مهندسی بی‌نهایت: تلسکوپ فضایی هابل؛ دریچه‌ای به اعماق پررمزوراز کیهان

بیش از ۳۰ سال است که تلسکوپ فضایی هابل شگفتی‌ها، زیبایی‌ها و رمز و رازهای جهان هستی را به زمین آورده و با تصاویری خلق‌شده از نور،‌ درک و دانش ما از جهان را دگرگون کرده است. تلسکوپ هابل با بیش از ۱٫۵ میلیون مشاهده‌ی کهکشانی همچنان بالای سطح زمین و به دور از هر مانعی که بخواهد مسیر نور را منحرف کند، داده‌های ارزشمندی به خانه مخابره می‌کند که به برخی از مهم‌ترین سؤالات ما در مورد کیهان پاسخ می‌دهد. 

هابل سن زیادی دارد؛ اما هنوز قدرتمندترین ابزاری است که ما انسان‌ها برای کاوش در دورترین نقاط جهان هستی در اختیار داریم. هر جا اجرام کیهانی از خود نور ساطع کنند، هیچ رصدخانه‌ای برای مطالعه آن‌ها مجهزتر از هابل نیست. برای آشنایی با این تلسکوپ شگفت‌انگیز در این سفر فضایی با ما همراه شوید.

عناوینی که در این مقاله خواهید خواند:>

تلسکوپ هابل چیست؟ 

تلسکوپ فضایی هابل (که اغلب از آن با نام HST یاد می‌شود) پروژه همکاری بین‌المللی ناسا و آژانس فضایی اروپا است که با شاتل فضایی دیسکاوری (Discovery) در ۲۴ آوریل ۱۹۹۰ (۴ اردیبهشت ۱۳۶۹) به مدار نزدیک زمین پرتاب شد و با گذشت ۳۱ سال، همچنان به مأموریت خود ادامه می‌دهد. هابل اولین تلسکوپ فضایی نبود که با موفقیت در مدار قرار گرفت؛ اما از همنوعان خود بزرگ‌تر و مجهزتر بود و اکتشافات شگفت‌انگیزش بینش بشر را از جهان هستی کاملا دگرگون کرد.

هابل حدود ۵۴۷ کیلومتر بالاتر از سطح زمین در حال گردش در مدار خود است. طول آن ۱۳٫۲ متر،‌ یعنی اندازه یک اتوبوس بزرگ و وزن آن ۱۲,۲۰۰ کیلوگرم، یعنی به اندازه دو فیل بالغ است. هابل از انرژی خورشیدی استفاده می‌کند و برای ماندن در مدار حدود ۸ کیلومتر در ثانیه حرکت می‌کند. 

تلسکوپ هابل از اجرام آسمانی مانند سیارات، ستارگان و کهکشان‌ها عکس‌هایی با وضوح بسیار بالا می‌گیرد و تاکنون بیش از ۱٫۵ میلیون مشاهده‌ی کهکشانی ثبت کرده است. این مشاهدات شامل تصاویر پرجزئیاتی از تولد و مرگ ستاره‌ها، کهکشان‌هایی با فاصله میلیاردها سال نوری از ما و تکه‌های به‌جامانده از دنباله‌دارهایی است که به جو سیارات برخورد می‌کنند.

هابل به‌عنوان یک رصدخانه فضایی همه‌منظوره با هدف کاوش جهان و ثبت تصاویر در طول موج‌های مرئی، فرابنفش و فروسرخ توسعه یافت. این تلسکوپ تاکنون بیش از ۴۰ هزار جرم کیهانی را مورد مطالعه قرار داده است و تصاویری با وضوح و جزئیات بسیار بالا در اختیار ستاره‌شناسانی که نمی‌توانستند آن‌ها را از روی زمین مشاهده کنند، قرار داده است. 

جو زمین علاوه بر اینکه جلوی برخی از طول موج‌های نور را به‌طور کامل می‌گیرد، دارای جریان‌های هوایی است که مدام در حال حرکت هستند و باعث چشمک زدن ستاره‌ها در آسمان شب می‌شوند. حرکت مداوم این جریان‌های هوایی، تصاویر گرفته‌شده توسط تلسکوپ‌های مستقر در زمین را تار می‌کند؛ به همین خاطر لازم بود تلسکوپی برای ثبت تصاویری عاری از این اثرات در مداری بالاتر از جو قرار بگیرد. 

آینه هابل از آنچه در بزرگ‌ترین رصدخانه‌های مستقر در زمین یافت می‌شود، بسیار کوچک‌تر است؛ اما موقعیت منحصر‌به‌فرد این تلسکوپ در بالای جو زمین وضوح خارق‌العاده‌ای به تصاویر ثبت‌شده می‌بخشد. با چرخش این تلسکوپ به دور زمین​​، آینه آن نورهای کیهانی را جمع و به‌صورت تصاویر و داده‌ به زمین منتقل می‌کند. این تلسکوپ برای عکس‌برداری از برخی از دورترین اجرام آسمانی، روزها به یک نقطه در کهکشان خیره می‌شود تا بتواند بیشترین مقدار از این درخشش بسیار کم‌نور را ثبت کند.

چرا به تلسکوپ فضایی نیاز است؟

>

پیش از پرتاب تلسکوپ هابل به فضا، سن جهان چیزی حدود ۱۰ تا ۲۰ میلیارد سال تخمین زده شده بود؛ اما هابل با بررسی دسته خاصی از ستاره‌ها که در تعیین فاصله به کار می‌روند، توانست این اختلاف بزرگ را به حدود ۱۳٫۸ میلیارد سال کاهش بدهد. این رقم اکنون به‌عنوان سن تقریبی جهان در نظر گرفته می‌شود و برای درک وضعیت ستارگان، کهکشان‌ها و موارد دیگر به کار می‌رود. 

هابل همچنین در قلب کهکشان‌ها سیاهچاله‌های بزرگی را کشف کرده و وجود ماده تاریک را در اطراف خوشه‌های کهکشانی نشان داده است؛ اما شاید یکی از عجیب‌ترین اکتشافات هابل این بود که سرعت انبساط جهان به خاطر وجود «انرژی تاریک» که پیش از این ناشناخته بود، رو به افزایش است. 

