کپسول دراگون اسپیس ایکس، فضاپیمای قرن ۲۱
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
تاریخچه تلسکوپ هابل
آینده تلسکوپ هابل
درخواست استفاده از تلسکوپ هابل
تلسکوپ هابل چیست؟
تلسکوپ هابل کلوزآپ
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؟
اکتشافات کیهانی
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.
ماشین زمان هابل
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:
۱ - کهکشان کلاهمکزیکی (Sombrero Galaxy)
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.
۲- سحابی چشم گربه (Cat’s Eye Nebula)
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.
۳- ستون‌های آفرینش (Pillars of Creation)
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.
ستون‌های آفرینش در نور فروسرخ
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.
۴- زمینه ژرف هابل (Hubble Deep Field)
«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.
۵- سحابی رتیل (Tarantula Nebula)
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.
۶- گذر چهار قمر سیاره زحل
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.
۷- سحابی خرچنگ
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./ادامه مطالب