up
Search      menu
ستاره شناسی :: مقاله هابل PDF
QR code - هابل

هابل

۱۷ سال با هابل

17 سال پيش شاتل فضايي ديسکاوري محموله اي بسيار ارزشمند را در مدار زمين قرار داد. تلسکوپي بسيار پيشرفته به ارزش ۲ و نيم ميليارد دلار که به ياد ادوين هابل ، اخترشناسي که نخستين بار بشر را با عظمت کيهان آشنا کرد ، تلسکوپ فضايي هابل نام گرفت.
اين تلسکوپ در ابتدا قرار بود ۱۵ سال عمر کند و ۳ هدف اصلي را دنبال کند: اندازه گيري سرعت انبساط عالم ، نقشه برداري از فواصل مياني عالم و شناسايي ترکيب شيميايي اختروش ها. اما امروز تمام دانشمندان اعتقاد دارند نه تنها اين ابزار ارزشمند در به ثمر رساندن هدف هاي اصلي خود موفق بوده ، که دستاوردهايش به مراتب فراتر از انتظارهاي اوليه است. نگاهي به تاريخ شکل گيري و فعاليت هاي تلسکوپ فضايي هابل مي تواند تاثير اين ابزار ارزشمند را در پيشرفت دانش اخترشناسي بيشتر نمايان کند.
تا دهه ۱۹۵۰ ميلادي ، بزرگ ترين تلسکوپ هاي زمين در رصدخانه هاي مونت ويلسون و پالومار قرار داشتند، تلسکوپ هايي به قطر ۲.۵ متر و ۵ متر که هر اخترشناسي آرزوي رصد با يکي از اين ابزارها را داشت.
اما پيشرفت علم ، نياز دانشمندان به رصدهاي بيشتر را افزايش داده بود و تلسکوپ هاي موجود نه آن قدر بزرگ بودند که بتوانند اجرام دور دست را بخوبي رصد کنند و نه زمان کافي را براي رصد دراختيار داشتند. شرايط رصد نيازمند آسماني صاف و تاريک بود، اما در بسياري از شبها ماه درخشان مانع از رصد مي شد. هواي ابري و طوفاني هم که جاي خودش را داشت.
هزينه بالاي ساخت رصدخانه هاي بزرگ تر به چندصد ميليون دلار مي رسيد و خيلي ها چنين سرمايه گذاري اي را با توجه به زمان اندک رصد، مقرون به صرفه نمي دانستند. اما از آن مهمتر، مشکلات اپتيکي جو بود. مشاهدات نشان مي داد توان تفکيک تلسکوپ هاي ۲.۵ متري مونت ويلسون و ۵ متري پالومار، يعني کوچک ترين زاويه اي که مي توان با تلسکوپ تشخيص داد، تفاوتي ندارد. درحالي که تلسکوپ بزرگ تر بايد زاويه هايي به مراتب کوچک تر را تشخيص دهد. بررسي هاي بيشتر نشان داد اغتشاشات جوي زمين مانع از آن مي شود که بتوان زوايايي کوچک تر از ۰.۰۰۰۱ درجه را تشخيص داد. از سوي ديگر، جو براي تمام طول موج هاي نور شفاف نبود. پرتوهاي پرانرژي گاما و ايکس از جو عبور نمي کردند. پرتوهاي فرابنفش در لايه ازن به دام مي افتادند.
پرتوهاي نورمريي با کمي اغتشاش عبور مي کردند. برخي طول موج هاي فروسرخ عبور مي کردند و برخي ديگر در تشعشعات بخار آب جو محو مي شدند و در نهايت بخشي از امواج راديويي نيز از جو عبور نمي کرد. چنين محيطي مناسب رصدهاي ايده آل دانشمندان نبود.
ايده وجود يک رصدخانه در فضا را نخستين بار هرمن اوبرت ، دانشمند آلماني و از نظريه پردازان سفر به فضا در سال ۱۹۲۳ ۱۳۰۲ پيشنهاد کرد. اما نخستين ايده عملي را اخترشناسي جوان به نام ليمان اسپيتزر در مقاله اي با عنوان مزاياي نجومي يک رصدخانه در خارج زمين به سال ۱۹۴۶ ۱۳۲۵ منتشر کرد. او نشان داد در خارج زمين محدوديت هاي اپتيکي جو وجود ندارد و مي توان در تمام طول موج ها رصد کرد. همچنين به دليل نبودن اغتشاشات جوي ، محدوديتي در توان تفکيک وجود ندارد و تنها عامل موثر، بزرگي آينه اصلي تلسکوپ است.
