تلسکوپ هابل چگونه کار می کند؟

در سال ۱۹۴۶ میلادی، متخصص اختر فیزیک، دکتر لیمن اسپیتزر، ایدۀ ساخت یک تلسکوپ فضایی را مطرح کرد، این ایده در حالی مطرح شد که بشر هنوز یک راکت هم به خارج از جو پرتاب نکرده بود! دکتر اسپیتزر گفته بود یک تلسکوپ فضایی، به دلیل بیرون بودن از جو زمین، عکس های به مراتب با کیفیت تر و دقیق تری می تواند بگیرد.

دکتر لیمن اسپیتزر

با شروع فعالیت های فضایی آمریکا در دهه های ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰ میلادی، اسپیتزر پیشنهاد ساخت این تلسکوپ را به کنگره و ناسا ارائه کرد و در سال ۱۹۷۵، آژانس فضایی اروپا( ESA ) و ناسا تصمیم به کار بر روی این ایده، گرفتند! در سال ۱۹۷۷ میلادی بودجه ی ساخت این تلسکوپ توسط کنگرۀ آمریکا تامین شد و ناسا، شرکت لاکهید مارتین را پیمانکار ساخت و جمع آوری و تست آن کرد.

نام این تلسکوپ هابل گذاشته شد. این نام، بر گرفته از نام ستاره شناس معروف آمریکایی، «ادوین هابل» گرفته شد چرا که مشاهدات او، انبساط جهان را تایید کرده و شواهدی بر نظریه بیگ بنگ بود. پس از یک تاخیر طولانی مدت که به خاطر حادثۀ انفجار شاتل فضایی چلنجر در سال ۱۹۸۶ رخ داد، سرانجام تلسکوپ فضایی هابل در ۲۴ آوریل ۱۹۹۰، سوار بر شاتل فضایی دیسکاوری از جو زمین خارج شده و در مدار مستقر شد. از زمانی که این تلسکوپ در مدار زمین جای گرفت، اطلاعات بسیار زیادی در مورد عمر جهان، سیاهچاله ها، زمان مرگ ستاره ها و … به بشر داد!

تصویری از تلسکوپ فضایی هابل

اما تلسکوپ هابل چگونه کار می کند؟

تلسکوپ هابل در مدار ۵۶۹ کیلومتری زمین با سرعت ۸ کیلومتر بر ثانیه در حال گردش به دور سیاره ما است. این یعنی با این سرعت، کل طول ایالات متحده را فقط در کمتر از ۱۰ دقیقه طی می کند! در حین همین سفر، آینه اصلی موجود در آن نور را به طور مستقیم به داخل ابزارهای متعدد علمی درونش هدایت میکند. هابل یک تلسکوپ از نوع بازتابنده ی کاسگرین است. نور با بازتاب از آینه اولیه یا اصلی تلسکوپ، به آینه دوم منتقل می شود. آینۀ دوم نیز این نور بازتاب شده را دوباره به سمت آینۀ اصلی منعکس میکند. نوری که دوباره توسط آینه دوم برگشت داده شده از داخل حفره ای که در مرکز آینۀ اول وجود دارد گذشته و به حسگرهای تشخیص آن می رسد!

بیشتر مردم به اشتباه فکر می کنند که میزان قدرت یک تلسکوپ به قدرت بزرگ نمایی آن بستگی دارد. در حقیقت قدرت یک تلسکوپ به میزان نوری که می تواند دریافت کند مربوط می شود! هر چه قدر آینۀ تلسکوپ بزرگ تر باشد، میزان نور بیشتری را جذب می کند. قطر تلسکوپ هابل ۲٫۵ متر است که در مقایسه با تلسکوپ های روی زمین با قطری تا حدود ۱۰ متر خیلی کوچک به نظر می رسد. با این حال تلسکوپ هابل از تلسکوپ های زمینی قدرتمندتر است. زیرا نبود جو زمین در فضا باعث واضح تر شدن تصاویر ثبت شده می گردد.

زمانی که نور توسط دو آینۀ تعبیه شده در تلسکوپ هابل به حفره ی وسط آینۀ اصلی منتقل شد، ابزارهای موجود در آن دست به کار می شوند. هر کدام از این ابزارها، جهان را به گونه ی متفاوتی به تصویر می کشند. دوربین WFC3 همانطور که از نامش پیداست ۳ نوع طیف نور را دریافت می کند. طیف نورهای نزدیک به فرابنفش، طیف نورهای مرئی و طیف نورهای نزدیک به مادون قرمز، البته نه به صورت همزمان! رزولوشین یا وضوح تصویر این دوربین، از دیگر ابزارهای علمی به کار برده شده در هابل بسیار بالاتر است. این دوربین که یکی از جدیدترین ابزارهای هابل است، برای مطالعه ی ماده و انرژی تاریک، شکل گیری ستاره های نوظهور و کشف کهشکان های بسیار دور کاربرد دارد!

