تلسکوپ هابل چگونه کار می کند؟

تصویری از تلسکوپ فضایی هابل

از طلوع بشریت تا 400 سال قبل، تمام آنچه در مورد عالم خود می دانستیم از طریق مشاهدات با چشم غیر مسلح حاصل شد. سپس گالیله تلسکوپ خود را به سمت آسمانها در سال 1610 چرخاند. دنیا را برای بیداری قرار داد.

ما متوجه شدیم که زحل حلقه هایی دارد. مشتری ماه قمر داشت. آن لکه سحابی در مرکز آسمان به نام کهکشان راه شیری ابر نبود بلکه مجموعه ای از ستاره های بی شماری بود. طی چند سال دیگر ، مفهوم ما از جهان طبیعی برای همیشه تغییر می یابد. یک انقلاب علمی و اجتماعی به سرعت به وقوع پیوست.

علت نامگذاری تلسکوپ هابل

تلسکوپ هابل به افتخار ستاره شناس ادوین هابل نامگذاری شده است.

در سده های بعد، تلسکوپ هایی در اندازه و پیچیدگی و البته قدرت بیشتر رشد کردند. آنها به دور از چراغ های شهر و تا آنجا که ممکن است بالاتر از مه و هوا قرار گرفتند. ادوین هابل، که تلسکوپ هابل برای آن نامگذاری شده است، بزرگترین تلسکوپ روز خود را در دهه 1920 در کوهستان مورد استفاده قرار داد. رصدخانه ویلسون در نزدیکی پاسادنا ، کالیفرنیا ، برای کشف کهکشان های فراتر از ما استفاده می شد.

هابل، اولین تلسکوپ نوری بزرگ است که در فضا قرار می گیرد. بالاتر از اتمسفر، بسیار فراتر از ابرهای باران و آلودگی نوری، هابل نمای بی نظیری از جهان دارد. دانشمندان از هابل برای مشاهده دورترین ستارگان و کهکشان ها و همچنین سیارات موجود در منظومه شمسی ما استفاده کرده اند.

نحوه ی کار کردن تلسکوپ هابل :

تلسکوپ هابل به ستاره ها، سیارات یا کهکشان ها سفر نمی کند. از آنها عکس می گیرد زیرا در حدود 17،000 مایل در ساعت در اطراف زمین می چرخد.

هابل بیش از 4 میلیارد مایل را در امتداد مدار دایره ای زمین می چرخد که در حال حاضر در حدود 340 مایل در ارتفاع آن قرار دارد.

هابل فاقد فشار است. برای تغییر زاویه ها، از قانون سوم نیوتن با چرخاندن چرخ های خود در جهت مخالف استفاده می کند. با سرعت عقربه های دقیقه در یک ساعت می چرخد ​​و 15 دقیقه طول می کشد تا 90 درجه بچرخد.

Hubble از دقت برجسته ی 0،007 قوس الکتریکی برخوردار است.

ادوین هابل

آینه و سیستم نوری به عنوان یکی از مهمترین قسمت های طراحی تلسکوپ بودند و خصوصاً الزامات دقیق به آنها تحمیل می شد. به طور معمول، آینه های تلسکوپ با تحمل حدود یک دهم از طول موج نور مرئی ساخته می شوند، اما از آنجا که قرار بود تلسکوپ فضایی از دامنه ماوراء بنفش تا تقریبا مادون قرمز باشد، و وضوح تصویر باید ده برابر بیشتر از دستگاه های مبتنی بر زمین، تحمل تولید آینه اصلی آن برابر با 1/20 از طول موج نور مرئی، یا حدود 30 نانومتر بود.

تلسکوپ هابل دارای یک آینه 2.4 متری (7.9 فوت) است و چهار ابزار اصلی آن در مناطق ماوراء بنفش، قابل رویت و نزدیک مناطق مادون قرمز طیف الکترومغناطیسی مشاهده می کنند. مدار هابل خارج از اتمسفر زمین به آن اجازه می دهد تا تصاویر با وضوح بسیار بالا با نور پس زمینه قابل ملاحظه ای پایین تر از تلسکوپ های زمینی ضبط کند. برخی از دقیق ترین تصاویر نوری قابل مشاهده را ضبط کرده است که امکان مشاهده عمیق به فضا را فراهم می کند. بسیاری از مشاهدات هابل به پیشرفت هایی در اخترفیزیک منجر شده اند ، مانند تعیین میزان گسترش جهان.

