تلسکوپ فضایی هابل؛ ۳۲ سال شگفتی و تحول در درک کیهان

سی و دو سال پیش در چنین روزی تلسکوپ فضایی هابل، که الهام بخش ساخت تلسکوپ فضایی جیمز وب بود، از مرکز فضایی کندی با شاتل فضایی «دیسکاوری» پرتاب شد و با موفقیت به مدارش رسید. هابل از زمان آغاز ماموریتش تصاویری از کیهان به ما نشان داده است که هر بار ما را بیش از قبل شگفت زده می‌کند. این رصدخانه ۲.۴ متری که تقریبا به اندازه یک اتوبوس بزرگ است، حاصل همکاری بین‌المللی بین ناسا و اسا (سازمان فضایی اروپا) است و از اوایل راه‌اندازی، ماموریت‌های مختلفی با ابزار علمی‌اش انجام داده است که برای هر طرفدار ماموریت‌های فضایی هیجان‌انگیز است.

تلسکوپ فضایی هابل کجاست؟

تلسکوپ فضایی هابل در ۲۴ آوریل ۱۹۹۰ میلادی/۴ اردیبهشت ۱۳۶۹ خورشیدی سوار بر شاتل دیسکاوری (Discovery) به ارتفاع ۵۴۷ کیلومتری از سطح زمین رسید. این رصدخانه فضایی که به اندازه دو فیل بالغ وزن دارد، هر ۹۵ دقیقه یکبار با سرعت ۸ کیلومتر بر ثانیه به دور زمین می‌چرخد. سرعت حرکت تلسکوپ هابل مثل این است که بخواهید از ساحل شرقی تا غربی ایالات متحده را در ۱۰ دقیقه طی کنید.

تلسکوپ فضایی هابل چه ابزاری دارد؟

یکی از مهم‌ترین ابزار این رصدخانه، سنسورهای هدایت دقیق (Fine Guidance Sensors) هستند. زمانی که هابل داده‌ای از اجرام کیهانی جمع‌آوری می‌کند، این سنسور با هدف‌گیری جرم مورد نظر آینه رصدخانه را به سمت آن نشانه می‌رود و تا پایان داده‌گیری تمام رصدخانه ثابت می‌ماند. این ابزار به قدری دقیق است که می‌تواند از فاصله ۲ کلیومتری جرمی به قطر یک تار موی انسان را نشانه‌گیری کند.

پس از قفل شدن روی هدف، آینه اولیه رصدخانه شروع به داده‌گیری می‌کند. این آینه ۲.۴ متری در مقایسه با چشم انسان می‌تواند تا ۴۰ هزار برابر بیشتر نور جمع‌آوری کند. آینه ثانویه بازتاب نور از آینه اولیه را جمع می‌کند و به سمت ابزار علمی رصدخانه می‌روند تا در هر ابزار پردازش متفاوتی صورت بگیرد.

رصدخانه هابل پنج ابزار علمی دارد که شامل دوربین‌ها و اسپکتروگراف‌های فروسرخ، مرئی و فرابنفش است:

• دوربین نمای باز سوم (Wide Field Camera 3) دوربین اصلی رصدخانه است که بیشتر ماموریت‌های هابل را، از تشکیل کهکشان‌ها تا جستجوی سیارات فرازمینی، انجام می‌دهد. این دوربین در سه محدوده فروسرخ، مرئی و فرابنفش کار می‌کند، اما نمی‌تواند همزمان هر سه محدوده را پردازش کند.

• دوربین پیشرفته برای کاوش‌ها (Advanced Camera for Surveys) می‌تواند تصاویری از نماهای گسترده کیهان ثبت کند. این دوربین تاکنون به منجمان کمک کرده است تا فعالیت‌هایی را از کیهان اولیه مشاهده و بررسی کنند.

• اسپکتروگراف منشا کیهانی (Cosmic Origins Spectrograph) در محدوده فرابنفش کار می‌کند و می‌تواند داده‌هایی از کهکشان‌ها، ستاره‌ها و سیاره‌ها ثبت کند و چگونگی شکل‌گیری و تغییرات آن‌ها را مطالعه کند. اسپکتروگراف ابزاری است که با جمع‌آوری نور اجرام و مطالعه آن، عناصر موجود در اجرام کیهانی را شناسایی کند.

• اسپکتروگراف تصویربردار تلسکوپ فضایی (Space Telescope Imaging Spectrograph) با مطالعه نور اجرام می‌تواند به منجمان کمک کند تا دما، ترکیبات شیمیایی، چگالی و حرکت آن‌ها در فضا را محاسبه کنند. به علاوه، این ابزار توانسته است به شناسایی سیاهچاله‌ها کمک کند و داده‌هایی از آن‌ها ثبت کند.

