המסע אל המקום השקט ביותר במערכת השמש בחיפוש אחר הרגע שבו הכל התחיל
- גור זיו
- לפני 7 דקות
- זמן קריאה 6 דקות
האם אנחנו עומדים לפענח את התעלומה הגדולה ביותר של הקוסמוס? טלסקופ LuSEE-Night צפוי לנחות בצד הרחוק של הירח במטרה אחת: להקשיב ל"לחישות" מהתקופה שבה היקום היה חשוך לחלוטין. במקום שבו אין רדיו, אין טלוויזיה ואין הפרעות אנושיות, המדע מחפש את התשובה לשאלה - איך הכל התחיל?
תארו לעצמכם עולם ללא אור. לא חושך של לילה גלילי או מדברי, אלא עלטה מוחלטת, קוסמית, שנמשכה מאות מיליוני שנים. זהו אינו תיאור של מיתוס בריאה עתיק, אלא פרק ממשי והכרחי בהיסטוריה של היקום שלנו, תקופה שהמדע מכנה "העידן החשוך" (Cosmic Dark Ages). במשך מאות מיליוני שנים לאחר המפץ הגדול, היקום היה מלא בערפל סמיך של גז מימן ניטרלי, ללא כוכב אחד שיאיר את החשיכה, ללא גלקסיות וללא חורים שחורים. הטלסקופים החזקים ביותר שבנינו, כולל ג'יימס וב, מסוגלים להביט אחורה בזמן עד לרגע שבו הכוכבים הראשונים החלו לנצנץ, אך הם עיוורים לחלוטין למה שקרה לפני כן. כדי לראות את הבלתי נראה, המדע זקוק לחוש אחר - לא ראייה של אור נראה או אינפרה-אדום, אלא שמיעה של גלי רדיו בתדר נמוך מאד. וכדי לשמוע את הלחישות העדינות הללו מהעבר הרחוק, האנושות נאלצה להרחיק עד למקום השקט ביותר במערכת השמש: הצד הרחוק של הירח.
המשימה LuSEE-Night (Lunar Surface Electromagnetics Experiment-Night), פרויקט משותף של נאס"א ומחלקת האנרגיה של ארצות הברית (DOE), היא לא פחות מהימור טכנולוגי ומדעי כביר. הטלסקופ, שמתוכנן לנחות בצד הרחוק של הירח, אינו דומה לצלחות הרדיו הענקיות שאנו מכירים מכדור הארץ. זהו מכשיר קומפקטי המצויד בארבע אנטנות באורך שלושה מטרים כל אחת, המונחות בצורת צלב, ומטרתו אחת: לתפקד כ"גשש" שיסלול את הדרך לדור חדש של אסטרונומיה רדיו-קוסמולוגית. הצד הרחוק של הירח (המכונה לעיתים בטעות "הצד האפל") הוא המקום היחיד בסביבתנו הקרובה המוגן באופן טבעי מפני ה"רעש" האלקטרומגנטי הבלתי פוסק של כדור הארץ. האטמוספירה שלנו, יחד עם שידורי רדיו, טלוויזיה, מכ"מים ולוויינים, יוצרים זיהום רדיו כה כבד, שקליטת אותות חלשים מהיקום המוקדם מתוכו היא כמו ניסיון לשמוע לחישה של אדם בודד בתוך אצטדיון כדורגל רועש בשיא המשחק.
האות ש-LuSEE-Night יחפש הוא "קו ה-21 סנטימטר" של המימן הניטרלי. כאשר היקום התפשט והתקרר, אטומי המימן פלטו קרינה חלשה מאד באורך גל של 21 ס"מ. בגלל התפשטות היקום, הגלים הללו נמתחו לאורך מיליארדי שנים בתהליך המכונה "הסחה לאדום", והיום הם מגיעים אלינו כגלי רדיו בתדרים נמוכים במיוחד, מתחת ל-100 מגה-הרץ. "אנחנו מחפשים סימן של מבנה ביקום לפני שהיה מבנה," מסביר ד"ר אנז'ה סלוסאר (Anže Slosar), קוסמולוג מהמעבדה הלאומית ברוקהייבן ואחד המוחות מאחורי הפרויקט. "אם נצליח למדוד את התדרים הללו, נוכל להבין לא רק איך המימן התנהג, אלא גם איך כוח הכבידה החל לעצב את היקום ומה היה תפקידו של החומר האפל באותם רגעים קריטיים".