از سوي ديگر، چنين رصدخانه اي مي تواند در تمام ساعات شبانه روز رصد کند؛ درحالي که رصدخانه هاي زميني فقط مي توانند شب هنگام فعاليت کنند، آن هم به شرطي که هوا ابري نباشد، ماه در آسمان نباشد و آلودگي نوري وجود نداشته باشد. بنابراين يک تلسکوپ فضايي به مراتب مقرون به صرفه تر از رصدخانه هاي زميني است.
● چگونه يک تلسکوپ فضايي ساخته مي شود
اسپيتزر با انتشار اين مقاله ، تلاشي همه جانبه را آغاز کرد تا طرح يک تلسکوپ فضايي را به تصويب برساند. در سال ۱۹۶۵ ۱۳۴۴ ، وي به سمت رياست کميته اي منصوب شد که وظيفه داشت هدفهاي علمي يک تلسکوپ بزرگ فضايي را تبيين کند. با موفقيت نخستين رصدخانه هاي فضايي ناسا در سالهاي ۱۹۶۸ تا ۱۹۷۲ ، روند مطالعات تلسکوپ فضايي را سرعت بخشيد. در سال ۱۹۷۵ ۱۳۵۴ ، آژانس فضايي اروپا نيز به ناسا پيوست و طرح اوليه اي به ارزش ۴ صدميليون دلار آماده شد. تلسکوپ فضايي داراي اپتيک بازتابي با آينه اي به قطر ۳ متر و فاصله کانوني ۵۷.۶ متر بود و قرار شد در سال ۱۹۷۹ ۱۳۵۸در مدار زمين قرار بگيرد.
طراحي ها نيز به نحوي انجام شد که اين تلسکوپ هرچندوقت يک بار از سوي فضانوردان مورد بازبيني ، تعمير و به روزرساني قرار بگيرد.
از آنجايي که هيچ کس تجربه چنين طرح عظيمي را نداشت ، مشکلات فراواني مانند کسر بودجه و عقب افتادن از برنامه بارها برنامه پرتاب را به تعويق انداخت. مشکل کسر بودجه ناسا را مجبور کرد تا در طرح اوليه خود تجديدنظر کند: آينه اصلي ۳ متري به ۴.۲ متر کاهش يافت ، ساخت آينه اصلي پشتيبان معلق شد، طرح آزمايش يک ماهواره مجهز به تلسکوپ ۱.۵ متري براي آزمايش عملکرد تلسکوپ فضايي لغو شد، بدنه تلسکوپ کوچک تر، سبک تر و فشرده تر طراحي شد و ساخت يکي از ابزارهاي علمي همراه با سلولهاي خورشيدي به آژانس فضايي اروپا محول شد تا به ازاي اختصاص ۱۵ درصد از زمان رصد هابل به رصدگران اروپايي ، بخشي از هزينه ها تامين شود. اما مشکلات فراوان سبب شد تلسکوپي که قرار بود در سال ۱۹۷۹ پرتاب شود، با ۷سال تاخير روبه رو شود و درنهايت براي پرتاب در مهر ۱۹۸۶ ۱۳۶۵ آماده شود.
در اين زمان نزديک به يک ميليارد و ۲۰۰ ميليون دلار هزينه شده بود، اما وقوع رويدادي ناخواسته همه معادلات را به هم زد. فضاپيماي رفت وبرگشت چلنجر با ۷سرنشين ، ۷۰ ثانيه پس از پرتاب برفراز مرکز فضايي کندي منفجر شد. ناسا براي بررسي ايمني و مشکلات شاتل ، تمام برنامه هاي پرواز شاتل را براي ۲ سال معلق کرد.
● بدترين فاجعه ، بهترين راه حل
