معرفی کامل تلسکوپ هابل: چشم بشر در اعماق فضا

به گزارش ابرار صنعتی، تلسکوپ فضایی هابل (HST) از سال 1990 در مدار زمین قرار دارد و تصاویر بی‌نظیری از کیهان ارائه کرده است. این تلسکوپ که به افتخار ستاره‌شناس برجسته، ادوین هابل، نام‌گذاری شده، امکان مشاهده‌ی اجرام دوردست مانند کهکشان‌ها، سحابی‌ها و ستارگان را با دقت بی‌سابقه‌ای فراهم کرده است. برخلاف تلسکوپ‌های زمینی که با محدودیت‌های جوی مواجه‌اند، تلسکوپ هابل در فضا قرار دارد و تصاویر آن از اعوجاج اتمسفر زمین در امان است. این ویژگی، هابل را به ابزاری بی‌همتا برای اکتشافات نجومی تبدیل کرده است.

چرا تلسکوپ هابل ساخته شد؟

ایده‌ی تلسکوپ فضایی از دهه‌های 1940 مطرح بود، زمانی که ستاره‌شناسان به محدودیت‌های تلسکوپ‌های زمینی پی بردند. اتمسفر زمین نور ستارگان را تحریف می‌کند و مانع از ثبت تصاویر واضح می‌شود. در دهه‌ی 1970، ناسا و آژانس فضایی اروپا (ESA) با هدف غلبه بر این محدودیت‌ها، پروژه‌ی هابل را آغاز کردند. هدف اصلی، ساخت تلسکوپی بود که بتواند در طیف‌های مختلف نور، از فرابنفش تا مادون قرمز، کار کند و داده‌هایی با کیفیت بالا برای مطالعه‌ی منشأ کیهان، تکامل کهکشان‌ها و تشکیل ستارگان ارائه دهد.

تیم‌های علمی پشت طراحی هابل

طراحی و ساخت تلسکوپ هابل نتیجه‌ی همکاری بین‌المللی بین ناسا، ESA و صدها دانشمند، مهندس و تکنسین بود. ناسا مسئولیت اصلی طراحی و پرتاب را بر عهده داشت، در حالی که ESA حدود 15 درصد از بودجه و برخی ابزارهای علمی را تأمین کرد. شرکت‌های خصوصی مانند لاکهید مارتین و پرکین-المری نیز در ساخت بدنه و آینه‌های تلسکوپ مشارکت داشتند. تیم‌های علمی شامل ستاره‌شناسان برجسته‌ای بودند که ابزارهای تخصصی مانند دوربین‌های پیشرفته و طیف‌نگارها را طراحی کردند.

پرتاب تلسکوپ هابل؛ لحظه‌ای تاریخی

هابل در 24 آوریل 1990 توسط شاتل فضایی دیسکاوری به فضا پرتاب شد و روز بعد در مدار خود در ارتفاع حدود 547 کیلومتری زمین قرار گرفت. این پرتاب یکی از نقاط عطف تاریخ اکتشافات فضایی بود، زیرا هابل اولین تلسکوپ بزرگ طراحی‌شده برای کار در فضا بود. با این حال، مشکلات اولیه مانند خطای آینه‌ی اصلی، موفقیت اولیه‌ی پروژه را تحت‌الشعاع قرار داد. با وجود این، مأموریت‌های تعمیر بعدی، هابل را به یکی از موفق‌ترین ابزارهای علمی تبدیل کردند.

ویژگی‌های فنی تلسکوپ هابل

هابل تلسکوپی بازتابی با آینه‌ی اصلی به قطر 2.4 متر است که نور را جمع‌آوری کرده و به ابزارهای علمی هدایت می‌کند. وزن آن حدود 11,110 کیلوگرم و طول آن 13.2 متر است. هابل با پنل‌های خورشیدی تغذیه می‌شود و سیستم‌های هدایت دقیق آن امکان هدف‌گیری اجرام آسمانی با دقتی در حد 0.007 ثانیه‌ی قوسی را فراهم می‌کند. این تلسکوپ برای کار در دمای نزدیک به صفر مطلق طراحی شده تا از تأثیرات گرمایی بر ابزارها جلوگیری شود.

