعداد را در فرمول قرار دهیم، به نتیجهای میرسیم که تقریباً غیرقابل تصور است: اندازه ظاهری یک تیرکس از آن فاصله حدود ۱۰ به توان منفی ۲۱ درجه است. این یعنی یک سکستیلیونیم درجه. برای مقایسه، قطر ظاهری ماه نیم درجه است؛ یعنی اختلافی در حد اعدادی که حتی در زندگی روزمره با آنها روبهرو نمیشویم.
حالا به بخش دوم میرسیم: چه تلسکوپی میتواند چنین جزئیات ریزنمایی را تشخیص دهد؟ اینجا یک سوءتفاهم رایج هست. بسیاری فکر میکنند کافی است بزرگنمایی کنیم. اما بزرگنمایی به تنهایی مشکل را حل نمیکند. اگر یک جسم آنقدر دور باشد که فقط به صورت یک نقطه دیده شود، بزرگنمایی فقط همان نقطه را بزرگتر میکند، نه اینکه جزئیات تازهای آشکار شود. آنچه باید «تفکیکپذیری زاویهای» بالاست؛ یعنی توانایی جدا کردن دو نقطه بسیار نزدیک از هم.
تفکیکپذیری یک تلسکوپ به اندازه آینه یا دهانه آن بستگی دارد. رابطهای که به «حد داوز» معروف است نشان میدهد هرچه قطر آینه بزرگتر باشد، توان تفکیک بهتر میشود. وقتی اندازه ظاهری تیرکس را در این رابطه قرار دهیم، نتیجه تکاندهنده است: قطر آینه باید حدود ۳٫۲ ضربدر ۱۰ به توان ۱۶ متر باشد؛ یعنی چیزی در حدود ۳٫۴ سال نوری. برای مقایسه، فاصله زمین تا نزدیکترین منظومه ستارهای، یعنی آلفا قنطورس، حدود ۴٫۳ سال نوری است. یعنی آینهای لازم داریم که سهچهارم این فاصله را بپوشاند.
ساخت چنین تلسکوپی با فناوری امروزی حتی در حد خیال هم نیست. تازه اگر فرض کنیم آینه فقط یک میلیمتر ضخامت داشته باشد و از شیشه معمولی تلسکوپی ساخته شود، جرم آن به حدود ۱۰ به توان ۳۰ تن متریک میرسد؛ بیش از صد میلیون برابر جرم زمین. برای تأمین این مقدار ماده، احتمالاً باید سیارات سنگی بسیاری را در یک کهکشان از هم بپاشیم و دوباره ترکیب کنیم.
راهحل جایگزین، استفاده از «تداخلسنج نجومی» است؛ یعنی آرایهای از تلسکوپهای کوچکتر که در فاصلههای بسیار دور از هم قرار گرفتهاند و دادههایشان با روشهای ریاضی پیچیده ترکیب میشود تا رفتاری شبیه یک تلسکوپ به اندازه فاصله بین آنها داشته باشند. چنین سامانههایی امروز هم وجود دارند، اما در مقیاسی بسیار کوچکتر. با این حال، حتی اگر موجودات فضایی از این روش استفاده کنند، باز هم به آرایهای در مقیاس سالهای نوری نیاز دارند و مقدار ماده مورد نیاز همچنان نجومی است.
مشکل فقط ساختن تلسکوپ نیست. باید آن را بهدقت به سمت زمین نشانه رفت و برای مدت طولانی روی هدف ثابت نگه داشت. اما همه چیز در حال حرکت است: زمین به دور خود و خورشید میچرخد، خورشید در کهکشان حرکت میکند، کهکشان در کیهان در حال جابهجایی است و کهکشان آن موجودات فضایی هم حرکت میکند. از آن فاصله، حتی خورشید ما آنقدر کمنور است که تلسکوپی در حد تلسکوپ فضایی هابل ناتوان است آن را ببیند. حالا تصور کنید بخواهید حیوانی ۱۰ متری را روی سیارهای در کنار آن ستاره تشخیص دهید. کوچکترین اشتباهی ردیابی تصویر را کاملاً محو میکند. در مقیاسهایی به اندازه چند سال نوری، حتی اثرات نسبیت اینشتین هم باید در طراحی لحاظ شود.
مشکل اصلی در دیدن یک دایناسور از چنین فاصلهای نه بزرگنمایی، بلکه تفکیکپذیری زاویهای است؛ زیرا جسمی با آن اندازه به صورت یک نقطه دیده میشود
این همه محاسبه شاید بیشتر شبیه سرگرمی ذهنی باشد، اما نوتیفیکیشندهای واقعی دارد. یکی از اهداف جدی نجوم مدرن، دیدن جزئیاتی مانند ابرها، قارهها یا حتی نشانههای زیستی روی سیارات فراخورشیدی است؛ سیاراتی که به دور ستارههای دیگر میچرخند. برای اینکه بتوانیم مثلاً سطح سیارهای هماندازه زمین را در فاصله ۱۰ سال نوری تفکیک کنیم، به آرایهای از تلسکوپها نیاز داریم که صدها کیلومتر گسترده باشد. این عدد در مقایسه با چند سال نوری بسیار کوچک است، اما همچنان فراتر از توان فعلی ماست. با این حال، از نظر فیزیکی غیرممکن نیست؛ فقط به مهندسی پیشرفته و سرمایهگذاری بلندمدت نیاز دارد.
تصور کنید بتوانیم قارههای سیارهای در منظومهای دیگر را مستقیماً ببینیم. چنین تصویری نهتنها یک دستاورد علمی، بلکه یک لحظه تاریخی برای تمدن انسانی است. محاسبه اندازه تلسکوپی که بتواند تیرکس را از ۶۶ میلیون سال نوری دورتر ببیند، به ما نشان میدهد که طبیعت چه محدودیتهایی تعیین کرده است—و در عین حال، مرزهای توانایی فناوری را نیز روشن میکند. ما دایناسورها نیستیم؛ میتوانیم برنامهریزی کنیم، بسازیم و آینده را شکل دهیم. فقط باید ارادهاش را داشته باشیم.
