تلسکوپ فضایی هابل و چگونگی تاثیر آن روی دنیای نجوم


تلسکوپ فضایی هابل در سال ۱۹۹۰ اولین تصویر خود از کیهان را ثبت کرد؛ اما مهندسان و اخترشناسان متوجه یک مشکل شدند: آینه‌ی اصلی تلسکوپ دارای یک نقص بود. شکل آینه‌ای اصلی به میزان بسیار کمی ایراد داشت و در نتیجه عکس‌های گرفته شده توسط تلسکوپ تار بود. شروع به کار واقعی هابل در سال ۱۹۹۳ اتفاق افتاد، زمانی که اولین ماموریت سرویس این تلسکوپ انجام شد. بعد از آن دانش ما از کیهان به شدت رشد کرد.

تعمیر تلسکوپ هابل

دانشمندان نه‌تنها توانستند مشکل اولیه‌ی آینه‌ی اصلی و انحراف کانونی آن را برطرف کنند، بلکه توانستند قدرت دوربین اصلی را نیز ارتقا دهند. به طور قطع می‌توان گفت که دوربین نصب‌شده در هابل با نام WFPC2 دنیا را تغییر داد.

دوربین جدید تلسکوپ هابل

از سال ۱۹۹۳ تا ۲۰۰۹، دستگاه WFPC2 دوربین اصلی هابل به شمار می‌رفت و در طی این مدت عکس‌های سمبلیک بسیاری را تهیه کرد. با نگاه کردن به عکس زیر می‌توانید بفهمید که سرویس هابل در سال ۱۹۹۳ و نصب WFPC2 چه تغییری در کیفیت تصاویر ایجاد کرد.

دوربین هابل

با این که هابل انقلابی در حوزه‌های مختلف علوم ایجاد کرد، اما به طور مشخص پنج تصویر آن باعث ایجاد هیجان زیادی در جامعه‌ی علمی و حتی عموم مردم شد.

۱. تصویر هابل دیپ فیلد (Hubble Deep Field)

وقتی شما به آسمان شب نگاه می‌کنید، در مناطقی از آن ستاره‌های درخشان یا کم‌سویی را می‌بینید؛ اما نواحی دیگر کاملا سیاه و تهی به نظر می‌رسند. شما با دوربین دوچشمی نسبت به چشمان غیر مسلح ستاره‌های بیشتری می‌توانید ببینید و با تلسکوپ نیز نسبت به دوربین دوچشمی ستاره‌های بیشتری قابل رویت است. نهایتا شما به جایی می‌رسید که فکر می‌کنید دیگر ستاره‌ی غیرقابل رویتی وجود ندارد.

در سال ۱۹۹۵ دانشمندان تصمیم گرفتند تا آزمایش جالبی با تلسکوپ فضایی هابل انجام دهند. آن‌ها تصمیم گرفتند تا تلسکوپ را به مدت چند روز به ناحیه‌ای از آسمان بچرخانند که قبلا تهی تصور می‌شد و هیچ کهکشان یا خوشه‌ی شناخته‌ شده‌ای در آنجا شناسایی نشده بود.

هابل

هر بُعد از این تصویر تنها یک واحد است، یا به عبارت دیگر تنها ۰.۰۰۵ درصد آسمان شب را تشکیل می‌دهد. پس می‌توانید درک کنید که مساحت این ناحیه چه اندازه کوچک است. آسمان شب در حدود ۲۰ هزار واحد مربع و مساحت این ناحیه کم‌تر از ۰.۰۰۲ واحد مربع است.

دوربین WFPC2 به مدت ۱۰ روز به این نقطه‌ی کوچک سیاه و به ظاهر تهی خیره شد و با جمع‌کردن تک‌تک فوتون‌ها‌ از قسمت‌های مختلف آن ناحیه، توانست ۳۴۲ عکس از آن ثبت کند. در پایان روز دهم دانشمندان تمام قطعه‌ها را به هم چسباندند، نتیجه‌ی کار تصویر زیر بود.

