تلسکوپ فضایی هابل؛ چشمی گردان بر اسرار کیهان
تنها چند سال پس از استقرار تلسکوپ فضایی هابل در مدار زمین، این ابزار شگفتانگیز به عنوان یکی از بزرگترین دستاوردهای علمی بشر شناخته شد. هابل توانست تصاویری با جزئیات بینظیر از اجرام سماوی در فواصل مختلف، از همسایگان نزدیک سیارهای ما گرفته تا کهکشانهای میلیاردها سال نوری دورتر، تهیه کند و آرزوی دیرینه منجمان برای داشتن چشمی گردان در آسمان را به بهترین شکل ممکن تحقق بخشد.
رویای وجود تلسکوپی که در ماورای جو زمین قرار داشته باشد، سابقهای دیرینه در میان دانشمندان و ستارهشناسان دارد. چنین ابزاری دیگر نیازی ندارد که نور را از میان لایههای آشفته جو زمین دریافت کند، آسمان آن همیشه تاریک و عاری از نور مزاحم خواهد بود، و هیچ هوای متراکمی وجود ندارد که باعث تشویش و محو شدن تصاویر شود.
از مزایای برجسته دیگر تلسکوپ فضایی، توانایی رصد طول موجهای خارج از محدوده نور مرئی است. این ابزار میتواند تابشهای فرابنفش و مادون قرمز را که توسط جو زمین جذب میشوند، رصد و ثبت کند. این قابلیت دریچههای جدیدی به روی درک ما از کیهان گشوده و اطلاعات ارزشمندی درباره ترکیب شیمیایی، دما و فرآیندهای فیزیکی در اجرام آسمانی فراهم کرده است. اگرچه این آرزو تا قبل از آغاز عصر فضانوردی همچنان به صورت رویایی دستنیافتنی باقی مانده بود.
تاریخچه طراحی و ساخت تلسکوپ هابل
پیدایش ایده: پیشنهاد دکتر لیمان اسپیتزر
در سال 1946، یک اختر فیزیکدان برجسته آمریکایی به نام دکتر لیمان اسپیتزر (1914-1997) برای نخستین بار پیشنهاد ساخت تلسکوپی در فضا را مطرح کرد. او در مقالهای علمی توضیح داد که چنین تلسکوپی قادر خواهد بود تصاویری بسیار واضحتر و با وضوح چندین برابر بیشتر نسبت به تلسکوپهای زمینی از اجرام دوردست کیهانی تهیه کند.
اما این ایده در آن زمان کاملاً غیرقابل اجرا و بسیار فراتر از امکانات فناوری موجود بود، زیرا تا آن زمان حتی یک موشک هم به ماورای جو زمین پرتاب نشده بود و فناوری فضایی هنوز در مراحل ابتدایی خود قرار داشت. با این حال، این ایده در ذهن دانشمندان باقی ماند و با پیشرفت تدریجی فناوری فضانوردی در دهههای بعد، شدنیتر به نظر میرسید.
مسیر تحقق: از تصویب طرح تا ساخت
سرانجام در سال 1970، پس از گذشت بیش از دو دهه از پیشنهاد اولیه، این طرح به صورت رسمی تصویب شد. در سال 1977، کنگره ایالات متحده بودجه لازم برای ساخت این تلسکوپ فضایی را تخصیص داد و پروژه به طور جدی آغاز شد. ناسا شرکت هوا-فضای معتبر لاکهید مارتین (Lockheed Martin) را به عنوان پیمانکار اصلی برای طراحی، ساخت و نظارت بر قطعات و ساختار فیزیکی تلسکوپ انتخاب کرد.
در سال 1983، در یک تصمیم تاریخی، این تلسکوپ به افتخار ادوین هابل، منجم برجسته آمریکایی، نامگذاری شد. ادوین هابل دانشمندی بود که با رصد ستارگان متغیر سفئیدی در کهکشانهای دوردست، برای نخستین بار تئوری انبساط جهان را به صورت رصدی تأیید کرد و انقلابی در درک ما از کیهان ایجاد نمود.
فرآیند ساخت تلسکوپ فضایی هابل نزدیک به هشت سال طول کشید و شامل پیچیدهترین فناوریهای موجود در آن زمان بود. این تلسکوپ 50 برابر حساستر و دارای وضوح 10 برابر بیشتر نسبت به قدرتمندترین تلسکوپهای زمینی طراحی شد، که نشاندهنده جهش عظیمی در تواناییهای رصدی بشر بود.