پس از چند هفته آزمودن سيستم هاي ناوبري تلسکوپ ، تنظيم ابزارهاي علمي و اطمينان از سلامت و کارکرد درست ابزارها، کارشناسان چشمان هابل را به جهان بي انتها گشودند و در انتظار نخستين تصاوير ارسالي هابل نشستند. دانشمندان انتظار داشتند تصاوير تلسکوپ فضايي ۱۰ برابر بهتر و شفاف تر از تصاوير تلسکوپ هاي زميني باشد، اما تصاوير رسيده هر چند کيفيت بهتري از تصاوير زميني داشت ، بوضوح ۱۰۰ درصد نمي رسيد. تصاوير ستارگان نقطه اي نبود و هاله اي پرنور اطراف آنها را فرا گرفته بود. شواهد نشان از آن داشت که آينه اصلي با دقت تراشيده نشده است.
بررسي هاي بيشتر نشان داد که لبه آينه ۲.۴ متري هابل به مقدار ۲ ميکرومتر (يک پنجاهم قطر موي انسان) صاف تر تراشيده شده بود و پرتوهاي نور به جاي اين که در يک نقطه متمرکز شوند، در محدوده اي نزديک به ۰.۰۰۳ درجه جمع مي شدند. اما چرا چنين فاجعه اي در زمين تشخيص داده نشد؟ شايد پاسخ اين پرسش خنده دار باشد: يکي از عدسي هاي دستگاه آزمايش گر سطح آينه به مقدار ناقابل ۱.۳ ميلي متر جابجا شده بود و مشکل آينه اصلي را پنهان نگاه داشته بود.
راه حل پيشنهادي براي رفع اين مشکل به يکي از موفق ترين و مشکل ترين ماموريت هاي فضايي منجر شد. ۲ دستگاه جديد براي نصب در تلسکوپ فضايي هابل آماده شد، يکي سيستم اصلاح اپتيکي کاستار(COSTAR) که همانند يک عينک ، مشکل آينه اصلي را برطرف مي کرد و ديگري ، دوربين زاويه باز و سياره اي (WFPC۲) که به دليل موقعيتش در بدنه تلسکوپ ، نمي توانست از سيستم کاستار استفاده کند و درون آن سيستم اصلاح اپتيکي ديگري تعبيه شده است.
از سوي ديگر، گروهي حرفه اي از فضانوردان به مدت يک سال و نيم آموزش هاي ويژه اي را پشت سر گذاشتند تا با استفاده از يکصد ابزار، تلسکوپ فضايي هابل را تعمير کنند. اولين ماموريت تعمير هابل را شاتل انديور در پاييز ۱۹۹۳ ۱۳۷۲ انجام داد. فضانوردان ، نورسنج پرسرعت HSP را از هابل جدا کردند و اپتيک تصحيح کننده کاستار را جايگزين کردند. همچنين دوربين زاويه باز و سياره اي با WFPC۲ که تصحيح شده بود، جايگزين شد. تعدادي از ژيروسکوپ ها، سلولهاي خورشيدي و قطعات الکترونيکي تلسکوپ نيز که طي سه سال حضور در فضا معيوب شده بودند، با نمونه هاي بهتر و به روزتر جايگزين شدند. اين ماموريت که STS-۶۱ نام گرفت ، ۱۰ روز طول کشيد و به يکي از موفق ترين سفرهاي فضايي بشر تبديل شد. چند هفته بعد، نخستين تصاوير سيستم جديد ارسال شد و همگان توانستند توانايي بي نظير تلسکوپ فضايي هابل را که ۱۰ برابر بهتر از تلسکوپ هاي زميني است ، به چشم ببينند. از اين تاريخ به بعد، دوران طلايي تلسکوپ فضايي هابل آغاز مي شود.
پس از آن که پروازهاي فضايي شاتل در سال ۱۹۸۸ ۱۳۶۷ دوباره از سر گرفته شد، پرتاب اين تلسکوپ براي بهار ۱۹۹۰ ۱۳۶۹ برنامه ريزي شد. اما نگهداري هابل به مدت ۴ سال در يک اتاق تميز، هزينه هاي فراواني را متوجه ناسا کرده بود. کارشناسان مجبور شدند آينه اصلي تلسکوپ را که ۴ سال خاک خورده بود، دوباره با فشار گاز نيتروژن تميز کنند و به شرايط آرماني برسانند.
بالاخره پس از هزينه کردن يک ميليارد دلار ديگر، تلسکوپ فضايي هابل آماده پرتاب شد و در ۴ارديبهشت ۱۳۶۹ ۲۴ مي ۱۹۹۰ ، شاتل فضايي ديسکاوري درحالي که تلسکوپ ۲.۵ ميليارد دلاري را با خود حمل مي کرد، روانه مدار زمين شد. اين ماموريت که STS-۳۱ نام داشت ، مي رفت تا تلاش ۵۰ ساله اخترشناسان را به واقعيت تبديل کند، اما...
