في قلب ولاية أريزونا، وتحديداً فوق "فوهة النيزك" (Meteor Crater) الشهيرة، تعمل محطة كاميرات متطورة لرصد "الكرات النارية" في السماء. تساهم هذه المحطة في أبحاث علمية تهدف إلى اكتشاف وفهم الشهب، وهي جزيئات صغيرة من الحطام الكوكبي التي تضرب الغلاف الجوي للأرض بسرعة تتجاوز 20,000 ميل في الساعة.
كجزء من مشروع كاميرات مرصد لويل لمراقبة الشهب في جميع أنحاء السماء (LO-CAMS)، ترصد الكاميرات الآلية في المحطة وميض الشهب أثناء دخولها الغلاف الجوي للأرض. Tru Vue® زجاج UltraVue®® الزجاج الرقائقي يحمي هذا النظام كاميرات المحطة الـ 16 المثبتة أثناء تسجيلها ومعالجة الصور في ظل ظروف قاسية.
التعلم مع مشروع LO-CAMS
يقع مرصد لويل في مدينة فلاجستاف بولاية أريزونا، وهو مؤسسة بحثية مستقلة غير ربحية تتمثل مهمتها في استكشاف الكون ومشاركة اكتشافاتها مع الجميع — من الزملاء المتخصصين والجمهور العام إلى الأجيال القادمة. تأسس المرصد عام 1894 على يد بيرسيفال لويل، ويُعد من بين أقدم المراصد في الولايات المتحدة ومعلماً تاريخياً وطنياً مسجلاً. وتشمل الأبحاث الحالية للمرصد دراسة الأجرام الصغيرة في النظام الشمسي، مثل المذنبات والكويكبات والشهب.
تحظى الكويكبات والشهب باهتمام خاص من قِبل عالم الفلك الدكتور نيك موسكوفيتز، من مرصد لويل وقائد مشروع LO-CAMS، حيث يقول: 'إن تصميم وتنفيذ مشروع LO-CAMS يرتكز على مشروع CAMS الناجح للغاية'.
تم تصميم وبناء نظام 'كاميرات مراقبة الشهب في كامل السماء' (CAMS) في عام 2010 من قبل الدكتور بيتر جينيسكنز، من معهد 'SETI' في ماونتن فيو، كاليفورنيا. تعمل شبكة المحطات التي تدعم نظام CAMS على تأكيد ورصد زخات الشهب، وربط تيارات الشهب بأجرام أصلية محددة (مثل المذنبات والكويكبات) في الفضاء. كما يهدف المشروع إلى تسهيل استعادة النيازك في الحالات النادرة لظهور الكرات النارية الكبيرة، وهي أي شهب يسجل لمعانها درجة تفوق لمعان كوكب الزهرة.
يقول موسكوفيتز: 'بشكل عام، يُعد نظام CAMS نظاماً ناجحاً للغاية، حيث تم رصد أكثر من نصف مليون شهاب منذ عام 2010'. ويُقدر أن ما يصل إلى 300 شهاب في الليلة الواحدة قد يتم تسجيلها بواسطة كاميرات الكرات النارية التابعة لمشروع LO-CAMS في شمال أريزونا، بما في ذلك المحطة الموجودة في 'فوهة النيزك' (Meteor Crater).
يوضح موسكوفيتز قائلاً: 'تسمح لنا محطات الكاميرات المتعددة بتحديد مواقع الشهب المرصودة عبر عملية «التثليث» (Triangulation)، مما يُمكّننا من قياس سرعتها عند دخولها غلافنا الجوي، والارتفاع الذي تحترق عنده، والزاوية التي تضرب بها الغلاف الجوي'. ويضيف: 'يوفر هذا مساراً ثلاثي الأبعاد لحركة شهاب معين عبر الغلاف الجوي، مما يسمح لنا بإجراء إسقاط عكسي لمعرفة مكان نشأته في النظام الشمسي. وبالنسبة لتلك الشهب الكبيرة بما يكفي لتنجو من رحلة العبور عبر الغلاف الجوي، يمكننا إجراء إسقاط أمامي لتوقع المكان الذي قد تهبط فيه أي نيازك (أي صخور) على سطح الأرض'.
