تلسکوپهای فضایی با استفاده از آینههای دوری بالای جو زمین، نور را جمع‌آوری میکنند که در غیر این صورت تصاویر را تار میکند و امواج ماوراء‌بنفش و مادونقرمز را مسدود میکند. رصدخانه‌های مختلف برای انواع مختلفی از نور ساخته شده‌اند - Hubble برای نور مرئی/ماوراء‌بنفش، Webb برای مادونقرمز، Chandra برای اشعه‌های ایکس - و چون نور زمانی برای سفر نیاز دارد، این ابزارها به منجمین اجازه می‌دهند که کهکشان‌ها را همان‌گونه ببینند که میلیاردها سال پیش بودند.
این نسخه ترجمهٔ ماشینی متن اصلی (English) است. خواندن متن اصلی
هر تلسکوپ فضایی کار اساسی یکسانی انجام می‌دهد: جمع‌آوری تا حد امکان نور از یک منبع خافت و دور و متمرکز کردن آن روی یک آشکار‌کننده. نحوه جمع‌آوری نور و اینکه کدام طول‌موج‌ها می‌توانند ضبط شوند، بستگی به طراحی آینهها و محل تلسکوپ در فضا دارد، طبق خلاصه NASA در مورد علم تلسکوپ.
چرا یک تلسکوپ را در فضا قرار دهیم
تلسکوپهای زمینی از طریق جو زمین نگاه میکنند، جایی که جیب‌های هوای متحرک نور واردشونده را تاج میزنند - همان اثری که باعث میشود ستارگان درخشان به نظر برسند. صفحه برنامج Hubble از NASA توضیح می‌دهد که این حرکت تصاویر گرفته‌شده از زمین را تار میکند و جو بیشتر اشعه‌های ماوراءبنفج و مادونقرمز را قبل از رسیدن به سطح جذب میکند.
با مدار حول زمین در ارتفاع تقریباً 300 مایل، Hubble از تار‌کنندگی جو اجتناب میکند و میتواند اجسام تقریباً ده برابر خافت‌تر از تلسکوپهای زمینی معادل را شناسایی کند، طبق بیان NASA. تلسکوپهای فضایی همچنین می‌توانند بهطور مداوم نظارت کنند، بدون مداخله آب‌وهوا، نور روز یا آلودگی نور شهری.
آینهها، نه تنها لنزها
تلسکوپهای اولیه از لنزهای شیشه‌ای استفاده می‌کردند تا نور را خم کنند، یک طراحی به نام شکست. بیان‌کننده NASA در مورد "Telescopes 101" توضیح می‌دهد که لنزهای بزرگ سنگین و سخت‌راه برای راه‌اندازی میشوند، بنابراین اکثر تلسکوپهای مدرن تلسکوپهای بازتابی هستند که به جای آن از آینههای منحنی استفاده میکنند، زیرا آینهها می‌توانند برای اندازه یکسان نازک‌تر و سبک‌تر باشند.
در یک طراحی بازتابی معمول، نور به یک آینه اولیه بزرگ شکل سهمی برخورد میکند و به یک آینه ثانویه کوچک‌تر منعکس میشود. برای James Webb Space Telescope بهطور خاص، شرح NASA از آینههای Webb دو مرحله دیگر را اضافه میکند: نور از آینه ثانویه به یک آینه سوم مقعر و سپس به یک آینه راهنمایی دقیق تخت منعکس میشود قبل از رسیدن نهایت‌الامر به ابزارهای علمی.
تلسکوپهای مختلف، نور مختلف
نور مرئی، ماوراءبنفج و مادونقرمز می‌توانند با اشکال آینه مشابه اما پوشش‌های مختلف متمرکز شوند. قطعات شش‌ضلعی اولیه 18گانه Webb، ساختهشده از فلز بریلیوم و با یک لایه 100 نانومتری طلا پوشیده‌شده‌اند، بهطور خاص برای انعکاس موثر نور مادونقرمز تنظیم میشوند، طبق شرح NASA از آینههای Webb. Hubble، در مقابل، برای جمع‌آوری اشعه‌های ماوراءبنفج، نور مرئی و نور مادونقرمز نزدیک ساختهشده است، طبق بیان NASA.
اشعه‌های ایکس متفاوت رفتار میکنند: آنها به‌سادگی از یک آینه معمولی نفوذ میکنند یا جذب میشوند، دقیقاً مثل اینکه گلوله‌ها به دیوار برخورد کنند، طبق توضیح مرکز Chandra X-ray Center در دانشگاه Harvard. به جای آن، آینههای Chandra مثل لولههای استوانهای تودرتوی پوشیدهشده با ایریدیوم شکلدهی میشوند، و اشعه‌های ایکس تنها در یک زاویه سطحی 'چرخشی' منعکس میشوند نه رودرروی، طبق گفته مرکز. Chandra از چهار جفت آینه تودرتو استفاده میکند، هشت آینه در مجموع، براق‌شده و در حدود 1.3 میکرومتر هم‌ترازشده.
