تلسکوپ هابل چگونه کار می کند؟

تلسکوپ هابل یکی از پیشرفته‌ترین وسایل نجومی در دنیا است. این تلسکوپ که به نام دانشمند آمریکایی ادوین هابل نامگذاری شده است، در سال ۱۹۹۰ به فضا پرتاب شد و به دنبال آن به عنوان یکی از مهمترین وسایل نجومی در تاریخ شناخته شد.

تلسکوپ هابل با قطر ۲.۴ متری لنز و ۱۳.۲ متر طول، قادر به دیدن اجرام فضایی دورتر از زمین است. این تلسکوپ با قدرت بالای خود، به دانشمندان و علاقه‌مندان به نجوم، امکان مشاهده اجرام فضایی ناشناخته را می‌دهد.

تلسکوپ هابل با استفاده از فناوری پیشرفته، تصاویر بسیار دقیق و روشن از اجرام فضایی را به دست می‌آورد. این تصاویر باعث شده است که دانشمندان بتوانند بهتر از هر زمان دیگری، اجرام فضایی را مطالعه کنند و اطلاعات جدیدی در مورد آن‌ها به دست آورند.

تلسکوپ هابل در حین سفر خود به فضا، با مشکلات فنی مواجه شد که با تلاش دانشمندان و فضانوردان، توانست بهبود یابد. این تلسکوپ همچنان در حال کار است و تصاویر بسیار زیبا و دقیقی از اجرام فضایی را به دست می‌آورد.

با توجه به قدرت و اهمیت تلسکوپ هابل، دانشمندان در حال برنامه‌ریزی برای ساخت تلسکوپ جدید هستند که قادر به دیدن اجرام فضایی با دقت بیشتری باشد. این تلسکوپ جدید با نام تلسکوپ جیمز وب، قرار است در سال ۲۰۲۱ به فضا پرتاب شود و به دانشمندان امکان مطالعه اجرام فضایی با دقت بسیار بالاتر را بدهد.

در کل، تلسکوپ هابل یکی از پیشرفته‌ترین وسایل نجومی در دنیا است که به دانشمندان و علاقه‌مندان به نجوم امکان مشاهده اجرام فضایی با دقت بالا را می‌دهد. همچنین با ساخت تلسکوپ جدید جیمز وب، امیدواریم که دانشمندان بتوانند اطلاعات جدیدی در مورد اجرام فضایی به دست آورند.

هابل چیست؟

تلسکوپ فضایی هابل یک دستگاه ۱۱ تنی به اندازه یک اتوبوس است و در ارتفاع ۵۴۷ کیلومتری از سطح زمین با سرعتی که در برخی موارد به ۱۷۰۰۰ مایل بر ساعت می رسد به دور زمین می چرخد. هابل با این سرعت می تواند هر ۹۷ دقیقه یک دور به گرد زمین بچرخد که حدودا می شود ۱۵ بار در روز. این تلسکوپ مجهز به دستگاه های مختلفی است که انرژی خود را از طریق نور خورشید تامین می کنند و می توانند در نور قابل رویت، پرتو فرابنفش و طول موج های نزدیک به مادون قرمز از فضا عکس بگیرند.

علیرغم این، اگر هابل روی زمین مستقر بود بسیاری از ابزارها و تجهیزات در نظر گرفته شده برای آن بی فایده بودند. به بیان دیگر، این تجهیزات خوب کار می کنند چون فراتر از جو زمین قرار دارند؛ جوی که مانع از دیدن هستی برای ساکنین این کره خاکی می گردد. از دکتر پاتریک مک کارتی، مدیر پروژه تلسکوپ عظیم Magellan سوال شد که چرا علیرغم ساخت مستمر تلسکوپ های مستقر روی زمین، مشاهدات فضایی از طریق دستگاه هایی مانند هابل تا این اندازه اهمیت دارد و وی پاسخ داد:

ما از روی زمین نمی  توانیم مقادیر قابل توجه از نور فرابنفش را به خاطر وجود لایه های مختلف ببینیم. در حالی که، می توان از تلسکوپ های فضایی مجهز به دستگاه های نوری برای مطالعه مناطق نزدیک به زمین که محل تولد ستاره های جدید هستند، استفاده نمود. علاوه بر این، امکان بررسی بخش های مشخصی از طیف مادون قرمز، بهتر فراهم می گردد و ستاره شناسان با مشاهده این امواج نوری می توانند کهکشان ها را در نخستین مراحل شکل گیری هستی مورد مطالعه قرار دهند.

