تلسکوپ هابل چگونه کار می کند؟!
در سال 1946 میلادی، متخصص فزیک نجومی، دکتر لیمن اسپیتزر، ایده ی ساخت یک تلسکوپ فضایی را درست در حالی مطرح کرده بود که بشر هنوز یک راکت هم به خارج از جو پرتاب نکرده بود. دکتر اسپیتزر گفته بود که یک تلسکوپ فضایی، به دلیل بیرون بودن از جو زمین، عکس های به مراتب با کیفیت تر و دقیق تری خواهد گرفت.
با شروع فعالیت های فضایی آمریکا در دهه های 1960 و 1970 میلادی، اسپیتزر پیشنهاد ساخت این تلسکوپ را به کنگره و ناسا ارائه کرد و در سال 1975، آژانس فضایی اروپا ( ESA ) و ناسا تصمیم به کار بر روی این ایده را گرفتند! در سال 1977 میلادی بودجه ی ساخت این تلسکوپ توسط کنگره ی آمریکا تامین شد و ناسا، شرکت لاکهید مارتین را پیمانکار ساخت و جمع آوری و تست آن کرد.
نام هابل، بر گرفته از نام ستاره شناس معروف آمریکایی، ادوین هابل گرفته شد چرا که مشاهدات او، انبساط جهان را تایید کرده و پشتیبانی بر اثبات نظریه بیگ بنگ بود.
پس از یک تاخیر طولانی مدت که به خاطر حادثه ی تاسف بار شاتل فضایی چلنجر در سال 1986 افتاد، سر انجام تلسکوپ فضایی هابل در 24 آوریل 1990، سوار بر شاتل فضایی دیسکاوری از جو زمین خارج شده و در مدار آن جای گرفت. از زمانی که این تلسکوپ در مدار زمین جای گرفت، اطلاعات بسیار زیادی در مورد عمر جهان، سیاه چاله ها و زمان مرگ ستاره ها به بشر داد!
اما تلسکوپ هابل چگونه کار می کند؟
تلسکوپ هابل در مدار 569 کیلومتری زمین با سرعت 8 کیلومتر بر ثانیه در حال گردش به دور کره ی زمین است! این یعنی با این سرعت، کل طول ایالات متحده را فقط در کمتر از 10 دقیقه طی می کند! در حین همین سفر، آینه اصلی موجود در آن نور را به طور مستقیم به داخل ابزار های 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. آینه ی دوم نیز این نور بازتاب شده را دوباره به سمت آینه ی اصلی منعکس میکند. نوری که دوباره توسط آینه دوم برگشت داده شده از داخل حفره ای که در مرکز آینه ی اول وجود دارد گذشته و به حسگر های 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 آینه ی تلسکوپ بزرگ تر باشد، میزان نور بیشتری را جذب می کند. قطر تلسکوپ هابل 2.5 متر است که در مقایسه با تلسکوپ های روی زمین با قطری تا حدود 10 متر خیلی کوچک به نظر می رسد. با این حال تلسکوپ هابل از تلسکوپ های زمینی قدرتمند تر است! زیرا نبود جو زمین در فضا باعث واضح تر شدن تصاویر ثبت شده می گردد.
زمانی که نور توسط دو آینه ی تعبیه شده در تلسکوپ هابل به حفره ی وسط آینه ی اصلی منتقل شد، ابزار های موجود در آن دست به کار می شوند. هر کدام از این ابزار ها، جهان را به گونه ی متفاوتی به تصویر می کشند. دوربین WFC3 همانطور که از نامش پیداست 3 نوع طیف نور را دریافت می کند. طیف نور های نزدیک به فرابنفش، طیف نور های مرئی و طیف نور های نزدیک به مادون قرمز، البته نه به صورت همزمان! رزولوشین یا وضوح تصویر این دوربین، از دیگر ابزار های علمی به کار برده شده در هابل بسیار بالا تر است. این دوربین که یکی از جدیدترین ابزار های هابل است، برای مطالعه ی ماده و انرژی تاریک ، شکل گیری ستاره های نوظهور و کشف کهشکان های بسیار دور کاربرد دارد!
یکی دیگر از ابزار های 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 آن ها به ما می دهند. افزوده شدن ابزار COS برای علم بشر بسیار مفید بود، چرا که به هابل قدرتی تا 70 برابر بیشتر برای مشاهده ی اجسام کم نور در دور دست ها داد!
ابزار دیگری که درون هابل قرار گرفته است، دوربین نقشه برداری ACS است که برای دریافت نور های مرئی و مطالعه ی فعالیت های ابتدایی جهان به کار برده می شود. از این دوربین برای مطالعه ی ماده ی تاریک ، اجسام بسیار دور، سیاره های بزرگ و تکامل خوشه های کهکشانی استفاده می شود. ACS در سال 2007 به خاطر یک اتصال کوتاه الکتریکی از کار افتاد اما در چهارمین ماموریت تعمیراتی در ماه می سال 2009 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 سیاه چاله ها کاربرد دارد! در حالی که COS نور های بسیار کوچک و ضعیف دور دست مثل ستاره ها و اختروش را تجزیه و تحلیل می کند، از STIS برای تحلیل اجسام بزرگ تری همچون کهکشان ها استفاده می شود. STIS نیز در سال 2004 به دلیل نقص فنی از کار افتاد که در همان ماموریت تعمیراتی چهارم، تعمیر شد.
NICMOS دیگر ابزار استفاده شده در هابل 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، حسگر های هدایتی یا FGS هستند که با قفل شدن بر روی ستاره های راهنما یا اصلی، جهت تلسکوپ هابل را نسبت به آن ها تعیین کرده و هابل را در مسیر درستی که باید باشد نگاه می دارند. همچنین از این حسگر ها برای تعیین فاصله ی میان دو ستاره و حرکت نسبی آن ها نیز می توان استفاده کرد!
نیرویی که به این حسگر ها 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 الکتریسیته ی تولید شده، در باتری های آن ذخیره شده تا زمانی که در سایه ی زمین قرار میگیرد از کار نیافتد!
اما تلسکوپ هابل تا چه زمانی کار خواهد کرد؟ این تلسکوپ 23 ساله ی ناسا تاکنون 5 بار تعمیر شده و از آخرین تعمییرش در سال 2009، 8 سال می گذرد. به گفته ی ناسا، تلسکوپ هابل باید در سال 2015 از کار می افتاد اما خوشبختانه، این یار دیرین ناسا هنوز در حال خدمت به علم بشریت است! به گفته ی پائول هرتز، مدیر ماموریت های فضایی ناسا، تلسکوپ هابل تا زمانی که از کار بی افتد قابل استفاده بوده و ناسا از آن استفاده می کند. این امکان وجود دارد که تلسکوپ هابل تا بعد از سال 2018 هم که جانشینش JWST به فضا فرستاده می شود کار کند!
منابع: