10.30 מצפים בחזית המחקר

אלה זמנים מרגשים לאסטרונומיה. טלסקופים גדולים חדשים נבנים, ונאס"א השלימה סדרה של טלסקופי חלל שכיסו את הספקטרום האלקטרומגנטי מהאינפרה-אדום הרחוק ועד קרני הגמא. הסוכנות שוקלת הצעות למיזמים חדשים ושאפתניים (שמוגבלים, כמו תמיד, בתקציב של כ-25 מיליארד דולר בשנה, שאינו גדל ואף קטן בערכו הריאלי). ה"חלון" הצר של האור הנראה נפתח לרווחה, ויש לנו גישה למידע אלקטרומגנטי בטווח של פי 10¹⁵ באורך הגל. אסטרונומים נמשכים לעתים קרובות אל ספר פראי, הרחק מהציוויליזציה, וחולמים כבר על הצעד הבא.

הטלסקופים הקרקעיים עברו תחייה בשנות ה-90 וה-2000, אחרי ארבעים שנה שבהן טלסקופ פאלומר של 5 מטרים (וטלסקופ רוסי של 6 מטרים, שנפגע בגלל אתר גרוע) היו הגדולים בעולם. נבנו יותר מתריסר טלסקופים אופטיים בקוטר 8 עד 10 מטרים, והם פועלים היום. העלות של טלסקופ גדלה מהר יותר מריבוע הקוטר: הכפלת הקוטר מגדילה את העלות פי 5 עד 6. חזית האסטרונומיה האופטית היא כמה פרויקטים לבניית טלסקופים בקוטר 20 עד 40 מטרים, שכל אחד מהם עולה מיליארד דולר ויותר. לטלסקופ מגלן הענק (GMT) יהיו שבע מראות בקוטר 8.4 מטרים, מסודרות כמו עלי כותרת סביב מראה מרכזית; כושר איסוף האור שלו יהיה כשל טלסקופ בקוטר 22 מטרים בערך, וכושר ההפרדה שלו כשל טלסקופ בקוטר 25.4 מטרים. המראות נוצקו ולוטשו באוניברסיטת אריזונה, והטלסקופ צפוי לצפות לראשונה בשמיים בצ'ילה בתחילת שנות ה-30. לטלסקופ שלושים המטרים (TMT) יהיו 492 מקטעי מראה, שיחד יוצרים צמצם של 30 מטרים. הוא מתוכנן לפסגת מאונה קיאה בהוואי, אבל הבנייה תקועה בגלל התנגדות של ילידי הוואי, שרואים בהר מקום קדוש. והגדול מכולם: מצפה הכוכבים הדרומי האירופי (ESO) בונה את הטלסקופ הגדול ביותר (ELT), שהמקטעים שלו יוצרים צמצם של 39 מטרים, והוא צפוי לצפות לראשונה בשמיים ב-2029. הענקים האלה הם מהמיזמים הטכנולוגיים השאפתניים ביותר שבני אדם ניסו אי פעם.

שוקלים גם טלסקופי חלל בקוטר 30 עד 100 מטרים. לטלסקופ כזה (בקוטר 100 מטרים) יהיה כושר איסוף אור גדול פי 1,700 בערך מזה של טלסקופ החלל האבל! בניית מראה גדולה כל כך תלויה בחומרים דקים אבל קשיחים, שאפשר לעצב בדיוק עדין בהרבה מעובי שערה. גם למצפים על הירח יש יתרונות גדולים לרוב סוגי התצפיות. טלסקופים אופטיים ואינפרה-אדומים על הירח יוכלו לאסוף נתונים בחושך מצוין, ברקע נמוך ובלי אטמוספירה שתעוות את התמונות. טלסקופי רדיו יוכלו לפעול בצד הרחוק של הירח – זה שתמיד מופנה מכדור הארץ (ולא "הצד האפל": גם בו יש יום ולילה) – בלי הפרעות רדיו מעשה ידי אדם. כבר יש תוכניות למצפים רובוטיים על הירח, שאולי יוצבו זמן קצר אחרי שתוקם על הירח תחנה קבועה, בעוד 20 עד 30 שנה.

בעזרת טכנולוגיות חדשות, האסטרונומים מקווים לקלוט לא רק את כל הספקטרום של הגלים האלקטרומגנטיים, אלא גם מסרים מהחלל שמגיעים לכדור הארץ בצורות אחרות. למשל, קרניים קוסמיות הן חלקיקים טעונים בעלי אנרגיה גבוהה, שנוצרים בחלקים רחוקים של הגלקסיה ומחוצה לה (המהירים ביותר מגיעים כנראה מגלקסיות אחרות). הן נעות במהירות קרובה מאוד למהירות האור, ויש להן אנרגיות גדולות פי מיליון ויותר מאלה שאפשר לייצר במאיצי החלקיקים הגדולים ביותר. הקרניים הקוסמיות בעלות האנרגיה הגבוהה ביותר הן פרוטונים שנעים כמעט במהירות האור, עם אנרגיית תנועה של כדור בייסבול שנזרק היטב! כשהן מגיעות לאטמוספירה העליונה, הן פוגעות באטומים של האוויר ויוצרות "מקלחות" של חלקיקים משניים. אפשר לאסוף את האור שנוצר במפלים האלה בגלאים אופטיים, וכך לעקוב אחרי פעילות הקרניים הקוסמיות. המתקן המוביל היום הוא מצפה פייר אוז'ה בארגנטינה, ליד הרי האנדים. הגלאי משתרע על פני 3,000 קילומטרים רבועים, וכ-500 מדענים מכ-100 מוסדות עובדים בו או משתפים את הנתונים שלו. זה המצפה הראשון שגדול מספיק כדי לקלוט קרניים קוסמיות בעלות אנרגיה גבוהה במיוחד, שהן נדירות מאוד.