ساختار بدنه و مواد مورد استفاده در هابل

بدنه اصلی تلسکوپ هابل از آلیاژهای آلومینیوم و تیتانیوم ساخته شده است که هم سبک‌وزن هستند و هم در برابر تنش‌های محیطی در فضا مقاوم باقی می‌مانند. این ساختار مقاوم باعث می‌شود تا هابل بتواند در برابر تغییرات دمای شدید بین بخش‌های روشن و تاریک مدار زمین دوام بیاورد، بدون آنکه انبساط یا انقباض قابل‌توجهی در عملکرد اپتیکی آن اختلال ایجاد کند. آلومینیوم به‌عنوان ماده اصلی در پوسته خارجی استفاده شده که توسط لایه‌هایی از عایق حرارتی پوشانده شده است.

برای حفظ عملکرد اپتیکی دقیق، ساختار داخلی تلسکوپ نیز از مواد پایدار مانند کامپوزیت‌های فیبر کربن و تیتانیوم تشکیل شده که تغییر شکل بسیار کمی در دمای متغیر دارند. این انتخاب مواد باعث می‌شود آینه‌ها و سنسورهای علمی همیشه در موقعیت دقیق خود باقی بمانند، چرا که حتی یک تغییر میکرومتری می‌تواند تصاویر علمی را دچار انحراف کند. طراحی داخلی هابل به گونه‌ای است که تمام اجزای نوری و الکترونیکی آن در چارچوبی با ثبات نگه داشته می‌شوند.

همچنین برای محافظت در برابر تشعشعات خورشیدی و برخوردهای ریزذرات فضایی، بدنه تلسکوپ با لایه‌های ویژه محافظتی پوشش داده شده است. این لایه‌ها ضمن جلوگیری از ورود حرارت و پرتوهای زیان‌بار، از اجزای حساس الکترونیکی نیز محافظت می‌کنند. طراحی بدنه هابل نه‌تنها مقاومت بالا در برابر عوامل محیطی دارد، بلکه امکان تعمیر و ارتقاء آن توسط فضانوردان را هم در مأموریت‌های پیشین فراهم کرده است.

مدار گردش به دور زمین

هابل در مدار نزدیک زمین (LEO) با ارتفاع حدود 547 کیلومتر و دوره‌ی مداری 95 دقیقه قرار دارد. این مدار به هابل امکان می‌دهد هر 95 دقیقه یک‌بار دور زمین بچرخد و در هر چرخش، بخشی از آسمان را رصد کند. این موقعیت همچنین دسترسی شاتل‌های فضایی برای تعمیرات را آسان کرد. با این حال، قرار گرفتن در مدار نزدیک زمین به معنای مواجهه با اصطکاک جوی اندک و نیاز به تنظیمات دوره‌ای مدار است.

مقایسه تلسکوپ هابل با دیگر تلسکوپ‌های فضایی

ابزارهای علمی نصب‌شده روی هابل

تلسکوپ هابل مجهز به ابزارهای پیشرفته‌ای مانند دوربین پیشرفته برای بررسی‌ها (ACS)، دوربین میدان وسیع 3 (WFC3)، طیف‌نگار تصویربرداری تلسکوپ فضایی (STIS) و حسگرهای هدایت دقیق (FGS) است. این ابزارها امکان مشاهده در طیف‌های فرابنفش، مرئی و مادون قرمز را فراهم می‌کنند. هر ابزار برای مأموریت خاصی طراحی شده، از تصویربرداری کهکشان‌های دوردست تا تحلیل شیمیایی ستارگان.

نحوه کنترل و ارسال فرمان به تلسکوپ هابل

تلسکوپ فضایی هابل از طریق ایستگاه‌های زمینی ناسا کنترل می‌شود، به‌ویژه از مرکز پروازهای فضایی گودارد در مریلند. کنترل و ارسال فرمان به این تلسکوپ با استفاده از شبکه فضایی اعماق (Deep Space Network) انجام می‌شود که شامل آنتن‌های بزرگ در نقاط مختلف جهان است. این شبکه فرمان‌های لازم برای هدایت، تنظیم موقعیت و اجرای برنامه‌های علمی را به هابل منتقل می‌کند و داده‌های جمع‌آوری‌شده را نیز به زمین بازمی‌گرداند.

