رصدخانه گرین بنک Green Bank Observatory یا GBO در درهای آرام در کوههای آلگنی ویرجینیای غربی آمریکا قرار دارد. رصدخانه گرین بنک در سال ۱۹۵۷ به عنوان نخستین رصدخانه ملی رادیو اخترشناسی آمریکا توسط بنیاد ملی علوم (NSF) تأسیس شد و از سال ۲۰۱۶ به صورت مستقل اداره میشود. گرین بنک میزبان بزرگترین تلسکوپ رادیویی کاملاً متحرک جهان، یعنی تلسکوپ رابرت سی. برد گرین بنک (GBT) با قطر ۱۰۰ متر است و چندین تلسکوپ دیگر نیز در آن فعال هستند. گرین بنک نقش کلیدی در کشفهای رادیو اخترشناسی مانند پالسارها، مولکولهای بینستارهای و امواج گرانشی داشته است.
رصدخانه گرین بنک در منطقه رادیویی ملی (National Radio Quiet Zone) قرار دارد که محدودهای به مساحت ۱۳۰۰۰ مایل مربع است و انتشار امواج رادیویی در آن محدود شده تا تداخل با مشاهدات حساس کاهش یابد. رصدخانه سالانه هزاران ساعت مشاهده علمی انجام میدهد و برای دانشمندان از سراسر جهان باز است.
موقعیت جغرافیایی و منطقه سکوت رادیویی گرین بنک
رصدخانه گرین بنک در شهر کوچک گرین بنک در شهرستان پوکاهونتاس ویرجینیای غربی واقع شده است که در درهای محصور بین کوههای آلگنی قرار دارد. موقعیت جغرافیایی طبیعی با کوههای اطراف، سپر طبیعی در برابر تداخل رادیویی ایجاد میکند و فاصله از مراکز شهری بزرگ، محیطی آرام فراهم میآورد. منطقه سکوت رادیویی ملی (NRQZ) در سال ۱۹۵۸ توسط کمیسیون ارتباطات فدرال آمریکا (FCC) ایجاد شد و مساحتی حدود ۱۳۰۰۰ مایل مربع را پوشش میدهد تا از رصدخانه و تأسیسات نظامی نزدیک محافظت کند.
در این منطقه، استفاده از دستگاههای بیسیم مانند وایفای، تلفن همراه و حتی مایکروویو محدود یا ممنوع است و حتی خودروهای دیزلی به دلیل جرقههای الکتریکی کمتر مجاز هستند. حفاظت امکان تشخیص سیگنالهای بسیار ضعیف از فاصلههای میلیاردها سال نوری را فراهم میکند.
معرفی تلسکوپ رادیویی ۱۰۰ متری GBT
تلسکوپ رادیویی گرین بنک (GBT) بزرگترین تلسکوپ رادیویی کاملاً متحرک جهان است که در سال ۲۰۰۰ تکمیل و به افتخار سناتور رابرت سی. برد نامگذاری شد. این تلسکوپ با قطر بشقاب ۱۰۰ در ۱۱۰ متر و وزن بیش از ۷۵۰۰ تن، قادر به مشاهده در فرکانسهای ۰.۱ تا ۱۱۶ گیگاهرتز است و حساسیت فوقالعادهای دارد. GBT جایگزین تلسکوپ ۹۱ متری فرو ریخته در سال ۱۹۸۸ شد و طراحی آن بدون مسدودکننده آپرتور (unblocked aperture) است.
این تلسکوپ سالانه بیش از ۶۵۰۰ ساعت مشاهده انجام میدهد و در پروژههایی مانند جستجوی هوش فرازمینی (Breakthrough Listen) و تشخیص امواج گرانشی (NANOGrav) نقش دارد. GBT با قابلیت چرخش کامل و پوشش ۸۵ درصد آسمان، یکی از پرکاربردترین ابزارهای رادیو اخترشناسی است.
ساختار مهندسی و طراحی بشقاب تلسکوپ
ساختار مهندسی تلسکوپ GBT شامل بشقاب آفست پارابولیک با ۲۰۰۴ پنل فعال است که توسط عملگرهای کامپیوتری برای جبران تغییرات گرانشی، حرارتی و باد تنظیم میشوند. طراحی آفست بدون مسدودکننده مرکزی، کارایی آپرتور را افزایش میدهد و تداخل را کاهش میدهد. بشقاب روی پایه چرخشی با ریل قرار دارد و بازوی تغذیه در یک طرف برای دریافتکنندگان است. طراحی پیچیده اجازه دقت سطحی کمتر از ۰.۳ میلیمتر را میدهد و تلسکوپ را برای فرکانسهای بالا مناسب میکند. ساخت آن از ۱۹۹۱ تا ۲۰۰۰ طول کشید و هزینهای بیش از ۷۵ میلیون دلار داشت.
