تلسکوپ
نام نویسنده: محمد مصطفوی
پایه: چهارم
نام آموزگار: خانم کرمی
نام مدرسه: علامه حلی زنجان
مقدمه:
انسان هزاران سال تلاش کرد تا راز و معمای آسمان شبانه را بشکافت و همیشه چشم به آسمان میدوخت. اما پرش ناگهانی از نظارت با چشم عریان تا ابزار کمکی برای رصدگری یکی از دستاوردهای مهم بشری به شمار میرود. این اختراع با لنزها آغاز شد. هر چند مبداء و اساس آن معلوم نیست، اما گمانهزنیها ما را به سده سیزدهم در ایتالیا باز میگرداند. کاشف و سازنده آن احتمالأ کسی بود که برای پنجرهها شیشه میساخت. او با نگریستن از طریق شیشه متوجه شد که تصویر بسیار شفاف و پاک معلوم میشود.
تلسکوپ اولین وسیله چشمی است که در مورد پیدایش آن اختلاف نظر وجود دارد. یکی از حکایات بسیار نزدیک به حقیقت، ما را به مغازه یک عینک فروش هلندی بنام هانس لیپرشی در قرن شانزدهم میبرد. دو کودک در داخل مغازه او با لنز بازی میکردند و با روی هم گذاشتن لنز ها به برج یک کلیسای دور دست نگاه کردند و از دیدن آن شگفت زده شدند. وقتی که لیپرشی متوجه این کار شد، به زودی لنزها را روی هم نصب کرده و اولین وسیله نگاه کنندهاش را ساخت. در سال ۱۶۰۸ لیپرشی سعی کرد تا این وسیله را به اردوی هلند بفروشد. اما افسری که طرف معامله بود، وسیله یا دوربین لیپرشی را نخرید، زیرا کسانی دیگری هم بودند که ادعا میکردند، این اختراع متعلق به آنهاست. در همان سال سفیر فرانسه در هاگ یکی از آنها را برای هنری چهارم – پادشاه فرانسه خرید و در سال بعد تحت نام «لوله هلندی»، «دورنما» و «استوانهها» در پاریس و آلمان به فروش رسید.
در همان روزهای آغازین پیدایش تلسکوپ یکی از پرنفوذترین افراد مرتبط با آن بدون شک کسی جز گالیلئو گالیله دانشمند ایتالیایی نمیباشد. طی یک ماه، وقتیکه لیپرشی سعی نمود تا وسیله دورنمایَش را به حکومت هلند بفروشد، خبر اختراع آن زمانی به ونیز رسید که یک فرد ناشناس یکی از این ابزارها را میخواست به سنای آن کشور بفروشد. این فرد به مشاور علمیاش به اسم پاولو سارپی شخصی که این وسیله را آزمایش کرد، مراجعه نموده بود. اما ناگهان این فرد ناشناس ناپدید شد.
در نتیجه سارپی رفت تا گالیله – محترم ترین سازنده ابزار؛ کسی که به تازگی یک وسیله جدید شمارش را اختراع نموده بود، ببیند. گالیله این دورنما را از نو ساخت، اما با انتقاد زیادی از سوی مردم روبرو شد. همه میگفتند که این وسیله هیچ کاری دیگری نمیتواند بکند، جز اینکه خیال یا حیله بینایی ایجاد کند و تصویر آن نیز قابل اعتماد نمیباشد. در مارچ ۱۶۱۰ شرحی را بر وسیله نظارتگر شبش تحت عنوان پیک ستارهای(Sidereus Nuncius) در بیست و چهار صفحه منتشر ساخت، که همه را در مورد جهان شناخته شده، متحیر ساخت. در این متن نوشته بود که مهتاب صاف و هموار نیست، بلکه ناهموار و پوشیده از حفرههای زیادی میباشد، راه شیری پر از میلیونها ستاره است و مشتری نیز چهار قمر دارد. بعدها گالیله توانست تا دیدگاه مربوط به سیستم جهان زمین مرکز ( geocentric)(کائنات به دور زمین) را به چالش کشیده و دیدگاه جدید یعنی جهان خورشید مرکز ( heliocentric) (نظام شمسی به دور خورشید) را که حدود پنجاه سال قبل توسط کوپرنیکوس مطرح شده بود ثابت کند.