از هابل همچنین برای بررسی شرایط اقلیمی در سیارات منظومه شمسی و تولد سیارات در منظومه‌های دیگر استفاده شده است. این ماهواره ترکیبات جو این سیارات «فراخورشیدی» را بررسی کرده و موفق به ثبت یکی از اولین تصاویر از چنین سیاره‌ای با نور مرئی شده است. هابل با توانایی خود در ثبت تصاویر بکری از جهان هستی به‌دفعات به بشریت نشان داده است که هنوز رازهای بسیاری درباره کیهان وجود دارد. به خاطر هابل، ما درک بهتری از منظومه شمسی و نحوه عملکرد آن داریم.>

وسعت فضا چنان غیرقابل وصف است که حتی نور با آن سرعت مثال‌زدنی خود زمان قابل‌توجهی طول می‌‎کشد از بین اجرام کیهانی عبور کند. برای مثال، نور ماه حدود ۱٫۳ ثانیه نوری طول می‌کشد تا به چشم ما برسد، بنابراین وقتی به ماه در آسمان نگاه می‌کنیم، آن را همان‌طور که ۱٫۳ ثانیه قبل بوده، یعنی ۱٫۳ ثانیه در گذشته، می‌بینیم. 

نور دورترین اجرام کیهانی از میلیاردها سال پیش در فضا شروع به حرکت کرده و هنگامی که سرانجام به گوشه جهان ما می‌رسد، آن‌ها را آن‌گونه که میلیاردها سال پیش بوده به ما نشان می‌دهد. هابل با ثبت نور ضعیفی که از جهان اولیه به آن می‌رسد، می‌تواند کهکشان‌ها را آن‌گونه که میلیاردها سال پیش بودند، ببیند و به ما نشان بدهد که کهکشان‌ها در طول زمان چگونه تکامل یافته‌اند.

ما نمی‌توانیم تکامل کهکشان‌ها یا ستاره‌ها را ببینیم، چون این تکامل در مقیاس زمانی میلیونی و میلیاردی اتفاق می‌افتد؛ اما هابل با مشاهده آن‌ها در مراحل مختلف هستی خود، توانسته تصویری از چگونگی تغییر و تکامل کهکشان‌ها را برای ما ترسیم کند.

تاریخچه تلسکوپ هابل

تلسکوپ فضایی هابل نام خود را از ادوین هابل، ستاره‌شناس شهیر آمریکایی گرفته است که مشاهداتش به دانشمندان نشان داد در جهان هستی، کهکشانی‌های دیگری علاوه بر کهکشان راه شیری وجود دارد. هابل هنگام کار در رصدخانه کوه ویلسون (Mount Wilson) در سال ۱۹۲۳، به این نتیجه رسید که آندرومدا که آن زمان به‌عنوان سحابی در نظر گرفته می‌شد،‌ در واقع کهکشان مستقلی است که صدها هزار سال نوری از راه شیری فاصله دارد. 

او همچنین در سال ۱۹۲۹ با کشف اینکه کهکشان‌ها با سرعتی ثابت در حال دور شدن از یکدیگر هستند، مهر ردی بر نظریه «جهان ایستا» زد و بدین ترتیب، اساس نظریه بیگ بنگ را بنا نهاد. ادوین هابل در سال ۱۹۲۹ درگذشت؛ اما تلسکوپی که نام او را به یادگار گرفته از آن زمان تاکنون بسیاری از نظریه‌های او را تأیید و اصلاح کرده است. 

البته ایده ساخت تلسکوپ فضایی به سال ۱۹۴۶ برمی‌گردد؛ یعنی بیش از ۱۰ سال قبل از تأسیس ناسا. در آن سال بود که لیمن اسپیتزر جونیور (Lyman Spitzer Jr)، فیزیکدان نجومی، مقاله‌ای تأثیرگذار در مورد مزیت رصدخانه‌ای مستقر در فضا نوشت. او در این مقاله استدلال کرد که یک تلسکوپ در مدار می‌تواند آسمان را بدون مواجه با جو زمین که تصاویر را تار می‌کند، مشاهده کند و تصاویری با وضوح بسیار بالا ثبت کند.

اسپیتزر بعدها در ساخت چهار ماهواره بدون سرنشین موسوم به «Orbiting Astronomical Observatory» که ناسا بین سال‌های ۱۹۶۶ تا ۱۹۷۲ به فضا پرتاب کرد، نقش مهمی داشت و به‌طور خستگی‌ناپذیری از دولت آمریکا برای ساخت تلسکوپ فضایی بزرگ‌تر و بهتر درخواست بودجه می‌کرد. هزینه‌های هنگفت این پروژه مانع بزرگی برای تحقق آن بود و تازه در سال ۱۹۷۷ بود که کنگره آمریکا سرانجام حاضر شد بودجه‌ای را برای ساخت تلسکوپی که هابل نام گرفت، اختصاص بدهد.

پروژه نوپای هابل در سال ۱۹۸۶ پس از منفجر شدن شاتل فضایی چلنجر هنگام بلند شدن که کشته شدن ۷ فضانورد را در پی داشت، ضربه بزرگی را متحمل شد. ناسا در پی این فاجعه تراژیک، ناوگان فضایی خود را زمین‌گیر کرد و هابل را که برای جا‌به‌جایی و تعمیرات به شاتل نیاز داشت، بدون وسیله نقلیه گذاشت. البته دانشمندان از این فرصت پیش‌آمده استفاده خوبی کردند و حساسیت ابزارهای تلسکوپ را ارتقا داده و نرم‌افزار کنترل زمینی آن را بهبود بخشیدند؛ اما این سال‌های تأخیر، هزینه‎‌های گزافی را برای سرویس‌دهی و نگه‌داری از هابل در اتاقی تمیز و پیشرفته بر ناسا تحمیل کرد. سرانجام وقتی شاتل فضایی دیسکاوری در سال ۱۹۹۰ هابل را به فضا پرتاب کرد، این پروژه ۷ سال از برنامه عقب مانده بود و در این مدت بیش از ۱ میلیارد دلار بیشتر از بودجه برای آن هزینه شده بود.

