معرفی تلسکوپ فضایی هابل

تلسکوپ فضایی هابل (HST)  یک تلسکوپ است که  در سال 1990 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 1923 تدوین شد. در دهه 70 میلادی روی هابل سرمایه گذاری شد و قرار شد در سال 1983 در مدار قرار گیرد اما پروژه با تاخیر فنی و مشکل بودجه چند سالی عقب افتاد. وقتی در سال 1990 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 1993 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 4 بار روی آن تعمیرات صورت گرفته است.

این تلسکوپ تقریبا 14 متر طول، 5 متر عرض و 11500 کیلوگرم وزن دارد و طوری طراحی شده است که از تمام ظرفیت سفینه فضایی استفاده کند.صفحه های خورشیدی روی آن هرکدام 10 متر طول دارند که ESA آنها را تولید کرده است.

تلسكوپ فضایی هابل دارای اسكلتی برای جمع آوری نور،نگه داشتن وسایل وسیستم فضا پیما دارد. این تلسكوپ برای نگه داری آئینه ها یك سیستم مانند چوب بست دارد كه از نوعی چسب لاستیكی از جنس گرافیت ساخته شده است كه مانند جنس راكت های تنیس است.این اسكلت دارای طول 17.5فوت(یا 5متر و 30 سانتی متر)است و عرضی معادل9.6فوت(یا 2متر و90 سانتی متر)است كه   114 كیلو گرم وزن دارد. لوله ای كه 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 تلسكوپ در برابر حرارت وتغییرات دما بین نور آفتاب وتابش های آن وسایه است.

کیفیت تصاویر هابل

گرفتن عكس های رنگی با تلسكوپ فضایی هابل بسیار پیچیده تر از گرفتن این عكس ها با دوربین معمولی است. در اولین تفاوت آن است كه هابل هرگز از فیلم رنگی استفاده نمی كند بلكه با استفاده از آشكارسازهای الكترونیكی خود نور را از فضا جمع آوری و ثبت می كند. این آشكارسازها عكس های كیهانی را به صورت رنگی تولید نمی كنند و عكس ها در مرحله اول سیاه و سفیداند. عكس های نهایی از تركیب چند عكس سیاه و سفید كه رنگ آنها در زمان پردازش به آنها اضافه شده است، به وجود می آیند.

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

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

پنج ابزار دقیق تلسكوپ هابل – دوربین ها ، طیف نگار ها و حسگر های رهنمایی بسیار دقیق – به طور هماهنگ و یا مجزا از هم كار می كنند تا عكس های عالی را از دورترین نقاط هستی به ما برسانند. هر كدام 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 كار آن ها را به طور مختصری بررسی می كنیم:

1.دوربین پیشرفته نقشه برداری (Advanced Camera for Surveys) كه در مارس سال 2002 میلادی نصب شده است، نشانگر نسل سوم ابزار های دقیق، كه روی هابل نصب شده می باشد. این دوربین در كنار دیگر وضایف به مشاهده و بررسی آب و هوا در روی دیگر سیارات منظومه شمسی، مشاهده و نقشه برداری از كیهان و همچنین مطالعه نوع و چگونگی توزیع ستارگان می پردازد.

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

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

4.طیف نگار عكاسی تلسكوپ فضایی (Space Telescope Imaging Spectrograph) ابزار گردانی بود كه تا حدودی مانند یك منشور، نوری كه از اجرام آسمانی به تلسكوپ می رسد را به رنگهای به وجود آورنه آن تجزیه می كند. در سال 2004 مشكلی برای آن پیش آمد و از ادامه فعالیت آن جلوگیری كرد البته این ابزار قابل تعمیر است و میتواند در ماموریت های بعدی تعمیر شود.

5.حسگرهای راهنمایی دقیق هابل (Fine Guidance Sensors) ابزارهای هدف گیری هستند كه به سوی ستارگان رهنما قفل می شوند و موقعیت نسبی آنها را نسبت به سوژه در حال مشاهده می سنجند. كار تنظیمی كه 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 كار می روند.

6.دوربین سوژه های كم نور (Faint Object Camera) دستگاه تله فوتو (مخابره عكس) هابل بود. عكس هایی كه از میدان های دید بسیار كوچك گرفته شده بودند با تمام جزئیات ضبط می كرد. این ابزار در سال 2002 جای خود را به دوربین پیشرفته نقشه برداری داد.

اتاق كنترل هابل

وظایف قسمت عملیات پرواز:

1.كنترل وضعیت سیستم ها(ی مكانیكی، الكتریكی و مدیریت داده ها) و بخش های كوچكتر .

2.جستجو برای هر چیز غیرعادی در رفتارهای هابل.

3.تعیین برنامه و مسیر كاری اجزای مختلف.

4.مدیریت ارتباطات.

5.استفاده سیستم راهنمایی ستاره ای (نشانه روی تلسكوپ)

كار قسمت عملیات پرواز هابل به صورت شبانه روزی و هفت روز هفته می باشد. مهندسان و تكنیسین های مخصوص آموزش دیده كه تیم عملیات پرواز را تشكیل می دهند در شیفت های چرخشی با سه یا چهار نفر در هر نوبت كار می كنند. یك روز كاری به كنترل، نشانه روی تلسكوپ، نظارت بر رفتار آن پشت میز فرمان و جستجوی هر چیز غیر عادی در كارهای فنی می گذرد.

كنترل كنندگان زمینی حتی از مدت ماموریت های سرویس همیشگی نیز مشغول تر می شوند. كمی پس از پرتاب شاتل كنترل كننده ها ماموریت های علمی هابل را متوقف می سازند. برای آماده كردن تلسكوپ بزرگ برای گرفتن آن (با شاتل) و بودن در مكان 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، كنترل كننده ها فورا آنها را آزمایش می كنند. بعدا، كنترل كننده 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 كنند. آنها سپس تمام ابزارهای قبلی و جدید را دوباره راه اندازی می كنند.

دید هابل و کیفیت آیینه آن

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

چشم های هابل در حقیقت سیستمی هستند كه مجموعه نوری تلسكوپ نام دارند. این سیستم از دو آینه تشكیل می شود. سیستم نوری هابل یك طرح درست نوری موسوم به Ritchey-Chretien گاسگرین است كه در آن شكل و طراحی مخصوص دو آینه عكس هایی از بزرگ ترین میدان دید ممكن را كانونی می كنند.

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

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

آینه های هابل از جنس شیشه ای با ضریب انبساطی كم هستند و در اطاقی با دمای تقریبا ثابت (در 70 درجه فارنهایت) نگاه داشته شده اند تا از تاب خوردن آنها جلوگیری شود. سطح بازتابنده آینه ها با لایه ای 3میلیونم اینچی از جنس آلومینیوم خالص پوشانده شده و با یك لایه 1میلیونم متری از منیزیم فلوئورید حفاظت شده است.منیزیم فلوئورید باعث می شود آینه نور فرابنفش را بهتر منعكس كند.

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 10 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