أستروبولس

📅 آخر تحديث: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

أستروبلس هو مشروع حوسبة تطوعي يهدف إلى البحث عن الثقوب السوداء البدائية والنجوم النابضة والذكاء خارج الأرض . تُستغل موارد المتطوعين من خلال منصة بيركلي للبنية التحتية المفتوحة للحوسبة الشبكية (BOINC). في عام ١٩٩٩، أطلق مختبر علوم الفضاء مشروع SETI@home ، الذي اعتمد على شبكة من أجهزة الكمبيوتر المكتبية حول العالم لتوفير حوسبة متوازية ضخمة. يستخدم SETI@home البيانات المسجلة من تلسكوب أريسيبو الراديوي ويبحث عن إشارات راديوية ضيقة النطاق من الفضاء، مما يدل على وجود تكنولوجيا خارج الأرض. وسرعان ما أُدرك أنه يمكن استخدام هذه البيانات نفسها للبحث عن إشارات أخرى ذات قيمة لمجتمع علم الفلك والفيزياء.

تطوير

على مدى ست سنوات تقريبًا، ظل مشروع Astropulse في مرحلة تجريبية (بيتا) غير متاحة لعموم المستخدمين. في يوليو 2008، تم دمج Astropulse في مشروع SETI@home، ليتمكن المشاركون في SETI من المساهمة في البحث عن إشارات فلكية أخرى ذات قيمة. يُسهم Astropulse أيضًا في البحث عن الكائنات الفضائية: أولًا، يعتقد القائمون على المشروع أنه قد يُحدد نوعًا مختلفًا من إشارات الكائنات الفضائية لم يُحدده خوارزمية SETI@home الأصلية؛ ثانيًا، يعتقدون أنه قد يُقدم دعمًا إضافيًا لمشروع SETI من خلال توفير نتيجة ملموسة ثانية محتملة من مشروع البحث ككل.

كان التطوير النهائي لبرنامج Astropulse عمليةً ذات شقين. تمثلت الخطوة الأولى في إكمال نواة Astropulse المكتوبة بلغة C++ والقادرة على تحديد النبضة المستهدفة بنجاح. بعد إتمام هذا البرنامج، أنشأ الفريق مجموعة بيانات تجريبية تحتوي على نبضة مخفية، وقد نجح البرنامج المكتمل في العثور عليها، مما يؤكد قدرة نواة Astropulse على تحديد النبضات المستهدفة بكفاءة. منذ يوليو 2008، ركز البحث على سلسلة من التحسينات على النسخة التجريبية، والتي يتم طرحها لاحقًا لجميع المشاركين في مشروع SETI. على مستوى البرمجة، يسعى المطورون أولًا إلى ضمان توافق الإصدارات الجديدة مع مختلف المنصات، وبعد ذلك يتم تحسين النسخة المُحسّنة لزيادة سرعتها. اعتبارًا من أبريل 2009، يخضع برنامج Astropulse لاختبارات النسخة التجريبية 5.05.

يعتمد مستقبل المشروع على استمرار تمويل مشروع SETI@home.

تعتمد فكرة مشروع BOINC على تقسيم كتل البيانات الكبيرة إلى وحدات أصغر، يمكن توزيع كل منها على محطات العمل المشاركة. ولتحقيق هذه الغاية، بدأ المشروع بدمج نواة Astropulse في عميل SETI التجريبي، وبدأ بتوزيع بيانات حقيقية، مقسمة إلى وحدات عمل Astropulse، على فريق من المختبرين التجريبيين. ويكمن التحدي في ضمان عمل نواة Astropulse بسلاسة على مجموعة واسعة من أنظمة التشغيل. ويركز البحث الحالي على تطبيق تحسينات على الخوارزمية للقضاء على النتائج الإيجابية الخاطئة أو تقليلها.