در شب چهاردهم اپریل ۱۶۱۱ یک مهمانی به افتخار او در خارج از شهر روم برگزار شد. در این محفل، گالیله ابزار جدید خود را به مهمانان نشان داده و اجازه داد تا آنچه را که کشف کرده بود، همه ببینند. یک شاعر الهیات شناس یونانی که در محفل حضور داشت، برای این وسیله یک اسم قدیمی یونانی را پیشنهاد کرد. این اسم مورد پسند هم قرار گرفت و میزبان محفل فدریکو چیسی رسمأ وسیله جدید گالیله (تلسکوپ) را تعمید داد.
در ادامه با دستهبندی انواع مختف تلسکوپها به سیر تکاملی آنها خواهیم پرداخت.
تلسکوپهای شکستی
دوربینی که گالیله با آن کار میکرد از دو عدسی ساخته شده بود. به این تلسکوپها «شکستی» میگویند. یعنی نور را میشکنند (در سرعتش تغییر ایجاد میکند) و با این کار نور را کانونی میکنند. تلسکوپ در واقع وسیلهای است که بخاطر جمع آوری نور بیشتر (نسبت به چشم انسان) اهمیت دارد نه به دلیل بزرگنمایی. در واقع چشم انسان کمتر از یک سانتیمتر مربع برای جذب نور (در واقع عصبهای حسی برای احساس نور) دارد. پس اگر قطر شیئی تلسکوپی مثلا ۱۰ سانتیمتر باشد، بیشتر از سی برابر چشم آدم نور جذب میکند. این باعث میشود که اجرام خیلی کم نورتر هم دیده شوند.
تلسکوپهای شکستی از عدسیها برای منحرف کردن نور در یک فاصله کانونی مشخص استفاده میکنند تا بدین ترتیب برای بیننده بزرگنمایی جسم اتفاق افتد.
یک تلسکوپ شکستیی اولیه دارای دو عدسی است، اولین عدسی را عدسی هدف مینامند. این عدسی یک عدسی محدب است که پرتوهای نور ورودی را به یک نقطه کانونی درون تلسکوپ خم میکند.
عدسی دوم عدسی چشمی نام دارد. این عدسی نور را از نقطه کانونی گرفته و آن را در سراسر شبکیه چشم شما پخش میکند. این امر سبب میشود تا شی بسیار نزدیکتر از آنچه واقعاً قرار گرفته به نظر برسد پس هر چه قطر شیئی بزرگتر باشد، تلسکوپ بهتری خواهیم داشت. مشکلی که در این بین وجود دارد این است که شیشههایی را که به عنوان شیئی استفاده میشود، نمیشود از یک حدی بزرگتر ساخت. خود شیشه، نور زیادی را جذب میکند و تا اندازهای باعث تجزیه نور هم میشود. هر چند که با کمک راه حلهایی توانستهاند عدسیهای بزرگی را تراش بدهند، اما باز هم این کار محدودیت زیادی دارد. اسحاق نیوتن اولین کسی بود که راه حلی برای این مشکل پیدا کرد.
تلسکوپهای بازتابی
نیوتن که روی نور آزمایشهای زیادی انجام داده بود، برای جمع آوری نور بیشتر (و در واقع کانونی کردن یک سطح) به جای عدسی از آینه مقعر استفاده کرد. به این نوع تلسکوپها، تلسکوپهای بازتابی یا نیوتنی میگویند.
آینههای مقعری که سطح آنها اندود شدهاند. به این ترتیب، مشکل شکست نور رفع میشد. به کمک همین تکنولوژی است که ما امروزه میتوانیم تلسکوپهای غول پیکر بسازیم و در اعماق آسمان جستجو کنیم.
