عندما تنظر إلى سماء الليل ، كم عدد النجوم التي يمكنك رؤيتها؟ في مدينة كبيرة ، يمكنك على الأرجح رؤية القمر وحفنة من النجوم الساطعة. في ليلة صافية في بلدة صغيرة أو في الخارج ، قد ترى آلاف النجوم. هل سبق لك أن نظرت من خلال التلسكوب لرؤية هذه الأجرام السماوية بشكل أكثر وضوحًا؟
يستخدم التلسكوب العدسات أو المرايا أو كليهما لتركيز الضوء الوارد من مصادر بعيدة جدًا. يمكن بسهولة تلسكوب الفناء الخلفي رؤية الحفر على القمر أو الحلقات حول زحل. يمكن للتلسكوبات الأكبر حجمًا إظهار مجموعات سحب المشتري. يمكن لأدوات أكبر بكثير أن تحدق في أعماق السماء. لكن كيف؟
فهم الضوء وأشكال الطاقة الأخرى أثناء التنقل
قد يبدو أن التلسكوب هو مجرد عدسة مكبرة كبيرة. ولكن هناك ما هو أكثر من ذلك. يجمع التلسكوب أيضًا ضوءًا إضافيًا خافتًا جدًا بحيث لا يمكن رؤيته. يمكنك التفكير في هذا مثل وضع دلو في الخارج أثناء عاصفة ممطرة. مثلما يجمع دلو أكبر المزيد من قطرات المطر ، فإن التلسكوب الأكبر سيجمع المزيد من الضوء. نظرًا لأن معظم الأجسام في الفضاء بعيدة جدًا ، فإن ضوءها يكون خافتًا للغاية بحلول الوقت الذي يصل فيه إلى الأرض. تساعد التلسكوبات من خلال جمع ضوء أكثر مما يمكن للعين المجردة رؤيته.
غالبًا ما توجد التلسكوبات الكبيرة جدًا في المراصد. تحتوي بعض المراصد على تلسكوبات متعددة. هذه المباني على شكل قبة ومطلية باللون الأبيض أو الفضي لتعكس ضوء الشمس. هذا يحافظ على المبنى باردًا قدر الإمكان. القبة تحمي الجهاز من الرياح والغبار وهطول الأمطار. كل قبة لها باب كبير يفتح حتى يتمكن التلسكوب من النظر للخارج. كل من القبة والتلسكوب الخاص بها يدوران بحيث يمكن رؤية جميع أجزاء سماء الليل.
من المنطقي بناء تلسكوبات كبيرة بعيدًا عن المدن وتلوثها الضوئي. كما أنه يساعد في بناء تلسكوبات عالية ، مثل قمم الجبال. يحد ذلك من مدى تأثير الغلاف الجوي للأرض على رؤية التلسكوب للفضاء.
بالنسبة إلى التلسكوب ، فإن التحديق في الغلاف الجوي يشبه النظر إلى سطح حوض السباحة عندما تكون تحت الماء. يبدو كل شيء ضبابيًا ومتموجًا ، حتى عندما يكون الماء صافياً وثابتًا. يقع اللوم على أدنى طبقة من الغلاف الجوي للأرض - طبقة التروبوسفير. تسبب الحرارة تموجات في الهواء. هذا يطمس الضوء من النجوم والمجرات والكواكب. بخار الماء يلطخ الضوء أيضًا. الغبار والتلوث يخيمان على الهواء. تنعكس أضواء المدينة أيضًا عن الجزيئات الموجودة في الهواء ، مما يجعل من الصعب رؤية النجوم الخافتة. التغلب على أكبر قدر ممكن من الغلاف الجوي والتلوث يقلل من هذه التأثيرات.
تستخدم بعض التلسكوبات عدسات زجاجية لتركيز الضوء من الفضاء. هذه تسمى الانكسار التلسكوبات. العديد من المقاريب الأخرى المعروفة باسم العاكسات ، ضوء التركيز مع المرايا المنحنية.