اشعه‌های گاما حتی انرژی‌بخش‌تر هستند و بهطور مستقیم از نورشناسی معمولی عبور میکنند. NASA توجه می‌دهد که تلسکوپهای اشعه گاما مثل Fermi به جای آن از آشکار‌کننده‌هایی استفاده میکنند که ذرات تولید‌شده را هنگام برخورد اشعه گاما به مادی متراکم مثل تنگستن ردیابی میکنند، و منبع شعاع را از مسیرهای ذره آن دوباره ساخت میکنند نه تمرکز اشعه با آینه.
چگونه تلسکوپهای فضایی اصلی متفاوت هستند
تلسکوپ
نور اولیه شناسایی‌شده
طراحی آینه
مکان
Hubble
ماوراءبنفج، مرئی، نزدیک مادونقرمز
آینه بازتابی تک
مدار پایین زمینی، حدود 300 مایل بالا
James Webb
مادونقرمز (0.6–28.8 میکرون)
18 قطعه شش‌ضلعی بریلیوم پوشیدهشده با طلا، 6.5 متر عرض
مدار هاله حول نقطه Lagrange دوم Sun-Earth L2، حدود 1.5 میلیون کیلومتر از زمین
Chandra
اشعه ایکس
4 جفت آینه استوانهای تودرتو چرخشی پوشیدهشده با ایریدیوم
مدار بیضی‌گونی بالای زمینی
Fermi
اشعه گاما
بدون آینه؛ آشکار‌کننده‌های ردیابی ذره با صفحات تنگستن
مدار پایین زمینی
چرا مکان مهم است: مدار دور Webb
Webb مثل Hubble نزدیک به زمین مدار نمی‌زند. صفحه ماموریت NASA میگوید Webb حول نقطه دوم Sun-Earth Lagrange، L2، حدود 1.5 میلیون کیلومتر از زمین، حول یک مسیر می‌چرخد تقریباً هر شش ماه. در آن محل، خورشید، زمین و ماه در یک طرف فضاپیما می‌مانند، که اجازه می‌دهد سپر آفتابی اندازه زمین تنیس Webb، حرارت و نور آنها را بهطور مداوم مسدود کند.
این سپر ضروری است چون Webb نور مادونقرمز را مشاهده میکند، که اساساً گرما است. NASA بیان میکند تلسکوپ در دمای بسیار سردی کار میکند - تقریباً منهای 370 درجه فارنهایت، طبق صفحه مدار Webb - بهطوری که هر گرمای سرگردان از خورشید یا زمین آشکار‌کننده‌ها را با نویز مادونقرمز پر نکند و سیگنال‌های خافت از کهکشانهای دور را کاملاً بپوشاند.
دیدن گذشته، نه تنها دور
چون نور با سرعت ثابت و محدود سفر میکند، نگاه کردن به دورتر در فضا به معنای نگاه کردن به عقب‌تر در زمان است. خلاصه علوم NASA درباره Webb توجه می‌دهد تلسکوپ میتواند نور مادونقرمز را از کهکشانهای بیش از 13.5 میلیارد سال نوری دور شناسایی کند - به این معنا که نوری که امروز گرفتار میشود بیش از 13.5 میلیارد سال پیش آن کهکشان‌ها را ترک کرده‌است، وقتی کیهان جوان بود. مشاهده نور، در واقع، جسم را همان‌طور می‌دهد که در زمانی بود که نور عزیمت کرد، نه آنطور که اکنون به نظر می‌رسد.
Webb چهار ابزار علمی برای تحلیل آن نور باستانی حمل میکند: NIRCam و NIRSpec برای تصویربرداری و طیف‌سنجی مادونقرمز نزدیک، MIRI برای مشاهدات مادونقرمز میانی، و یک حسگر راهنمایی دقیق جفت‌شده با ابزار NIRISS، طبق خلاصه تلسکوپ NASA.
فوتون‌های اشعه ایکس به همان‌طریق که گلوله‌ها به دیوار نفوذ میکنند، در آینه نفوذ میکنند.
— مرکز Chandra X-ray Center، دانشگاه Harvard
از آینه تا تصویر در زمین
تلسکوپهای فضایی مدرن از فیلم عکاسی استفاده نمی‌کنند. شارح NASA درباره چگونه تلسکوپ‌ها کار میکنند، بیان میکند نور متمرکز‌شده توسط آینهها روی آشکار‌کننده‌های الکترونیکی می‌افتد، که آن را به سیگنال‌های دیجیتالی تبدیل میکنند. آن سیگنال‌ها توسط رایانه‌های بر روی فضاپیما ذخیره میشوند و به ایستگاه‌های زمینی در زمین منتقل میشوند، جایی که دانشمندان داده‌ها را به تصاویری بازساخت میکنند که بهطور عمومی آزاد شوند.