کار اصلی تلسکوپ، جذب تابشهای رسیده از سیارهها، ستارگان و کهکشانها است. این تابشها ممکن است به شکل موج نوری، علامتهای رادیویی و یا اشعه ایکس باشند. برای هر تابش تلسکوپ ویژهای مورد استفاده قرار میگیرد. اخترشناسان ، با استفاده از تلسکوپ میتوانند بسیار بیشتر از توانایی چشم، تابشهای اجسام کم نور را آشکارکند.
برای مثال ، بزرگترین تلسکوپ نوری جهان که در روسیه است، آینهای به قطر ۶ متر دارد. قدرت دید آن به هنگام مشاهده ستارگان ، یک میلیون برابر قدرت چشم انسان است. همچنین تلسکوپ میتواند تابش حاصل از یک جسم را در مدت کمتری جمع کند. هزاران هزار ستاره کم نور را اصلا نمیتوانیم ببینیم. در حالی که تلسکوپ ، در مدت چند ساعت عکس آنها را به دست میآورد.
تلسکوپهای رادیویی
درست همانطور که تلسکوپهای اپتیکی (بر پایه عدسی و آینه) جدید و بزرگ امروزی مستقیما از نمونههای اولیه ساخته شده توسط گالیله، نیوتن تکامل یافتهاند، رادیو تلسکوپهای بزرگ نیز نوع تکامل یافته اولین تلسکوپ رادیویی سادهای هستند که در سال 1932 توسط کارل یانسکی (50 – 1905) طراحی شده بود. یانسکی زمانی که به عنوان مهندس در شرکت تلفن بل مشغول به کار بود بطور تصادفی امواج رادیویی کیهانی را کشف کرد.
کمپانی مزبور از او خواسته بود تا پارازیتهای جوی عجیبی را که در این ارتباطات رادیویی وارد میشوند، شناسایی کند. جهت انجام اینکار، یانسکی با سیم، ابزاری شبیه به چرخ و فلک ساخت و به کمک آن توانست جهت آمدن این پارازیتهای عجیب را کشف کند. او میدانست که پارازیتهای ناشی از رعد و برق و توفان همیشه به صورت «ترق و تروق» شنیده میشوند. ولی علاوه بر این صداها ، صدای ضعیف و مداومی نیز به صورت «خش خش» دائما به گوش میرسید.
رد گیری منبع این صدا، فکر یانسکی را به خود مشغول ساخت. او خورشید را مورد بررسی قرار داد، ولی دریافت که صدای «خش خش» ناشی از ستارگان است و نه مخصوصا در زمانی که لک خورشیدی در چرخه 11 ساله خود به اوج میرسد. ولی یانسکی در زمانی مشغول تحقیقی بود که لک خورشیدی به حداقل رسیده بود و از اینرو پارازیتهای خورشیدی بسیار اندک بود.
یانسکی آنتن زمخت و ابتدایی خود را بسوی تمام قسمتهای آسمتان نشانه رفت و ستارگان و صورتهای فلکی را یک به یک مورد آزمایش قرار داد. او به این نتیجه رسید که صدای خش خش از لکی واقع در راه شیری ناشی میشود؛ همان لکی که در صورت فلکی نیم اسب (قوس) قرار دارد و گمان میرود که مرکز کهکشان ما باشد.
ستارگان تنها اشعه مرئی نور گسیل نمیکنند، بلکه تشعشعاتی با طول موج کوتاهتر (اشعه ایکس) و بلندتر (گرما، موج رادیویی) نیز از آنها ساطع میشود. در حقیقت ستارگان نیز چون همه اجسام داغ در همه قسمتهای طیف الکترومغناطیسی اشعه گسیل میکنند. اما جو زمین فقط نسبت به نور و موج رادیویی شفاف است. تمام تشعشعات دیگری که توسط ستارگان گسیل میشود به ما نمیرسد، زیرا که بخش اعظم آن به وسیله جو جذب میگردد.