تصویر جدید هابل

می‌دانید این تصویر چقدر خارق‌العاده است؟ هر نقطه‌ی نورانی که در تصویر می‌بینید یک کهکشان است. ما تا قبل از دیدن این عکس نمی‌دانستیم که کیهان تا این اندازه عمیق، بزرگ و پر از اجرام آسمانی است. آیا می‌دانید که چه تعداد کهکشان در این تصویر دیده می‌شود؟ آیا می‌توانید حدس بزنید که در این سطح ۰.۰۰۲ واحد مربع چه تعداد کهکشان وجود دارد؟ اجازه دهید تا ۸ درصد تصویر فوق را انتخاب کرده و بزرگ‌نمایی کنیم تا بتوانید تعداد نقاط را بشمارید.

تصاویر هابل

به یاد داشته باشید که هر نقطه‌ی نورانی، هر لکه‌ای که می‌بیند، هر اندازه که کوچک و تار باشد، برای خودش یک کهکشان است. در این عکس حدود ۳۵۰ کهکشان دیده می‌شود. اگر این عدد را به کل آسمان شب، متشکل از آسمان دو نیم‌کره تعمیم دهیم به این عدد می‌رسیم: ۱۰۱۱ یا صد میلیون میلیارد کهکشان. ما برای اولین بار ثابت کردیم که در عالم حداقل ۱۰۰ میلیون میلیارد کهکشان وجود دارد.

تصویر مشتری

۲. مشتری، بزرگ‌ترین سیاره‌ی منظومه‌ی شمسی ما است

مطمئنا نگاه‌کردن به مشتری بسیار لذت‌بخش است و هابل می‌تواند تصویر بسیار باکیفیتی از حلقه‌ها‌ی آن، لکه‌ی قرمز بزرگ آن و حتی نزدیک‌ترین قمر آن، آیو که همیشه در حال فوران است، تهیه کند. اما موضوع هیجان‌انگیز دیگری به صورت کاملا غیرمترقبه پیش آمد. در سال ۱۹۹۴ هابل از برخود یک ستاره‌ی دنباله‌دار به مشتری عکس‌برداری کرد.

تصویر هابل

تکه های دنباله دار روی مشتری

هابل ابتدا از تکه‌های ستاره‌دنباله‌دار عکس گرفت (تصویر بالا) و سپس از آثار برخورد متعدد آن به مشتری نیز تصاویری ثبت کرد. در تصویر زیر کاملا مشخص است که در اثر برخورد تکه‌های متعلق به ستاره‌ی دنباله‌دار به مشتری حفره‌های بزرگی در ابر گازی بزرگ و در حال چرخش مشتری به وجود آمد.

مشتری

عکس‌های باکیفیت‌تر از مشتری تنها زمانی به دست‌ ‌آمد که فضاپیماها به‌طور فیزیکی به نزدیکی آن رسیدند و با این حال هابل کارهای شگفت‌انگیز دیگری نیز انجام داده است.

تصویر شگفت انگیز هابل

۳. هابل نه تنها از کهکشان‌های مارپیچی یا بیضوی، بلکه از یک کهکشان حلقه‌ای بسیار نادر نیز عکس گرفته است

دو نظریه‌ی علمی برای توضیح وجود چنین کهکشان‌هایی وجود دارد که هر دو نیز منطقی به نظر می‌رسند.

  • انباشتگی: یک کهکشان یا توده‌ی جرمی درون‌ریز توسط یک کهکشان بزرگ‌تر، از هم گسیخته شده و به صورت حلقه به دور آن انباشته شده می‌شود. این نظریه‌ تنها توضیح علمی برای وجود کهکشان‌های حلقه‌ای-قطبی است.
  • موج ناشی از یک تصادم: ممکن است یک کهکشان از مرکز یک کهکشان دیگر عبور کند. موجی از ماده و گاز که به سوی خارج از مرکز حرکت می‌کند، می‌تواند باعث ایجاد حلقه‌ای از ستاره‌های در حال متولد شود. این نظریه در دهه‌ی ۱۹۷۰ مطرح شد، ولی مدرک غیرقابل‌مناقشه‌ای برای آن وجود نداشت.

