۱۰ تا از عجیبترین پروژه‌های علمی جهان !
برای بهبود درک بشر از جهان پیچیده و بیکران پیرامون، دانشمندان آزمایش‌های فوق‌العاده بلندپروازانه‌ای طراحی کرده‌اند. پروژ‌ه هایی که اجرای آنها به هیچ عنوان آسان نیست، چرا که علوم برجسته و بزرگ نیازمند ده‌ها سال تعهد پرهزینه از جانب ملل مختلف است. ابزارهایی که برای این آزمایش‌ها  نیاز است، تقریبا به همان پیچیدگی و الهام‌بخشی دنیاهای جدیدی است که قرار است دانشمندان به کمک این ابزارها کشف کنند. به گزارش پاپ‌ساینس، برای رتبه‌بندی بزرگ‌ترین این آزمایش‌ها، 4 ضریب عملی در نظر گرفته شده است : هزینه‌های ساخت، بودجه عملیاتی، تعداد اعضای پروژه و ابعاد فیزیکی خود پروژه. با این وجود، به دلیل ماهیت متفاوت این پروژه‌ها مقایسه آنها کار دشواری است و به همین دلیل، سه ضریب کاربردی نیز برای رتبه‌بندی آنها در نظر گرفته شده است. به منظور انعکاس اهمیت نسبی، وزن بیشتری به این ضرایب اختصاص داده شده است. ضرایب کاربردی عبارتند از : سودمندی علمی پروژه، سودمندی آن برای افراد عادی ( به چه درد من می‌خورد ) و البته ضریب حیاتی هیجان‌انگیز بودن پروژه. در ادامه نگاهی به 10 پروژه عظیم حال حاضر دنیای علم خواهیم داشت. 1- زمین‌نما 

زمین‌نما که برای دنبال کردن تکامل زمین‌شناسی آمریکای شمالی طراحی شده، بزرگ‌ترین پروژه علمی روی زمین است. این رصدخانه علوم زمینی از بیش از 9.8 میلیون مترمربع داده جمع‌آوری می‌کند. از سال 2003 تاکنون، بیش از 4000 ابزار این پروژه 67 ترابایت اطلاعات را جمع‌آوری کرده‌اند که معادل یک چهارم اطلاعات موجود در کتابخانه کنگره آمریکا است. هر 6 تا 8 هفته، به این حجم عظیم از اطلاعات 1 ترابایت داده اضافه می‌شود.

سودمندی علمی
محققان از زمین‌نما که دربرگیرنده انواع مختلفی از آزمایش‌ها است، برای بررسی تمام حقایق مربوط به ساختار زمین‌شناسی آمریکای شمالی استفاده می‌کنند. در سراسر قاره آمریکا و پورتوریکو، 1100 ایستگاه جی.پی.اس دائمی تغییرشکل‌های سطح زمین را که ناشی از جابجایی صفحات تکتونیکی زیر آنها است ردیابی می‌کنند. حسگرهای لرزه‌ای مجاور گسل فعال سن‌آندره در کالیفرنیا، کوچک‌ترین تکان‌های آن را ثبت می‌کنند. به صورت هم‌زمان، نمونه‌های صخره‌ای که با استفاده از یک دریل به عمق 3.5 کیلومتر از اعماق این گسل بیرون کشیده می‌شوند، تنش‌ها و کرنش‌های وارد بر این صخره‌ها را که هنگام سائیده شدن دو لبه گسل به روی یکدیگر در حین زلزله ایجاد می‌شود آشکار می‌کند. در طی یک دوره 10 ساله، گروه کوچکی از کارکنان اندک این پروژه با زحمت بسیار، آرایه‌ای قابل حمل از 400 لرزه‌نگار را با استفاده از بیل مکانیکی در سراسر آمریکا جابجا کرده‌اند. زمانی‌که این ایستگاه لرزه‌نگاری در سال آینده به سواحل شرقی آمریکا برسد، این گروه داده‌های مربوط به تقریبا 2000 نقطه را جمع آوری کرده‌اند.