پرسش‌ها
چرا تلسکوپهای زمینی نمیتوانند هر چیزی را انجام دهند که تلسکوپهای فضایی میکنند؟
جو زمین نور واردشونده را منحرف میکند، خیزش باعث میشود که تصاویر زمینی تار شوند، و همچنین بیشتر نور ماوراءبنفج و مادونقرمز را قبل از رسیدن به سطح جذب میکند، طبق NASA. تلسکوپهای فضایی بالای این اختلال مدار میزنند و تصاویر واضحتر و دسترسی به طولموجهایی را فراهم میکنند که تلسکوپهای زمینی نمیتوانند ببینند.
چرا Webb از مادونقرمز به جای نور مرئی مثل Hubble استفاده میکند؟
نور مادونقرمز از ابرهای غبار عبور میکند که نور مرئی را مسدود میکنند و همچنین نور 'قرمزفاصلهشده' کشیدهشده را از کهکشانهای دورتر و کهنتر حمل میکنند، که NASA میگوید Webb میتواند از اجسام بیش از 13.5 میلیارد سال نوری دور شناسایی کند. Hubble، در مقابل، اساساً برای نور ماوراءبنفج، مرئی و مادونقرمز نزدیک ساختهشده است.
چرا آینه Webb از بریلیوم ساختهشده و با طلا پوشیدهشده است؟
NASA بیان میکند بریلیوم برای وزنش قوی است و در دمای بسیار سردی که Webb در آن کار میکند شکل خود را حفظ میکند، در حالی که یک پوشش نازک 100 نانومتری طلا انعکاس آینه برای نور مادونقرمز را بهطور خاص بهبود میبخشد.
چرا Webb اینقدر دور از زمین مدار میزند به جای نزدیکتر مثل Hubble؟
Webb حول نقطه Sun-Earth L2، حدود 1.5 میلیون کیلومتر دور، مدار میزند، بهطوری که سپر آفتابی آن میتواند بهطور مداوم گرما و نور خورشید، زمین و ماه را در یک طرف مسدود کند، ابزارهای مادونقرمز آن را بسیار سرد نگاه میدارد، طبق صفحه مدار ماموریت NASA.
چگونه تلسکوپهای اشعه ایکس مثل Chandra اشعه ایکس را متمرکز میکنند اگر آینهها نمیتوانند بهطور معمول آنها را منعکس کنند؟
آینههای Chandra مثل لولههای استوانهای تودرتو پوشیدهشده با ایریدیوم شکلدهی میشوند، و اشعه ایکس تنها در زاویه سطحی 'چرخشی' منعکس میشوند نه متمرکز رودرروی، طبق مرکز Chandra X-ray Center در دانشگاه Harvard.
آموزش فضانوردان فرآیندی چند ساله است که با غربالگری انتخاب برای تحصیلات، تجربه و تناسب اندام شروع میشود، سپس به سال‌های آموزش زمینی قبل از هر پرواز تبدیل میشود. بر اساس ناسا و آژانس فضایی اروپا (ESA)، نامزدها سیستم‌های فضاپیما را یاد می‌گیرند و پیاده‌روی فضایی را زیر آب تمرین میکنند، و نامزدهای ESA نیز روسی را مطالعه میکنند، درحالی‌که زندگی در ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) طبق برنامه روزانه ثابتی از کار، ورزش و خواب انجام میشود.
سیاهچاله منطقه‌ای از فضا است که گرانش آنقدر قوی است که هیچ چیز، حتی نور، نمی‌تواند پس از عبور از افق رویداد فرار کند. اکثر آنها زمانی تشکیل می‌یابند که یک ستاره بسیار بزرگ سوخت هسته‌ای خود را تمام کند و هسته آن فروریزد؛ نسخه‌های ابرجرم در مراکز کهکشان‌ها طی میلیاردها سال رشد میکنند. تصاویر مستقیم و کشف‌های امواج گرانشی وجود آنها را تایید کرده و نسبیت عام اینشتین را بررسی کرده‌اند.
فازهای ماه به خاطر این تغییر میکند که نور خورشید بخش‌های مختلفی از سطح ماه را وقتی حول زمین می‌چرخد می‌خورد، نه به خاطر سایه زمین؛ یک چرخه کامل از فازها، به نام ماه اقتراني، به طور میانگین 29.5 روز طول می‌کشد. ماه خود نیز اقیانوس‌های زمین را با نیروی جاذبه نامتقارن می‌کشد، که دو مد بالا و دو مد پایین را تقریباً هر 24 ساعت و 50 دقیقه ایجاد میکند، و خورشید این کشش را دو بار در ماه تقویت یا تضعیف میکند.
انفجارات رادیویی سریع (FRBs) بروفتش‌های کوتاه انرژی رادیویی از کهکشانهای دور هستند که برای اولین بار در سال 2007 شناسایی شدند و هنوز به طور کامل توضیح داده نشده‌اند. علاقه پس از اینکه ستاره‌شناسان از تلسکوپ MeerKAT و تلسکوپ فضایی جیمز ویب برای ردیابی دورترین FRB تاکنون استفاده کردند، افزایش یافت؛ سیگنالی که بیش از 10 میلیارد سال برای رسیدن به زمین طول کشید.