نحوه ی کارکرد اجزای داخلی تلسکوپ فضایی هابل

یکی دیگر از ابزارهای جدید استفاده شده در هابل، طیف نگار کیهانی یا COS است. این طیف نگار فقط برای نور های فرابنفش تعبیه شده است و مانند یک منشور عمل می کند. طول موج های دریافت شده از ستارگان، سیارات، کهشکان ها و … مانند اثر انگشت برای هر عنصر منحصر به فرد بوده و به ما اطلاعات مفیدی در رابطه با حرارت، چگالی و ترکیبات آنها به ما می دهند. افزوده شدن ابزار طیف نگار کیهانی برای علم بشر بسیار مفید بود، چرا که به هابل قدرتی تا ۷۰ برابر بیشتر برای مشاهدۀ اجسام کم نور در دور دست ها داد.

ابزار دیگری که درون هابل قرار گرفته است، دوربین نقشه برداری ACS است که برای دریافت نورهای مرئی و مطالعه ی فعالیت های ابتدایی کیهان به کار برده می شود. از این دوربین برای مطالعه ی مادۀ تاریک، اجسام بسیار دور، سیاره های بزرگ و تکامل خوشه های کهکشانی استفاده می شود. دوربین نقشه بردار در سال ۲۰۰۷ به خاطر یک اتصال کوتاه الکتریکی از کار افتاد اما در چهارمین ماموریت تعمیراتی در ماه می سال ۲۰۰۹ تعمیر شد.

دیگر ابزار استفاده شده در هابل، تصویرگر طیف نگار تلسکوپ فضایی یا STIS است که طیف های فرابنفش، مرئی و طیف های نوری نزدیک به مادون قرمز را دریافت می کند. این ابزار برای شکار سیاهچاله ها کاربرد دارد! در حالی که COS نورهای بسیار کوچک و ضعیف دور دست مثل ستاره ها و اختروش را تجزیه و تحلیل می کند، از طیف نگار برای تحلیل اجرام بزرگ تری همچون کهکشان ها استفاده می شود. این طیف نگار نیز در سال ۲۰۰۴ به دلیل نقص فنی از کار افتاد که در همان ماموریت تعمیراتی چهارم، تعمیر شد.

حسگرها و سنسورهای موجود در تلسکوپ هابل

دیگر ابزار استفاده شده در تلسکوپ هابل NICMOS است که به عنوان یک حسگر حرارتی عمل می کند. این حسگر به هابل این امکان را می دهد تا اشیاء مخفی مانده در میان گرد و غبار بین ستاره ای مثل مکان تشکیل ستاره ها را پیدا کند. در آخر، حسگرهای هدایتی یا FGS هستند که با قفل شدن بر روی ستاره های راهنما یا اصلی، جهت تلسکوپ هابل را نسبت به آنها تعیین کرده و هابل را در مسیر درستی که باید باشد نگاه می دارند.

همچنین از این حسگرها برای تعیین فاصلۀ میان دو ستاره و حرکت نسبی آنها نیز می توان استفاده کرد. نیرویی که به این حسگرها اجازه کار می دهد تماما از طریق صفحات خورشیدی تعبیه شده در اطرف تلسکوپ هابل و با تبدیل مستقیم انرژی خورشیدی به برق تامین می شود. همچنین، قسمتی از این الکتریسیتۀ تولید شده، در باتری های آن ذخیره شده تا زمانی که در سایه ی زمین قرار می گیرد از کار نیافتد!

اندازۀ تلسکوپ هابل در کنار جانشین جدیدش تلسکوپ فضایی جیمز وب

اما تلسکوپ هابل تا چه زمانی کار خواهد کرد؟ این تلسکوپ ۲۳ سالۀ ناسا تاکنون ۵ بار تعمیر شده و از آخرین تعمیرش در سال ۲۰۰۹، هشت سال می گذرد. به گفتۀ محققان ناسا، تلسکوپ هابل باید در سال ۲۰۱۵ از کار می افتاد اما خوشبختانه، این یار دیرین ناسا هنوز در حال خدمت به علم بشریت است! به گفتۀ پائول هرتز، مدیر ماموریت های فضایی ناسا، تلسکوپ هابل تا زمانی که از کار بیافتد قابل استفاده بوده و ناسا از آن استفاده می کند. این امکان وجود دارد که تلسکوپ هابل تا بعد از سال ۲۰۱۸ هم که جانشینش تلسکوپ فضایی جیمز وب به فضا ارسال می شود، قادر به کار کردن باشد!

منبع : bigbangpage.com