أسترو سات، المُطلق في 28 سبتمبر 2015 بخمسة أجهزة، يعمل منذ عقد، والتقط ضوءا فوق بنفسجي متطرفا من مجرة تبعد 9.3 مليار سنة ضوئية، وقاس استقطاب الأشعة السينية من نابض السرطان

أسترو سات، الذي تصفه ISRO بأنه أول مهمة هندية مخصصة لعلم الفلك، في المدار منذ عشر سنوات. فقد رفعه صاروخ PSLV-C30 من سريهاريكوتا في 28 سبتمبر 2015، وتدرس أجهزته الخمسة الأجرام نفسها في الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي والأشعة السينية في الوقت نفسه. والتقط تلسكوبه فوق البنفسجي ضوءا فوق بنفسجي متطرفا من مجرة تبعد 9.3 مليار سنة ضوئية، وقاست كاميرا الأشعة السينية فيه كيف تستقطب الأشعة السينية الصادرة عن نابض السرطان في كل دورة من دورات النابض البالغة 33 ميلي ثانية.

ما صعد في 28 سبتمبر 2015

تعطي صفحة مهمة ISRO أسترو سات كتلة إقلاع قدرها 1,515 كيلوغراما ومدارا على ارتفاع 650 كيلومترا يميل 6 درجات عن خط الاستواء. وكانت PSLV-C30 الرحلة الحادية والثلاثين لمركبة الإطلاق القطبية PSLV ونجاحها الثلاثين على التوالي. ووضعت في المدار أيضا ستة أقمار أصغر من كندا وإندونيسيا والولايات المتحدة، فصار المجموع سبعة. وطارت لاحقا مركبة PSLV أخرى بـ104 أقمار في إطلاق واحد، وقد عرضناه في مقال PSLV-C37.

بعد الانفصال انفتح لوحا أسترو سات الشمسيان تلقائيا. وذهبت الأشهر الستة الأولى في فحص الحمولات ومعايرتها، وبدأت الرصدات العلمية بعد ذلك، بحسب ISRO. ويدير القمر مجمع عمليات المهمة التابع لشبكة القياس عن بعد في ISRO في بنغالورو. ويعالج مركز بيانات علوم الفضاء الهندي في بيلالو قرب بنغالورو ما ترسله الحمولات الخمس ويحفظه ويوزعه. وحُدد الحد الأدنى للعمر المفيد بخمس سنوات. أما المرصد الشمسي لـ ISRO، أديتيا-إل1، فأُطلق عام 2023.

وتسرد ISRO خمسة أهداف علمية: فهم العمليات عالية الطاقة في أنظمة النجوم الثنائية التي تضم نجوما نيوترونية وثقوبا سوداء، وتقدير المجالات المغناطيسية للنجوم النيوترونية، ودراسة مناطق ولادة النجوم والعمليات عالية الطاقة في أنظمة النجوم خارج درب التبانة، واكتشاف مصادر جديدة للأشعة السينية تسطع لفترة وجيزة، وإجراء مسح عميق محدود للسماء في الأشعة فوق البنفسجية.

خمسة أجهزة على قمر واحد

فكرة أسترو سات هي التزامن. فكثير من الأجرام يتغير سطوعه في ثوان أو ساعات، ولذلك فإن النظر إلى جرم في الأشعة فوق البنفسجية اليوم وفي الأشعة السينية الشهر المقبل لا يبين ما كان يفعله في لحظة واحدة. وتصف صفحة مهمة ISRO هذه بأنها السمة الفريدة للمهمة: رصدات متزامنة لجرم واحد عبر الطيف من قمر واحد.

يصوّر التلسكوب فوق البنفسجي (UVIT) في الأشعة فوق البنفسجية البعيدة (من 130 إلى 180 نانومترا) والأشعة فوق البنفسجية القريبة (من 200 إلى 300 نانومتر) والضوء المرئي (من 320 إلى 550 نانومترا)، وفي كل قناة كاشف يعدّ الفوتونات. وقطر التلسكوب 38 سنتيمترا، ويقول بيان ISRO عن نتيجة AUDFs01 إن UVIT بنته فرق من IIA وIUCAA وTIFR في الهند ووكالة الفضاء الكندية، بقيادة شيام تاندون من IUCAA. ولا يمكن رؤية الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الفضاء من الأرض، لأن الغلاف الجوي للأرض يمتصها.

