چرا رصد پلوتون بسیار دشوار است؟

اگر دقت کرده باشید، هفت روز هفته نیز براساس این اجرام آسمانیِ قابل روئیت با چشم غیرمسلح، نام‌گذاری شده‌اند، شنبه براساس نام زحل و دوشنبه براساس نام ماه و سه‌شنبه براساس نام مریخ. سایر روزها نیز اساس نام‌گذاری مشابهی دارند.

اما چرا سایر سیاره‌ها را نمی‌توان مشاهده کرد؟ اورانوس در سال ۱۷۸۱ میلادی و نپتون در سال ۱۸۴۶ میلادی کشف شده‌اند. اما پلوتون چطور؟ حتما می‌دانید که پلوتون به عنوان یک سیاره طبقه‌بندی نمی‌شود اما یک جرم آسمانی نزدیک به زمین ما است. پلوتون نیز در سال ۱۹۳۰ میلادی توسط کلاید تامبا کشف شده است.

اطلاعات ما در مورد پلوتون به تخمینی از جرم و مسیر مدار آن محدود می‌شوند. جنس سطح آن چیست و چه ویژگی‌هایی دارد؟ شکل آن چگونه است؟ این اطلاعات کم، به سختی رصد پلوتون برمی‌گردد و حتی تلسکوپ فضایی هابل نیز بهترین عکسی که از آن گرفته است به شکل زیر است:

این سختی در رصد سه دلیل دارد:

روشنایی

یک مثال ساده برای درک بهتر می‌زنیم. سیب قرمز رنگی را به محیطی بدون نور و روشنایی ببرید و به آن نگاه کنید. رنگ آن چه تغییری کرده است؟ ممکن است در نگاه اول بگویید که سیب دیده نمی‌شود اما در واقع رنگ آن سیاه شده است و به این دلیل سیب قرمزی که در دست دارید قابل تشخیص نخواهد بود.

این آزمایش ساده نشان می‌دهد که برای دیدن سیب نیاز به نور دارید، نوری که از سطح سیب بازتاب کرده و به چشمان شما برسد. این روشی است که ما اکثر اشیا را می‌بینیم اما تنها روش آن نیز نیست، برخی دیگر از اشیا مانند خورشید نور خود را تولید می‌کنند و این نور به چشم ما می‌رسد. اما پلوتون مانند سیب است و برای اینکه دیده شود نیاز است تا نور به سطح آن تابیده و سپس بازتاب کند.

منبع تامین نوری که این وظیفه را برای پلوتون ایفا می‌کند، نوری است که از سمت خورشید به آن می‌تابد اما در این میان نیز مشکلی وجود دارد. نور خورشید به صورت یکسان در تمام جهت‌ها تابیده می‌شود، در واقع خورشید یک کره است که از سطح آن نور تابیده می‌شود. چون سطح کره با توان دوم شعاع آن در ارتباط است، اگر فاصله از خورشید دو برابر شود، شدت نور به یک چهارم کاهش خواهد یافت.

پلوتون در فاصله‌ای بسیار دور از خورشید واقع شده است. فاصله‌ی پلوتون از خورشید حدود ۳۰ تا ۵۰ برابر فاصله‌ی زمین تا خورشید است و در نتیجه نوری که به آن می‌رسد، شدت بسیار کمی دارد. اما این پایان ماجرا نیست چرا که مقداری از نور تابیده شده به سطح پلوتون جذب شده و مقدار دیگری بازتاب می‌یابد، این مقدار بازتاب یافته نیز باید مسیری بسیار طولانی را طی کند تا به زمین برسد. در واقع شدت این نور بسیار ناچیز خواهد بود.

میزان روشنایی پلوتون با معیار قدر ظاهری، عددی بین ۱۳.۶۴ و ۱۶.۳ است. قدر ظاهری معیاری برای سنجش روشنایی ستارگان و سیاره‌ها که در سالیان دور توسط منجمان یونانی تعیین شده است. این معیار، روشنایی را به شش گروه تقسیم می‌کند که عدد یک به روشن‌ترین و شش به جرمی با کم‌ترین روشنایی اختصاص می‌یابد. تغییرات جدید انجام شده بر روی این معیار بیان می‌کنند که با افزایش یک واحدی آن، میزان روشنایی با توان ۲.۵۱۲ کاهش می‌یابد. یعنی ستاره‌ای با قدر ظاهری یک، صد برابر روشن‌تر از ستاره‌ای با قدر ظاهری شش است. پلوتون در بهترین حالت قدر ظاهری ۱۳.۶۴ دارد که بسیار کم‌تر از مقداری است که چشم غیرمسلح می‌تواند آن را ببیند.