متأسفانه این پایان مشکلات هابل نبود. همان سال وقتی دانشمندان ناسا اولین تصاویر ثبت‌شده توسط هابل را مشاهده کردند، دریافتند که آینه اصلی آن با مشخصات نادرستی صیقل داده شده است. این «انحراف کروی» بسیار ناچیز بود؛ درواقع، کمتر از ۱/۵۰ عرض یک تار موی انسان؛ اما همین انحراف ناچیز کافی بود تا بسیاری از عکس‌های هابل تار شود. 

تا چند ماه بعد، این تلسکوپ به نوعی جوک در سطح ملی تبدیل شد و حتی یکی از جلدهای مجله نیوزویک آن را «اشتباه ۱٫۵ میلیارد دلاری» نامید. ناسا برای تجربه اتفاقات خوب باید تا دسامبر ۱۹۹۳ منتظر می‌ماند؛ یعنی زمانی که گروهی از دانشمندان برای رفع این انحراف نوعی لنز تماسی به نام کواستار (COSTAR) روی هابل نصب کردند. کواستار از چند آینه کوچک تشکیل شده بود و پرتو ساطع‌شده از آینه معیوب را می‌گرفت، نقص آن را برطرف می‌کرد و بعد پرتو اصلاح‌شده را برای تجزیه و تحلیل به مرکز آینه بازمی‌تابید. 

«عینک‌های فضایی»‌ هابل موفق شد مشکل تاری تصاویر را برطرف کند و کمی بعد این تلسکوپ شروع به ثبت تصاویر حیرت‌انگیزی از کیهان کرد. البته امروز تمام ابزارهای نصب‌شده در هابل دارای اپتیک اصلاحی داخلی برای جبران نقص آینه هستند و دیگر به COSTAR نیازی نیست.

تلسکوپ هابل کجا است

تلسکوپ هابل هنگام پرتاب در ارتفاع ۵۴۷ کیلومتری از سطح زمین قرار گرفت؛ اما بیشتر اوقات در ارتفاع ۳۲۰ کیلومتری به دور زمین در گردش است و گاهی برای بازدید از ایستگاه فضایی بین‌المللی تا ارتفاع ۴۰۰ کیلومتری هم بالا می‌رود. 

در حال حاضر، مدار تقریبا مدور هابل در ارتفاع ۵۵۰ کیلومتری از سطح زمین قرار گرفته است و هر گردش این تلسکوپ به دور زمین حدود ۹۶ دقیقه طول می‌کشد. بدین ترتیب، هابل در روز ۱۵ بار دور زمین می‌گردد؛ اما مشاهده آن در آسمان برای همه مقدور نیست. 

هابل در مناطقی در زمین که بین عرض‌های جغرافیایی ۲۸٫۵ درجه شمالی و ۲۸٫۵ درجه جنوبی قرار دارند، بهتر دیده می‌شود. دلیل آن این است که هابل در انحراف مداری ۲۸٫۵ درجه با خط استوا قرار دارد. این انحراف مداری با عرض جغرافیایی سایت پرتاب هابل، کیپ کاناورال در فلوریدا، یکی است و آسان‌ترین و به‌صرفه‌ترین مدار برای پرتاب تلسکوپ بود.

تماشای گذر تلسکوپ هابل از فراز آسمان در ایران مقدور نیست؛ اما اگر می‌خواهید ببینید تلسکوپ هابل در همین لحظه بالای کدام نقطه از زمین قرار دارد، می‌توانید به وب‌سایت uphere.space مراجعه کنید که از حرکت هابل در مدار، گزارش تصویری لحظه‌ای ارائه می‌دهد. تماشای گذر ماهواره‌های دیگر نیز در این وب‌سایت مقدور است.

تصاویر تلسکوپ هابل

از زمانی که تلسکوپ هابل در مدار قرار گرفت (۳۱ سال پیش)، بیش از ۱٫۵ میلیون تصویر ثبت شده است. در اینجا ۱۰ نمونه از حیرت‌انگیزترین و نمادین‌ترین تصاویر ثبت‌شده توسط هابل را با هم مرور می‌کنیم:‌>

کهکشان کلاه‌‌مکزیکی بسیار فتوژنیک است. این کهکشان به خاطر هسته سفید درخشان خود مشهور است و در فاصله ۲۸ میلیون سال نوری از زمین در صورت فلکی دوشیزه قرار دارد. >

سحابی چشم گربه در فاصله حدود ۳۳۰۰ سال نوری در صورت فلکی اژدها قرار دارد و به آن سحابی آفتابگردان یا سحابی حلزون نیز گفته می‌شود. در مرکز این سحابی یک ستاره نورانی و داغ قرار دارد که در حدود هزار سال پیش پوشش بیرونی خود را از دست داد و منجر به تشکیل این سحابی شد. این سحابی در سال ۱۷۸۶ توسط ویلیام هرشل، کاشف اورانوس، کشف شده است.>

بدون شک نمادین‌ترین تصویر ثبت‌شده توسط هابل تا این لحظه، «ستون‌های آفرینش» است که در سال ۱۹۹۵ گرفته شد. این برج‌های غول‌پیکر متشکل از گازهای میان اختری و ذرات کیهانی در فاصله ۷ هزار سال نوری از زمین و در سحابی عقاب قرار دارند. 

دلیل انتخاب نام ستون‌های آفرینش این است که نیروی گرانش بسیار قدرتمندی باعث متراکم کردن این گازها و ذرات و تبدیل آن‌ها به توده‌هایی از جرم و تشکیل سیستم ستاره‌ای جدیدی می‌شود. در واقع منظومه شمسی هم احتمالا میلیاردها سال پیش به همین روند متولد شده است. وقتی به این تصویر نگاه می‌کنیم، انگار داریم گذشته بسیار دور زمین را نظاره می‌کنیم.

