معرفی تلسکوپ فضایی هابل

اولین طرح تلسکوپ فضایی در سال ۱۹۲۳ تدوین شد در دهه ۷۰ میلادی روی هابل سرمایه گذاری شد و قرار شد در سال ۱۹۸۳ در مدار قرار گیرد اما پروژه با تاخیر فنی و مشکل بودجه چند سالی عقب افتاد

تلسکوپ فضایی هابل (HST) یک تلسکوپ است که در سال ۱۹۹۰ توسط شاتل دیسکاوری در مدار گردش قرار گرفت. نام این تلسکوپ از نام فضانوردی به نام ادوین هابل گرفته شد. اگرچه هابل اولین تلسکوپ فضایی نبود ولی یکی از بزرگترین و پرکاربرد ترین ها به شمار می آید. HST یک برنامه مشترک بین NASA و سازمان فضایی اروپا (ESA) می باشد.

اولین طرح تلسکوپ فضایی در سال ۱۹۲۳ تدوین شد. در دهه ۷۰ میلادی روی هابل سرمایه گذاری شد و قرار شد در سال ۱۹۸۳ در مدار قرار گیرد اما پروژه با تاخیر فنی و مشکل بودجه چند سالی عقب افتاد. وقتی در سال ۱۹۹۰ ماموریت آن شروع شد دانشمندان دریافتند که آینه اصلی آن در جای مناسب خود قرار نگرفته و به شدت کارایی آنرا کاهش داده است. با این همه در سال ۱۹۹۳ به کیفیت مورد نظر دانشمندان رسید و عملیات خود را آغاز کرد.

هابل اولین تلسکوپی است که می توان آنرا در فضا تعمیر کرد و تا کنون حدود ۴ بار روی آن تعمیرات صورت گرفته است.

این تلسکوپ تقریبا ۱۴ متر طول، ۵ متر عرض و ۱۱۵۰۰ کیلوگرم وزن دارد و طوری طراحی شده است که از تمام ظرفیت سفینه فضایی استفاده کند.صفحه های خورشیدی روی آن هرکدام ۱۰ متر طول دارند که ESA آنها را تولید کرده است.

تلسکوپ فضایی هابل دارای اسکلتی برای جمع آوری نور،نگه داشتن وسایل وسیستم فضا پیما دارد. این تلسکوپ برای نگه داری آئینه ها یک سیستم مانند چوب بست دارد که از نوعی چسب لاستیکی از جنس گرافیت ساخته شده است که مانند جنس راکت های تنیس است.این اسکلت دارای طول ۱۷.۵فوت(یا ۵متر و ۳۰ سانتی متر)است و عرضی معادل۹.۶فوت(یا ۲متر و۹۰ سانتی متر)است که ۱۱۴ کیلو گرم وزن دارد. لوله ای که آئینه ها و وسایل علمی را نگه می دارد از جنس آلومینیوم ساخته شده است و دارای لایه های عایق متعددی می باشد.این عایق ها، پوشش و محافظی برای تلسکوپ در برابر حرارت وتغییرات دما بین نور آفتاب وتابش های آن وسایه است.

● کیفیت تصاویر هابل

گرفتن عکس های رنگی با تلسکوپ فضایی هابل بسیار پیچیده تر از گرفتن این عکس ها با دوربین معمولی است. در اولین تفاوت آن است که هابل هرگز از فیلم رنگی استفاده نمی کند بلکه با استفاده از آشکارسازهای الکترونیکی خود نور را از فضا جمع آوری و ثبت می کند. این آشکارسازها عکس های کیهانی را به صورت رنگی تولید نمی کنند و عکس ها در مرحله اول سیاه و سفیداند. عکس های نهایی از ترکیب چند عکس سیاه و سفید که رنگ آنها در زمان پردازش به آنها اضافه شده است، به وجود می آیند.

رنگها در عکس های هابل، که به دلایل مختلف به وجود می آیند، همواره همانچیزی نیستند که ما از نزدیک می دیدیم( اگر می توانستیم آن اجرام را در سفینه فضایی و از نزدیک ببینیم.) ما بعضی مواقع از رنگ به عنوانیک ابزار استفاده می کنیم به این دلیل که یا باعث بهتر دیدن جزئیات می شوند و یا تصور و دیدن آن ها رنگ ها از عهده چشم انسان خارج است.