تلسكوب الأشعة السينية الرخوة (SXT) تلسكوب أشعة سينية مركِّز بكاميرا CCD تغطي من 0.3 إلى 8 كيلوإلكترون فولت. والكيلوإلكترون فولت (keV) هو وحدة الطاقة التي يستخدمها علماء الأشعة السينية، والرقم الأعلى يعني أشعة سينية أصلب وأكثر اختراقا. أما عدادات الأشعة السينية التناسبية واسعة المساحة (LAXPC) فهي ثلاثة كواشف متطابقة لمدى من 3 إلى 80 keV، بمساحة فعالة تزيد على 8,000 سنتيمتر مربع بين 5 و30 keV. وهي لا تصنع صورا. وإنما تسجل كيف يتغير السطوع الكلي لمصدر ما داخل مجال رؤية قدره درجة واحدة.

أما كاميرا الكادميوم والزنك والتيلوريد (CZTI) فهي كاميرا أشعة سينية صلبة لمدى من 10 إلى 100 keV تكوّن صورا خشنة عبر قناع مشفَّر، وهو لوح من مربعات مفتوحة ومسدودة يكشف نمط ظلها من أين جاءت الأشعة السينية. ويضم كاشفها 16,384 بكسل. ويغطي راصد السماء الماسح (SSM) من 2.5 إلى 10 keV ويبحث عن عابرات أشعة سينية جديدة وهو يراقب المصادر المعروفة. وينبه راصد صغير للجسيمات المشحونة الأجهزة حين يمر القمر بمناطق فيها جسيمات عالية الطاقة.

من بنى ماذا، والسنوات الخمس عشرة التي استغرقها

تقول مذكرة ISRO بمناسبة الذكرى العاشرة إن مراكز ISRO (URSC وLEOS وSAC وVSSC وPRL) ومعاهد البحث (TIFR وIIA وIUCAA) طورت أربعا من الحمولات الخمس، مع وكالة الفضاء الكندية شريكا في UVIT وجامعة ليستر في المملكة المتحدة شريكا في SXT.

ويعطي أ. ر. راو من TIFR، الذي كان الباحث الرئيسي في CZTI، التقسيم في تاريخه لعلم الفلك الفضائي في TIFR عام 2023. فقد تولى TIFR المسؤولية الأولى عن تسليم LAXPC وSXT وCZTI. وكان IIA في بنغالورو مسؤولا عن UVIT. وعمل IUCAA في بونه على SSM وCZTI، وRRI في بنغالورو على LAXPC، وPRL في أحمد آباد على جانب الاستقطاب في CZTI. وصُمم SSM وبُني وسُلم في مركز ISRO للأقمار الصناعية، وجُمع CZTI واختُبر في VSSC في ثيروفانانثابورام. ويضيف بيان ISRO عن عمل CZTI أن SAC في أحمد آباد وفّر برمجيات تحليله وأن IUCAA صمم قناعه المشفَّر ويشغل مركز عمليات الحمولة.

ويكتب راو أن المشروع نال موافقة مبدئية عام 2000 وموافقة رسمية عام 2003، مع استهداف إطلاق عام 2006، وأن إنجازه استغرق خمس عشرة سنة. ويسمي ب. س. أغراوال من TIFR وس. ن. تاندون من IUCAA قوتين دافعتين له. وعن كيف بدأت ISRO نفسها، انظر مقال فيكرام سارابهاي.

مجرة تسرّب ضوءا فوق بنفسجيا متطرفا

النتيجة التي تضعها ISRO أولى بين اكتشافات أسترو سات هي رصد AUDFs01، وهي مجرة تبعد 9.3 مليار سنة ضوئية، في الحقل الذي صوّره تلسكوب هابل الفضائي بوصفه حقله العميق المتطرف. وأعلنها فريق بقيادة كاناك ساها من IUCAA، مع زملاء في الهند وسويسرا وفرنسا والولايات المتحدة واليابان وهولندا، في نيتشر أسترونومي في 24 أغسطس 2020.