● طلايي ترين عصر اخترشناسي
به جرات مي توان گفت کشفيات تلسکوپ فضايي هابل از زمستان ۱۹۹۴ ۱۳۷۲ به اين سو با ديگر کشفيات دانش اخترشناسي برابري مي کند. ستون هاي آفرينش ، سحابي هاي سياره نما، تصوير ژرف شمالي ، اندازه گيري ثابت هابل ، برخورد دنباله دار شوميکر لوي ۹ با سياره مشتري و بسياري تصاوير بي نظير ديگر، دستاورد دوربين زاويه باز و سياره اي ۲ است که با وضوح ۲.۴ مگاپيکسل ، ۱۴ سال است مسووليت عکسبرداري از جهان را عهده دار است.
ابزار ديگر، دوربين اجرام کم نور FOC بود که تا سال ۱۹۹۷ به فعاليت خود ادامه داد و وظيفه داشت کم نورترين اجرام ممکن را به تصوير بکشد. ابزار سوم ، طيف نگار وضوح بالاي گذارد، GHRS بود که عملا چشمان فرابنفش هابل بود و وظيفه داشت با تجزيه پرتوهاي فرابنفش رسيده از اجرام سماوي ، خصوصيات آنها را مانند دما، ميدان مغناطيسي ، ترکيب شيميايي ، سرعت حرکت و مانند اينها را بررسي کند. طيف نگار اجرام کم نور، FOS نيز ديگر ابزار علمي هابل بود که طيف نگاري اجرام دوردست را به عهده داشت.
در ماموريت تعمير دوم ، STS-۸۲ ، فضانوردان سوار بر شاتل ديسکاوري به تلسکوپ فضايي هابل رفتند و ۲ ابزار جديد را جايگزين ابزارهاي سابق کردند. دوربين و طيف نگار چندمنظوره فروسرخ ، NICMOS ، به جاي FOS قرار گرفت و طيف نگار تصويربردار STISنيز جايگزين GHRS شد. همچنين تجهيزات ثبت اطلاعات هابل به روز شد و بدنه تلسکوپ نيز ترميم شد. اين ماموريت در بهمن ۱۹۹۷ ۱۳۷۵ انجام شد.
مدت اندکي نگذشته بود که ژيروسکوپ هاي تلسکوپ فضايي دچار مشکل شد. ژيروسکوپ ، ابزار جهتيابي هر فضاپيمايي است و بدون آن جهتگيري ممکن نيست. در آذر ۱۹۹۹ ۱۳۷۷ ، شاتل ديسکاوري براي يک ماموريت تعمير اضطراري رهسپار تلسکوپ فضايي هابل شد و ژيروسکوپ ها را تعويض کرد. رايانه مرکزي تلسکوپ هم به Intel ۴۸۶ ارتقا پيدا کرد و برخي قطعات الکترونيکي و بخشهايي از عايق حرارتي بدنه نيز تعمير شدند.
در اين سال ها هابل مرزهاي ادراک مارا از جهاني که در آن زندگي مي کنيم گسترش داده است
اين ماموريت ، بخشي از ماموريت تعمير سوم بود که تاثير خاصي در ارتقاي توان علمي اين تلسکوپ نداشت.
اما چهارمين ملاقات شاتل هاي فضايي با هابل را شاتل کلمبيا در اسفند ۲۰۰۲ ۱۳۸۰ انجام داد. در اين ماموريت ، يکي از بهترين ابزارهاي تصويربرداري نجومي روي هابل نصب شد، دوربين پيشرفته نقشه برداري ACS که با وضوح ۱۸ مگاپيکسل ، ۱۰ بار از دوربين قديمي WFPC۲ کارآيي بيشتري داشت.
در اين ماموريت همچنين سلولهاي خورشيدي جديد روي اين تلسکوپ نصب شد که ۳۰% انرژي بيشتري توليد مي کرد و اين امکان را فراهم مي کرد تا هابل بدون توقف به فعاليت هاي علمي خود ادامه دهد. در اين ماموريت ، طيف نگار FOS به زمين بازگردانده شد و با نصب يک خنک کننده جديد، دوربين نيکموس که چشم فروسرخ هابل محسوب مي شد، دوباره به راه افتاد.