یک عکس نوعی هابل از ترکیب چند عکس سیاه و سفید به نمایندگی رنگ های مختلف نور به وجود می آید. هابل از چه ابزارهایی برای تهیه عکس ها سود می برد؟

پنج ابزار دقیق تلسکوپ هابل – دوربین ها ، طیف نگار ها و حسگر های رهنمایی بسیار دقیق – به طور هماهنگ و یا مجزا از هم کار می کنند تا عکس های عالی را از دورترین نقاط هستی به ما برسانند. هر کدام از ابزار ها برای مشاهده جهان از راهی منحصر به فرد در نظر گرفته شده اند.

● تجهیزات هابل

در اینجا تعدادی از ابزار های مهم هابل در حال و گذشته، و کار آن ها را به طور مختصری بررسی می کنیم:

۱) دوربین پیشرفته نقشه برداری (Advanced Camera for Surveys) که در مارس سال ۲۰۰۲ میلادی نصب شده است، نشانگر نسل سوم ابزار های دقیق، که روی هابل نصب شده می باشد. این دوربین در کنار دیگر وضایف به مشاهده و بررسی آب و هوا در روی دیگر سیارات منظومه شمسی، مشاهده و نقشه برداری از کیهان و همچنین مطالعه نوع و چگونگی توزیع ستارگان می پردازد.

۲) دوربین میدان باز و سیاره ای هابل (Wide Field and Planetary Camera) زحمت کش ترین ابزار در تهیه مشهورترین عکس های هابل است. این دوربین مانند دوربین اصلی هابل برای مشاهده همه چیز به کار می رود. در زیر دو عکس از عکس های بسیار پر تعداد آن را می بینیم.

۳) دوربین فروسرخ و طیف نگار آن که می تواند چند هدف را هم‌زمان طیف نگاری کند، آشکارساز گرمای هابل است (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer) حساسیت آن به امواج فروسرخ باعث شده است که این دوربین برای مشاهده اجرام مبهم آسمانی مانند گازها و غبار میان ستاره ای و همچنین مشاهده دقیق ژرفترین قسمت های جهان بسیار کارآمد باشد.

۴) طیف نگار عکاسی تلسکوپ فضایی (Space Telescope Imaging Spectrograph) ابزار گردانی بود که تا حدودی مانند یک منشور، نوری که از اجرام آسمانی به تلسکوپ می رسد را به رنگهای به وجود آورنه آن تجزیه می کند. در سال ۲۰۰۴ مشکلی برای آن پیش آمد و از ادامه فعالیت آن جلوگیری کرد البته این ابزار قابل تعمیر است و میتواند در ماموریت های بعدی تعمیر شود.

۵) حسگرهای راهنمایی دقیق هابل (Fine Guidance Sensors) ابزارهای هدف گیری هستند که به سوی ستارگان رهنما قفل می شوند و موقعیت نسبی آنها را نسبت به سوژه در حال مشاهده می سنجند. کار تنظیمی که این ابزارها انجام می دهند باعث می شود هابل در حالت نشانه گیری درست بماند. همچنین این حسگرها برای انجام اندازه گیری های آسمانی به کار می روند.

۶) دوربین سوژه های کم نور (Faint Object Camera) دستگاه تله فوتو (مخابره عکس) هابل بود. عکس هایی که از میدان های دید بسیار کوچک گرفته شده بودند با تمام جزئیات ضبط می کرد. این ابزار در سال ۲۰۰۲ جای خود را به دوربین پیشرفته نقشه برداری داد.

● اتاق کنترل هابل

وظایف قسمت عملیات پرواز:

▪ کنترل وضعیت سیستم ها(ی مکانیکی، الکتریکی و مدیریت داده ها) و بخش های کوچکتر .

▪ جستجو برای هر چیز غیرعادی در رفتارهای هابل.

▪ تعیین برنامه و مسیر کاری اجزای مختلف.

▪ مدیریت ارتباطات.

▪ استفاده سیستم راهنمایی ستاره ای (نشانه روی تلسکوپ)

کار قسمت عملیات پرواز هابل به صورت شبانه روزی و هفت روز هفته می باشد. مهندسان و تکنیسین های مخصوص آموزش دیده که تیم عملیات پرواز را تشکیل می دهند در شیفت های چرخشی با سه یا چهار نفر در هر نوبت کار می کنند. یک روز کاری به کنترل، نشانه روی تلسکوپ، نظارت بر رفتار آن پشت میز فرمان و جستجوی هر چیز غیر عادی در کارهای فنی می گذرد.