تا این که هابل این تصویر را ثبت کرد:

تصویر هابل

با Arp 147 ‌ آشنا شوید، تنها جفتی از کهکشان‌ها که برهم‌کنش گرانشی داشته و دارای حلقه هستند. بر اساس حرکت آن‌ها می‌توان گفت که آن‌ها از یک‌دیگر دور می‌شوند و فاصله‌ی هر دو از ما برابر است. این سخن به این معنا است که آن‌ها اخیرا با یک‌دیگر برخورد کرده‌اند و از آنجایی که هر دو حلقه دارند، می‌توانیم بگوییم که موج تشکیل ستاره‌ها در اطراف هر دو کهکشان، در حال وقوع است. این، تنها موردی بود که ما یک جفت کهکشان این‌گونه دیده‌ایم و این را مدیون هابل هستیم.

لنز گرانشی

۴. لنزهای گرانشی

گاهی اوقات ما خیلی خوش‌شانسی می‌آوریم. یعنی به جای دیدن یک کهکشان یا خوشه‌ای از کهکشان‌ها، دو یا چند کهکشان یا خوشه می‌بینیم که با یکدیگر در یک راستا قرار گرفته‌اند. وقتی چنین اتفاقی می‌افتد، کهکشان وسطی به‌صورت یک لنز عمل می‌کند و هر آنچه پشت آن قرار دارد را بزرگ‌نمایی و دچار اعوجاج می‌کند.

از لحاظ تئوری، قوس‌های مربوط به عکس‌های عبورکرده از لنز که به دست ما می‌رسند، بزرگ‌نمایی شده‌اند و این که یا کشیده شده‌اند یا به چند تکه تقسیم شده‌اند. در عمل این کار به سختی انجام‌پذیر است، چرا که این اجرام، بسیار دور و کم‌نور هستند و این که بسیار مستعد اعوجاج توسط اتمسفر زمین هستند. در تصاویر زیر تفاوت مربوط به لنز‌های گرانشی، قبل و بعد از هابل را می‌توانید ببینید.

مقایسه تصاویر هابل

تصویر سمت راست (گرفته‌شده توسط هابل) واقعا ناامیدکننده است. اما هابل این عکس را در سال ۱۹۹۰ گرفته است، یعنی زمانی که تعمیر نشده بود. به لطف دوربین WFPC2 هابل تصاویر متعددی از لنزهای گرانشی، عکس‌های چندتکه، کمان‌ها و بزرگنمایی‌های باکیفیت، تهیه کرد.

اما موضوع بهتر هم می‌شود. زمانی که شانس به شما رو کند، ممکن است کهکشان‌ها یا خوشه‌های کهکشانی دیگری پشت کهکشانی که به آن نگاه می‌کنید، وجود داشته باشد. این کهکشان‌های پس‌زمینه به صورت تصاویر لنزی دیده می‌شوند. آیا سه کمان آبی را که مانند بخش‌هایی از یک دایره هستند، در تصاویر بالا مشاهده می‌کنید؟ آن‌ها بخشی از چند کهکشان هستند که تصویرشان کشیده شده و چندین بار تکرار شده‌اند. به دلیل تصاویر باکیفیت دوربین WFPC2، دانشمندان توانستند بفهمند که کدام تکه‌ها مربوط به یک کهکشان هستند و توانستند به رزولوشن ۱۲۹۶۰۰۰۰/۱ واحد مربع دست پیدا کنند.

حالا به این موضوع توجه کنید. زمانی که یک رویداد گذرا در کهکشان پس‌زمینه اتفاق بیفتد، مانند ابرنواختر، تصویر آن در چهار زمان مختلف در هر عکس لنزی ظاهر می‌شود؛ بنابراین ما با این روش می‌توانیم میزان تاخیر زمانی خطوط نوری مختلف را محاسبه کنیم. به کمک هابل ما این کار را انجام داده‌ایم و در آینده با دقت بیشتری هم انجام خواهیم داد.