دوربين پيشرفته ACS ، يکي از بهترين فرصت ها را براي تصويربرداري از عالم تهيه کرد. اين تلسکوپ در ۱۰ درصد زمان فعاليت دوربين WFPC۲ ، به همان نتايج مي رسيد. به عبارت ديگر، هابل از اين پس مي توانست ۱۰ برابر اطلاعات بيشتري جمع آوري کند.
با نصب دوربين پيشرفته نقشه برداري ، توان علمي هابل از هر تلسکوپ ديگري فراتر رفت. اطلاعات ارسالي اين تلسکوپ در هر روز به ۱۰گيگابايت مي رسد و با اين حجم وسيع ، دهها سال طول مي کشد تا اخترشناسان بتوانند آنها را تحليل کنند. هابل تاکنون ۳۰ ترابايت (سي هزار گيگابايت) اطلاعات جمع آوري کرده است که در قالب ۸۰۰ هزار رصد و ۵۰۰ هزار تصوير از ۲۵ هزار جسم آسماني تهيه شده است. تاکنون بيش از ۷ هزار مقاله علمي از نتايج رصدهاي اين تلسکوپ فضايي تهيه شده است و به نظر مي رسد، چند برابر اين تعداد در ساليان آينده منتشر خواهد شد.
● يافته هاي علمي هابل
تلسکوپ فضايي هابل تاکنون توانسته است پاسخ بسياري از پرسش هاي قديمي را فراهم کند و البته در کنار آن انبوهي از پرسشهاي جديد را مطرح کند. هابل توانست با دقت ۱۰ درصد، آهنگ انبساط عالم را اندازه گيري کند و نشان دهد که حدود ۱۳ ميليارد و ۷۰۰ ميليون سال از مهبانگ و آغاز عالم سپري شده است. تا پيش از اين اندازه گيري ها با دقت بسيار پايين و حدود ۵۰ درصد بود!توانايي منحصربه فرد تلسکوپ فضايي هابل در رصد اجرام دوردست ما را قادر ساخت دورترين ابرنواخترها را ببينيم و با اندازه گيري سرعت و فاصله شان ، تغييرات انبساط عالم را طي ميلياردها سال بررسي کنيم.
رصد اين اجرام سماوي نشان داده است که تا حدود ۵ميليارد سال پيش ، گرانش مواد عالم به قدري نيرومند بود که آهنگ انبساط عالم را کند کرده بود، اما از ۵ ميليارد سال پيش به اين سو، موجودي ناشناخته و بسيار پرانرژي ظهور يافته است که اثر گرانش را خنثي کرده و با قدرت تمام ، انبساط عالم را تندتر کرده است.
آشکارکردن ماهيت اين موجود ناشناخته که به انرژي تاريک مشهور شده است ، يکي از مهمترين هدفهايي مطالعاتي تلسکوپ هاي بزرگ زميني و فضايي آينده است.
تصاوير بسيار واضح و پرکيفيت هابل از مرکز کهکشان ها نشان داد که هسته يک کهکشان ، مکاني مناسب براي يافتن ابرسياه چاله ها است.
اما بي شک ارزشمندترين دستاورد هابل ، تصاوير ژرف شمالي در سال ۱۹۹۵ و فراژرف هابل در سال ۲۰۰۴است.
در سال ۱۹۹۵ ، هابل با استفاده از WFPC۲ ، يازده روز به نقطه اي در صورت فلکي دب اکبر خيره ماند و توانست در محدوده اي مربع شکل که يک دهم قطر ماه بدر بود، نزديک به يکهزار و ۵۰۰ کهکشان دوردست را ثبت کند. در سال ۲۰۰۴ ، دوربين هاي ACS و NICMOS به مدت يک ميليون ثانيه (۱۱ روز و نيم) به نقطه اي از صورت فلکي کوره خيره ماندند و توانستند در محدوده اي بسيار کوچک ، مربعي که اضلاع آن تنها يک دهم قطر ماه بدر است ، بيش از ۱۰ هزار کهکشان دور و نزديک را آشکار کند. دورترين اين اجرام بيش از ۱۳ ميليارد سال نوري با زمين فاصله دارد و پرتوهاي رسيده از آن ، مربوط به زماني است که چندصد ميليون سال از عمر عالم جوان نمي گذشت.