تصویر بالا، همان ستون‌های آفرینش است که با نور فروسرخ ثبت شده و درنتیجه می‌توان درون گردوغبار و گازها را مشاهده کرد. وب‌سایت space.com، ستون‌های آفرینش را به‌عنوان یکی از ده تصویر برتری که توسط هابل گرفته شده، انتخاب کرده است. >

«زمینه ژرف هابل» تصویر حیرت‌انگیز قسمتی از صورت فلکی خرس بزرگ است که علم ستاره‌شناسی را برای همیشه دگرگون کرد. این تصویر که در سال ۱۹۹۵ گرفته شد، به پهنای یک دانه نمک است؛ اما ۳ هزار کهکشان را در دل خود جای داده. این تصویر از ۳۴۲ قطعه مجزا که به وسیله دوربین ژرف وسیع و نجومی ۲ هابل در طول ده روز متوالی به دست آمد، تشکیل شده‌ است.>

در این تصویر بی‌نهایت زیبا، نظاره‌گر تولد نیم میلیون ستاره جوان در میان ابری از گاز و ذرات کیهانی در سحابی رتیل هستیم که در صورت فلکی ماهی زرین با فاصله ۱۶۰ هزار سال نوری از ما قرار گرفته است؛ اما این سحابی در کهکشان راه شیری نیست، بلکه در کهکشان ابر ماژلانی بزرگ قرار دارد.

سحابی رتیل درخشان‌ترین جرم غیر ستاره‌ای است که تاکنون کشف شده‌ و اگر جای سحابی شکارچی در کهکشان راه شیری قرار داشت، سایه آن روی زمین می‌افتاد.>

سیاره زحل ۸۲ قمر دارد؛ اما گذر قمرها از روی این سیاره تنها هنگامی قابل مشاهده است که شیب حلقه‌های زحل به حدی برسد که لبه‌دار به نظر برسند و این رویداد هر ۱۴-۱۵ سال یک بار اتفاق می‌افتد. این تصویر به وسیله دوربین ژرف وسیع و نجومی ۲ هابل در ۲۴ فوریه ۲۰۰۹ ثبت شده است.>

 سحابی خرچنگ در فاصله حدود ۶۵۰۰ سال نوری از زمین در صورت فلکی گاو قرار دارد و تنها بازمانده از انفجار اَبَرنواختری است که منجمان چینی در سال ۱۰۵۴ میلادی مشاهده کردند. این تصویر در چندين طول موج و از داده‌های سه تلسکوپ به دست آمده که نور زردرنگ متعلق به هابل است.>

کهکشان گرداب یا NGC 5194 یک کهکشان برهمکنشی و مارپیچ است و در فاصله ۳۱ میلیون سال نوری از زمین در صورت فلکی تازی‌ها قرار دارد. این کهکشان و کهکشان همراه آن به نام  NGC 5195 به‌راحتی توسط ستاره‌شناسان آماتور قابل مشاهده‌اند و می‌توان آن‌ها را با دوربین‌های شکاری نیز مشاهده کرد. >

سحابی سیاره‌نما IC 418 معروف به اسپیروگراف (به خاطر شباهت ظاهری به دوایر جادویی اقلیدس) در فاصله حدود ۲۰۰۰ سال نوری از زمین در صورت فلکی گرگ در نزدیکی صورت فلکی شکارچی قرار دارد.  

سحابی IC 418 چند میلیون سال قبل ستاره‌ای شبیه به خورشید بود و چند هزار سال پیش تبدیل به یک ستاره غول سرخ شد. با پایان سوخت هسته‌ای این ستاره، پوسته خارجی آن به بیرون پرتاب شده و سحابی سیاره‌ای به وجود آمده است. در مرکز این تصویر می‌توانید کوتوله سفید را ببینید. >

زمین تقریباً هر دو سال یک بار بین مریخ و خورشید قرار می‌گیرد و باعث درخشش حیرت‌انگیز سیاره سرخ می‌شود. هابل این رویداد را که به آن مقابله گفته می‌شود، در سال ۲۰۰۱ ثبت کرد. 

تلسکوپ هابل چگونه کار می‌کند

تلسکوپ هابل به طول ۱۳٫۲ متر و وزن کنونی ۱۲,۲۰۰ کیلوگرم، انرژی خود را به کمک دو پنل ۷٫۶۲ متری از خورشید تأمین می‌کند و آن را در ۶ باتری نیکل-هیدروژنی با ظرفیتی برابر با تقریبا ۲۲ باتری ​​اتومبیل ذخیره می‌کند. این تلسکوپ از ابزارهای مختلفی تشکیل شده که هر یک از آن‌ها برای ثبت باکیفیت‌ترین تصاویر کهکشانی، وظیفه خطیری به عهده دارند. 

همان‌طور که این تلسکوپ به دور زمین می‌چرخد​​، حسگرهای راهنمایی دقیق (Fine Guidance Sensors) آن روی ستاره‌ها قفل می‌شوند. این حسگرها بخشی از سیستم کنترل نشانه‌گیری هستند و هابل را به مسیر درست هدایت می‌کنند. هابل می‌تواند بدون جابه‌جایی بیشتر از عرض موی انسان، روی هدفی که یک مایل دورتر است، قفل شود.  

پس از شناسایی هدف، آینه اصلی هابل شروع به جمع‌آوری نور می‌کند. این آینه می‌تواند حدود ۴۰ هزار برابر بیشتر از چشم انسان نور جمع کند. نور از آینه اولیه به‌ آینه ثانویه بازتاب می‌شود. سپس آینه ثانویه نور را از درون سوراخی دوباره در آینه اولیه متمرکز می‌کند. از آنجا نور به ابزارهای علمی هابل می‌تابد.

هابل دارای پنج ابزار علمی است که شامل دوربین‌ها و دستگاه‌های طیف‌نگاری می‌شود و هریک روش متفاوتی برای خوانش نور دارد. طیف‌نگاری ابزاری است که نور را به طول موج‌های مجزا تقسیم می‌کند.