البحث العلمي

يبحث مشروع Astropulse عن النبضات المفردة والنبضات المتكررة بانتظام. تمثل هذه التجربة استراتيجية جديدة للبحث عن ذكاء خارج الأرض (SETI)، إذ تفترض وجود نبضات زمنية بالمايكروثانية بدلاً من النبضات الأطول أو الإشارات ذات النطاق الضيق. وقد يكتشف المشروع أيضاً النجوم النابضة والثقوب السوداء البدائية المتفجرة ، وكلاهما يُصدر نبضات قصيرة واسعة النطاق. يتمثل الهدف الرئيسي لخوارزمية Astropulse الأساسية في إزالة التشتت المتماسك للنبضات الراديوية بالمايكروثانية التي يبحث عنها المشروع. يحدث تشتت الإشارة عندما تمر النبضة عبر بلازما الوسط بين النجوم (ISM)، لأن الإشعاع عالي التردد ينتقل بسرعة أكبر قليلاً من الإشعاع منخفض التردد. [ 2 ] وبالتالي، تصل الإشارة إلى التلسكوب الراديوي مشتتة تبعاً لكمية بلازما الوسط بين النجوم بين الأرض ومصدر النبضة. تتطلب عملية إزالة التشتت موارد حاسوبية كبيرة، مما يجعلها مناسبة لنموذج الحوسبة الموزعة.

يستفيد مشروع Astropulse من قوة الحوسبة الموزعة لمشروع SETI@home، حيث يُوزّع المهام الحسابية الفرعية على أجهزة كمبيوتر مئات الآلاف من المتطوعين، لتحقيق مزايا في الحساسية والدقة الزمنية مقارنةً بالمسوحات السابقة. تتعرض النبضات ذات النطاق الترددي العريض لظاهرة " التشويه " أثناء مرورها عبر الوسط بين النجوم؛ أي أن الترددات العالية تصل مبكرًا والترددات المنخفضة تصل لاحقًا. وبالتالي، بالنسبة للنبضات ذات المحتوى الترددي واسع النطاق، يُشير التشتت إلى أصل الإشارة خارج كوكب الأرض. يبحث مشروع Astropulse عن نبضات ذات مقاييس تشتت تتراوح من50 قطعة / سم 3  إلى800  pc/cm −3 (معدلات الترددات)7000 هرتز  إلى400  هرتز لكل ميكروثانية)، مما يسمح بالكشف عن المصادر في أي مكان تقريبًا داخل مجرة ​​درب التبانة .

يعتقد مؤيدو المشروع أن أستروبولس سيكتشف إما الثقوب السوداء المتفجرة، أو سيحدد معدلًا أقصى لـ5 × 10 −14 pc −3 yr −1  ، أي أفضل بمعامل 10 4 من أي مسح سابق. [ 3 ]

التحديات

يواجه أي مشروع في علم الفلك الراديوي مشكلات ناتجة عن التداخل، وتزداد هذه التحديات صعوبةً عندما تكون إشارات الهدف ضعيفة أو عابرة. يمكن "حجب" ضوضاء الرادار العسكري، التي تحدث بانتظام ولها مدة معروفة، عند مصدر التلسكوب الراديوي. وقد استُكشفت في الأدبيات العلمية تقنيات متنوعة لتطوير خوارزميات تكشف مصادر الرادار التي لا يمكن حجبها بهذه الطريقة وتأخذها في الحسبان. [ 4 ]

نتائج

بدأ مشروع Astropulse عملياته الحاسوبية في منتصف يوليو 2008. اعتبارًا من يناير 2009 استُخدمت النتائج بطرقٍ متنوعة. عمل فريق التطوير، بمساعدة متطوعين، على ضمان فعالية البرنامج على نطاق واسع من أنظمة التشغيل. جرى تحسين الكود البرمجي وتطويره لتقليل وقت الحساب على محطة العمل المحلية. حُلّلت النتائج لتعديل الخوارزميات وتقليل النتائج الإيجابية الخاطئة التي قد تنتج عن التداخل أو الضوضاء الخلفية العشوائية. حتى الآن، لم يتم العثور على إشارة الهدف.