مقاومة العوامل الجوية في فوهة النيزك (Meteor Crater)
يدير مشروع LO-CAMS الآن أربعاً من هذه المحطات، بما في ذلك الإضافة الجديدة في 'فوهة النيزك' (Meteor Crater) خارج مدينة وينسلو بولاية أريزونا. تكونت فوهة النيزك قبل 50,000 عام عندما سافر كويكب يزن مئات الآلاف من الأطنان عبر الفضاء واصطدم بالأرض. وقد تسبب هذا الجسم المصطدم في إزاحة ما بين 300 إلى 400 مليون طن من الصخور ليخلق فوهة بعمق 570 قدماً وعرض 4,100 قدم. واليوم، يقدم 'مركز استكشاف الزوار' في فوهة النيزك للجمهور واحداً من أكثر العروض التفاعلية شمولاً في العالم حول علم اصطدام النيازك، بالإضافة إلى جولات سياحية مصحوبة بمرشدين حول حافة الفوهة.
"يصف موسكوفيتز الموقع قائلاً: 'إن أكثر البقاع التي تعصف بها الرياح في ولاية أريزونا هي تلك الزاوية في مركز زوار فوهة النيزك حيث تم تركيب محطة الكاميرات؛ فهي عرضة لرياح بقوة الإعصار، والحرارة الشديدة، والأمطار، والثلوج. وبالإضافة إلى هذه الظروف القاسية، تقع المحطة على ارتفاع شاهق حيث تشتد كثافة الأشعة فوق البنفسجية بشكل كبير'. ويضيف: 'كان لزاماً علينا بناء المحطة لتصمد أمام كل هذه العوامل الجوية، مع ضمان عدم وجود أي انعكاسات داخلية ناتجة عن الزجاج، ولا سيما في الليالي التي يكون فيها القمر بدراً'.
قام فريق LO-CAMS بتقييم خيارات متنوعة من المواد وأساليب الإنشاء لابتكار حاويات محكمة الإغلاق ومقاومة للعوامل الجوية لحماية الكاميرات المثبتة بداخلها. ويشير موسكوفيتز قائلاً: 'تمثل أحد العوامل الدافعة في تصميم LO-CAMS في الاعتماد الكلي على مكونات جاهزة (متوفرة تجارياً) ذات تكلفة منخفضة نسبياً؛ فنحن قادرون على إجراء أبحاث علمية مثيرة للاهتمام باستخدام أدوات قياسية ومعتادة'.
إنشاء محطة الكاميرا
وكما هو حال أغلبنا اليوم، بدأ فريق LO-CAMS رحلة البحث عبر الإنترنت. ومن خلال التواصل مع شركة Tru Vue، وجد موسكوفيتز أن يادين لاروشيت، مسؤولة التواصل مع المتاحف والحفاظ على التراث، كانت مرحبة ومتجاوبة للغاية مع التطبيق الفريد لهذا المشروع. وأثنى عليها موسكوفيتز قائلاً: 'كانت يادين حريصة جداً على تقديم المساعدة، وكان التعامل معها رائعاً حقاً'.
تقول لاروشيت: 'إن المزايا ذاتها التي تجعل من زجاج ®UltraVue الرقائقي خياراً مثالياً لتأطير وعرض مجموعات التراث الثقافي والفنون الجميلة، هي التي دفعت العلماء المبتكرين في مرصد لويل لاختياره لهذا التطبيق الفريد'.
وتوضح (لاروشيت) قائلة: 'إن الطلاء المضاد للانعكاس الخاص بنا والركيزة الزجاجية فائقة النقاء (Water White) يوفران ألواناً في غاية الوضوح ونفاذية فائقة للضوء، مع حجب ما يصل إلى 99% من الأشعة فوق البنفسجية، لضمان تجربة رؤية مثالية. كما أنه مقاوم للتحطم لتوفير مستويات فائقة من الأمان والحماية، مما يضمن سلامة الكاميرات في حال كسر الزجاج أو تضرره إلى حين استبداله'. وبفضل تصميمه الهندسي الذي يركز على الأداء والمتانة، يُعد زجاج UltraVue الرقائقي مثالياً للحاويات التي تُستخدم لفترات زمنية طويلة.