تلسکوپ هابل توسط آژانس فضایی ایالات متحده ناسا با کمک آژانس فضایی اروپا ساخته شده است. علوم تلسکوپ فضایی موسسه (مؤسسه علوم تلسکوپ فضایی) انتخاب اهداف هابل و پردازش داده ها و در نتیجه، در حالی که مرکز پرواز فضایی گودارد فضاپیما را کنترل می کند.

یکی از مشکلات مهندسی دشوار ایجاد دستگاه حامل برای تلسکوپ و سایر ابزارها بود. نیازهای اصلی محافظت از تجهیزات در برابر تغییر دما در هنگام گرم شدن از نور مستقیم خورشید و خنک شدن در سایه زمین و جهت گیری دقیق تلسکوپ. این تلسکوپ درون یک کپسول سبک وزن آلومینیومی نصب شده است که با یک استحکام کپسول و چسبندگی ابزارها توسط قاب فضای داخلی فیبر کربن تأمین می شود. 

آینه اصلی موجود در تلسکوپ نور را به طور مستقیم به داخل ابزارهای متعدد علمی درون خود هدایت می کند. 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 می کند. 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!

نحوه ی کارکرد اجزای داخلی تلسکوپ فضایی هابل

اکثر مردم فکر می کنند که میزان قدرت یک تلسکوپ به قدرت بزرگ نمایی آن بستگی دارد که این کاملا اشتباه است. 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 فضایی 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!

تصحیح انحراف تلسکوپ. تصویری ازکهکشان M100 قبل و بعد از نصب COSTAR

از آنجا که تلسکوپ فضایی هابل در ابتدا برای ارائه خدمات درون مدار طراحی شده بود، دانشمندان بلافاصله به دنبال راه حل بالقوه ای بودند که بتواند در اولین ماموریت فنی برنامه ریزی شده برای سال 1993 اعمال شود. اگرچه کداک تولید یک آینه یدکی برای تلسکوپ را به پایان رساند, جایگزینی آن در فضا امکان پذیر نبود و خارج کردن تلسکوپ از مدار برای تعویض آینه روی زمین بسیار طولانی و گران بود. این واقعیت که آینه به یک شکل نامنظم و با دقت بالا جلا داده شد، دستگاه جدید مانند عینک برای یک تلسکوپ کار می کند و باعث می شود ناهنجاری های کروی را اصلاح کند.

با توجه به تفاوت در طراحی ابزار، لازم بود دو دستگاه اصلاحی مختلف تولید شود. یکی برای دوربین بزرگ و سیاره ای در نظر گرفته شده بود, که دارای آینه های خاصی بود که نور را به سنسورهای آن هدایت می کرد و تصحیح می تواند با استفاده از آینه هایی به شکل دیگری انجام شود که کاملا جبران تخریب را انجام می دهد. تغییر مربوطه در طراحی اتاق جدید سیاره پیش بینی شده است. سایر دستگاه ها دارای سطح بازتابنده میانی نبودند و بنابراین به یک دستگاه اصلاح خارجی نیاز داشتند.

سیستم تصحیح نوری (COSTAR)

تصحیح انحراف تلسکوپ. تصویری از کهکشان M100 قبل و بعد از نصب COSTAR سیستمی که برای تصحیح انحراف کروی طراحی شده بود، COSTAR نام داشت و از دو آینه تشکیل شده بود که یکی از آنها نقص را جبران می کرد. COSTAR در نصب برای تلسکوپ، لازم بود یکی از دستگاه ها از بین برود و دانشمندان تصمیم گرفتند یک فتومتر سرعت بالا را قربانی کنند.

منبع: بخش علمی بیتوته