آیا راه‌حلی برای این مشکل وجود دارد؟ برای حل این مشکل باید نور بیشتری از شی موردنظر دریافت کرد. با استفاده از ابزار نوری با شعاع بالا از جمله تلسکوپ‌ها با آینه‌های وسیع می‌توان به این هدف رسید.

احتمالا دوربین‌های چشمی در خانه داشته باشید. در شب ابتدا به نقطه‌ای از آسمان با چشمان خود نگاه کنید، سپس با دوربین چشمی خود به همان نقطه خیره شوید. این‌ بار ستاره‌های بیشتری خواهید دید چرا که قطر لنز مورد استفاده در این دوربین بسیار بیشتر از مردمک چشم انسان است و می‌تواند نور بیشتری به خود جذب کند.

اما مشکل دیگری به نام آلودگی نوری، در این راه وجود دارد. ما انسان‌ها در طول شب از نور مصنوعی برای روشن کردن محل سکونت خود استفاده می‌کنیم و این نور علاوه بر این که زمین را روشن می‌کند، فضا را نیز روشن خواهد کرد البته باشدتی بسیار کم‌تر. این نور در فضا و آسمان می‌پیچد و دیدن اجرام آسمانی کم‌ نور را دشوارتر می‌کند. سه راه‌حل برای این مشکل وجود دارد: ۱) نورها را خاموش کنیم. ۲) مانند بسیاری از تلسکوپ‌های مدرن، از ارتفاعات زیاد مانند بالای کوه‌ برای رصد استفاده کنیم. ۳) یا به محلی برویم که هوایی ندارد، مانند تلسکوپ فضایی هابل.

بزرگنمایی

حال اگر مشکل تلسکوپ بزرگ حل شده و توانسته‌اید به ارتفاعی بروید که آلودگی نور وجود ندارد می‌توانید پلوتون را رصد کنید؟ جواب منفی است. چرا که برای اطلاعات دقیق‌تر نیاز به بزرگنمایی پلوتون خواهید داشت. پس باید با بزرگنمایی دقیق بتوانید این جرم آسمانی را واضح‌تر مشاهده کنید.

رزولوشن

اگر سوراخ کوچکی روی یک صفحه‌ی فلزی ایجاد کنید و نوری از آن عبور دهید، این نور بر روی دیوار شکل دایره‌ای ایجاد می‌کند. اگر نوری از فضای دور دست برسد همان شکل کلی دایره‌ای را خواهد داشت اما با کیفیت و رزولوشن بسیار کم‌تر، این کاهش رزولوشن بدلیل پدیده‌ی شکست نور است.

به عنوان مثالی دیگر، فرض کنید در کنار ساحلی قرار دارید و حرکت امواج به سمت ساحل را تماشا می‌کنید. حال فرض کنید دیواری در نزدیکی ساحل قرار دارد و شکستگی کوچکی روی آن ایجاد شده است. اگر از پشت دیوار به همان امواج نگاه کنید، شکلی مانند تصویر زیر را خواهید دید:

نور مرئی نیز در گذر از یک درگاه دچار خمیدگی می‌شود و میزان شکست آن به طول موج نور بستگی دارد. نور مرئی طول موج ۵۰۰ نانومتری دارد. برای این‌که شکست محسوسی در نور مرئی مشاهده کنید، باید سوراخ بسیار کوچک داشته باشید و یا به نور از فاصله‌ی نزدیک نگاه کنید.

این مشکل را نیز می‌توان حل کرد و با بزرگ کردن قطر تلسکوپ قادر خواهید بود از پس این مشکل نیز برآیید. اگر محاسبات مورد نیاز را انجام دهید، متوجه خواهید شد که برای دیدن پلوتون نیاز به تلسکوپی سه هزار متری خواهید داشت. این مقدار بزرگ به معنای ایجاد مشکل دیگری در این راه است هرچند این مشکل نیز راه‌حل‌هایی دارد.

چگونه می‌توان تصاویری بهتر از پلوتون بدست آورد؟

مطمئنا تا به حال متوجه شده‌اید که بهترین راه برای حل تمامی مشکلات مذکور، نزدیک شدن به پلوتون است و این ماموریتی است که فضا پیمای جدید ناسا به نام هورایزن آن را در پیش گرفته است.

فضا پیمای هورایزن مسیر نزدیک شدن به پلوتون را طی می‌کند و البته در حال حاضر به اندازه‌ی کافی به پلوتون نزدیک شده است تا بتواند تصاویری بهتر از تلسکوپ هابل در اختیار ما قرار دهد. این تلسکوپ امروز به فاصله‌ای کمتر از ۲۷ هزار کیلومتری پلوتون رسیده است.

اگر این فضاپیما به پلوتون برسد چه اتفاقی خواهد افتاد؟ چه عکس‌هایی از آن خواهیم دید؟ همه‌ی این سوالات جذابیت ماموریت هورایزن را دو چندان می‌کنند.