يؤكد موسكوفيتز مجدداً قائلاً: 'بناءً على جميع الأبحاث التي أجريناها، يتمتع زجاج UltraVue الرقائقي بالمتانة والجودة التي نطلبها. فجودته البصرية العالية تجعل الانعكاسات منعدمة تماماً تقريباً، كما أنه يحجب الأشعة فوق البنفسجية ويحمي الكاميرات من العوامل الجوية القاسية'.
يوفر زجاج ®UltraVue الرقائقي نافذة محكمة الإغلاق لـ 16 كاميرا وللإلكترونيات المرتبطة بها والمثبتة داخل هيكل من الألمنيوم الملحوم. ومن أجل تصنيع هذه الوحدات، يشير موسكوفيتز إلى مورد آخر تم اختياره بطريقة إبداعية: 'تعتبر فلاجستاف أقرب مدينة رئيسية لـ «الأخدود العظيم» (جراند كانيون)، حيث توجد شهرة واسعة لرياضة التجديف النهري. وقد عقدنا شراكة مع Artisan Metal Works، وهي ورشة محلية متخصصة في صناعة صناديق شديدة المتانة مخصصة للتجديف النهري. وتتميز هذه الحاويات بأنها محكمة الإغلاق ومقاومة تماماً لتسرب المياه والعوامل الجوية، وهو ما يتناسب تماماً مع متطلباتنا أيضاً'.
من خلال الجمع بين صلابة ومتانة Tru Vue UltraVue Laminated Glass وهيكل الألومنيوم الخاص بشركة Artisan Metal Works، تم تركيب محطة الكاميرا ذات الكرات النارية شديدة التحمل في أبريل 2018 في مركز زوار Meteor Crater. وتمت برمجة الكاميرات لتعمل بشكل مستقل وبأقل قدر من الصيانة، وتسجل الكاميرات أكثر من 50 جيجابايت من البيانات كل ليلة. كل صباح، تنقل المحطة اللقطات إلى فريق LO-CAMS لمساعدتهم على إجراء المزيد من البحث وفهم النيازك، ومشاركة اكتشافاتهم في نهاية المطاف مع الجميع.
"يؤكد موسكوفيتز قائلاً: 'لقد كانت إضافة محطة فوهة النيزك (Meteor Crater) إلى شبكتنا إضافة ملموسة؛ فقبل شهرين فقط كنا نسجل حوالي 70 شهاباً في الليلة، أما الآن فنحن نسجل بانتظام أكثر من 150 شهاباً كل ليلة'.
فيما يلي مقطع فيديو لبعض عمليات الرصد الأخيرة. ويوضح موسكوفيتز المزيد قائلاً: «في الفيديو، النقاط الثابتة هي نجوم في الخلفية، والنمط المرقط هو مجرد ضجيج في الصورة (Image Noise)، وإذا نظرت عن كثب، يمكنك رؤية الشهب وهي تمر كخطوط مضيئة عبر المجال. وفي الواقع، هناك شهابان قرب نهاية الفيديو، يتحركان باتجاه وسرعة متماثلين تماماً، مما يشير إلى أنهما نشآ على الأرجح من نفس الكويكب أو المذنب الأم. كانت هذه الشهب ساطعة بما يكفي لرؤيتها بالعين المجردة، رغم أنها جزيئات لا يتجاوز حجمها حجم حبة الرخام الصغيرة. لقد اصطدمت بالغلاف الجوي بسرعات هائلة (تتجاوز 20,000 ميل في الساعة) لدرجة أنها تبخرت تماماً لحظة الارتطام، وهذا هو التفسير العلمي للوميض الذي نراه.
إننا نتطلع بشوق إلى كافة النتائج العلمية المذهلة التي سيثمر عنها هذا المشروع في السنوات القادمة.
لمزيد من المعلومات حول مرصد لويل وأبحاثه وبرنامجه العام، يرجى الاطلاع على www.lowell.edu. لعرض Meteor Crater، خطط للزيارة بالبدء من الساعة http://meteorcrater.com. لمعرفة المزيد حول بيانات مشروع LO-CAMS، يرجى الاطلاع على http://cams.seti.org/FDL/index-LOCAMS.html