پرتاب و چالشهای اولیه هابل
لحظه تاریخی: پرتاب به فضا
تلسکوپ فضایی هابل (HST) در 24 آوریل سال 1990 توسط شاتل فضایی دیسکاوری در مدار 559 کیلومتری زمین قرار گرفت. این لحظه به عنوان یکی از نقاط عطف تاریخ نجوم به حساب میآید. انتظار میرفت که تلسکوپ بلافاصله پس از استقرار، تصاویری شگفتانگیز از کیهان ارسال کند.
کشف مشکل: ابیراهی کروی در آینه اصلی
اما متأسفانه، تقریباً بلافاصله پس از پرتاب، منجمان و مهندسان ناسا متوجه یک مشکل جدی شدند: تلسکوپ قادر به کانونی کردن صحیح نور نبود و تصاویر حاصله به جای وضوح مورد انتظار، تار و مبهم بودند. بررسیهای دقیق نشان داد که مشکل از نقصی جزئی اما حیاتی در شکل آینه اصلی تلسکوپ ناشی میشود.
این نقص که به عنوان ابیراهی کروی شناخته میشود، به طور ساده عبارت است از ناتوانی آینههای کروی ساده در متمرکز کردن پرتوهای موازی نور در یک نقطه واحد. در واقع، آینه اصلی هابل تنها 2.2 میکرومتر (کمتر از یک پنجاهم ضخامت یک تار مو) از شکل ایدهآل خود فاصله داشت، اما همین اختلاف جزئی کافی بود تا کیفیت تصاویر به شدت کاهش یابد.
راهحل نوآورانه: ماموریت تعمیر و سیستم کوستار
خوشبختانه، تلسکوپ فضایی هابل از همان ابتدا طوری طراحی شده بود که در حین گردش مداریاش هم قابل تعمیر و ارتقاء باشد. این ویژگی منحصر به فرد به مهندسان ناسا این امکان را داد که راهحلی برای مشکل پیدا کنند. ابزارهای کمکی، حسگرهای حرکتی، ژیروسکوپها، صفحههای خورشیدی و تقریباً هر قطعه دیگری در تلسکوپ قابل تعویض و جابهجایی بود.
در واقع، تنها چیزهایی که در تلسکوپ نمیتوانستند تعویض شوند، ساختار پایهای و آینه اصلی آن بودند. بنابراین دانشمندان باید راهی مییافتند تا بدون تعویض آینه معیوب، نقص آن را جبران کنند.
طولی نکشید که مهندسان ناسا با طراحی سیستمی به نام کوستار (COSTAR - Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement) راهحلی نوآورانه ارائه دادند. این سیستم در دسامبر 1993 طی یک ماموریت فضایی پیچیده توسط فضانوردان نصب شد.
کوستار شامل چندین آینه کوچک و دقیق بود که جلوی مسیر پرتوهای نوری ورودی به آینه معیوب قرار میگرفت، نقص موجود در آینه اصلی را به صورت هوشمندانه تصحیح میکرد، و سپس پرتوهای نوری اصلاحشده را به ابزارهای علمی تلسکوپ برای کانونیسازی صحیح باز میگرداند. این سیستم عملاً مانند عینک برای تلسکوپ عمل میکرد.
زمانی که HST بعد از ماموریت تعمیر مورد آزمایش قرار گرفت، نتایج به طور شگفتانگیزی موفقیتآمیز بودند. تصاویر به طور چشمگیری واضح، تیز و مملو از جزئیات شده بودند و تلسکوپ سرانجام توانست به وعدههای اولیه خود عمل کند.
امروزه، همه ابزارهایی که بر روی تلسکوپ هابل نصب میشوند با سیستم تصحیحکننده نوری داخلی طراحی و ساخته میشوند تا نقص موجود در آینه اصلی را خودکار جبران کنند، بنابراین دیگر نیازی به استفاده از سیستم کوستار نیست و آن در سال 2009 برداشته شد.
ساختار و اجزای داخلی تلسکوپ هابل
معماری کلی تلسکوپ
همانند هر تلسکوپ بازتابی استاندارد، تلسکوپ فضایی هابل نیز شامل یک لوله بزرگ و استوانهای است که از یک طرف باز و از طرف دیگر بسته است. این ساختار ساده اما کارآمد، پایه و اساس عملکرد تلسکوپ را تشکیل میدهد.