به چه درد من می‌خورد؟
روی‌هم رفته، اندازه‌گیری‌های پروژه زمین‌نما می‌تواند به توضیح نیروهای پشت پرده حوادث زمین‌شناسی مانند زمین‌لرزه و فوران‌های آتشفشانی کمک کند و منجر به پیش‌بینی بهتر این پدیده‌ها شود. تاکنون داده‌های جمع‌آوری شده نشان داده‌اند که صخره‌های گسل سن‌آندره ضعیف‌تر از صخره‌های سطحی منطقه هستند، و یا اینکه توده ماگما زیر آتشفشان یلواستون بسیار بزرگ‌تر از آن چیزی است که تاکنون تخمین زده شده است.

 

2- برخورددهنده بزرگ هادرونی
 
 

110 متر زیر مرز سویس و فرانسه، برخورددهنده بزرگ هادرون، ال.اچ.سی واقع شده که بزرگ‌ترین برخورددهنده ذرات دنیا به شمار می‌رود. این تاسیسات هر ساعت 700 گیگاوات برق مصرف می‌کند و سالیانه به بیش از 1 میلیارد دلار بودجه نیاز دارد. بیش از 10 هزار محقق، مهندس و دانشجو از 60 کشور مختلف دنیا در 6 پروژه فعال ال.اچ.سی مشارکت دارند. این پروژه‌ها طراحی شده‌اند تا پرده از رازهای فیزیک بنیادی عالم بردارند.

سودمندی علمی
ماده تاریک دقیقا چیست؟ آیا ابعاد اضافی در فضا وجود دارد؟ آیا بوزون هیگز، که معمولا با عنوان ذره الهی از آن یاد می‌شود، وجود دارد؟ جهان چطور شکل گرفته است؟ شش آشکارساز ذرات ال.اچ.سی. به ثبت و مشاهده مسیر، انرژی و هویت ذرات زیراتمی مشغولند که ممکن است جواب برخی از سوالات بالا را در خود داشته باشند. برای مثال آشکارساز پروژه ATLAS، به دنبال رخدادهای برخوردی در چیزی است که ظاهرا یک عدم توازن اندازه حرکت به شمار می‌رود؛ نشانه‌ای از وجود ذرات ابرمتقارن که تصور می‌شود ماده تاریک را تشکیل می‌دهند.

پروژه سیم‌پیچ متراکم میون (CMS)، مکمل پروژه اتلس است که به دنبال ابرتقارنی و ذره گریزپای بوزون هیگز است. پروژه LHC-Forward به شبیه‌سازی پرتوهای کیهانی پرانرژی می‌پردازد، و پروژه LHC-Beauty اطلاعاتی را تهیه خواهد کرد که معلوم کند چرا جهان به جای پادماده از ماده تشکیل شده است. آشکارساز TOTEM نیز با دنبال کردن برخورد پروتون‌ها تلاش می‌کند تا ساختار درونی پروتون را مشخص کند.

در نهایت پروژه ALICE به مطالعه پلاسمای گلوئن-کوارک می‌پردازد، مشابه آزمایش‌هایی که در برخورددهنده نسبیتی یون سنگین در حال انجام است.

به چه درد من می‌خورد؟
قبل از آغاز به کار پروژه ال.اچ.سی، گروهی آشوب‌طلب تبلیغات پر سر و صدایی به راه انداختند که این آزمایشات منجر به ایجاد یک سیاه‌چاله روی زمین خواهد شد. اما برخلاف تصور آنها، این پروژه اثرات اندکی را بر زندگی روزمره بشر داشته است؛ مگر اینکه خانواده و دوستان شما نیز جزو آن دسته از افرادی باشند که سر میز شام در خصوص منشاء پیدایش جهان بحث می‌کنند!

 

3- منبع نوترونی شکافتی
 
 

هر ماه، منبع نوترونی شکافتی (Spallation Neutron Source) در اوک‌ریج واقع در تنسی آمریکا، بین 25 تا 28 مگاوات انرژی برق را استفاده، و 32 میلیون لیتر آب را برای خنک ماندن مصرف می‌کند. در طی کار، شتاب‌دهنده ذرات SNS در هر پالس، 2 کوادریلیون (هر کوادریلیون معادل 10 به توان 15 یا یک میلیون میلیارد است) نوترون را به سمت محفظه زیر خود شلیک می‌کند. این ابرهای عظیمی نوترونی با منحرف کردن مواد، نحوه تغییر ساختار اتمی آنها را با گذشت زمان مشخص می‌کنند.