האתגרים ההנדסיים העומדים בפני LuSEE-Night הם כמעט בלתי נתפסים. הירח הוא סביבה עוינת שאינה סולחת על טעויות, במיוחד במהלך הלילה הלונארי שנמשך 14 ימי ארץ. בפרק זמן זה, הטמפרטורות צונחות למינוס 170 מעלות צלזיוס, ואין טיפת אור שמש שתוכל להטעין את הפאנלים הסולאריים. המכשיר חייב להיות מסוגל לשרוד את הקור הקיצוני הזה כשהוא מסתמך על סוללות בלבד, תוך שמירה על רגישות מכשירים גבוהה מספיק כדי לקלוט אותות שהם חלשים פי מאה מיליון מהרעשים שמייצר הטלסקופ עצמו. "מבחינה טכנית, LuSEE-Night הוא פלא הנדסי", מסבירה קאיה רוטרמונד (Kaja Rotermund), חוקרת מהמעבדה הלאומית לורנס ברקלי (LBNL). "אנחנו לא רק בונים טלסקופ רדיו; אנחנו בונים מכונה שיכולה לתפקד בבידוד מוחלט ובקרה תרמית קיצונית, בלי יכולת לתקשר עם כדור הארץ בזמן אמת כשהירח נמצא בדרכנו".
ד"ר סטיוארט בייל (Stuart Bale) מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי, אחד החוקרים הראשיים במשימה, מציין כי החשיבות של LuSEE-Night חורגת מעבר לאיסוף נתונים גרידא. "אנחנו פותחים חלון חדש לחלוטין ליקום", הוא אומר. "עד היום, כל מה שאנחנו יודעים על היקום המוקדם מגיע מקרינת הרקע הקוסמית, שהיא מעין תמונת מצב של תינוק בן רגע, או מהתצפיות של טלסקופ ג'יימס וב על הגלקסיות הראשונות. העידן החשוך הוא החלק החסר בפאזל, הזמן שבו חומר אפל והליום החלו להתגבש למבנים הראשונים. LuSEE-Night הוא הניסיון הראשון שלנו לראות את הדינמיקה של הזמן הזה". בייל מדגיש כי הצד הרחוק של הירח הוא "סביבה בתולית", וכי זוהי הזדמנות אחרונה אולי לפני שהירח עצמו יהפוך ליעד מסחרי ורועש.
אחד ההיבטים המרתקים ביותר במחקר, כפי שפורסם ב-The Open Journal of Astrophysics, הוא המתודולוגיה של הניסוי. אותן ארבע אנטנות בצורת צלב אינן סטטיות; הן מותקנות על גבי פלטפורמה מסתובבת (Turntable). הסיבוב הזה אינו מקרי; הוא נועד לאפשר לחוקרים לבודד את האות הקוסמי מהרעש הגלקטי של שביל החלב. אנז'ה סלוסאר מתאר זאת כחיפוש אחר מחט בערימה של שחת, כשערימת השחת עצמה זזה ללא הרף. "האות מהעידן החשוך חלש כל כך, שאנחנו חייבים להשתמש במודלים סטטיסטיים מתוחכמים ביותר כדי להפריד אותו מהקרינה של הגלקסיה שלנו. LuSEE-Night הוא למעשה ניסוי בפיזיקה בסיסית במסווה של משימת חלל".
אחד האתגרים הגדולים ביותר של המשימה הוא העובדה שהטלסקופ אינו יכול לתקשר ישירות עם כדור הארץ. מכיוון שהוא יימצא בצד הרחוק, אין קו ראייה ישיר לשידור נתונים. כאן נכנסת לתמונה לוויינות הממסר, כמו ה-Lunar Pathfinder של סוכנות החלל האירופית, שמשמשת כ"מתווכת" בין הטלסקופ לבין תחנות הקרקע בבית. הנתונים ש-LuSEE-Night יאסוף מוקלטים בזמן אמת ומשודרים ב"פולסים" קצרים ברגע שהלוויין חולף מעליו. רמת הדיוק הנדרשת מהספקטרומטר של המכשיר היא פנומנלית; עליו להבחין בין האות הקוסמי החלש לבין רעשים פנימיים של המכשור עצמו ובין הקרינה שמגיעה מגלקסיית שביל החלב שלנו, שגם היא נחשבת ל"רעש" עבור הקוסמולוגים המחפשים את העידן החשוך.