تلسکوپ هابل تلسكوپ فضايي هابل دقيقا چيست؟ چرا به اين اندازه استثنايي است؟ چگونه اين چنين عكس هاي شگفت انگيزي مي گيرد وما كجا مي توانيم آنها را ببينيم؟ ...

طي قرنهاي 16 و 17 ميلادي تحولي در ديدگاه بشر نسبت به آسمان و زمين روي داد. منجماني چون كپرنبك، گاليله و كپلر بكمك تلسكوپ دامنه آگاهي بشر از هستي را وس ...

تلسكوپ فضايي هابل دقيقا چيست؟ چرا به اين اندازه استثنايي است؟ چگونه اين چنين عكس هاي شگفت انگيزي مي گيرد وما كجا مي توانيم آنها را ببينيم؟ما به طور دق ...

تلسکوپ فضايي هابل دقيقاً چيست؟ چرا به اين اندازه استثنايي است؟ چگونه اين چنين عکس هاي شگفت انگيزي مي گيرد وما کجا مي توانيم آنها را ببينيم؟ما به طور د ...

براي دومين بار، پژوهشگران موفق شدند مولکول هاي آلي را در اطراف سياره اي مشتري مانند و داغ در خارج از منظومه شمسي کشف کنند. اين بدان معني است که فراوان ...

يک سياره کوتوله است و در فاصله بسيار دوري از خورشيد قرار دارد. اين سياره بخشي از مدار خود را که کمربند کوييپر (Kuiper) نام دارد، در اختيار مجموعه اي ا ...

دو گروه سياراتي با جرمي شبيه نپتون كشف كرده اند. اين كشف باعث شد اختر شناسان ناگهان يك گام، به يافته هاي دنياهاي ديگري با اندازه زمين در اطراف ديگر ست ...

● مقدمه حتما ما مي دانيم كه جهان آغازي داشته است ، هرچند كه اين علم از جستجوي بشر براي بهتر فهميدنش چندان راضي نيست . كنجكاوي هاي ما باعث مي شود كه اي ...

دانلود نسخه PDF - هابل