دوربین اصلی هابل، دوربین میدان باز ۳ (Wide Field Camera 3) نام دارد. این دوربین هر چیزی در جهان، از تشکیل کهکشان‌های دوردست گرفته تا سیارات منظومه شمسی را مورد مطالعه قرار می‌دهد و می‌تواند سه نوع مختلف نور را مشاهده کند:‌ پرتو فرابنفش نزدیک، نور مرئی و فروسرخ نزدیک. درحالی‌که چشم انسان تنها می‌تواند نور مرئی را تشخیص بدهد، دوربین هابل می‌تواند فرابنفش نزدیک و فروسرخ نزدیک را نیز مشاهده و ثبت کند. البته هابل در هر زمان فقط می‌تواند یک نوع نور را ثبت کند.

دوربین پیشرفته نقشه‌برداری (Advanced Camera for Surveys) از نواحی گسترده در فضا عکس می‌گیرد و دارای وضوح بسیار زیاد، بازده کوانتومی و فیلترهای امولسیوندار پرقدرت است. این دوربین وضوح تصاویر هابل را تا ۱۰ برابر افزایش داد و به دانشمندان نقاطی از جهان را نشان داد که قبل از آن هرگز دیده نشده بودند.

طیف‌نگار ریشه‌های کیهانی هابل (Cosmic Origins Spectrograph) نور فرابنفش را می‌خواند. این طیف‌نگار نحوه تشکیل و تکامل کهکشان‌ها،‌ ستاره‌ها و سیارات را مورد مطالعه قرار می‌دهد. 

طیف‌نگار عکاسی تلسکوپ فضایی (Space Telescope Imaging Spectrograph) تا حدودی مانند یک منشور، نوری را که از اجرام آسمانی به تلسکوپ می‌رسد، به رنگ‌های پدیدآورنده آن تجزیه می‌کند و به دانشمندان کمک می‌کند تا دما، ترکیبات شیمیایی، چگالی و حرکت اجرام را در فضا تعیین کنند. از این طیف‌نگار همچنین برای تشخیص سیاهچاله‌ها استفاده می‌شود.

دوربین فروسرخ نزدیک و طیف‌نگار (NICMOS) می‌تواند با حس گرمای ساطع‌شده از اجرام دوردست، آن‌ها را مشاهده کند و چند هدف را هم‌زمان طیف‌نگاری کند. حساسیت این دوربین به امواج فروسرخ باعث شده‌ است که برای دیدن اجرام مبهم آسمانی مانند گازها و غبار میان ستاره‌ای و همچنین دیدن دقیق ژرف‌ترین بخش‌های جهان بسیار کارآمد باشد.>

هابل هر هفته حدود ۱۵۰ گیگابایت داده علمی به زمین می‌فرستد. این حجم از داده برابر با حدود ۴۵ فیلم دوساعته با کیفیت HD یا حدود ۳۰ هزار آهنگ mp3 است. سیگنال‌های دیجیتال از هابل به ماهواره‌ها، سپس به یک ایستگاه زمینی، از آنجا به مرکز پروازهای فضایی گدارد ناسا و در نهایت به مؤسسه علمی تلسکوپ فضایی منتقل می‌شوند. این مؤسسه داده‌ها را به تصاویر و اطلاعاتی که برای ما قابل درک باشد، تبدیل می‌کند.

دوربین‌های دیجیتال هابل فقط می‌توانند عکس‌های سیاه و سفید بگیرند؛ برای همین ستاره‌شناسان برای ثبت طول موج‌های مختلف نور با استفاده از چندین فیلتر که معمولا قرمز، آبی و سبز است، تصویر ثبت‌شده از جسم را در چندین حالت نوردهی قرار می‌دهند. سپس این تصاویر برای ایجاد یک تصویر تک‌رنگ روی هم قرار می‌گیرند. از آنجا که هابل می‌تواند محدوده فرابنفش و فروسرخ را مشاهده کند، دانشمندان گاهی اوقات با اضافه کردن رنگ اضافه به تصاویر، جزئیاتی را از دل آن‌ها بیرون می‌کشند که در حالت عادی به چشم انسان نامرئی است.

قدرت زوم تلسکوپ هابل

تلسکوپ هابل به قدری قدرتمند است که می‌تواند نور کرم شب‌تاب را در فاصله حدود ۱۱ هزار کیلومتری تشخیص بدهد و دانشمندان از این قابلیت حیرت‌انگیز برای درک بسیاری از اسرار کیهان استفاده کرده‌اند. برای مثال،‌ تخمین ستاره‌شناسان از سن جهان در گذشته اختلاف زیادی داشت؛ اما مشاهدات هابل از ستارگان کهن و سوخته به آن‌ها کمک کرد وقوع بیگ بنگ را به حدود ۱۳٫۷ میلیارد سال پیش محدود کنند. 

این تلسکوپ همچنین به کمک قدرت زوم بالای خود توانست نشانه‌های اولیه وجود سیاهچاله‌های کلان‌جرم را در مرکز کهکشان‌های همسایه پیدا کند. نقش این تلسکوپ در کشف سیارات فراخورشیدی که ممکن است از شرایط مناسب حیات برخوردار باشند، بسیار حیاتی بوده است. شاید مهم‌ترین اکتشاف هابل از مطالعه ابرنواخترها شکل‌گیری این نظریه بود که نیروی مرموزی معروف به «انرژی تاریک» ممکن است دلیل افزایش سرعت انبساط جهان باشد و این اکتشاف بدون لنزهای قدرتمند هابل ممکن نبود. 

طبق توضیح Hubblesite، مردم اغلب به‌اشتباه فکر می‌کنند كه قدرت تلسكوپ به توانایی بزرگ‌نمایی اجسام بستگی دارد؛ اما واقعیت این است که قدرت تلسکوپ‌ها در جمع‌آوری نور بیشتر از آنچه چشم انسان می‌تواند جذب کند، نهفته است و هرچه توانایی تلسکوپ در جمع‌آوری نور بیشتر باشد، به عبارت دیگر هرچه سطح آینه‌های تلسکوپ بزرگ‌تر باشد، قدرت آن نیز بیشتر است. تلسکوپ هابل هم این کار را با استفاده از تکنیکی که ۳۴۰ سال پیش برای اولین بار ارائه شد، انجام می‌دهد؛ تکنیکی به اسم بازتابنده کاسگرین (Cassegrain reflector) که از دو آینه محدب و مقعر تشکیل شده است. آینه اصلی بزرگ و محدب نور را جذب می‌کند (قطر آینه اصلی هابل ۲٫۴ متر است) و آن را به سمت آینه ثانویه کوچک‌تر و مقعر (با قطر ۰٫۳ متر در هابل) بازمی‌تابند. نور سپس از طریق سوراخی در وسط آینه اولیه روی حسگرهای ابزار هابل منعکس می‌شود.