سودمندی علمی
منبع نوترونی شکافتی (SNS) انبوهی از نوترون‌ها را با سرعتی معادل 97 درصد سرعت نور ( سرعت نور در خلأ 300هزار کیلومتر بر ثانیه است ) به سمت یک نمونه شلیک می‌کند. اما بر خلاف ذرات در یک برخورددهنده، نوترون‌ها زمانی‌که با هدف خود برخورد می‌کنند انفجارهای عظیمی را ایجاد نمی‌کنند. از آنجاکه نوترون‌ها کوچک و کم انرژی هستند، اندرکنش آنها با مواد بسیار ضعیف است. زمانی‌که یک نوترون از میان یک نمونه عبور می‌کند، باعث پراکنده شدن هسته اتم‌های نمونه می‌شوند. این اندرکنش انرژی و جهت نوترون‌ها را تغییر می‌دهد و 14 ابزار مختلف که کمتر از 1 متر با نمونه فاصله دارند، این تغییرات را ثبت می‌کنند.

نرم‌افزار مخصوصی تمام داده‌های پراکنش را جمع‌آوری می‌کند تا ساختار اتمی نمونه را تولید کند. از آنجایی‌که SNS قطاری از نوترون‌ها را با نرخ 60 پالس در ثانیه به سمت نمونه شلیک می‌کند، می‌تواند نحوه تغییر ساختار نمونه را با زمان ثبت کند. این کار مانند این است که فریم‌های منفرد یک فیلم را تک‌تک عکس‌برداری کنید و سپس آنها را پشت سر هم به نمایش درآورید.

به چه درد من می‌خورد؟
ساخت باتری‌های بهتر یکی از دستاوردهای این مرکز است. دانشمندان از این فیلم‌ها در مقیاس اتمی استفاده می‌کنند تا نحوه پر و خالی شدن باتری‌ها را در دنیای واقعی نظارت کنند. این ابزار همچنین برای مطالعه ساختار پروتئین‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

4- ایستگاه فضایی بین‌المللی
 
 

سالیانه هزاران کارمند باید کار کنند و 2 میلیارد دلار خرج شود تا چراغ‌های ایستگاه فضایی بین‌المللی روشن بماند. تاکنون 201 نفر از 11 کشور دنیا ( به همراه 7 گردشگر پولدار ) از این ایستگاه بازدید کرده‌اند. این ایستگاه رکوردار طولانی‌ترین زمان حضور یک سازه ساخت بشر را در فضا به خود اختصاص داده است : آبان‌ماه امسال ایستگاه فضایی بین‌المللی 11 ساله می‌شود و قرار است که برای یک دهه دیگر نیز در فضا باقی بماند. ایستگاه فضایی بین‌المللی همچنین میزبان طیف‌نگار مغناطیسی آلفا (AMS) است، بزرگ‌ترین و سنگین‌ترین ابزاری که تاکنون به فضا ارسال شده است.

سودمندی علمی
در ایستگاه فضایی بین‌المللی، دانشمندان و فضانوردان ناسا و شرکای بین‌المللی آن اجزای فضاپیماها را آزمایش می‌کنند و وظیفه تایید سیستم‌هایی را برعهده دارند که می‌توانند برای مسافرت‌های فضایی انسانی در مسافت‌های طولانی استفاده شوند. آنها همچنین به بررسی فیزیولوژی انسان، مطالعه اثرات بی‌وزنی بر تراکم استخوان و تولید سلول‌های قرمز خون، و نحوه تغییرات سیستم ایمنی بدن در اقامت درازمدت در فضا می‌پردازند. از اردیبهشت‌ماه امسال، محققان این ایستگاه کار با AMS را هم آغاز کرده‌اند. این ابزار قادر است کوارک‌ها را که در شتاب‌دهنده‌های ذرات ساخته می‌شوند اما هیچ‌گاه در طبیعت مشاهده نشده‌اند، ردیابی کند.