تلسکوپ GBT با قطر مؤثر ۱۰۰ متر و قابلیت حرکت کامل در دو محور، بزرگترین تلسکوپ رادیویی متحرک جهان است که پس از فرو ریختن آرسیبو در ۲۰۲۰ این عنوان را بدون رقیب نگه داشت. اندازه بزرگ آن حساسیت بالایی فراهم میکند و طراحی متحرک امکان مشاهده ۸۵ درصد آسمان را میدهد، برخلاف تلسکوپهای ثابت مانند تلسکوپ FAST چین. بزرگی همراه با آپرتور بدون مسدود و دقت سطحی بالا، GBT را برای نقشهبرداری وسیع و مشاهده سیگنالهای ضعیف ایدهآل میکند. هیچ تلسکوپ متحرک دیگری به این اندازه وجود ندارد.
اصول عملکرد رادیوتلسکوپها در گرین بنک
رادیوتلسکوپهای گرین بنک امواج رادیویی از اجرام آسمانی را جمعآوری میکنند که بشقاب بزرگ آنها را متمرکز میکند و به دریافتکنندگان میرساند. امواج به سیگنال الکتریکی تبدیل و تقویت میشوند، سپس پردازش برای تولید تصاویر یا طیفها انجام میگیرد. در GBT، دریافتکنندگان در فوکوس برای فرکانسهای مختلف قرار دارند. اصول بر پایه جمعآوری امواج طولانی (میلیمتر تا متر) است که از ابرها عبور میکنند و مشاهده روز را ممکن میسازند. در گرین بنک، منطقه سکوت تداخل انسانی را حذف میکند.
رصدخانه گرین بنک نقش محوری در رادیو اخترشناسی مدرن دارد و کشفهایی مانند پالسارها، مولکولهای پیچیده بینستارهای و امواج گرانشی پسزمینه را ممکن ساخته است. GBT در پروژه NANOGrav برای تشخیص امواج گرانشی و Breakthrough Listen برای SETI استفاده میشود. رصدخانه با حساسیت بالا، مکمل آرایههای بزرگ مانند VLA است و در مطالعه کهکشانها، ستارهزایی و سیاهچالهها کلیدی است.
بررسی پروژههای پالسارشناسی در گرین بنک
پروژههای پالسارشناسی در گرین بنک شامل جستجوی پالسارهای جدید با GBT و زمانبندی دقیق برای NANOGrav است که امواج گرانشی را تشخیص میدهد. بیش از ۲۰۰ پالسار جدید کشف شده و پالسارهای میلیثانیهای برای آزمون نسبیت عام مطالعه میشوند. پروژهها با حساسیت GBT پالسارهای سریع و دور را شناسایی میکنند و به درک ستارههای نوترونی کمک میکنند.
دادههای رادیویی در گرین بنک با نرمافزارهایی مانند GBTIDL و CASA پردازش میشوند که کالیبراسیون، حذف تداخل و تصویرسازی انجام میدهند. دادهها از دریافتکنندگان به کامپیوترهای قدرتمند منتقل و آرشیو میشوند. پردازش شامل کاهش نویز و ترکیب مشاهدات است و دادهها برای جامعه علمی منتشر میشوند.
مقایسه رصدخانه Green Bank با رصدخانه آرسیبو
رصدخانه گرین بنک با GBT متحرک ۱۰۰ متری در برابر رصدخانه آرسیبو ثابت ۳۰۵ متری مقایسه میشود که آرسیبو حساسیت بیشتری داشت اما GBT انعطافپذیری بالاتر برای پوشش آسمان دارد. پس از فرو ریختن آرسیبو در ۲۰۲۰، GBT بزرگترین متحرک باقی ماند. هر دو در منطقه سکوت بودند اما GBT طراحی مدرنتر و بدون مسدودکننده دارد.
ایمنی و نگهداری تلسکوپ GBT با بازرسیهای منظم سهساله توسط شرکتهای متخصص مانند Modjeski and Masters انجام میشود که بیش از ۱۳۰۰۰ عنصر ساختاری را بررسی میکنند. رنگآمیزی مجدد در سال ۲۰۲۵ برای حفاظت از خوردگی آغاز شد. سیستمهای قفل ایمنی و نظارت ۲۴ ساعته، عملیات را ایمن میکنند. پروژههای بینالمللی در گرین بنک شامل Breakthrough Listen با همکاری جهانی برای SETI، NANOGrav با مشارکت آمریکای شمالی برای امواج گرانشی، و همکاری با رصدخانههای اروپا و آسیا است. دانشمندان بیش از ۵۰ کشور از تلسکوپ GBT استفاده میکنند.