هابل به لطف آینه‌های بزرگ و قدرتمند خود می‌تواند به اعماق فضا نگاه کند؛ اما تنها با تماشای تصاویر ناسا نمی‌توان قدرت خارق‌العاده زوم این تلسکوپ را درک کرد. برای همین ستاره‌شناسان تعداد زیادی از تصاویر ثبت‌شده توسط هابل در فواصل مختلف را به‌صورت ویدئویی منتشر کرده‌اند که به بهترین شکل ممکن قدرت آینه‌های هابل را به رخ می‌کشد:‌

روز تولد تلسکوپ هابل

۲۴ آوریل ۱۹۹۰ مصادف با ۴ اردیبهشت ۱۳۶۹، شاتل فضایی دیسکاوری با محموله بسیار ارزشمند خود یعنی تلسکوپ هابل از زمین بلند شد. فردای آن روز، ۲۵ آوریل، تیمی از ستاره‌شناسان این تلسکوپ را در فضا قرار دادند و سفر اکتشافی هابل شروع شد. آن روز تاریخی هیچ کس نمی‌توانست شگفتی‌هایی را که هابل قرار بود در ۳۱ سال آینده مشاهده و ثبت کند، پیش‌بینی کند. 

به همین ترتیب ۲۴ آوریل روز تولد هابل نام‌گذاری شده است و ناسا هر سال به مناسبت این روز تصویر زیبا و جدیدی را که هابل ثبت کرده، منتشر می‌کند. سال گذشته ناسا به مناسبت پایان سه دهه مأموریت هابل در فضا تصویر شگفت‌انگیز و جدیدی از دو سحابی در ابر ماژلانی بزرگ که کهکشان کوچکی در فاصله ۱۶۳ هزار سال نوری از راه شیری است، منتشر کرد.

سحابی بزرگ‌تر و قرمزرنگ NGC 2014 نام دارد و ستاره‌های درخشان و تازه شکل‌گرفته در قلب آن ۱۰ تا ۲۰ برابر اندازه خورشید هستند. سحابی آبی‌رنگ موسوم به NGC 2020، هنگامی شکل گرفت که یک ستاره ۲۰۰ هزار برابر بزرگ‌تر از خورشید، مقدار زیادی گاز به بیرون پرتاب کرد. این تصویر ثبت‌شده به چشم محققان به صخره یا همان آب‌سنگ مرجانی شباهت داشت؛ به همین خاطر نام آن را «آب‌سنگ کیهانی» (Cosmic Reef) گذاشتند.

تلسکوپ هابل ۲۴ ساعت شبانه‌روز در هفت روز هفته جهان را کاوش می‌کند. این بدان معنا است که این تلسکوپ در هر روز از سال، از جمله در روز تولد شما، شگفتی‌های کیهانی را مشاهده و ثبت کرده است. برای اینکه بفهمید هابل در روز تولدتان چه تصویری را ثبت کرده، می‌توانید به این صفحه در وب‌سایت ناسا مراجعه و ماه و روز تولد خود را به میلادی در آن وارد کنید.

مهم‌ترین اکتشافات تلسکوپ هابل

تلسکوپ هابل به خاطر موقعیت خود در فضا و لنزهای پیشرفته‌اش می‌تواند به دورترین نقاطی که از دید تلسکوپ‌های مستقر در زمین پنهان است، نگاه بیندازد. از آنجا که زمان زیادی می‌برد تا نور مسافت‌های طولانی را طی کند، قابلیت‌های حیرت‌انگیز هابل از آن نوعی ماشین زمان ساخته است. نوری که هابل از اجرام دوردست مشاهده می‌کند، فقط نشان می‌دهد که آن جرم هنگامی که ترک نور از آن چگونه بوده و نه اینکه امروز چه شکلی است؛ بنابراین وقتی به کهکشان آندرومدا نگاه می‌کنیم که ۲٫۵ میلیون سال نوری از زمین فاصله دارد، آن را آن‌گونه که ۲٫۵ میلیون سال پیش بود، می‌بینیم؛ انگار که داریم در گذشته بسیار دور نگاه می‌کنیم. 

به همین خاطر با هابل می‌توان اجرام کیهانی بسیار دوردست را مشاهده کرد که بدون این تلسکوپ هرگز قابل مشاهده نبودند. به‌عنوان مثال، هنگامی که ستاره‌شناسان در سال ۱۹۹۵ تلسکوپ هابل را به سمت یک ناحیه به‌ظاهر خالی در صورت فلکی خرس بزرگ گرفتند و اصلا انتظار نداشتند این تلسکوپ تصویری در این ناحیه ثبت کند، در کمال ناباوری بعد از ۱۰ روز تصویری از بیش از ۳ هزار کهکشان مشاهده کردند. این تصویر بعداً «زمینه ژرف هابل» (Hubble Deep Field) نام گرفت که در بخش تصاویر تلسکوپ هابل مشاهده کردید.

بعضی از کهکشان‌های ثبت‌شده در زمینه ژرف هابل آن‌قدر جوان بودند که هنوز به‌طور جدی شکل‌گیری ستاره‌ها را شروع نکرده بودند. کمی بعد، مشاهدات زمینه‌ای دیگری نیز در همان ناحیه انجام شد و هر بار عمیق‌تر به فضا نگاه می‌کرد. تصویر «زمینه فراژرف هابل» (Hubble Ultra-Deep Field) که در سال ۲۰۰۴ منتشر شد و وضوح آن چهار برابر بیشتر از زمینه ژرف هابل است، عمیق‌ترین و دورترین نقطه در هستی است که چشم آدمی دیده است. کهکشان‌های ثبت‌شده در این تصویر حدود ۱۳ میلیارد سال نوری با ما فاصله دارند؛ یعنی وقتی که جهان هستی تنها ۵ درصد از عمر کنونی‌اش را سپری کرده بود.

