تبیان، دستیار زندگی

تنها چند سال پس از استقرار تلسكوپ فضایی هابل در فضا،از آن به عنوان یك موفقیت چشم گیر یاد می شد،ابزاری كه تصاویری شگفت انگیز با جزئیاتی بی نظیر از اجرام سماوی در ابعاد گوناگون از همسایگان سیاره ای ما تا كهكشان های پرت و دور افتاده تهیه كرده و آرزوی داشتن چشمی گردان در آسمان را به بهترین وجه تحقق بخشیده بود.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

رویای وجود تلسكوپی كه در ماورای جو قرار داشته باشد، نزد منجمان سابقه ای دیرینه دارد.چنین ابزاری دیگر نیاز ندارد نور را از میان جو آشفته زمین دریافت كند،آسمانش همیشه تاریك خواهد بود و هیچ هوای متراكمی در آنجا وجود ندارد تا موجب محو شدن تصاویر شود و همچنین می تواند طول موج های خارج از نور مرئی، فرابنفش و مادون قرمز را هم رصد كند.اگر چه كه این آرزو تا قبل از ورود به عصر فضا همچنان به صورت رویایی دست نیافتنی باقی مانده بود.
تلسكوپ فضایی هابل دقیقا چیست،چرا این قدر برای ما مهم است و چگونه چنین تصاویر رویایی و شگفت انگیزی را ارائه می دهد.

در سال 1946 ،یك اختر فیزیك دان به نام دكتر لیمان اسپیتزر(1914-1997) پیشنهاد ساخت تلسكوپی در فضا را مطرح كرد،تلسكوپی كه قادر بود تصاویری بهتر و با وضوح بیشتر از اجرام دوردست نسبت به تلسكوپ های زمینی تهیه كند.اما این ایده، غیرقابل اجرا و فراتر از زمان خود بود زیرا تا آن زمان حتی یك راكت هم به ماورای جو زمین پرتاب نشده بود.اما سرانجام در سال 1970 این طرح تصویب و در سال 1977 بودجه ای برای ساخت آن اختصاص یافت و ناسا كمپانی هوا-فضا لاك هید مارتین Lockheed Martin)( را به عنوان اولین پیمانكار برای ساخت و نظارت بر قطعات و ساختار تلسكوپ انتخاب كرد و در سال 1983 تلسكوپ به نام منجم امریكایی ادوین هابل –كسی كه با رصد ستارگان متغیر در كهكشان های دوردست تئوری انبساط جهان را تائید كرد – نام گذاری شد.
ساخت تلسكوپ نزدیك به هشت سال طول كشید.این تلسكوپ 50 بار حساس تر و دارای وضوح 10 برابر بیشتر نسبت به تلسكوپ های زمینی است.HST در 24 آوریل سال 1990 توسط شاتل دیسكاوری در مدارش به دور زمین قرار گرفتو تقریبا بلافاصله پس از پرتاب آن منجمان پی بردند كه قادر به كانونی نمودن تلسكوپ نیستند و تصاویر حاصل از آن تصاویری تار بودند. تلسكوپ فضایی هابل طوری طراحی شده كه در حین گردش مداری اش هم قابل تعمیر و ارتقاست.ابزارهای كمكی ،حسگر های حركتی،ژیروسكوپ ها،صفحه های خورشیدی و هر چیز دیگری در تلسكوپ قابل تعویض و جا به جایی است؛در واقع تنها چیزی كه در تلسكوپ نمی تواند تعویض و جا به جا شود،ساختار پایه ای و آینه ی اصلی آن است.پس دانشمندان چگونه قادر بودند این مشكل را در آینه ی اصلی كه نقصی در شكل آن بود(ابیراهی كروی) را رفع كنند. طولی نكشید كه دانشمندان با جانشین كردن لنزهای كوستار(Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement ) برای تصحیح نقص موجود در تلسكوپ اقدام كردند.كوستار شامل چندین آینه ی كوچك بود كه جلوی پرتو ورودی به آینه ی معیوب را می گرفت ،نقص آن را تصحیح می كرد و پرتو های تصحیح شده را به ابزارهای علمی برای كانونی نمودن باز پخش می كرد.زمانی كه HST بعد از ماموریت تعمیر مورد آزمایش قرار گرفت تصاویر به طور شگفت آوری واضح شده بودند.امروزه همه ی ابزارهایی كه بر روی تلسكوپ قرار می گیرند با یك تصحیح كننده ی نوری به منظور رفع نقص موجود در آینه ساخته می شوند بنابراین دیگر نیازی به كوستار نیست.