کنترل کنندگان زمینی حتی از مدت ماموریت های سرویس همیشگی نیز مشغول تر می شوند. کمی پس از پرتاب شاتل کنترل کننده ها ماموریت های علمی هابل را متوقف می سازند. برای آماده کردن تلسکوپ بزرگ برای گرفتن آن (با شاتل) و بودن در مکان مقرر ، آنها دهانه هابل را می بندند و آنتن تقویت بلند آن مخفی می گردد. بعد از گرفتن هابل ونصب تجهیزات جدید روی آن توسط فضانوردان، کنترل کننده ها فورا آنها را آزمایش می کنند. بعدا، کنترل کننده ها وارسی و آزمایش های جزیی تری روی آن انجام می دهند. بعد از هر ماموریت سرویس، تیم عملیات پرواز آنتن تقویتی و دریچه اصلی را باز می کنند. آنها سپس تمام ابزارهای قبلی و جدید را دوباره راه اندازی می کنند.

● دید هابل و کیفیت آیینه آن

چه چیزی به هابل چنین بینایی خوبی داده است؟ چه چیزی عکس های اجرام دور را چنین با کیفیت می کند؟ مکان هابل بالا جو زمین است. اگر جه این مکان دارای برتریهای زیادی است، اما این فقط قسمتی از جواب این سوال است. بدون دید قوی هابل نمی توانست چنین عکس های مفیدی را از مکان های بی همتا بگیرد.

چشم های هابل در حقیقت سیستمی هستند که مجموعه نوری تلسکوپ نام دارند. این سیستم از دو آینه تشکیل می شود. سیستم نوری هابل یک طرح درست نوری موسوم به Ritchey-Chretien گاسگرین است که در آن شکل و طراحی مخصوص دو آینه عکس هایی از بزرگ ترین میدان دید ممکن را کانونی می کنند.

آیینه های هابل بسیار صاف هستند و سطحی به دقت شکل داده شده برای بازتاب نور دارند. آنها با تراش شیشه با ساینده ها به وجود آمده اند بطوری که سطحشان بیشتر از یک هشتصد هزارم در یک اینچ از شکل منحنی انحراف ندارد. اگر آینه اصلی هابل قطری هم اندازه با قطر زمین داشت، ارتفاع بزرگ ترین برآمدگی آن تنها شش اینچ می شد.

کمی پس از ساخت و نصب هابل در سال ???? دانشمندان دریافتند تراش منحنی آینه اصلی اشتباه بوده، باعث کجنمایی(ابیراهی) کروی آینه می شده است. خوشبختانه اصلاح نورشناسی قادر به حل این مشکل بود.

آینه های هابل از جنس شیشه ای با ضریب انبساطی کم هستند و در اطاقی با دمای تقریبا ثابت (در ۷۰ درجه فارنهایت) نگاه داشته شده اند تا از تاب خوردن آنها جلوگیری شود. سطح بازتابنده آینه ها با لایه ای ۳میلیونم اینچی از جنس آلومینیوم خالص پوشانده شده و با یک لایه ۱میلیونم متری از منیزیم فلوئورید حفاظت شده است.منیزیم فلوئورید باعث می شود آینه نور فرابنفش را بهتر منعکس کند.

● اکتشافات مهم

هابل به حل بسیاری از مشکلات نجوم که دانشمندان قبل از در مدار قرار گرفتن آن با آنها دست و پنجه نرم می کردند کمک کند. این تلسکوپ توانست فاصله میان ستارگان را دقیق تر اندازه گیری کرده و سرعت گسترش جهان را تنها با ۱۰ درصد خطا تخمین بزند.

همچنین هابل توانست سن جهان و راهی در پیشه رو دارد را اندازه گیری و به دست دهد که این نتایج ناقض بسیاری از نظریات قبلی بود.تصاویر با دقت بالای این تلسکوپ امکان مشاهده چگونگی شکل گیری سیاه چاله ها را در کهکشان های نزدیک به ما را فراهم کرد و نیز توانست کهکشان هایی را که میلیاردها سال نوری از ما فاصله دارند را آشکار سازی کرده و درهای جدیدی از علم را برای ما بگشاید.

گردآوری و ترجمه: محسن مرادی