اكتشاف النبض المحتمل

يتمثل أحد أهداف مشروع Astropulse في رصد الثقوب السوداء المصغرة المفترضة التي قد تتبخر بفعل " إشعاع هوكينغ ". يُفترض أن هذه الثقوب السوداء المصغرة [ 5 ] قد تشكلت خلال الانفجار العظيم، على عكس الثقوب السوداء المعروفة حاليًا. يأمل مشروع Astropulse أن يُنتج هذا التبخر موجات راديوية يمكن لـ Astropulse رصدها. لن يُنتج التبخر موجات راديوية مباشرة، بل سيُنتج كرة نارية متوسعة من أشعة غاما عالية الطاقة وجسيمات. ستتفاعل هذه الكرة النارية مع المجال المغناطيسي المحيط، دافعةً إياه للخارج ومولدةً موجات راديوية. [ 6 ]

تُعدّ الظواهر الراديوية العابرة الدوّارة (RRATs) نوعًا من النجوم النيوترونية، اكتشفها عام 2006 فريق بقيادة مورا ماكلولين من مرصد جودريل بانك التابع لجامعة مانشستر في المملكة المتحدة. يُعتقد أن هذه الظواهر تُصدر انبعاثات راديوية يصعب تحديد موقعها نظرًا لطبيعتها العابرة. [ 7 ] وقد تمكّنت الجهود المبكرة من رصد انبعاثات راديوية (تُسمى أحيانًا ومضات RRAT ) [ 8 ] لأقل من ثانية واحدة يوميًا، وكما هو الحال مع إشارات النبضات الفردية الأخرى، يجب توخي الحذر الشديد لتمييزها عن التداخل الراديوي الأرضي. لذا، قد يُسهم استخدام الحوسبة الموزعة وخوارزمية Astropulse في الكشف عن المزيد من الظواهر الراديوية العابرة الدوّارة.

رُصدت نبضات ذات أصل خارج المجرة في البيانات المؤرشفة. ويُرجّح حدوث مئات من هذه النبضات يوميًا، وإذا ما رُصدت، يُمكن استخدامها كأدوات لدراسة الكون. تُتيح مسوحات النجوم النابضة الراديوية، مثل Astropulse-SETI@home، إحدى الفرص النادرة لرصد السماء الراديوية بحثًا عن أحداث نبضية سريعة مدتها أجزاء من الألف من الثانية. [ 9 ] ونظرًا لطبيعة هذه الظاهرة المنعزلة، يبقى مصدرها محل تكهنات. وتشمل الاحتمالات تصادم ثقب أسود مع نجم نيوتروني ، أو تصادم نجمين نيوترونيين، أو تصادم ثقبين أسودين، أو ظاهرة أخرى لم تُدرس بعد.

ومع ذلك، في عام 2010، صدر تقرير جديد عن 16 نبضة مماثلة من تلسكوب باركس والتي كانت بوضوح ذات أصل أرضي. [ 10 ]

ركزت عمليات البحث السابقة التي أجراها مشروع SETI@home على البحث عن اتصالات خارج كوكب الأرض عبر إشارات ضيقة النطاق، على غرار محطات الراديو الخاصة بنا. ويرى مشروع Astropulse أن هذا النهج قد يكون محدودًا بعض الشيء، نظرًا لجهلنا التام بكيفية تواصل الكائنات الفضائية. لذا، يمكن اعتبار مسح Astropulse مكملاً لمسح SETI@home ذي النطاق الضيق، كونه نتاجًا ثانويًا للبحث عن الظواهر الفيزيائية.

اكتشف كارل ج. جانسكي (1905-1950) إشعاع الترددات الراديوية القادم من الفضاء الخارجي لأول مرة ، حيث عمل مهندسًا للراديو في مختبرات بيل للهواتف لدراسة تداخل الترددات الراديوية الناتج عن العواصف الرعدية. ووجد "صوتًا ثابتًا يشبه الهسهسة، مجهول المصدر"، والذي استنتج لاحقًا أنه ذو أصل خارج الأرض. وقد اكتشف علماء الفلك الراديوي النجوم النابضة (نجوم نيوترونية دوارة) والكوازارات (مراكز كثيفة في مجرات بعيدة للغاية). وفي عام 2003، اكتشف علماء الفلك باستخدام تلسكوب باركس الراديوي نجمين نابضين يدوران حول بعضهما البعض، وهو أول نظام معروف من نوعه. في معرض شرحه لاكتشافهم الأخير لمصدر راديوي قوي متفجر، صرّح عالم الفلك الدكتور جوزيف لاتسيو من مختبر الأبحاث البحرية (NRL) قائلاً: [ 11 ] "من المثير للدهشة أنه على الرغم من أن السماء معروفة بأنها مليئة بالأجسام العابرة التي تبعث أطوال موجية من الأشعة السينية وأشعة غاما، إلا أنه لم يُبذل سوى القليل جدًا للبحث عن الانفجارات الراديوية، والتي غالبًا ما يكون من الأسهل على الأجسام الفلكية إنتاجها." وقد يؤدي استخدام خوارزميات إزالة التشتت المتماسكة وقوة الحوسبة التي توفرها شبكة SETI إلى اكتشاف ظواهر لم تُكتشف من قبل.