هابل با نظاره کردن جهان اولیه، به ستاره‌شناسان کمک کرد تا مدت‌زمان گذشته از بیگ بنگ را محاسبه کنند و بدین ترتیب سن جهان را در محدوده ۱۳٫۷ میلیارد سال تخمین بزنند. این تلسکوپ همچنین ستاره‌ها را به‌طور مجزا در مراحل مختلف تکاملشان بررسی می‌کند؛ از ابرهای ذرات کیهانی گرفته که ستاره‌های تازه متولدشده را تشکیل می‌دهند تا بقایای ستاره‌هایی که مدت‌ها پیش منفجر شده‌اند و آن‌هایی که در حد فاصله این دو مرحله قرار دارند. هابل توانسته است به درون کهکشان راه شیری، کهکشان‌های همسایه، ابرهای ماژلانی و کهکشان آندرومدا نگاه بیندازد.

اما چالش‌برانگیزتر از مشاهده ستاره‌ها، تماشای سیاره‌هایی است که خارج از منظومه شمسی، به دور خورشیدهای دیگر می‌چرخند. با این حال، در سال ۲۰۰۸ هابل عکس‌هایی از سیاره «فم‌الحوت بی» (Fomalhaut b) ثبت کرد که در واقع اولین باری بود که از یک سیاره خارج از منظومه شمسی به‌طور مستقیم در نور مرئی تصویربرداری می‌شد. عکس‌برداری از اکثر سیارات بسیار دشوار است. بیشتر تصاویر ثبت‌شده از سیارات از طریق تشخیص جو آن‌ها هنگام عبور از مقابل خورشیدشان به دست آمده است؛ بدین ترتیب که جو این سیارات نور ستاره‌ها را فیلتر می‌کند و هابل این تغییرات را ثبت می‌کند.

هابل ممکن است بیشتر زمان خود را به تماشای اجرامی که سال‌های نوری از زمین فاصله دارند بگذراند؛ اما گاهی اوقات هم از سیاره‌هایی که به دور خورشید خودمان می‌چرخند، عکس می‌گیرد. تصاویری که هابل از مشتری، زحل و حتی پلوتو ثبت کرده از چنان وضوح و جزییاتی برخوردار هستند که بهتر از آن‌ها را فقط کاوشگرهای در حال چرخش دور این سیارات می‌توانند ثبت کنند. تصاویر هابل به دانشمندان روی زمین این امکان را می‌دهد تا تغییرات جو و سطح این سیارات را رصد کنند. هنگامی که دنباله‌دار شومیکر-لِوی ۹ (Comet Shoemaker–Levy 9) در سال ۱۹۹۴ با سیاره مشتری برخورد کرد، هابل این برخورد مرگبار را ثبت کرد. در واقع این رویداد نخستین مشاهده مستقیم یک برخورد خارج از سیاره زمین در منظومه خورشیدی بود و تحت پوشش رسانه‌ای گسترده‌ای قرار گرفت. در پی این برخورد، اطلاعات زیادی درباره جو این غول گازی آشکار شد. 

بعلاوه، هابل توانسته در سال ۲۰۱۴ و ۲۰۱۶ فوران آبفشان‌ها از سطح یخی قمر اروپا (یکی از ۶۹ قمر سیاره مشتری) را مشاهده کند و بدین ترتیب آن را به یکی از اهداف مهم در جستجوی جهان‌های قابل زیست دور از زمین تبدیل کرد.

هابل با بیش از سه دهه حضور در مدار، درک بهتری از سیارات، کهکشان‌ها و کل جهان هستی در اختیار دانشمندان قرار داده است. از بین شگفت‌انگیزترین اکتشافات و پروژه‌های تحقیقاتی هابل می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: >>

در اینجا به برخی از اکتشافات برجسته هابل در چند سال گذشته اشاره می‌کنیم:

۲۰۲۰: کشف شواهدی از سیاه‌چاله‌ای مرموز در حال بلعیدن ستاره‌ای در لبه کهکشانی دیگر و جشن گرفتن تولد ۳۰ سالگی‌اش

۲۰۱۹: نمای نزدیکی از یک کهکشان مارپیچی که شاید در حل راز و رمزهای سیاه‌چاله به کار آید، گرفت؛ مرگ رنگارنگ ستاره‌ای را به ما نشان داد و تصاویر باورنکردنی از دنباله‌دار بوریسوف ثبت کرد.

۲۰۱۸: خوشه کهکشانی عظیم «ال گوردو» را مشاهده کرد؛ ناپدید شدن طوفانی عظیم در سیاره نپتون را تماشا کرد و اولین تصاویر را از بقایای انفجار ابرنواختری ثبت کرد.   

۲۰۱۷: وجود یک استراتوسفر را روی یک سیاره فراخورشیدی بزرگ تأیید کرد؛ کهکشان‌های فرادرخشان را کشف کرد؛ دورترین دنباله‌دار فعال شناخته‌شده را تماشا کرد و متوجه چندین سیارک شد که به‌طور تصادفی وارد کادر مشاهدات یک خوشه کهکشانی شده بودند. 

۲۰۱۶: از دنباله‌دار 252P/LINEAR مشاهدات نزدیکی ثبت کرد؛ دورترین کهکشان شناخته‌شده آن زمان را مشاهده کرد و نشان داد که جهان احتمالاً ۱۰ برابر بیشتر از آنچه تصور می‌شد، کهکشان در خود جای داده است. 

۲۰۱۵: مشاهدات تازه‌ای از «ستون‌های آفرینش» انجام داد تا نحوه تکامل‌ آن‌ها را با گذشت زمان ثبت کند؛ واضح‌ترین تصویر آن زمان را از کهکشان آندرومدا ثبت کرد؛ بهترین نمایش سه‌بعدی از اعماق جهان را ارائه داد و یک گرداب سیاه مرموزی را روی سیاره نپتون مشاهده کرد. سال ۲۰۱۵ همچنین بیست و پنجمین سالگرد مأموریت هابل در فضا بود.