تصاویر هابل

۵. ستاره‌ها، چطور متولد می‌شوند و چطور می‌میرند 

شاید بتوان گفت که هیچ وسیله‌ای همچون WFPC2 به ما در درک چگونگی تولد و مرگ ستاره‌ها کمک نکرده است. بسیاری از ستاره‌ها در پایان زندگی‌شان لایه‌های خارجی خود را منفجر می‌کنند و سحابی‌های سیاره‌ای درخشانی تولید می‌کنند که تا ۱۰ هزار سال عمر می‌کنند.

تلسکوپ فضایی هابل با دوربین WFPC2 تصویری از سحابی «چشم گربه» را ۱۵ سال پیش تهیه کرد؛ اولین سحابی که تصویر آن توسط تجهیزات جدید هابل گرفته شد. نتیجه چه شد؟

تولد ستاره ها

آیا جدا این تصویر شگفت‌انگیز نیست؟ اما اوضاع جالب‌تر هم می‌شود. ما حدس می‌زنیم که ۴۰۰ میلیارد ستاره در کهکشان ما وجود دارد که هر کدام حدودا ۱۰ میلیارد سال عمر می‌کنند، به این معنی که هر سال در حدود ۴۰ ستاره می‌میرند. با این تفاسیر در هر لحظه در کهکشان راه‌شیری ۴۰۰ هزار سحابی سیاره‌ای وجود دارد. WFPC2 توانسته است عکس‌های منحصربه‌فردی از بعضی از آن‌ها ثبت کند. تصویر زیر مربوط به سحابی آورگلس (Hourglass) است:

سحابی هورگلاس

 سحابی هابل ۵:

نبولا

و سحابی Mz3، معروف به سحابی مورچه

هابل

دوربین WFPC2 چیزهای زیادی به ما در مورد مرگ ستاره‌ها آموخته است؛ اما در مورد تولد ستاره‌ها هم این‌گونه است. این سحابی‌های سیاره‌ای بعد از چندهزارسال به خودی خود ناپدید نمی‌شوند؛ این سحابی‌ها گازهای زیادی را تولید می‌کنند که هر کدام برای تشکیل یک توده‌ی ستاره کافی است. همین موضوع باعث شروع فرآیند تشکیل ستاره‌ها می‌شود. یکی از بهترین تصاویر این رویداد از سحابی شاهین گرفته شده است.

به این ترتیب دوربین WFPC2 توانسته است به روش‌های مختلفی جهان ما را تغییر دهد.

اما تصور نکنید که این پایان کار هابل است. در سال ۲۰۰۹، آخرین ماموریت سرویس هابل انجام شد. اکنون دوربینی که در هابل نصب شده است از هر لحاظ بهتر است. تصویر زیر نمونه‌ی جدید «دیپ ‌فیلد» است، با نام ایکس ‌تریم دیپ‌فیلد (eXtreme Deep Field) که عمق آن دو برابر تصویر اوریجینال است:

کیفیت تصویر هابل

دوربین جدید هابل تصاویری با جزییات زیاد از کهکشان‌ها به ما ارائه می‌دهد:

تصاویر هابل

همین‌طور تصاویری از سحابی‌های سیاره‌ای متعلق به ستاره‌های در حال مرگ:

تصاویر هابل

و لنز‌های گرانشی که قبلا تصور آنها هم غیرممکن به نظر می‌رسید:

هابل

پس تنها به گذشته و تمام کارهای علمی که انجام دادیم و به تمام تغییراتی که تلسکوپ فضایی هابل در عالم ایجاد کرد، نگاه نکنید؛ چشم به آینده داشته باشید، به تمام اکتشافاتی که ممکن است اتفاق بیافتد. همه‌ی کیهان مال ماست، کافیست به آن نگاه کنیم.



منبع :زومیت

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Comment moderation is enabled. Your comment may take some time to appear.