אסטרונומים החלו לנסות לקלוט גם חלקיק זעיר ו"רפאי" שנקרא נייטרינו. החלקיקים הזעירים האלה נוצרים בליבות של כוכבים, בגלקסיות פעילות, וגם כשריד מהיקום המוקדם. כגלאים משמשים מכלים עצומים של נוזל, ומקווים לקלוט בהם את הבזק האור מהתנגשות נדירה של נייטרינו עם חלקיקים בנוזל. את הגלאים מציבים עמוק מתחת לים, מתחת להרים ובפירים של מכרות, כדי להגן עליהם מאותות של חלקיקים אחרים. אסטרונומיית הנייטרינים התחילה בתצפיות בנייטרינים מהשמש, וקיבלה דחיפה עצומה כשנקלט פרץ של נייטרינים מסופרנובה רחוקה, בענן המגלני הגדול, ב-1987. התחום עדיין בחיתוליו, והשיטה הטובה ביותר כיום ליצור גלאי בנפח גדול היא להשקיע אותו בקרח. מצפה אייסקיוב (IceCube) נמצא בקוטב הדרומי, ומשתמש בשרשראות של מכשירים שהורדו לבורות שהותכו בקרח, כדי ליצור גלאי בנפח של קילומטר מעוקב. יחד עם מתקנים דומים, בים התיכון ובאגם באיקל, הוא יוצר רשת עולמית של מצפי נייטרינים. ב-2018 הודיעו מדעני אייסקיוב שקלטו נייטרינו בעל אנרגיה גבוהה במיוחד מגלקסיה במרחק 3.7 מיליארד שנות אור – הפעם הראשונה שזוהה מקור של נייטרינו כזה בחלל הרחוק.

אולי האות האקזוטי ביותר מהחלל הוא גל כבידה. תורת היחסות הכללית, תורת הכבידה של איינשטיין, חוזה שתנועות מהירות ושינויים במצב החומר יפלטו גלי כבידה. גלי כבידה הם כמו אדוות במבנה של המרחב עצמו, והם נעים במהירות האור. הקונגרס האמריקאי מימן פרויקט שאפתני לגלות גלי כבידה. הם חשובים משום שהם פותחים חלון חדש אל היקום, שאינו תלוי בשום סוג של קרינה אלקטרומגנטית. גלי כבידה נוצרים במותם של כוכבים, באינטראקציות בין חורים שחורים, ובהתנהגות של היקום כולו כשהיה קטן וצפוף, לפני מיליארדי שנים.

מצפה גלי הכבידה באינטרפרומטריית לייזר (LIGO) מגלה גלי כבידה כשהוא מודד שינויים זעירים בזמן שלוקח לאור לעבור בין מראות שבקצות שתי זרועות ניצבות, באורך 4 קילומטרים כל אחת. זה הניסוי הפיזיקלי המדויק ביותר שנבנה אי פעם: הוא מחפש שינוי באורך הזרועות של כחלק אחד ב-10²¹ – פחות מאלפית מקוטר של פרוטון! האתגר הוא לסנן את הרעידות הבלתי נמנעות של כדור הארץ, ולהגביר את האות האסטרונומי הזעיר כדי שאפשר יהיה לגלות אותו. ל-LIGO יש שני מתקנים זהים, באזורים שקטים מבחינה גיאולוגית בשני צדי ארצות הברית: אחד במדינת וושינגטון והשני בלואיזיאנה. שני גלאים מאפשרים לוודא, לפי ההתאמה בין האותות, שאין זה סתם רעש, והפרש הזמנים ביניהם נותן מידע על כיוון המקור. אחרי שלב הנדסי מוצלח (2002–2010) ושדרוג, קלט LIGO לראשונה גלי כבידה בספטמבר 2015 (ההכרזה – בפברואר 2016): הצלחה מדהימה, בהתחשב באתגר ההנדסי. אסטרונומיית גלי הכבידה פרחה בעשור האחרון, עם מאות גילויים של מיזוגים של חורים שחורים ושל כוכבי נייטרונים. LIGO שודרג ברגישותו, ואליו הצטרפו Virgo באיטליה ו-KAGRA ביפן, ויחד הם יוצרים רשת עולמית. היקום מלא באותות כבידה מאסונות אסטרונומיים – מסופרנובות ועד התנגשויות של כוכבי נייטרונים ושל חורים שחורים – והגילוי שלהם הוא אחת החזיתות המרגשות ביותר באסטרונומיה.

→ הסעיף הקודם: 10.29 שטח איסוף וכושר הפרדה  |  הסעיף הבא: 11.1 השמש ←