آینده هابل 

هابل در سال ۲۰۲۱، ۳۱ ساله شد. مهندسان، هابل را طوری طراحی کرده‌اند که در صورت لزوم قابل تعمیر و ارتقا باشد. از زمان پرتاب هابل، فضانوردان در پنج مأموریت فضایی با شاتل نزدیک این تلسکوپ برده شده تا آن را تعمیر کرده و ارتقا بدهند. آخرین مأموریت ارتقای هابل در سال ۲۰۰۹ بود. این تلسکوپ دیگر دوباره تعمیر یا ارتقا داده نمی‌شود؛ اما همچنان در فضا مشغول انجام مأموریت خواهد بود. 

در همین حال، ناسا و شرکای بین‌المللی آن در حال آماده‌سازی تلسکوپ فضایی ۹ میلیارد دلاری «جیمز وب» (James Webb) هستند. این تلسکوپ که به افتخار مدیر ناسا (۱۹۶۱-۱۹۶۸) که نقش مهمی در برنامه فضایی آپولو داشته، جیمز وب نام‌گذاری شده‌ است، از نوع فروسرخ است که از هابل بزرگ‌تر و قادر به دیدن درون ابرها و ذرات در فضا است. این تلسکوپ در طول عمر ۶ تا ۱۰ ساله خود نیازی به تعمیرات نخواهد داشت. تلسکوپ وب به جای اینکه به دور زمین بچرخد، در فاصله یک میلیون مایلی از زمین و به دور خورشید خواهد چرخید و به همین خاطر خواهد توانست نگاه بسیار عمیق‌تری به فضا داشته باشد و نوری که تنها چند صد میلیون سال بعد از بیگ بنگ سفر خود را شروع کرده بود، مشاهده کند. 

اگرچه پرتاب تلسکوپ جیمز وب به‌طور مرتب درگیر تأخیر بوده است، در حال حاضر قرار است در ماه نوامبر ۲۰۲۱ (آبان ۱۴۰۰) به فضا پرتاب شود. ستاره‌شناسان امیدوار هستند که قبل از بازنشستگی هابل بتوانند هر دو تلسکوپ را هم‌زمان در فضا داشته باشند.

نکات جالب در مورد تلسکوپ هابل  

>

پرتاب: ۲۴ آوریل ۱۹۹۰ از شاتل فضایی دیسکاوری 

استقرار در فضا: ۲۵ آوریل ۱۹۹۰

اولین تصویر ثبت‌شده: ۲۰ می ۱۹۹۰ از خوشه ستاره‌ای NGC 3532

اولین مأموریت تعمیر و ارتقا: دسامبر ۱۹۹۳

دومین مأموریت تعمیر و ارتقا: فوریه ۱۹۹۷

سومین مأموریت تعمیر و ارتقا: دسامبر ۱۹۹۹و فوریه ۲۰۰۲

چهارمین مأموریت تعمیر و ارتقا: مه ۲۰۰۹

>

طول: ۱۳٫۲ متر

وزن (هنگام پرتاب): حدود ۱۰,۸۰۰کیلوگرم

وزن (بعد از مأموریت چهارم): حدود ۱۲,۲۰۰ کیلوگرم

قطر (در پهن‌ترین نقطه): ۴٫۲ متر

>

مدار نزدیک زمین: ارتفاع ۵۴۷ کیلومتری، ۲۸٫۵ درجه مایل به خط استوا

مدت یک چرخش کامل به دور زمین: حدود ۹۵ دقیقه

سرعت: حدود ۲۷ هزار کیلومتر بر ساعت

>

حساسیت به نور: از پرتو فرابنفش تا فروسرخ (۱۱۵-۲۵۰۰ نانومتر)

>

قطر آینه اولیه: ۲٫۴ متر

وزن آینه اولیه: ۸۲۸ کیلوگرم

قطر آینه ثانویه: ۰٫۳ متر

وزن آینه ثانویه: ۱۲٫۳ کیلوگرم

>

هابل برای عکس‌برداری از اجرام دور با نور بسیار ضعیف، باید ثابت و بی‌نهایت دقیق باشد. این تلسکوپ می‌تواند بدون انحراف بیشتر از هفت هزارم ثانیه قوسی (تقریبا به اندازه قطر یک تار موی انسان)، روی هدفی در فاصله یک مایلی قفل شود.

>

هابل هر هفته حدود ۱۵۰ گیگابایت داده خام به زمین می‌فرستد که این مقدار برابر با حدود ۴۵ فیلم دوساعته با کیفیت HD یا حدود ۳۰ هزار آهنگ mp3 است.

>

منبع انرژی: خورشید

مکانیزم: دو پنل خورشیدی ۷٫۶۲ متری

تولید برق (در زیر نور خورشید): حدود ۵۵۰۰ وات

>

باتری: ۶ باتری نیکل-هیدروژنی 

ظرفیت ذخیره‌سازی: برابر با تقریبا ۲۲ باتری ​​اتومبیل 

همه می‌توانند درخواست استفاده از تلسکوپ هابل را ثبت کنند

مؤسسه علوم تلسکوپ فضایی دانشگاه جان هاپکینز هرساله فراخوانی عمومی منتشر می‌کند تا متقاضیان استفاده از تلسکوپ هابل درخواست خود را ثبت کنند. هیچ محدودیتی برای ثبت درخواست وجود ندارد؛ اما رقابت بین متقاضیان به‌شدت نفس‌گیر است. 

سالانه صدها ستاره‌شناس مشتاق درخواست خود را با رعایت دستورالعمل‌ها در این فراخوان ثبت می‌کنند و پس از بررسی هیئت متخصصان، فقط حدود یک‌پنجم آن‌ها موفق به گرفتن وقت برای استفاده از تلسکوپ هابل می‌شوند. کسانی که درخواستشان رد می‌شود، می‌توانند از بایگانی بزرگ عکس‌هایی که بعد از یک دوره یک‌ساله در دسترس عموم قرار می‌گیرند، استفاده کنند.

منبع: زومیت