به چه درد من می‌خورد؟
تحقیقات انجام شده در ایستگاه فضایی بین‌المللی منجر به کشف این مساله شد که باکتری سالمونلا در فضا خطرناک‌تر می‌شود. این کشف مهم و شناسایی ژنی که باعث این تغییر می‌شود، منجر به خلق نخستین واکسنی شد که می‌تواند با سالمونلا و باکتری استافیلوکوکی مقاوم در برابر متی‌سیلین (MRSA) مقابله کند. MRSA باعث بروز نوعی عفونت استافیلوکوکی می‌شود که هر ساله باعث هزاران نفر از بیماران بیمارستان‌ها را مبتلا می‌کند.

 

5- منبع نوری پیشرفته
 
 

مرکز تحقیقاتی منبع نور پیشرفته، یک شتاب‌دهنده ذرات واقع در برکلی کالیفرنیا است. از سال 1993 ، محققان این مرکز پرتوهایی از فوتون را که یک میلیون بار درخشان‌تر از سطح خورشید است، به سوی پروتئین‌ها، الکترودهای باتری، ابررساناها و دیگر مواد نشانه رفته‌اند تا به کمک این پرتو مشخصات اتمی، مولکولی و الکترونیکی آنها را آشکار کنند.

سودمندی علمی
منبع نوری پیشرفته (ALS) یکی از درخشان‌ترین منابع پرتوهای ایکس ضعیف در دنیا است، که طول‌موج مناسبی برای ریزبینی طیف‌نگاری ( اسپکترومیکروسکوپی ) دارد، تکنیکی علمی که با استفاده از آن می‌توان هم‌زمان ساختار و ترکیب شیمیایی نمونه‌هایی را که تنها چند نانومتر اندازه دارند، آشکار کرد.

در سال 2006 ، دانشمندان ALS به اخترشناسان کمک کردند تا با تحلیل طیف غبار به دست آمده از انتهای دنباله‌داری در نزدیکی خورشید که در آغازین روزهای منظومه شمسی ما شکل گرفته بود، نشان دهند که ترکیبات کیهانی که از این گوشه دورافتاده کیهان سرچشمه گرفته‌اند، بسیار زودتر از آنچه که ما تصور می‌کردیم مخلوط شده‌اند.

در همان سال، راجر کورنبرگ از دانشگاه استنفورد، جایزه نوبل شیمی را به خاطر کارهایی که در ALS بر روی ساختار سه‌بعدی آنزیم‌های پلیمری آر.‌ان.‌ای انجام داده بود، از آن خود کرد. این اطلاعات ساختاری به وی اجازه می‌‌داد که نحوه ترجمه دی.ان.ای به آر.ان.ای را، طی فرایندی که رونویسی خوانده می‌شود، توصیف کند.

به چه درد من می‌خورد؟
کارهایی که در ALS در خصوص پروتئین مربوط به بیماری ملانوما ( تومور سیاه رنگ قشر عمیق پوست ) انجام شد، به خلق درمانی جدید برای مقابله با این بیماری کمک کرد. داروی تولید شده هم اکنون در فاز 2 و 3 آزمایش‌های کلینیکی قرار دارد. سایر داده‌های به دست آمده از ALS منجر به تولید الکترودهای باتری‌های لیتیومی پرظرفیت شده که در نهایت می‌تواند باعث خلق باتری‌های بادوام‌تر شوند. همچنین فهم ساختار فیزیکی و الکترونیکی ورقه‌های مسطح کربنی موسوم به گرافن، می‌تواند به توسعه و خلق ترانزیستورها در مقیاس اتمی، و ساخت پردازنده‌های رایانه‌ای سریع‌تر نیز منجر شود.

