כיצד טלסקופים בחלל רואים מה שמצפים יבשתיים לא יכולים לראות

אור מכוכבים וגלקסיות נוסע ברחבי היקום בצורות רבות, לא רק בצבעים הנראים שהעין האנושית יכולה לראות. אור אולטרה-סגול, אינפרא-אדום, קרני רנטגן וקרני גמא נושאים מידע על כוכבים צעירים חמים, ענני אבק קרים, כוכבים שהתפוצצו וחורים שחורים. אולם אטמוספירת כדור הארץ ספוגה או מעוותת את רוב האור הזה לפני שהוא מגיע לקרקע, בהתאם ל-NASA Science וסוכנות החלל האירופית (ESA).

למה אטמוספירת כדור הארץ היא חסם

ESA מסבירה שהאטמוספירה יוצרת שתי בעיות נפרדות לאסטרונומיית אינפרא-אדום. ראשית, היא ספוגה את רוב אורכי הגל האינפרא-אדומים לחלוטין, ומאפשרת רק כמה פסים צרים להגיע למצפים יבשתיים. שנית, האטמוספירה עצמה זוהרת באינפרא-אדום, לעתים קרובות פולטת יותר קרינה מאשר האובייקט הקוסמי העמום שאסטרונומים מנסים ללמוד, מה שטומן את הסיגנל בתוך הרעש.

ESA גם ציינה שהאטמוספירה חוסמת את רוב הקרינה בעלת אנרגיה גבוהה ובעלת אור אולטרה-סגול, כולל קרני רנטגן, קרני גמא ורוב קרני האור האולטרה-סגול. NASA ציינה שצ'אנדרה, מצפה קרני הרנטגן שלה, מקיפה בגובה של כ-139,000 קילומטרים (86,500 מייל) מעל כדור הארץ - בערך 200 פעמים גבוה יותר מהאבל - בדיוק משום שקרני רנטגן לא מגיעות לעולם לפני שטח.

העברת טלסקופ מעל לאטמוספירה, או הרחק מכדור הארץ לחלוטין, פותרת את שתיהן הבעיות בו-זמנית: אין אוויר שנותר לספוג את האור, ואין זוהר אטמוספרי להטביע אותו.

טלסקופים שונים, אורות שונים

כל מצפה חלל ראשי מכוונן לחלק ספציפי של הספקטרום. האבל, שהושק בשנת 1990, צופה בעיקר באור אולטרה-סגול ונראה (0.1 עד 2.5 מיקרונים) וקם כ-300 מיילים (483 ק״מ) מעל כדור הארץ, עדיין בטווח של פעולות שרות אקראיות, בהתאם ל-NASA Science. טלסקופ החלל ג'יימס וב הושק בדצמבר 2021, בנוי לאור אינפרא-אדום ויושב הרבה יותר רחוק, ליד נקודת לגראנז השנייה (L2) בערך מיליון מיילים מכדור הארץ, שם חומו שלו וחום כדור הארץ לא יכולים להתערב בסיגנלים אינפרא-אדומים חלשים שהוא מנסה לגלות.

המראה הראשונה של וב משתרעת על 6.5 מטרים (21.3 רגל), בהשוואה ל-2.4 מטרים (7.9 רגל) של האבל, מה שנותן לה יותר משש פעמים שטח אוסף אור. NASA Science מצהירה שוב יכול לחנות אובייקטים עד 100 פעמים עמום יותר מאשר האבל יכול לראות. משום שהרחבת היקום משיכה את האור מהגלקסיות הרחוקות והעתיקות ביותר לאורכי גל אינפרא-אדומים - אפקט של משמרת אדומה - רגישות האינפרא-אדום של וב מאפשרת לו להסתכל הרבה יותר אחורה בזמן קוסמי מאשר כלים אולטרה-סגול ונראים של האבל יכולים.

וב נושא כלים ייעודיים לטווחים אינפרא-אדומים שונים. מצלמת אינפרא-אדום קרובה (NIRCam) מכסה 0.6 עד 5 מיקרונים ומשמשת כמצלמת האינפרא-אדום הקרובה הראשונית של וב, בהתאם לדף הכלים של NASA Science. כלי אינפרא-אדום בינוני (MIRI) מכסה 5 עד 28 מיקרונים ומשלב מצלמה, ספקטרוגרף המחלק אור לתוך ספקטרום כדי למדוד בהירות בכל אורך גל, וקורונגרף החוסם את הזוהר של כוכב כדי שניתן יהיה לראות כוכבי לכת חלשים קרובים. MIRI זקוק לקירור קריוגני נוסף כדי להישאר קר יותר מהשאר של המצפה כדי שגלאים שלו לא יעוורו על ידי החום הנותר של וב.

לא כל מצפה חלל מייצר תמונות. חללית גאיה של ESA, שהושקה ב-19 בדצמבר 2013 ותוקמה ליד L2, בונה מפה תלת-ממדית חריפה יוצאת דופן של יותר משני מיליארד כוכבים בכל הדרך החלבית, עוקבת אחר תנועותיהם, זהירותם, טמפרטורה והרכב, בהתאם לדף משימת גאיה של ESA. ESA אומרת שגאיה שיפרה דיוק עמדות בפקטור של מאה בהשוואה לקודמתו, הלוויין היפרכוס; המשימה נכנסה לשלב פעולה שלאחר מכן לאחר התמודדות עם בעיות חיישן וחלקיקים זעירים ב-2024.

בקצה בעל אנרגיה גבוהה של הספקטרום, מצפה קרני הרנטגן צ'אנדרה של NASA, שהושק ב-23 ביולי 1999, מזהה קרני רנטגן מתופעות חמות מאוד: כוכבים שהתפוצצו, אשכולות גלקסיות וחומר במסלול חורים שחורים, בהתאם לדף משימת אסטרוביולוגיה של NASA.

הרכבת החלקים ביחד

מדען פרויקט הרשל של ESA גוראן פילברט תיאר את הערך של התבוננות אינפרא-אדום במיוחד ללימוד כיצד כוכבים וכוכבי לכת נוצרים: 'על ידי התבוננות באינפרא-אדום, אנו יכולים ללמוד כיצד דברים נוצרים, הצעדים המוקדמים ביותר, כי תהליכי ההיווצרות מתרחשים לעתים קרובות במקומות קרים וערפילים', אמר, בהתאם ל-ESA. אור אינפרא-אדום עובר דרך ענני אבק החוסמים אור נראה, ומאפשרים לכלים כמו NIRCam ו-MIRI של וב לראות כוכבים ופלנטות שזה עתה יוולדו מוסתרות בתוך ערפיליות.

משום שלא טלסקופ אחד מכסה את הספקטרום כולו, אסטרונומים שגרתיים משלבים נתונים מכמה מצפים. NASA Science מתארת את האבל ווב כשותפים משלימים ולא כיריבים: ראיית האינפרא-אדום העמוקה יותר של וב חודרת דרך אבק וגז, בעוד שראיית האור האולטרה-סגול והנראה של האבל משלימה את התצוגות האינפרא-אדומות של וב, ויחד מייצרות נקודות רחבות יותר של אותם אובייקטים.