برای تعیین جهت و هدف‌گیری دقیق، هابل به سیستم‌های ناوبری و چرخ‌های واکنشی مجهز است که می‌توانند موقعیت تلسکوپ را بدون مصرف سوخت تغییر دهند. فرمان‌هایی که از زمین ارسال می‌شوند، معمولاً شامل برنامه‌ریزی دقیق برای هدف‌گیری یک جرم آسمانی خاص، زمان‌بندی برای باز کردن ابزارها، و تنظیمات دوربین‌های مختلف است. این فرمان‌ها با تاخیر اندکی دریافت شده و به‌طور خودکار اجرا می‌شوند تا دقت عملیاتی حفظ شود.

اشتباه آینه‌ی اصلی؛ خطای پرهزینه

پس از پرتاب، دانشمندان متوجه شدند که تصاویر تلسکوپ هابل تار هستند. این مشکل به دلیل خطای تولید در آینه‌ی اصلی بود که به‌درستی صیقل داده نشده بود و انحراف کروی ایجاد می‌کرد. این خطا، که تنها چند میکرون بود، تأثیر عظیمی بر کیفیت تصاویر داشت. در سال 1993، مأموریت تعمیر با نصب سیستم اپتیکی اصلاحی (COSTAR) این مشکل را برطرف کرد و هابل را به ابزاری قدرتمند تبدیل کرد.

10 تصویر معروف ثبت‌شده توسط هابل

سوالات متداول

چگونه تصاویر هابل پردازش می‌شوند؟

تصاویر خام تلسکوپ هابل به دلیل نویز، پرتوهای کیهانی و اعوجاج ابزارها نیاز به پردازش دارند. داده‌ها ابتدا به زمین ارسال شده و در مؤسسه‌ی علوم تلسکوپ فضایی (STScI) کالیبره می‌شوند. این فرآیند شامل حذف نویز، تنظیم روشنایی و کنتراست، و ترکیب چندین تصویر برای ایجاد عکس نهایی است. این تصاویر سپس برای تحقیقات علمی و انتشار عمومی آماده می‌شوند.

میدان ژرف هابل چیست؟

میدان ژرف هابل (HDF) پروژه‌ای بود که در سال 1995 انجام شد و طی آن هابل به مدت 10 روز به منطقه‌ای به‌ظاهر خالی از آسمان خیره شد. نتیجه، کشف هزاران کهکشان دوردست بود که برخی از آن‌ها متعلق به مراحل اولیه‌ی تشکیل کیهان بودند. این پروژه درک ما از تکامل کیهان را متحول کرد و نشان داد که حتی مناطق به‌ظاهر خالی پر از کهکشان هستند.

چگونه هابل تصاویر رنگی ثبت می‌کند؟

هابل تصاویر را به‌صورت تک‌رنگ ثبت می‌کند، اما با استفاده از فیلترهای مختلف، داده‌ها در طول‌موج‌های خاص جمع‌آوری می‌شوند. این داده‌ها سپس در زمین با اختصاص رنگ‌های قرمز، سبز و آبی به طول‌موج‌های مختلف ترکیب می‌شوند تا تصاویر رنگی تولید شود. این فرآیند، که به تصویربرداری چندطیفی معروف است، نه‌تنها زیبایی تصاویر را افزایش می‌دهد، بلکه اطلاعات علمی ارزشمندی ارائه می‌کند.

آیا تلسکوپ هابل همچنان فعال است؟

تا سال 2025، تلسکوپ هابل همچنان فعال است، اگرچه با چالش‌هایی مانند خرابی ژیروسکوپ‌ها و کاهش توان باتری‌ها مواجه است. مأموریت‌های تعمیر بین سال‌های 1993 تا 2009 عمر هابل را طولانی کردند، اما ناسا انتظار دارد که هابل تا اواخر دهه‌ی 2020 یا اوایل 2030 فعالیت کند. در همین حال، تلسکوپ جیمز وب به‌عنوان جانشین هابل، برخی از وظایف آن را بر عهده گرفته است.

منبع: abrarsanati.ir