 

6- جونو، مدارگرد مشتری در ماموریتی انتحاری
 
 

قبل از اینکه مدارگرد جونو ( جونو در افسانه‌های یونانی نام همسر ژوپیتر است ) در سال 2016 وارد مدار مشتری شود، این فضاپیما تحت اثر جاذبه عظیم این غول گازی به سرعت 215 هزار کیلومتر بر ساعت خواهد رسید و به سریع‌ترین وسیله دست‌ساز بشر تبدیل خواهد شد. زمانی‌که این سفینه در مدار قرار بگیرد، 33 بار به دور این سیاره گردش خواهد کرد و سپس به درون آن شیرجه خواهد زد. در این سفر انتحاری، جونو اتمسفر هیدروژنی مشتری را درمی‌نوردد تا اینکه نهایتا مانند یک شهاب‌سنگ در این جو بسوزد.

سودمندی علمی
هنگامی‌که جونو به دور مشتری می‌گردد، 9 ابزار مختلف لایه‌های مختلف این سیاره را مورد مطالعه قرار می‌دهند. مشتری نخستین سیاره‌ای است که در منظومه شمسی شکل گرفته و به دلیل اندازه بزرگش، نیروی جاذبه این سیاره مواد اصلی را که در منظومه شمسی نخستین یافت می‌شد در خود نگاه داشته است. این ویژگی‌ها مشتری را به پنجره‌ای باارزش به سوی آغاز منظومه شمسی تبدیل کرده است.

همچنین اندازه‌گیری میدان مغناطیسی می‌تواند نهایتا به بحث‌های موجود در زمینه جنس هسته این سیاره پایان دهد. مغناطیس‌سنج‌های جونو عمق و حرکات اقیانوس هیدروژن فلزی کشف شده در این سیاره را اندازه‌گیری خواهد کرد. پس از میدان مغناطیسی اطراف خورشید، این اقیانوس قوی‌ترین میدان مغناطیسی منظومه شمسی را ایجاد می‌کند. در نهایت، یک رادیومتر مایکرویوو میزان آب موجود در اتمسفر عمیق مشتری را اندازه‌گیری خواهد کرد، که کلید فهم نحوه شکل‌گیری این سیاره خواهد بود.

به چه درد من می‌خورد؟
مطالعه الگوهای پیچیده آب‌وهوای مشتری می‌تواند به ما در پیش‌بینی آب‌وهوای سیاره خودمان کمک کند، اما بخش اعظم این آزمایش تنها یک تحقیق علمی صرف خواهد بود.

 

7- تاسیسات ملی احتراق
 
 

بزرگ‌ترین و پرانرژی‌ترین لیزر دنیا، تاسیسات ملی احتراق آمریکا است که در لیورمور ایالت کالیفرنیا قرار گرفته است. این تاسیسات که مساحت آن به بزرگی سه زمین فوتبال است، ارتفاعی به اندازه یک ساختمان 10 طبقه دارد و 2 میلیون ژول انرژی فرابنفش تولید می‌کند. چنین جریانی می‌تواند دمای هدفی را که لیزر بر روی آن متمرکز می‌شود، به بیش از 100 میلیون درجه سانتیگراد و فشار آن را به بیش از 100 میلیارد برابر فشار جو زمین برساند. این وضعیت مشابه شرایطی است که در هسته ستارگان و سیارات گازی عظیم وجود دارد.

سودمندی علمی
زمانی‌که 192 پرتو منفردی که لیزر تاسیسات ملی احتراق را تشکیل می‌دهند، بر روی هدفی متشکل از اتم‌های دوتریوم ( اتم هیدروژن با یک نوترون ) و تریتیوم ( اتم هیدروژن با دو نوترون ) همگرا می‌شوند؛ هسته اتم‌ها ذوب می‌شود و یک انفجار انرژی به وجود می‌آورد. دانشمندان تاسیسات ملی احتراق تلاش می‌کنند تا با اصلاح این فرایند، برای نخستین بار، انرژی خالص را از واکنش گداخت هسته‌ای به دست آورند. آنها همچنین از تحقیقاتشان استفاده می کنند تا آن‌چه را با گذشت زمان برای سلاح‌های هسته‌ای اتفاق می‌افتد مطالعه کنند. این مساله یک سوال حیاتی در خصوص امنیت و قابلیت اعتماد زرادخانه‌های سلاح‌های هسته ای آمریکا به شمار می‌رود.

در نهایت، به دلیل اینکه وضعیت ا