والضوء المعني هو انبعاث متصل ليمان (Lyman continuum)، أي إشعاع مؤين من نجوم فتية يمكنه أن ينزع الإلكترونات من ذرات الهيدروجين. ويريد علماء الفلك أن يعرفوا أي الأجرام أنتج ما يكفي منه لإنهاء العصور المظلمة الكونية، بعد الانفجار العظيم بمئات الملايين من السنين. ويُمتص كل هذا الضوء تقريبا بغاز داخل المجرة أو في الطريق إلى الأرض، ولذلك فإن رصد أي قدر منه نادر. وتذكر الورقة كسر هروب يزيد على 20 في المئة، أي أن أكثر من خُمس الضوء المؤين خرج، من مجرة ضئيلة الكتلة عند انزياح أحمر قدره 1.42. ويقول المؤلفون إن مُسرّبات كهذه وُجدت عند انزياحات حمراء دون 0.4 وبين 2.5 و3.5، لكن ليس على هذه المسافة الوسطى، قرب ذروة تكوّن النجوم الكوني.

ويقتبس بيان ISRO قول ساها إن الفريق توقع أن يجد صعوبة في إقناع الآخرين بأن UVIT سجل الانبعاث “في حين لم يسجله HST الأقوى”، وينسب الرصد إلى خلفية كاشف UVIT الأدنى من خلفية كواشف هابل. ويُقتبس عن آن فيرهام من مرصد جنيف قولها إن AUDFs01 يعطي أول قيد رصدي في هذا النطاق من الأشعة فوق البنفسجية المتطرفة.

وتذكر متابعة لسوراج ديوار وساها وزملاء، نُشرت في يناير 2024 وقُبلت في مجلة Astrophysical Journal Letters، انبعاث ليمان المتصل من تسع مجرات ونواة مجرية نشطة واحدة عند انزياحات حمراء تبلغ نحو 1.1 إلى 1.6 في حقل عميق آخر، بكسور هروب تبلغ نحو 10 إلى 55 في المئة.

استقطاب الأشعة السينية من نابض السرطان ومن دفقات أشعة غاما

الاستقطاب هو الاتجاه الذي يتذبذب فيه المجال الكهربائي للموجة الضوئية، وهو يحمل معلومات عن المجالات المغناطيسية قرب المصدر. وتقول رواية ISRO إن استقطاب الأشعة السينية رُصد من سديم السرطان عام 1975 ولم يُرصد من أي مصدر آخر منذ ذلك الحين، لأن قياسه شديد الصعوبة.

وتقيسه كاميرا CZT بعدّ فوتونات الأشعة السينية التي تتشتت بين بكسلين متجاورين. فإذا اصطفت الأزواج في اتجاه واحد أكثر مما تسمح به الصدفة، فالأشعة السينية مستقطبة. واختبر الفريق، بقيادة سانتوش فاداوالي من PRL في أحمد آباد، الطريقة على الأرض قبل الإطلاق، ورصد نابض السرطان نحو ثمانية عشر شهرا، ودمج بيانات أُخذت بفارق أشهر. ولإبقاء التوقيت دقيقا إلى حد الميكروثواني تتبع تلسكوب جاينت ميترويف الراديوي قرب بونه وتلسكوب أوتي الراديوي نبضات النابض الراديوية وزوّدا الفريق بنموذج زمني. وظهرت الورقة في نيتشر أسترونومي في نوفمبر 2017.

وكانت النتيجة أن الاستقطاب تغير أكثر ما يكون في الجزء “خارج النبضة” من الدورة، حين لم يكن متوقعا أي إسهام من النابض. ويُقتبس عن ديبانكار بهاتاتشاريا من IUCAA في بيان ISRO قوله إن النتيجة تخبر المنظّرين أن إصدار النابض يمتد إلى ما كان يُظن أنه منطقة خارج النبضة.

ويعمل CZTI كذلك راصدا واسع الزاوية لدفقات أشعة غاما، وهي ومضات وجيزة من أشعة غاما تصل من اتجاهات عشوائية. وحلل فريق يضم فاداوالي وبهاتاتشاريا الدفقات الـ11 الأسطع التي التقطها في سنته الأولى. أظهرت خمس منها استقطابا عند نحو 3 سيغما أو أكثر، وواحدة عند نحو 2 سيغما، وأعطت الخمس الأخرى حدودا عليا فقط، في المدى من 100 إلى 300 keV. وتقول الورقة في Astrophysical Journal عام 2019 إن هذه العينة أصغر من أن تفصل بين نماذج متنافسة لكيفية إشعاع الدفقات، وإن مزيدا من الرصدات ينبغي أن يساعد.