الانعكاس مقابل الانكسار
حتى عند النظر من خلال التلسكوبات ، فإن أعيننا ليست جيدة جدًا في رؤية الضوء الخافت للغاية. بدأ علماء الفلك في استخدام الأفلام الفوتوغرافية لالتقاط الضوء من هذه الأجسام الباهتة منذ أكثر من قرن. من خلال تعريض التلسكوب لضوء خافت من الفضاء لفترة طويلة جدًا ، من الممكن جمع ما يكفي من الضوء للظهور في الفيلم. الآن ، المقاريب مجهزة بأجهزة تسمى المضاعفات الضوئية . إذا عدت إلى مثال وضع دلو في الخارج أثناء عاصفة ممطرة ، فإن هذه المضاعفات الضوئية تشبه الدلاء الحساسة جدًا بحيث يمكنها التقاط - وتسجيل - قطرة مطر واحدة في رذاذ خفيف.
عندما تنظر التلسكوبات إلى أجسام أكثر بعدًا ، فإنها أيضًا تنظر بعيدًا في الزمن. السبب:استغرق الضوء الذي تجمعه التلسكوبات وقتًا طويلاً للوصول إلى هنا. كلما كان الجسم الباعث للضوء بعيدًا ، زادت رحلة الضوء إلى الأرض. في بعض الحالات ، استغرق الأمر مليارات السنين. لذا فإن الصورة التي تُرى من خلال التلسكوب الآن تكشف في الواقع كيف بدا الجسم منذ فترة طويلة ، عندما انبعث الضوء لأول مرة. في بعض الحالات ، قد يكون مصدر هذا الضوء قد اختفى منذ فترة طويلة.
على مدى العقود القليلة الماضية ، بدأ علماء الفلك في إرسال التلسكوبات إلى الفضاء على متن مركبة فضائية تدور في مدارات. بهذه الطريقة ، ليس هناك جو يدعو للقلق على الإطلاق. من المحتمل أن يكون تلسكوب هابل الفضائي هو أشهر هذه التلسكوبات الفضائية. تم إطلاقه في عام 1990 ، ولا يزال يعمل حتى اليوم. يجمع هابل العديد من نفس الأطوال الموجية للضوء التي يمكن أن تراها أعيننا. يغطي هذا النطاق قوس قزح ، من أطوال موجية حمراء أطول من الضوء إلى أطوال موجية بنفسجية أقصر من الضوء.
الشرح:فهم الموجات وأطوال الموجات
وهناك الكثير من الأطوال الموجية للضوء أكثر مما تدركه أعيننا. تركز بعض التلسكوبات على هذه الأجزاء الأخرى من طيف الضوء. بشكل عام ، يجب أن تكون عيوب نعومة سطح المراقبة للتلسكوب أصغر من الطول الموجي الذي يحاول اكتشافه. نظرًا لأننا لا نستطيع رؤية هذه الأطوال الموجية ، فإن برامج الكمبيوتر ترمز إلى صور تلسكوب ملونة لتصور ما يراه التلسكوب بطرق يمكننا فهمها. قد تظهر الأطوال الموجية الأقصر باللون الأرجواني ، على سبيل المثال ، وتظهر الأطوال الموجية الأطول باللون الأحمر. كل طول موجي غير مرئي يتم اكتشافه يتم تعيين لون نستطيع نرى. الصورة الناتجة تبدو مثل الكائن الحقيقي ، فقط في "خطأ" أو اللون المتحول.
تجميع الضوء لفترة أطول مما تستطيع العين رؤيته
الأشعة تحت الحمراء التلسكوبات أطوال موجات الصورة التي تكون أطول قليلاً من الضوء الأحمر. لا يستطيع البشر رؤية هذا الضوء ، لكننا نشعر ببعضه على أنه حرارة. (هل سبق لك أن تجاوزت جمر نار المخيم الذي لم يعد ينبعث منه الضوء ، ولكنه ما زال دافئًا؟ هذه الطاقة الحرارية تنتقل إلى بشرتك عن طريق موجات الأشعة تحت الحمراء.)