از زمان یانسکی به بعد کشفیات مهم دیگری به عمل آمده است. در موارد بسیاری ، تلسکوپهای رادیویی کشفهای مهمتری نسبت به تلسکوپهای اپتیکی انجام دادهاند؛ دلیل آن امر این است که آنها میتوانند اعماق دور دست فضا را ببنند. ستاره شناسان با تلسکوپ رادیویی طبیعت ویژه اخترنماها و بعدا نیز تپ اخترها را کشف کردهاند. آنها با این ابزار، نقشه آسمان را نیز بر اساس علائم گوناگون گسیل شده از ستارگان، سحابیها و کهکشانها تهیه کردهاند.
امروزه رادیوتلسکوپها به صورت غول پیکر و در اشکال و اندازههای مختلف ساخته میشوند.
تلسکوپ فضایی هابل
یکی از معروفترین تلسکوپهای جهان تلسکوپ فضایی هابل است. این تلسکوپ در سال 1990 توسط شاتل فضایی در مدار زمین قرار گرفت. قرار گرفتن در خارج از جو زمین به هابل اجازه میدهد تا فضای بیرونی را بدون نور پس زمینه مشاهده کند. این امر باعث شده است که هابل بتواند از ستارههای دور و کهکشانها عکسهای شگفتانگیزی بگیرد.
تلسکوپ فضایی جیمز وب
تلسکوپ فضایی جیمز وب بعد از مدتها انتظار بعد از 17 سال تاخیر در دسامبر ۲۰۲۱ به فضا پرتاب شد و به عنوان یکی از شاهکارهای ساخته دست بشر به آغاز جهان خواهد نگریست. تلسکوپی که تحولی در دانش بشر در مورد فضا ایجاد خواهد کرد.
سال ۲۰۰۲ نخستین باری بود که گروهی از آژانس فضایی آمریکا در دیدار با گروهی از آژانس فضایی اروپا از پروژهای بلندپروازانه صحبت کردند؛ ساخت تلسکوپی که راه هابل را ادامه دهد و به آغاز جهان بنگرد.
اهمیت پرتاب و آغاز فعالیت جیمز وب از آن جهت است که با توجه به امکانات جدید این تلسکوپ، تحولی در رصد فضا رخ خواهد داد؛ تحولی که آغازگر فصلی جدید خواهد بود. سایهبان خورشیدی تلسکوپ که به اندازه یک زمین تنیس است و آینه اولیه ۶.۵ متری، مانند کشتی درون بطری، در درون موشک قرار میگیرد و پرتاب میشود. تلسکوپ JWST سی دقیقه پس از پرتاب از راکت جدا شده و در عرض یک روز در فضا مستقر میشود.
تلسکوپ فضایی جیمز وب مسئولیت تلسکوپهای پیشین مانند تلسکوپ فضایی کپلر، تلسکوپ فضایی اسپیتزر و صد البته تلسکوپ فضایی هابل را برعهده خواهد داشت.
این تلسکوپ پس از پرتاب بیش از ۱.۵ میلیون کیلومتر را طی میکند تا به نقطه پایدار جاذبه موسوم به لاگرانژ ۲ (L2) برسد. این نقطه روی خط مستقیم خورشید به زمین قرار دارد و بدین ترتیب JWST در مدار سالانه گردش زمین به دور خورشید مستقر میشود.
تلسکوپ فضایی جیمز وب، برخلاف تلسکوپ هابل که به دور زمین میچرخد و هر ۹۰ دقیقه در سایه آن قرار میگیرد، دیدی بدون مانع از جهان هستی خواهد داشت. اما از سوی دیگر، فاصله بسیار زیاد تلسکوپ از زمین بدین معنا است که ما توانایی سرویس و تعمیر آن را نخواهیم داشت.