علم الفلك في المدارس

يُقدّم مشروع Astropulse وشريكه الأقدم SETI@home طريقة عملية لمعلمي العلوم في المدارس الثانوية لإشراك طلابهم في علم الفلك والحوسبة. كما تُدير عدد من المدارس مشاريع تطوعية في مجال الحوسبة.

مراجع

  1. ↑ "نسخة مؤرشفة" . مؤرشفة من الأصل بتاريخ 2013-04-04 . تم الاطلاع عليها بتاريخ 2012-05-30 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title ( link )
  2. ↑ "مقياس تشتت النبضات" . مركز الفيزياء الفلكية والحوسبة الفائقة - سوينبرن. مؤرشف من الأصل في 18 يوليو 2010. تم الاطلاع عليه في 23 يونيو 2010 .
  3. ↑ جوشوا فون كورف (4 ديسمبر 2007). "البحث عن الثقوب السوداء المتفجرة" (ملف PDF) . قسم علم الفلك، جامعة كاليفورنيا، بيركلي. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 6 يونيو 2011. تاريخ الاطلاع: 23 يونيو 2010 .
  4. ↑ إس دبليو إلينغسون وجي إيه هامبسون (2003). "تخفيف تداخل الرادار في علم الفلك الراديوي ذي النطاق L" . سلسلة ملاحق المجلة الفيزيائية الفلكية . 147 (1): 167. Bibcode : 2003ApJS..147..167E . doi : 10.1086/375025 .
  5. ↑ "حجة وجود الثقوب السوداء المصغرة" . سيرن كورير. 24-11-2004 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23-06-2010 .
  6. ↑ "الثقوب السوداء البدائية" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23-06-2010 .
  7. ↑ ديفيد بييلو (16 فبراير 2006). "اكتشاف نوع جديد من النجوم" . مجلة ساينتفك أمريكان . تاريخ الاسترجاع: 23 يونيو 2010 .
  8. ↑ مرصد جودريل بانك. "وميض RRAT" . عالم الفيزياء . تم الاسترجاع في 23-06-2010 .
  9. ↑ دنكان لوريمر؛ ماثيو بايلز؛ مورا ماكلولين؛ ديفيد ناركيفيتش وفرونفيلد كروفورد (أكتوبر 2007). "انفجار راديوي ساطع من أصل خارج المجرة، مدته ميلي ثانية". مجلة ساينس . 318 (5851): 777-80 . arXiv : 0709.4301 . Bibcode : 2007Sci...318..777L . doi : 10.1126/science.1147532 . PMID 17901298. S2CID 15321890 .  
  10. ↑ سارة بيرك-سبولاور؛ ماثيو بايلز؛ رونالد إيكرز؛ جان بيير ماكوار؛ فرونفيلد كروفورد الثالث (2010). "انفجارات راديوية ذات خصائص طيفية خارج المجرة تُظهر أصولًا أرضية". المجلة الفيزيائية الفلكية . 727 (1): 18. arXiv : 1009.5392 . Bibcode : 2011ApJ...727...18B . doi : 10.1088/0004-637X/727/1/18 . S2CID 35469082 . 
  11. ↑ أندريا جيانوبولوس؛ شانون ويلز؛ ميشيل لورش-شو؛ جانيس شولتز؛ دونا ماكيني (2005-03-02). "اكتشاف علماء الفلك لمصدر راديوي قوي متفجر يشير إلى فئة جديدة من الأجرام الفلكية" . بيان صحفي صادر عن المرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي : 9. رمز Bibcode : 2005nrao.pres....9. تاريخ الاسترجاع: 2010-06-23 .

للمعلمين والطلاب