מדענים שלא היו מעורבים ישירות בבניית המכשיר, כמו פרופסור ג'ק ברנס (Jack Burns) מאוניברסיטת קולורדו בולדר, רואים ב-LuSEE-Night הוכחת היתכנות קריטית לעתיד האסטרונומיה. "במשך עשרות שנים חלמנו על הצבת רדיו-טלסקופ על הירח", אמר ברנס בראיון ל-Science. "טלסקופ LuSEE-Night הוא הצעד הראשון. אם הוא יצליח לשרוד את הלילה הלונארי ולספק נתונים נקיים, זה יסלול את הדרך להקמת מערכים גדולים הרבה יותר שיוכלו למפות את היקום המוקדם ברזולוציה חסרת תקדים". ברנס מוסיף כי היכולת לעבוד בצד הרחוק של הירח היא הנכס האסטרטגי הגדול ביותר של הקהילה המדעית במאה ה-21.
פרופסור אבי לייב מהרווארד, שהדגיש לא פעם את החשיבות של אסטרונומיה ירחית, ציין כי "חקר העידן החשוך הוא החזית האחרונה של הקוסמולוגיה התצפיתית. אם נבין מה קרה שם, נוכל לבדוק תיאוריות על אינפלציה קוסמית וחומר אפל שאין לנו שום דרך לבדוק כיום". לדבריו, LuSEE-Night הוא הצעד הראשון לקראת הקמת "מערך רדיו ירחי" - רשת של אלפי אנטנות שתכסה קילומטרים על גבי הירח ותהפוך אותו לעין הגדולה ביותר של האנושות אל עבר ראשית הזמן.
הסיפור של LuSEE-Night הוא לא רק סיפור על ברגים, אנטנות וטמפרטורות קפואות. זהו סיפור על המאמץ האנושי להבין את השורשים שלנו. כשאנחנו מביטים בירח בלילה, אנחנו רגילים לראות בו שכן קרוב ושקט, אך LuSEE-Night מזכיר לנו שהירח הוא גם חללית גיאולוגית הנושאת אותנו אל העבר הרחוק ביותר. המשימה הזו, שצפויה לנחות על הירח כחלק מתוכנית CLPS (Commercial Lunar Payload Services) של נאס"א, מייצגת שילוב של חדשנות מסחרית ומחקר מדעי טהור. היכולת להנחית מכשור כה רגיש על הירח באמצעות חברות פרטיות היא כשלעצמה מהפכה שמאפשרת לנו להגיע למקומות שפעם היו נחלתם של תקציבי ענק ממשלתיים בלבד.
המשמעות של מה ש-LuSEE-Night עשוי למצוא היא מטלטלת. אם האות מהעידן החשוך יהיה שונה ממה שהמודל הסטנדרטי של הפיזיקה חוזה, זה עשוי להצביע על קיומה של "פיזיקה חדשה". ייתכן שהחומר האפל התנהג אחרת משחשבנו, או שהיו כוחות נוספים שפעלו ביקום המוקדם ועדיין לא התגלו. "זהו מסע אל הלא נודע במובן העמוק ביותר שלו," אומר סלוסאר. "אנחנו לא רק בונים טלסקופ, אנחנו בונים מכונה שתגיד לנו אם התיאוריות שלנו על היקום בכלל נכונות". עבור צוות החוקרים, כל יום שבו המכשיר ישרוד את הקור הירחי וישלח נתונים הוא ניצחון הנדסי ומדעי.
המשימה הזו מייצגת את החיבור המושלם בין טכנולוגיה קצה לבין שאלות קיומיות עמוקות. אנחנו חיים בעידן שבו הירח הופך מ"מאור בלילה" למעבדה המדעית החשובה ביותר של המאה ה-21. LuSEE-Night הוא עדות לכך שכדי להבין את המקומות הרחוקים ביותר והזמנים העתיקים ביותר, אנחנו חייבים קודם כל ללמוד איך לשבת בשקט ולהקשיב. הצד הרחוק של הירח מעניק לנו את השקט הזה, ובשנים הקרובות, הנתונים שיזרמו מאותן ארבע אנטנות צנועות עשויים לשכתב את ספרי הפיזיקה והאסטרונומיה.
השלב הבא, כפי שמתכננת נאס"א, הוא שימוש בלקחים של LuSEE-Night להקמת מצפי כוכבים קבועים על הירח כחלק מתוכנית ארטמיס (Artemis). הירח כבר אינו רק יעד לביקור, אלא פלטפורמה שתאפשר לנו להביט אל עבר התקופה שבה האור הראשון עוד לא נולד, ולפענח את הסודות של הערפל הקוסמי שממנו צמחנו כולנו. כפי שסיכם זאת סטיוארט בייל: "אנחנו נמצאים בפתחו של תור זהב חדש באסטרונומיה. הפעם, אנחנו לא מסתכלים על הכוכבים, אנחנו מסתכלים על מה שהיה שם לפניהם".
מקורות:
תגובות