برای مشاهده تصویر در اندازه بزرگتر بر روی آن کلیک نمایید .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

اعضای داخلی تلسكوپ
همانند هر تلسكوپی،تلسكوپ فضایی هابل هم شامل یك لوله ی بزرگ است كه از یك طرف باز و از طرف دیگر بسته است.آینه هایی برای جمع آوری نور و انتقال آن به چشمی های تلسكوپ دارد.دارای چندین نوع چشمی در قالب ابزارهای گوناگون است كه به تلسكوپ این امكان را می دهد تا توانایی دیدن انواع نورهای منتشره از آسمان را داشته باشد.
كاربردهای تلسكوپ
اپتیك:آینه ی اولیه،آینه ی ثانویه،تصحیح كننده ی نوری
ابزارهای علمی: مشخصات HST :
طول:13.2 متر
عرض:4.2 متر
وزن:12 تن
قطر دهانه ی آینه ی اصلی: 2.4 متر
قطر دهانه ی آینه ی ثانویه:0.3متر
توان تفكیك:0.05ثانیه قوسی
مدار:612 كیلومتر
زاویه ی میل:28.5درجه نسبت به استوا
دور مداری:97 دقیقه
سرعت مداری:28000كیلومتر بر ثانیه
هزینه: 2.2 میلیارد دلار در هر ماموریت
طول عمر:تقریبا 20 سال



1) WFPC2: دوربین میدان دید باز و سیاره ای شماره 2
2)NICMOS: دوربین مادون قرمز و طیف نمای چند منظوره
3)STIS: طیف نگار تلسكوپ فضایی

5)FGS: حس گرهای هدایت گر دقیق
سیستم سفینه فضایی
1)انرژی 2)ارتباطات 3)هدایت 4)محاسبات 5)ساختار

در ادامه به جزئیات این سیستم ها خواهیم پرداخت.

اپتیك:
آینه های تلسكوپ همگی از جنس شیشه هستند كه با لایه هایی از آلومینیوم خالص(با ضخامت 3 میلیونیم در هر اینچ)و منیزیم فلوراید(با ضخامت 1 میلیونیم در هر اینچ) اندود شده اند تا بتوانند باز تابنده ی نور مرئی،مادون قرمز و فرابنفش باشند.نور از طریق دهانه ی تلسكوپ وارد آن می شود و از آینه ی اولیه به آینه ی ثانویه منتقل می شود.آینه ی ثانویه نور را به درون حفره ای در مركز آینه ی اولیه،به سوی نقطه ی كانونی كه در پشت آینه ی اولیه است بازتاب می كند و در نقطه ی كانونی آینه های نیمه باز تابنده،نیمه شفاف و كوچكتر نور را به سمت ابزارهای علمی گوناگون هدایت می كنند.

ابزارهای علمی:
با بررسی طول موج های گوناگون یا طیف های مختلف نور منتشر شده از یك جرم سماوی،می توان ویژگی ها یا خاصیت های جرم را بازگو كرد.به این منظور HST با ابزارهای علمی گوناگون مجهز شده است.