• دوربین فروسرخ نزدیک و اسپکترومتر چند جرمی یا نیکموس (NICMOS - Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer) می‌تواند اجرام اعماق آسمان را در محدوده فروسرخ نزدیک مطالعه کند؛ به عبارتی با حس کردن گرمای ستاره‌ها می‌تواند آن‌ها را ثبت کند. این ابزار تاکنون به مطالعه ستاره‌ها، کهکشان‌ها و منظومه‌های سیاره‌ای پرداخته و فرایند تشکیل و تغییرات آن‌ها را بررسی کرده است.

تلسکوپ فضایی هابل چه تفاوتی با تلسکوپ‌های زمینی دارد؟

اتمسفر زمین یکی از بزرگترین مانع‌های سر راه تلسکوپ‌های زمینی است. نور ستاره‌ها و سایر اجرام آسمانی با عبور از جو زمین کمی تغییر می‌کنند و باعث می‌شود تا برخی از طول موج‌ها به سنسور تلسکوپ نرسد.

این اتفاق را در زندگی روزمره نیز می‌بینید. نور خورشید با عبور از جو زمین پخش می‌شود و در زمان‌های متفاوتی از روز - بسته به زاویه تابش خورشید - رنگ‌های متفاوتی خواهد داشت. در صورتی که اگر جو زمین وجود نداشت، خورشید به رنگ سفید دیده می‌شد و حتی می‌توانستید در روز سایر ستاره‌ها را نیز ببینید.

ایده ساخت تلسکوپ‌های فضایی از کی مطرح شد؟

اگر رصدخانه‌ای را در خارج از جو زمین قرار دهید چه اتفاقی می‌افتد؟ ایده ارسال تلسکوپی به فضا از سال ۱۹۲۳ میلادی/۱۳۰۳ خورشیدی مطرح شده بود. دانشمند آلمانی هرمن اوبرت (Hermann Oberth) که یکی از پدران صنعت فضایی مدرن به شمار می‌رود، در کتاب «راکت در فضای سیاره‌ای» به طرح تلسکوپ‌های فضایی اشاره کرده و چگونگی ارسال یک تلسکوپ به مدار زمین را توضیح داده است. البته لایمن اسپیتزر (Lyman Spitzer) در سال ۱۹۴۶ میلادی/۱۳۲۵ خورشیدی مقاله‌ای درباره تلسکوپ‌های فضایی نوشت و فواید ارسال تلسکوپ‌ها به خارج از جو زمین را بررسی کرد.

در نهایت، سازمان ملی هوانوردی و فضایی ایالات متحده یا ناسا در سال ۱۹۵۷ میلادی/۱۳۳۶ خورشیدی دو تلسکوپ فضایی به نام «رصدخانه نجومی مداری» (OAO - Orbital Astronomical Observatory) پرتاب کرد. این رصدخانه‌ها چندین رصد در محدوده فرابنفش انجام دادند و توانستند تجربه‌هایی برای ساخت تلسکوپ‌های فضایی بعدی در اختیار ناسا قرار دهند.

ایده ساخت تلسکوپ فضایی هابل چگونه مطرح شد؟

نانسی گریس رومن (Nancy Grace Roman) منجم آمریکایی در اواسط دهه ۶۰ میلادی تلاش کرد تا کمیته‌ای از منجمان و مهندسان تشکیل دهد تا ایده‌های خود را ساخت تلسکوپی فضایی مطرح کنند که می‌تواند به اهداف علمی مهمی دست یابد.

او بالاخره در سال ۱۹۷۷ میلادی/۱۳۵۶ خورشیدی توانست ناسا و کنگره ملی آمریکا را متقاعد کند تا ساخت و ارسال یک تلسکوپ فضایی را در اولویت قرار دهند. به همین دلیل اکثر منجمان رومن را «مادر تلسکوپ فضایی هابل» می‌دانند که برای انجام این پروژه تلاش کرد.

اسم تلسکوپ فضایی هابل از کجا آمده است؟

در سال ۱۹۷۷ میلادی/۱۳۵۶ خورشیدی کنگره ملی آمریکا با تخصیص بودجه برای ساخت «تلسکوپ فضایی بزرگ» (Large Space Telescope) موافقت کرد و دو سال بعد فرایند ساخت آینه ۲.۴ متری این تلسکوپ آغاز شد. اما ناسا در سال ۱۹۸۳ میلادی/۱۳۶۲ خورشیدی تصمیم گرفت تا نام این تلسکوپ را برای ادای احترام به تلاش‌های منجم مشهور آمریکایی، ادوین هابل، به «تلسکوپ فضایی هابل» تغییر دهد.

ادوین هابل، منجمی آمریکایی در اوایل قرن بیستم بود که با رصدهای متوالی متوجه شد که کهکشان راه شیری تنها یکی از کهکشان‌های جهان قابل مشاهده است و کیهان بسیار بزرگتر از چیزی است که تصور می‌کردیم. او با بررسی صدها کهکشان توانست متوجه شود که تمام اجرام از همه جهت‌ها از ما دور می‌شوند و جهان در حال گسترش است. این کشف بزرگ به شکل‌گیری نظریه مهبانگ (Big Bang Theory) منجر شد و توانست به منجمان کمک کند تا تصویری از کیهان اولیه داشته باشند و آن را پیش‌بینی کنند.