لا تستطيع التلسكوبات الأرضية التقاط ضوء الأشعة تحت الحمراء من الفضاء. يمتص بخار الماء الموجود في الهواء معظمه قبل أن يصل إلى الأجهزة. هذا البخار موجود في طبقة التروبوسفير ، بالقرب من سطح الأرض. لتجنب هذه المشكلة ، تستخدم الطائرات أحيانًا كمراصد للأشعة تحت الحمراء. يسمح تحليق تلسكوب الأشعة تحت الحمراء فوق هذه الطبقة السفلية من الغلاف الجوي بالتقاط ضوء الأشعة تحت الحمراء من الفضاء. تتوهج الكواكب مثل المشتري بشكل ساطع في الأشعة تحت الحمراء. النجوم الرائعة تفعل ذلك أيضًا.
نظرًا لأن ضوء الأشعة تحت الحمراء يمكن أن يمر عبر سحب من الغبار في الفضاء ، فإن تلسكوبات الأشعة تحت الحمراء يمكنها الرؤية خلف الغبار الذي قد يحجب مناظر التلسكوبات الأخرى.
تم إطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائي في 25 ديسمبر 2021 ، وقد تم تصميمه لرؤية ضوء الأشعة تحت الحمراء من أعمق أجزاء الفضاء. للقيام بذلك ، يجب أن تظل شديدة البرودة. وإلا فإن حرارته ستتداخل مع ملاحظاته. من أجل البقاء باردًا ، سيكون مداره على ارتفاع 1.6 مليون كيلومتر (مليون ميل) فوق الأرض. هذا أبعد أربع مرات من القمر! سيرى هذا التلسكوب الكواكب في أنظمة شمسية أخرى وتشكيل النجوم البعيدة. حتى أنه قد يلمح المجرات الأولى التي تشكلت بعد الانفجار العظيم.
ميكروويف التلسكوبات شاهد نفس نوع الطاقة التي تسخن الطعام في فرن الميكروويف. بعد الانفجار العظيم ، بدأ الكون كله يبرد. ظل الإشعاع المتبقي من الانفجار العظيم يبرد لفترة طويلة إلى درجة أنه يحتوي على طاقة منخفضة للغاية. ضوء الطاقة المنخفض له أطوال موجية أطول. لذلك فإن هذا الضوء له أطوال موجية أطول من ضوء الأشعة تحت الحمراء ؛ هم في جزء الميكروويف من الطيف. كما هو الحال مع ضوء الأشعة تحت الحمراء ، أنت بحاجة إلى أداة فضائية لرؤية هذه البقايا الكونية للانفجار العظيم.
قام تلسكوب فضائي يسمى COBE - مستكشف الخلفية الكونية - بقياس هذه الحرارة ، تمامًا كما يقيس مقياس الحرارة درجة حرارة جسمك. وجد COBE أن الخلفية الكونية الميكروية في كوننا تبلغ 3 درجات كلن فقط. هذا سلبي 270 درجة مئوية (–450 درجة فهرنهايت)! يمكن لعلماء الفلك أن ينظروا إلى تموجات صغيرة في قياسات درجات الحرارة هذه لرسم خريطة متى وأين بدأت المجرات الأولى في التكون.
راديو التلسكوبات تلتقط أطوال موجية أطول من الأشعة تحت الحمراء. (قد تعتقد أن موجات الراديو هي موجات صوتية. في الواقع ، هي شكل من أشكال الضوء.) تمتد أطوال موجات الراديو على نطاق ضخم ، ويمكن أن تكون بعرض الجبل أو صغيرة مثل بضع بوصات. هناك الكثير من التلسكوبات الراديوية على الأرض. نظرًا لأن موجات الراديو طويلة جدًا ، فلا يتعين على التلسكوبات الراديوية جمعها باستخدام أسطح ناعمة مصقولة مثل العدسات أو المرايا. في الواقع ، تبدو العديد من التلسكوبات الراديوية أشبه بشبكة سلكية. كان تلسكوب Arecibo السابق في بورتوريكو مثالًا جيدًا بشكل خاص لمدى خشونة سطح التلسكوب الراديوي.