1)WFPC2 ) : Wide Field Planetary Camera2 )
چشم اصلی تلسكوپ فضایی هابل است.مانند شبكیه چشم شامل چهار تراشه ی CCD برای جذب نور است كه تنها یكی از این تراشه ها دارای وضوح بالایی است.تراشه ها به صورت L شكل قرار گرفته اند و تنها تراشه ی با وضوح بالا، در درون این شكل L مانند قرار دارد.هر چهار تراشه همزمان در معرض نور هدف مورد نظر قرار می گیرند و تصویر بر روی تراشه ی CCD متمركز می شود چه تراشه ای با وضوح بالا یا پائین.تصویر مورد نظر در طول موج های مرئی و فرابنفش گرفته می شود.WFPC2 قادر است تصاویری از درون ***** های گوناگون(قرمز،سبز،آبی)بگیرد بدین ترتیب تصاویر دارای رنگی طبیعی می گردند مانند این تصویر كه از سحابی عقاب (M16) گرفته شده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2)NICMOS ) : Near Infrared Camera and Multi Object Spectrometer) 
بیشتر اوقات گاز و غبار های میان ستاره ای مانعی برای دیدن نور مرئی اجرام آسمانی می شوند؛اگرچه این امكان وجود دارد كه نور مادون قرمز یا گرمای ساطع شده از اجرام آسمانی را كه در میان گاز و غبارها پنهان شده است را مشاهده كرد، برای دیدن نور مادون قرمز،HST شامل سه دوربین حساس است كه سازنده ی NICMOS می باشند.NICMOS قادر است كه از میان گاز و غبار های میان ستاره ای،نور مرئی ساطع شده از اجرام را ببیند،همان طور كه در تصویر زیر از سحابی جبار نشان داده شده است،در تصویر نور مرئی (WFPC2)، ما تنها ابرهایی از غبار را بدون هیچ گونه جزئیات دیگری می بینیم.در حالیكه در تصویر مادون قرمز(NICMOS) قادریم تعداد بی شماری ستاره را بدون مزاحمت هیچ ابری مشاهده كنیم.

 

 

 

 

 

 

 

 به این دلیل كه NICMOS نسبت به گرما بسیار حساس است حس گرهای آن باید در یك ترموس بزرگ با دمایی در حدود 321- درجه فارنهایت (77 درجه كلوین) نگهداری شود.در روزهای نخستین NICMOS توسط قالب های نیتروژن یخ زده 104 كیلوگرمی سرد می شد اما امروزه NICMOS به طور دائم توسط ماشینی كه مانند یك فریزر كار می كند،سرد می شود.

3) STIS ) : Space Telescope Imaging Spectrograph)
رنگ ها و طیف های گوناگونی كه از اجرام آسمانی به دست می آید حكم یك اثر انگشت را برای آن جرم دارد.رنگ های مشخصی، نوع عناصر، و میزان كثرت رنگ ها،مقدار آن عنصر را برای ما آشكار می كند.STIS با تجزیه شعاع نور ورودی به طیف نمایی جرم می پردازد.طیف نمایی علاوه بر تركیبات شیمیایی،می تواند اطلاعاتی هم درباره ی دمای جسم و تغییرات حركتی آن به ما ارائه كند.اگر جرم در حال حركت باشد،اثر انگشت شیمیایی جرم به انتهای آبی طیف (در حال حركت به سمت ما)یا به انتهای سرخ طیف(در حال دور شدن از ما) منتقل می شود.به مثال زیر توجه كنید:STIS به طرف مركز كهكشان M84 متمركز شده است(چهار ضلعی سمت چپ)اگر هیچ حركتی وجود نداشته باشد طیف همواره در خطی سراسری بدون جهش خاصی دیده می شود اما نور در مركز این خط دارای انتقال به آبی و سرخ است و این نشان دهنده ی آن است كه این ناحیه ی مشخص (تقریبا با فاصله ی 26 سال نوری از هسته)در حال چرخیدن با سرعتی برابر با 800000 متر بر ثانیه به دور خودش است.اختر شناسان معتقدند كه دلیل این چنین چرخشی با این سرعت بالا،باید سیاه چاله ای پرجرم(تقریبا 300 میلیون برابر جرم خورشید) در مركز كهكشان باشد.