مهم‌ترین کشف‌های تلسکوپ فضایی هابل

تصاویری که هابل تاکنون ثبت کرده، به منجمان کمک کرده است تا سن و اندازه کیهان را محاسبه کنند. آن‌ها با داده‌های هابل توانستند سن کیهان را تقریبا ۱۳.۸ میلیارد سال و قطر آن را تقریبا ۹۲ میلیون سال نوری به دست آورند.

هابل تصویری به نام «میدان فراژرف هابل» (Hubble Ultra Deep Field) ثبت کرده است که در آن کهکشان‌های بسیار دوردست دیده می‌شوند و جز دورترین کهکشان‌های مشاهده شده به شمار می‌روند.

هابل تا امروز توانسته است به شناسایی سیاهچاله‌ها، ناشناخته‌ترین اجرام کیهانی بپردازد و شواهدی از آن‌ها ثبت کند. این تلسکوپ نقش تاثیرگذاری در کشف انرژی تاریک داشته و توانسته است این نیروی عجیب را مطالعه کند که شتاب انبساط کیهان را هر لحظه افزایش می‌دهد. همچنین این رصدخانه فضایی انفجارهای پرتوی گاما هنگام فروریختن ستاره‌های پرجرم را با جزئیات بالایی بررسی کرده است.

تلسکوپ فضایی هابل با بررسی محل تولد ستاره‌ها، مثل سحابی جبار تصاویری از منظومه‌های سیاره‌ای در حال شکل‌گیری ثبت کرده است که مثل منظومه شمسی هستند. با این داده‌ها می‌توانیم تصویری از چگونگی تشکیل و تحول منظومه ستاره‌ای خودمان داشته باشیم و بیشتر درباره آن بدانیم.

آیا رنگ تصاویر تلسکوپ فضایی هابل واقعی است؟

رصدخانه فضایی هابل هر هفته چیزی حدود ۱۴۰ گیگابایت داده به زمین مخابره می‌کند که تقریبا معادل ۳۰ هزار موزیک با فرمت mp3 است. این داده‌ها به ماهواره‌های مخابراتی ارسال می‌شود و به ایستگاه مخابراتی زمین می‌رسد و پس از عبور از مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا (Goddard Space Flight Center) به مرکز کنترل ماموریت در موسسه علمی تلسکوپ فضایی (STScI) می‌رسد.

منجمان در این موسسه داده‌ها و تصاویر دریافتی را پردازش و تصاویر شگفت‌انگیز هابل را منتشر می‌کنند. داده‌هایی که هابل جمع‌آوری می‌کند، در ابتدا تصاویر سیاه و سفیدی است که با افزودن رنگ کاذب در فرایند پردازش، رنگی می‌شود. زنگ‌های این تصاویر به دلایل متفاوتی انتخاب می‌شوند، مثلا برخی از رنگ‌ها برای نمایش جزئیات مهم استفاده می‌شود.

آینده تلسکوپ فضایی هابل چه خواهد بود؟

امروز ۳۲ سال از پرتاب تلسکوپ فضایی هابل می‌گذرد و مهندسان ناسا این رصدخانه را طوری طراحی کرده‌اند که قابل تعمیر و در صورت نیاز قابل به روز رسانی باشد. از زمانی پرتاب این تلسکوپ تاکنون، پنج ماموریت شاتل فضایی برای تعمیر و به روز رسانی آن ارسال شده است و فضانوردانی توانستند مشکلات آن را حل کنند. با این حال، آخرین پرتاب برای تعمیر تلسکوپ فضایی هابل در سال ۲۰۰۹ میلادی/۱۳۸۸ خورشیدی صورت گرفت و این رصدخانه طوری تعمیر شد که دیگر نیازی به به روز رسانی نداشته باشد. تلسکوپ فضایی هابل تا زمانی که به مشکل بزرگی برخورد نکند، به ماموریت خود ادامه خواهد داد و تصاویر شگفت‌انگیزی از کیهان برای ما ارسال خواهد کرد.

با پرتاب تلسکوپ فضایی جیمز وب در آذرماه گذشته، ناسا و سایر سازمان‌های فضایی جانشینی برای تلسکوپ فضایی هابل ساختند که می‌تواند حتی پشت غبارهای میان‌ستاره‌ای را مشاهده کند. حالا وب در فرایند کالیبراسیون و انجام تنظیمات نهایی قرار دارد و تا تابستان تصاویری از ۲۰۰ میلیون سال ابتدایی کیهان ثبت خواهد کرد که می‌تواند درک امروزی ما از کیهان را تایید و یا به کلی رد کند.