هابل یکی از چهار رصدگر عظیم ناسا در کنار اسپیتزر، کامپتون و چاندرا است. تلسکوپ اسپیتزر تجهیرات مادون قرمز و فراتر از آن را حمل می کند؛ کامپتون در زمینه پرتوهای گاما تخصص دارد و چاندرا رصدگری برای پرتو ایکس است.

هابل چگونه کار می کند؟

این تلسکوپ تعدادی دوربین و تجهیزات علمی را با خود حمل می کند که به ترتیب عکس های بی نظیری از فضا گرفته و داده ها را تحلیل می کنند. آن دوربین ها به خودی خود توانایی گرفتن عکس را ندارند و درست مانند دوربین های معمولی که برای کار کردن به لنز نیاز دارند، برای کار کردن به آینه احتیاج دارند. هابل یک آینه اصلی بسیار بزرگ دارد که قطر آن به ۲٫۴ متر می رسد (در تلسکوپ ها هرچه آینه بزرگ تر باشد بهتر است) و نور را به آینه ثانویه می تاباند.

آن نور پس از تابیده شدن روی آینه ثانویه مجددا به مرکز آینه اصلی انعکاس می یابد. در این قسمت حفره ای قرار دارد که به ابزارهای علمی داخل تلسکوپ منتهی می گردد و در مرحله بعد، دوربین ها از آنچه توسط آینه ها منعکس می گردد به صورت سیاه و سفید عکس می گیرند. ناگفته نماند که همه عکس های روشن و رنگی که به صورت مستمر توسط ناسا و آژانس فضایی اروپا منتشر می شوند در اصل ترکیبی از دو غلظت نور هستند و رنگ ها در مرحله بعدی به آنها اضافه می گردند.

هابل؛ یک تاریخ

صحبت ها در مورد ساخت یک تلسکوپ فضایی در دهه ۱۹۴۰ میلادی آغاز گشت با این همه، ساخت هابل عملا تا دهه ۱۹۷۰ میلادی شروع نشد. این تلسکوپ بودجه ای بالغ بر یک میلیارد دلار را به خود اختصاص داد و ناسا نیز برای تامین آن مجبور شد دست به دامن رقبای اروپایی اش شود. در ادامه آژانس فضایی اروپا نخستین دستگاه ها و پنل های خورشیدی را در اختیار هابل گذاشت و از این طریق دست کم ۱۵ درصد از زمان رصد این تلسکوپ را به ستاره شناسان خود اختصاص داد.

اما پروسه ساخت این تلسکوپ آنطور که ناسا پیش بینی کرده بود هم ساده نبود و آژانس مجبور بود به خاطر بروز برخی مشکلات با پیمانکاران خود، چندین مرتبه فرایند ساخت آن را متوقف نماید. عاقبت در آوریل ۱۹۹۰ میلادی، هابل از منطقه کیپ کاناورال در کالیفرنیا به فضا پرتاب شد اما مشکلات این آژانس به اینجا هم ختم نشد: کمی بعد از آنکه نخستین سری از عکس های گرفته شده توسط هابل به زمین مخابره شد، پژوهشگران متوجه مشکلی در رابطه با آن شدند.

مشکل چه بود؟ نوعی نقص اپتیکال کوچک اما جدی که تحت عنوان انحراف کروی از آن یاد می شد. رابرت آرنتز در جریان مصاحبه ای این مشکل را اینگونه توضیح داد که: «این یعنی لبه بالایی آینه بیش از اندازه تخت بود و عمق آن به بیشتر از چهار میکرون نمی رسید که این کمتر از ضخامت یک تار مو است.» ناگفته نماند که اغلب تجهیزات به کار گرفته شده در هابل و همچنین مجموعه آینه های قابل حرکت و خمیده آن با نام جایگزین های محوری اصلاح اپتیک تلسکوپ فضایی یا COSTAR که برای حل مشکل انحراف کروی تهیه شدند تامین گردیدند. خوشبختانه هابل به گونه ای طراحی شده بود که فضانوردان می توانستند آن را در حال حرکت داخل مدار تعمیر و به روز رسانی کنند و باید بگوییم که این تنها تلکسوپی است که ساخته شده تا سرویس رسانی شود.