5)FGS ) : Fine Guidance Sensors)
برای هدف یابی تلسكوپ،تعیین فاصله ی ستارگان از زمین،سنجش دقیق مكان ستارگان،میزان جدایی ستارگان دوتایی و تعیین قطر ستارگان به كار می رود.تلسكوپ هابل شامل سه FGS است كه دو تای آنها برای هدف یابی،هدایت و تنظیم بر روی هدف با جستجو و پیدا كردن ستارگان راهنما در زمینه ی HST در نزدیكی هدف به كار می روند.هرگاه،هر یك ازFGS ها یك ستاره ی راهنما پیدا می كند،بر روی آن قفل می شود و اطلاعات را به سیستم هدایت تلسكوپ می فرستد تا سیستم آن ستاره راهنما را همچنان در زمینه ی خود نگه دارد.این دو FGS در حالی كار هدایت تلسكوپ را بر عهده دارند كه FGS دیگر در حال نقشه برداری و مكان یابی ستارگان است.این كار برای پیدا كردن سیارات فرا خورشیدی اهمیت زیادی دارد زیرا چرخش سیارات در طول دور مداریشان باعث می شود كه ستاره ی مادر،در آسمان دچار نوسانات نوری شود.

سیستم فضاپیما
تلسكوپ فضایی هابل در عین حال یك فضاپیما هم هست بنابراین مانند هر فضاپیمای دیگری باید توانایی تامین انرژی الكتریكی مورد نیاز،ارتباط با زمین و تغییر مسیر را داشته باشد.

1)انرژی
تمامی ابزارها و كامپیوتر هایی كه بر روی تلسكوپ فضایی هابل نصب شده اند نیاز به الكتریسیته دارند.این انرژی الكتریكی توسط دو صفحه ی خورشیدی بزرگ تامین می شود،هر صفحه در حدود 12.2متر است.این صفحه های خورشیدی نیرویی برابر با 2400 وات را تهیه می كنند كه برابر با 60 لامپ 40 ولتی است.هنگامی كه تلسكوپ در سایه ی زمین قرار دارد این انرژی الكتریكی توسط 6 باتری نیكل-هیدروژنی فراهم می شود كه توان ذخیره ی این باتری ها برابر با توان ذخیره ی 20 باتری ماشین است.این باتری ها توسط صفحه های خورشیدی زمانی كه تلسكوپ بار دیگر در معرض نور خورشید قرار می گیرد،شارژ می شوند.

2)ارتباطات
تلسكوپ باید این توانایی را داشته باشد كه با كنترل كننده های زمینی ارتباط برقرار كند تا بتواند اطلاعات گرفته شده از جرم مورد رصد را برای آنها بفرستد و همچنین فرمان هایی را برای هدف بعدی دریافت كند.به این منظور HST از یك سری ماهواره های ارتباطی به نامTDRSS (Tracking and Data Relay Satellite System) استفاده می كند.این سیستم دقیقا همان سیستمی است كه ایستگاه فضایی بین المللی(ISS) برای ایجاد ارتباط از آن استفاده می كند.

 

 

 

 

 

 

 

1) نورهای ساطع شده از یك جرم سماوی توسطHST دریافت می شود 2) تبدیل به داده های دیجیتالی می شوند.این داده ها به ماهواره های در حال حركت فرستاده می شود 3) سپس به پایگاه های دریافت زمینی درWhite Sands,N.M. منتقل می شوند4) White Sands,N.Mاین داده ها را به سهولت به مركز كنترل پروازهای فضایی گدارد(Goddard ) در ناسا می فرستد 5) جایی كه گردانندگانHST مستقر هستند.این داده ها توسط دانشمندان در انستیتو علوم تلسكوپ فضایی STSI(Space Telescope Science Institute) در بالتیمور مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد 6) اغلب اوقات،دستورات بهHST پیش از آنكه موعد رصد فرا رسیده باشد،فرستاده می شود با چنین كاری دستورات لازم در زمان واقعی در دسترس است.