فراشة، ونجم استعاد شبابه، ودوران الثقوب السوداء

يسجل أرشيف ISRO لصورة الشهر عدة نتائج لـ UVIT من علماء فلك في IIA. فقد صوّر ن. كاميشوارا راو وزملاء سديم الفراشة NGC 6302 على بعد نحو 3,800 سنة ضوئية. وفي الأشعة فوق البنفسجية البعيدة يمتد الغاز إلى 5.5 سنة ضوئية من المركز، أي نحو ثلاثة أضعاف الامتداد الذي يُرى في الضوء المرئي. وهم ينسبونه إلى جزيئات هيدروجين أثارها النجم المركزي، ويقترحون أنه قد يشير إلى نجمين في المركز. وظهر العمل في Astronomy & Astrophysics عام 2018.

واستخدمت سنيهالاتا ساهو وزملاء UVIT على العنقود الكروي NGC 5466 على بعد نحو 52,000 سنة ضوئية. ووجدوا أن نجما أزرق شاردا، أي نجما يبدو أصغر من جيرانه، اكتسب كتلة من رفيق صار قزما أبيض. وتقول صفحة ISRO إنه ثاني زوج من هذا النوع فقط معروف في عنقود كروي.

وتسرد مذكرة ISRO بمناسبة الذكرى العاشرة أيضا أول نتيجة علمية، وهي لغز يخص نجما عملاقا أحمر شديد السطوع في الأشعة فوق البنفسجية وتحت الحمراء معا، إضافة إلى اندماجات المجرات وما تسميه ثقوبا سوداء شديدة سرعة الدوران. ويضيف تاريخ راو أن LAXPC رصد الثقب الأسود GRS 1915+105 مرات عدة ووجد حالة وسيطة جديدة، وأن SXT قاس الانبعاث الإكليلي من النجوم، وأن البيانات المشتركة من LAXPC وSXT ساعدت في قياس دوران الثقوب السوداء.

من يستطيع استخدام البيانات

فتحت ISRO أرشيف أسترو سات للجمهور في 26 سبتمبر 2018، مع بيانات الحمولات الخمس كلها عبر بوابة AstroBrowse التابعة لـ ISSDC. ويُخصص وقت الرصد عبر دعوات لتقديم المقترحات تسمى إعلانات الفرص، وقد كانت مفتوحة للعلماء الهنود والدوليين. وتدير ISRO وIUCAA خلية دعم لأسترو سات في بونه لمساعدة المقترحات والبيانات. وتعطي إرشادات ISSDC كل فريق مقدِّم فترة حصرية مدتها 12 شهرا، تُحسب من اليوم الذي تصله فيه البيانات المعالجة، وبعدها تُفتح البيانات المؤرشفة للمستخدمين المسجلين.

وتحصي مذكرة ISRO بمناسبة الذكرى العاشرة قرابة 3,400 مستخدم مسجل من 57 بلدا، وتقول إن أسترو سات أدخل أبحاث الفيزياء الفلكية إلى 132 جامعة هندية، وإن نحو نصف المستخدمين علماء وطلاب هنود.

بعد عشر سنوات

أحيت ISRO الذكرى العاشرة في 28 سبتمبر 2025 وقالت إنه رغم أن أسترو سات تجاوز عمره التصميمي بكثير، فإن أجهزته العلمية الخمسة كلها تعمل بصورة مرضية. وتقول صفحة مؤرخة في 29 يناير 2026 إن مركز U. R. Rao للأقمار الصناعية ينظم مؤتمرا دوليا في بنغالورو لاستعراض النتائج العلمية ومناقشة التحديات التقنية والنظر في الاتجاهات المستقبلية.

ويكتب راو في تاريخه عام 2023 أن النتائج حتى الآن، على أهميتها، تفتقر إلى وقع عدد خاص من Astrophysical Journal Letters، وأن سهولة أكبر في الوصول إلى البيانات وبرمجيات تحليل أرقى قد تحققان استفادة أكبر من القدرات المتخصصة للأجهزة. وتقول مذكرة ISRO بمناسبة الذكرى إن المرصد يُتوقع أن يواصل إنتاج نتائج جديدة في السنوات المقبلة.