در داخل این لوله، سیستم پیچیدهای از آینهها برای جمعآوری نور از اجرام آسمانی دوردست و انتقال و تمرکز آن به چشمیهای تلسکوپ (ابزارهای علمی) قرار دارد. آینه اصلی که قطری معادل 2.4 متر دارد، نور را جمعآوری کرده و به آینه ثانویه کوچکتر منعکس میکند، و سپس نور به سمت ابزارهای علمی هدایت میشود.
ابزارهای علمی پیشرفته
هابل دارای چندین نوع چشمی و ابزار علمی در قالب دوربینها و طیفسنجهای پیشرفته است که به تلسکوپ این امکان را میدهد تا طیف وسیعی از انواع تابشهای الکترومغناطیسی منتشر شده از اجرام آسمانی را رصد و تحلیل کند. این ابزارها شامل موارد زیر هستند:
- دوربین پیشرفته برای بررسیهای آسمانی (ACS): برای تصویربرداری با میدان دید گسترده
- دوربین مادون قرمز نزدیک و طیفسنج چند هدفه (NICMOS): برای رصد اجرام در طول موج مادون قرمز
- دوربین میدان گسترده 3 (WFC3): برای تصویربرداری با کیفیت بالا در طول موجهای فرابنفش، مرئی و مادون قرمز نزدیک
- طیفسنج تصویربردار تلسکوپ فضایی (STIS): برای تحلیل ترکیب شیمیایی و خصوصیات فیزیکی اجرام
مشخصات فنی تلسکوپ فضایی هابل
برای درک بهتر ابعاد و قدرت این ابزار شگفتانگیز، در اینجا مشخصات کامل فنی آن آورده شده است:
- طول کلی: 13.2 متر (معادل طول یک اتوبوس بزرگ)
- عرض: 4.2 متر
- وزن کل: 12 تن (11000 کیلوگرم)
- قطر دهانه آینه اصلی: 2.4 متر
- قطر دهانه آینه ثانویه: 0.3 متر
- توان تفکیک زاویهای: 0.05 ثانیه قوسی (توانایی تشخیص جزئیات بسیار ریز)
- ارتفاع مدار: حدود 547 کیلومتری از سطح زمین
- سرعت مداری: حدود 27000 کیلومتر در ساعت
- زمان یک دور کامل به دور زمین: تقریباً 97 دقیقه
- محدوده طول موج قابل رصد: از فرابنفش (حدود 100 نانومتر) تا مادون قرمز نزدیک (حدود 2500 نانومتر)
دستاوردها و تأثیرات علمی هابل
انقلاب در درک ما از کیهان
تلسکوپ فضایی هابل در طول بیش از سه دهه فعالیت خود، نقش بیبدیلی در پیشرفت دانش بشری درباره کیهان ایفا کرده است. این تلسکوپ بیش از 1.5 میلیون رصد علمی انجام داده و دادههای آن منجر به انتشار بیش از 18000 مقاله علمی شده است.
تصاویر خیرهکننده از کیهان
برخی از معروفترین و زیباترین تصاویر نجومی که تاکنون ثبت شدهاند، توسط هابل گرفته شدهاند. از تصاویر ستونهای خلقت در سحابی عقاب گرفته تا میدان عمیق هابل که هزاران کهکشان دوردست را نشان میدهد، این تصاویر نه تنها ارزش علمی بالایی دارند بلکه الهامبخش میلیونها نفر در سراسر جهان بودهاند.
نتیجهگیری
تلسکوپ فضایی هابل به عنوان یکی از موفقترین ماموریتهای علمی تاریخ، نشان داده که چگونه نوآوری، پشتکار و همکاری بینالمللی میتواند به دستاوردهای شگفتانگیز منجر شود. علیرغم چالشهای اولیه، این تلسکوپ توانسته است مرزهای دانش بشری را گسترش دهد و دریچههای جدیدی به روی اسرار کیهان بگشاید. میراث هابل برای نسلهای آینده دانشمندان و علاقهمندان به نجوم همچنان الهامبخش خواهد بود.
نظرات
0دیدگاه خود را ثبت کنید
برای ارسال نظر و مشارکت در گفتگو، لطفا وارد حساب کاربری خود شوید.