3)هدایت
تلسكوپ زمانی كه از یك جرم عكس می گیرد باید بر روی آن ساعت های طولانی با توجه به ابزار به كار گرفته شده ثابت بماند. با توجه به دور مداری تلسكوپ كه در هر 97 دقیقه یك بار صورت می گیرد،این كار مانند این است كه جرمی كوچك را در ساحل از عرشه ی كشتی دنبال كنید در حالی كه كشتی از ساحل دور می شود و دائما بر روی امواج بالا و پایین می شود.
تلسكوپ برای اینكه بتواند بر روی یك جسم ساكن باقی بماند دارای سه سیستم همراه است:
ژیروسكوپ ها كه حركات كوچك و بزرگ را زیر نظر دارند،چرخ های واكنشی كه تلسكوپ را حركت می دهند و FGS ها كه حركات ریز و حساس را زیر نظر دارند.
ژیروسكوپ ها حیطه ی حركتی تلسكوپ را زیر نظر دارند،مانند یك قطب نما حركات تلسكوپ را حس می كنند،به كامپیوتر های پرواز می گویند كه تلسكوپ در مسیر اشتباهی قرار دارد و از هدف در حال دور شدن است،سپس كامپیوتر پرواز،میزان جا به جایی و جهت آن را برای اینكه بر روی هدف باقی بماند را حساب می كند و پس از آن به چرخ های واكنشی دستور جا به جایی و حركت تلسكوپ را می دهد.
تلسكوپ فضایی هابل نمی تواند مانند ماهواره ها برای هدایت از موتور های موشكی بهره ببرد زیرا گازهای خروجی از موتور در اطراف تلسكوپ جمع خواهند شد و مانع دید تلسكوپ می شوند.اما به جای آن، تلسكوپ از چرخ های واكنشی كه در سه جهت z,y,x می چرخند،استفاده می كند.زمانی كه تلسكوپ نیاز به جا به جایی پیدا می كند كامپیوتر پرواز به یك یا چند چرخ فرمان می دهد كه در چه جهتی و با چه سرعتی بچرخند،بدین ترتیب نیروی كنش لازم برای حركت فراهم می شود.طبق قانون سوم حركت نیوتن (برای هر كنشی،واكنشی برابر اما در جهت مخالف وجود دارد) تلسكوپ در جهت مخالف چرخ ها برای رسیدن به هدفش می چرخد.
همان طور كه قبلا ذكر شد،FGS ها تلسكوپ را بر روی هدفش با نشانه روی به سمت ستاره های راهنما نگه می دارند،دو تا از سه FGS ستاره های راهنمای اطراف هدف را در میدان دید مربوطه پیدا می كنند و زمانی كه پیدا شد بر روی ستاره های راهنما قفل می شوند و اطلاعات را به كامپیوتر های پرواز می فرستند تا این ستاره ها را در میدان دید خود نگه دارند.FGS ها بسیار حساس تر از ژیروسكوپ ها هستند اما تنها تركیب ژیروسكوپ ها و FGS ها است كه می تواند تلسكوپ فضایی هابل را بدون توجه به حركت مداریش ساعت ها بر روی هدف متمركز كند.

محاسبات
تلسكوپ فضایی هابل دارای دو كامپیوتر اصلی است كه در اطراف لوله ی تلسكوپ و بالای ابزارهای علمی قرار دارند.یكی از این كامپیوتر ها برای فرستادن داده ها و دریافت فرمان با زمین در ارتباط است و كامپیوتر دیگر مسئول هدایت HST است،تعدادی كامپیوتر پشتیبان هم برای اتفاقات پیش بینی نشده وجود دارند.هر ابزاری كه بر روی تلسكوپ قرار دارد دارای تعدادی ریز پردازنده است كه برای جا به جایی چرخ ها،*****،كنترل دریچه ی شاتر،جمع آوری داده ها و برقراری ارتباط با كامپیوتر های اصلی ساخته شده اند.