ربما تكون قد شاهدت صورًا لشبكات هذه التلسكوبات على شكل طبق ، مثل المصفوفة الكبيرة جدًا في نيو مكسيكو و Atacama Large Millimeter / submillimeter Array ، أو ALMA ، في شمال تشيلي. لقد تعلم علماء الفلك استخدام تقنيات رياضية قوية لربط شبكات التلسكوبات هذه معًا. يمكن لمثل هذه الشبكات بعد ذلك محاكاة أداة واحدة فائقة الضخامة. إن Event Horizon Telescope عبارة عن شبكة من 10 مراصد راديو عبر الكوكب بأسره. في عام 2019 ، تم إنشاء أول صورة لثقب أسود.
تجميع ضوء أقصر مما تستطيع العين رؤيته
العديد من الأطوال الموجية أقصر بكثير - وأعلى في الطاقة - من الضوء المرئي. لتصور سبب امتلاك الأطوال الموجية الأقصر طاقات أعلى ، تخيل أنك تحمل حبلًا مربوطًا بشيء في الطرف المقابل. ليس من الصعب للغاية أن تهز ببطء طرف الحبل لأعلى ولأسفل. هذه الحركة منخفضة الطاقة تخلق موجات طويلة في الحبل. إذا هزت الحبل بأسرع ما يمكن ، فهذا يتطلب المزيد من الطاقة. نتيجة لذلك ، تقترب الأمواج الموجودة في الحبل من بعضها البعض كثيرًا.
الأشعة فوق البنفسجية التلسكوبات التركيز على الضوء الذي أطوال موجته أقصر قليلاً من الضوء البنفسجي. ربما سمعت عن هذا النوع من الضوء من حيث حروق الشمس. يحجب الغلاف الجوي للأرض بعض أشعة الشمس فوق البنفسجية. لا يزال ، يمر الكثير. بالنسبة لعلماء الفلك ، يمكن للأشعة فوق البنفسجية أن تكشف عن نجوم أكثر سخونة من شمسنا. يتألق العديد من النجوم الشابة في ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، مما يتيح لنا معرفة الكثير عن كيفية تشكلها داخل المجرات. يمكن أيضًا إنشاء موجات الأشعة فوق البنفسجية عندما تصطدم موجة الصدمة الناتجة عن انفجار نجم أو مستعر أعظم في سحابة من الغبار أو الغاز.
الأشعة السينية التلسكوبات تخيل نفس الضوء الذي يستخدمه الأطباء لرؤية كسر في العظام. الأشعة السينية أقصر من الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية. في الفضاء ، تشير هذه الأطوال الموجية إلى أجسام عالية الطاقة للغاية ، مثل الثقوب السوداء والمستعرات الأعظمية. في 9 ديسمبر 2021 ، أطلقت ناسا تلسكوبًا جديدًا للأشعة السينية. يسمى IXPE - بالنسبة لمستكشف قياس الاستقطاب في التصوير بالأشعة السينية - سوف يستكشف كيف يمكن للحقول المغناطيسية تشكيل وتوجيه ضوء الأشعة السينية لجسم ما.
أشعة جاما هي أعلى الأطوال الموجية للطاقة الموجودة. لذا فإن تلسكوبات أشعة جاما تشير إلى التطرف في الفضاء. العديد من المصادر الكونية لأشعة جاما تظل لغزا. الأمر متروك للعلماء لتوضيح من أين أتوا. تلسكوبات أشعة جاما الوحيدة موجودة في الفضاء. في بعض الأحيان يكتشفون توهجًا مفاجئًا يسمى انفجار أشعة جاما. عندما يحدث هذا ، فإن التلسكوبات من جميع الأنواع تتأرجح في العمل لمعرفة ما إذا كانت الدفقة ستظهر بأطوال موجية مرئية أو بأطوال موجية أخرى أيضًا. يمكن أن يساعد ذلك علماء الفلك في معرفة مصدر هذه الانفجارات الغريبة فائقة القوة.
تكشف التلسكوبات بأشكالها العديدة تفاصيل أشياء في الفضاء غير مرئية لأعيننا. إنهم يساعدوننا على رؤية أبعد. ويلتقطون ضوءًا خافتًا جدًا بحيث لا يمكن ملاحظته. مثلما تُظهر الصور الملونة أكثر من الأبيض والأسود ، تكشف التلسكوبات من جميع الأطوال الموجية عن تفاصيل الكون التي لا يمكن لأعيننا المجردة رؤيتها.
