اخترشناسان چگونه با تلسکوپ فضایی جیمز وب ارتباط برقرار می‌کنند

تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) بزرگترین و قدرتمندترین رصدخانه فضایی است که تا به حال توسعه یافته و در مدار قرار گرفته است. از این تلسکوپ به عنوان شگفتی مهندسی قرن بیست و یکم یاد می‌شود. وب از زمان راه‌اندازی، توانایی خود را با نگاه کردن عمیق‌تر به کیهان اولیه و کشف اسرار پیرامون آن دوره، ثابت کرده است. این تلسکوپ در فاصله نزدیک به 1.5 میلیون کیلومتری از زمین، به دور نقطه لاگرانژ 2 خورشید-زمین می‌چرخد. اما اخترشناسان ساکن در زمین چگونه از چنین فاصله‌ای با جیمز وب ارتباط برقرار می‌کنند؟ برای پاسخ به این سوال با اِروتِک همراه باشید.

به صورت خلاصه، اخترشناسان از شبکه فضایی عمیق (DSN) استفاده می‌کنند که به آن‌ها اجازه می‌دهد تا هر زمان که جیمز وب با آنتن‌های DSN تماس پیدا کرد، دستوراتی را به رصدخانه فضایی ارسال و تله‌متری (داده‌های علمی) را دریافت کنند.

سندی کوان، مدیر رابط مأموریت وب در DSN، در یک نوشته رسمی گفت:

هر تصویر مسحورکننده از وب که چشمان ما را مجذوب کرده است، بدون پشتیبانی آنتن‌ها و پرسنل DSN، این ستون فقرات ارتباطات بین سیاره‌ای، امکان‌پذیر نبود.

آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا (JPL) در کالیفرنیای جنوبی عمدتاً DSN را مدیریت و کنترل می‌کند.

ارتباط با جیمز وب از طریق DSN

آنتن‌های DSN به دقت در سه مکان مجزا در سراسر سیاره قرار گرفته‌اند که هر کدام حدود 120 درجه از هم فاصله دارند. این آنتن‌ها در گلدستون (کالیفرنیا)، کانبرا (استرالیا) و مادرید (اسپانیا) قرار دارند. از آنجایی که زمین در حال چرخش است، شبکه آنتن‌ها دانشمندان را قادر می‌سازد تا تقریباً در هر زمانی از روز با وب ارتباط برقرار کنند.

با وجود این، ارتباط با وب هنوز به‌صورت 24 ساعته از طریق DSN امکان‌پذیر نیست. با توجه به فاصله تلسکوپ از زمین، فرآیند ارتباط بین تلسکوپ و DSN کاملاً متفاوت و دشوار است.

کارلی بوسلی، مدیر ارشد برنامه وب در موسسه علوم تلسکوپ فضایی (STScI) گفت:

به طور متوسط، مرکز عملیات مأموریت وب حداقل 2 تا 3 بار در یک دوره 24 ساعته با رصدخانه ارتباط برقرار می‌کند. مدیران برنامه در موسسه علوم تلسکوپ فضایی (STScI) با برنامه‌ریزان ماموریت در JPL برای ایجاد این تماس‌ها همکاری می‌کنند. آنها مکان رصدخانه، در دسترس بودن شبکه فضایی عمیق (DSN) و الزامات مشاهدات علمی را در نظر می‌گیرند. تأسیسات دینامیک پرواز مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا نیز ردیابی “دوره‌های مشاهده”، زمانی را که وب در مدار خود رو به زمین است و از هر یک از سه ایستگاه DSN جداگانه قابل مشاهده است، حفظ می‌کند. این به ما کمک می‌کند تا با وب در ارتباط باشیم.

آنتن های مختلف سایت های DSN

بر اساس اسناد رسمی، سایت‌های DSN به آنتن‌هایی با اندازه‌های مختلف، از جمله ۷۰ متر، ۳۴ متر و ۲۶ متر مجهز شده‌اند. ایستگاه‌های DSN از طریق آنتن‌های 34 متری با وب ارتباط برقرار کرده و آنتن‌های 70 متری نیز به عنوان پشتیبان عمل می‌کنند.

وب بیشتر به فرکانس های رادیویی باند S و Ka وابسته است

همه دستورات از طریق باند S با پهنای باند پایین به وب ارسال می‌شوند. همچنین از این باند برای دریافت داده‌های تله متری در مورد سلامت و ایمنی کلی تلسکوپ و همچنین برای تعیین محدوده و موقعیت و مسیر وب استفاده می‌شود.

بوسلی در ادامه توضیح داد:

ما از باند Ka برای دانلود داده‌های علمی و مهندسی ذخیره‌شده و مقداری تله‌متری از فضاپیما استفاده می‌کنیم. اگر از باند S برای اتصال داده استفاده می‌کردیم، بارگیری داده‌های هر روزه، حدود چند روز طول می‌کشید. اما باند Ka زمان بسیار کمتری می‌برد و معمولاً می‌توانیم تمام داده‌های ذخیره‌شده را در چند ساعت دانلود کنیم.

دانشمندان تاکید می‌کنند که مواقعی وجود دارد که تماس برقرار شده با وب، کوتاه و گاهی حتی طولانی است. اکثر تماس با وب از طریق DSN بین دو تا شش ساعت طول می‌کشد.

از آنجایی که این تلسکوپ به‌طور مداوم در حال انجام مشاهدات علمی و جمع‌آوری داده‌ها به صورت 24 ساعته است، بسیار مهم است که تا آنجا که ممکن است داده‌ها را در هر یک از این تماس‌ها دانلود کنیم. در مواقعی که هیچ ارتباطی وجود ندارد، تلسکوپ به‌تنهایی به انجام مشاهدات علمی ادامه می‌دهد.

این داده‌ها در یک هارد موجود در وب ذخیره شده و در تماس بعدی با آنتن‌های DSN به پایین لینک می‌شوند. پس از اینکه مرکز عملیات وب در STScI داده‌ها را دریافت و آنها را برای پردازش و کالیبراسیون در مرکز بایگانی تلسکوپ فضایی Barbara A. Mikulski وارد کرد، ناظران داده‌های مشاهدات خود را دریافت خواهند کرد.

منبع: Interestingengineering