بنابراین در دسامبر سال ۱۹۹۳، تیمی از فضانوردان عازم فضا شدند تا آینه های اضافی دیگر را به این تلسکوپ متصل نمایند. اما آنطور که جان تروچ می گوید نصب COSTAR نیز چالش فنی دیگری بود. لازم بود که این تجهیزات به صورت کاملا ایمن در داخل جعبه ای به اندازه یک باجه تلفن بسته بندی شوند تا توان تحمل فشار و حرکات شدید فضاپیمای شاتل در حین پرتاب را داشته باشند. در مرحله بعد باید فضانوردان یک راهپیمایی فضایی داشته باشند و آن را «با استفاده از یک بازوی رباتیک در موقعیت اصلی اش با دقت یک دهم میلیمتر نصب نماید.»

COSTAR در جریان پنجمین و آخرین ماموریت سرویس رسانی هابل در سال ۲۰۰۹ میلادی از بدنه این تلسکوپ جدا شد و حالا دیگر تمامی تجهیزات آن دارای سیستم های اصلاح کننده داخلی هستند و می توانند مشکل انحراف نور را برطرف نمایند. در جربان همان ماموریت ابزارها و تجهیزات تازه ای از جمله “دوربین دید گسترده ۳” به هابل افزوده شد که در قیاس با دیگر دوربین های مورد استفاده در آن، رزلوشن و میدان دید بیشتری داشت. این دوربین سطح توانایی تلسکوپ را به میزان قابل توجهی بالا برد و به لطف آن عکس های شفاف تری از هابل به دست آمد.

چه کسی از هابل استفاده کرده و آن را نگهداری می کند؟

برخلاف آنچه احتمالا تصور می کنید صرفا ناسا یا پژوهشگران آژانس فضایی اروپا مجاز به استفاده از هابل نیستند. ناسا همه ساله هزاران پیشنهاد را از دانشمندان سراسر دنیا برای استفاده از این دستگاه دریافت می کند و در مرحله بعد، تیمی از دانشمندان پیشنهادات دریافتی را مورد بررسی قرار داده تا مشخص نمایند که کدام مطالعات را انجام داده و از کدامیک صرف نظر کنند. پس از این مرحله، تیم های منتخب می توانند برای مدت یک سال ذسترسی اختصاصی به هابل داشته باشند و پژوهش های خود را با استفاده از آن انجام دهند.

فعالیت فضاپیمای شاتل از سال ۲۰۱۲ میلادی متوقف شد و به همین دلیل دیگر هیچ ماموریتی برای سرویس دهی به هابل انجام نخواهد شد و تجهیزات مختلف موجود در آن شامل دوربین ها (که همگی شان هم انرژی مورد نیاز خود را از خورشید می گیرند) تا ابد در فضا باقی می مانند. البته ناگفته نماند که تیمی متشکل از مهندسان و پژوهشگران کامپیوتر از مرکز پروازهای فضایی ناسا و موسسه علوم تلسکوپ فضایی همچنان سلامت و عملکرد هابل را از روی زمین مورد پایش قرار خواهند داد.

پژوهشگران ناسا همچنین قرار است که پیش از موسسه علوم تلسکوپ فضایی به کلیه اطلاعات مخابره شده از هابل دسترسی یافته و آنها را مورد بررسی قرار دهند. دانشمندان این مرکز نیز موظفند که اطلاعات دریافتی نظیر طول موج ها یا سطوح روشنایی را به واحدهایی تبدیل نمایند که برای ما قابل درک باشند و سپس آنها را روی اینترنت آپلود کنند تا دانشمندان سراسر دنیا به آنها دسترسی داشته باشند.