ساختار
HST شامل اسكلتی برای نگهداری ابزارهای اپتیكی،ابزارهای علمی و سیستم فضا پیمایی آن است.برای نگهداری ابزارهای اپتیكی،تلسكوپ شامل یك سیستم پایه است كه این سیستم از گرافیت و فناوری مورد استفاده در ساخت راكت های تنیس و چوب گلف،ساخته شده است.سیستم پایه دارای 5.3 متر طول و 2.9 متر عرض و114 كیلوگرم وزن است.لوله ای كه ابزارهای اپتیكی و علمی را نگهداری می كند از آلومینیوم ساخته شده كه با لایه های عایقی بسیاری پوشانده شده است.این عایق ها تلسكوپ را از تغییرات ناگهانی حرارت بین نور خورشید و سایه زمین محافظت می كند.

محدودیت ها
تلسكوپ فضایی هابل با وجود كارایی ها و امكاناتی كه دارد،شامل یك سری محدودیت ها هم می شود.به عنوان مثال HST نمی تواند خورشید را به خاطر نور و گرمای زیاد آن كه موجب از كار افتادن ابزارهای حساس آن می شود رصد كند.به همین دلیل تلسكوپ همیشه از نشانه روی به سوی خورشید دوری می كند.به همین دلیل قادر نیست كه سیارات عطارد و ناهید را هم به خاطر فاصله ی نزدیك آنها به خورشید رصد كند.ستارگان اصلی آسمان شب هم به خاطر روشنایی زیاد آنها برای بعضی ابزارهای تلسكوپ قابل رصد نیستند.محدودیت قدر قابل دید، توسط نوع ابزاری كه مورد استفاده قرار می گیرد،تغییر می كند.علاوه بر روشنایی اجرام،چرخش مداری تلسكوپ هم آنچه را كه می توان دید،محدود می كند.بعضی اوقات خود زمین مانع دیدن اهداف در طول چرخش مداری تلسكوپ می شود و این مسئله هم زمان صرف شده برای رصد یك جرم را محدود می كند.تلسكوپ از درون بخشی از كمربندهای تشعشعی وان آلن -جایی كه ذرات پر انرژی به جا مانده از باد های خورشیدی كه توسط میدان مغناطیسی زمین گیر افتاده اند،قرار دارد - عبور می كند.این رویارویی ها باعث تشعشع های زیادی می شود كه موجب تداخل در جوینده های ابزار های علمی تلسكوپ می شود،بنابراین در طول این دوره هیچ رصدی انجام نخواهد شد.


برای مشاهده تصویر در اندازه بزرگتر بر روی آن کلیک نمایید .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

با وجود عیب ها و كاستی هایی كه در دوران اولیه ی پرتاب این تلسكوپ به وجود آمد،تلسكوپ فضایی هابل ماموریتش را به خوبی انجام داد و داده های علمی و تصاویر زیبای بسیاری را ارائه كرد.
عصر تلسكوپ های فضایی باHST تلسكوپ فضایی هابل،كه انقلابی در علم اختر شناسی به وجود آورد شروع شد.موفقیت چشم گیر هابل این سوال را در ذهن ما پرورش می دهد كه تلسكوپ های بعدی چگونه خواهند بود.در واقع تلسكوپ هابل با آینه ی 2.4 متری اش در برابر تلسكوپ بازتابی 10 متری كك در موناكی هاوایی ابزاری بسیار كوچك به شمار می آید.تلاش هایی كه در ساخت نسل جدید تلسكوپ هایی با قطر دهانه ی بزرگتر صورت می گیرد،آینده ی تلسكوپ های فضایی را روشنتر و دید ما را از جهان ژرف تر خواهد ساخت.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

www.mypersianforum.com

 

ادامه مطلب