איך טלסקופים במרחב עובדים: מראות, אורכי גל ורואים את ההיסטוריה הקוסמית

כל טלסקופ במרחב עושה אותה משימה בסיסית: אוסף כמה שיותר אור ממקור חלש ורחוק ומתמקד אותו על מגלה. דרך אוספת הקרן וקביעת איזה אורכי גל יכולים להיתפס תלויה בעיצוב המראות ובמקום בו הטלסקופ נמצא בחלל, על פי סקירת הטלסקופ של NASA.

למה לשים טלסקופ בחלל כלל

טלסקופים מבוססי קרקע מסתכלים דרך אטמוספירת כדור הארץ, איפה כיסים זז של אוויר מעוותים את האור הנכנס - אותה ההשפעה שגורמת לכוכבים להופיע זוהרים. דף תוכנית Hubble של NASA מסביר שהתנועה הזו מטשטשת תמונות שצולמו מהקרקע וגם שהאטמוספירה ספוגה קרינת אולטרה-סגולה ותת-אדום רובה לפני שהיא מגיעה לפני השטח.

על ידי מסלול בחוסן כ-300 מייל מעל כדור הארץ, Hubble מחמיץ את טישטוש האטמוספירה ויכול לגלות אובייקטים בערך עשר פעמים חלשים יותר מאשר טלסקופים קרקע שווים יכולים, NASA קובעת. טלסקופים במרחב יכולים גם להשגיח ברציפות, ללא הפרעה של מזג אוויר, אור יום או זיהום אור עיר.

מראות, לא רק עדשות

טלסקופים מוקדמים השתמשו בעדשות זכוכית לכיפוף אור, עיצוב שנקרא שבירה. מסבירית NASA של "Telescopes 101" מציינת שעדשות גדולות הופכות כבדות וקשות לשיגור, אז רוב הטלסקופים המודרניים הם טלסקופים רפלקטיביים המשתמשים בעדשות מעוקלות במקום, מכיוון שמראות יכולות להיות דקות וקלות יותר לגודל שווה.

בעיצוב רפלקטיבי טיפוסי, אור פוגע במראה ראשונית גדולה בצורת פרבולה והנעה למראה משנית קטנה יותר. על James Webb Space Telescope בפרט, תיאור NASA של מראות Webb מוסיף שתי צעדות נוספות: אור מהמראה המשנית משתקף למראה שלישונית קעורה ואז למראה הנחיה דקה שטוחה לפני שלבסוף מגיע לכלי המדע.

טלסקופים שונים, אור שונה

אור נראה, אולטרה-סגול ותת-אדום יכולים כולם להיות ממוקדים עם צורות מראה דומות אך ציפויים שונים. קטעי המראה הראשוניה בצורת משושה 18 של Webb, עשויה מהמתכת בריליום וצופים בשכבה בעובי 100 ננומטר של זהב, מתואמים במיוחד לשקף אור תת-אדום ביעילות, על פי תיאור NASA של מראות Webb. Hubble, לעומת זאת, בנוי לאיסוף קרינת אולטרה-סגולה, אור נראה ואור תת-אדום קרוב, NASA קובעת.

קרני X מתנהגות אחרת: הם פשוט יחדרו או יספגו על ידי מראה רגילה, בדיוק כמו כדורים פוגעים בקיר, מרכז Chandra X-ray Center בהרווארד מסביר. מראות של Chandra הן במקום בצורת חביות גליליות מקננות המצופות בירידיום, ומקרקרי קרני X רק בזווית רדודה 'חבטת' בעדיפות מחזיתית, המרכז אומר. Chandra משתמש בארבע זוגות מראות מקננות, שמונה מראות בסך הכל, מלוטשות ויושרות בתוך 1.3 מיקרומטר.

קרני גמא הן אפילו יותר אנרגטיות ועוברות ישר דרך אופטיקה קונבנציונלית לגמרי. NASA מציינת כי טלסקופים קרני גמא כמו Fermi משתמשים במקום זאת במגלים העוקבים אחר חלקיקים המיוצרים כאשר קרני גמא פוגעות בחומר צפוף כמו וולפרם, שנבנה מחדש את מקור הקרן מתזוזות אלה בחלקיקים במקום להתמקד את הקרניים עם מראה.

למה המיקום חשוב: מסלול המרחק של Webb

Webb לא מקיף כדור הארץ בקרוב כפי Hubble עושה. דף משימת NASA אומר Webb לולאות סביב נקודת Sun-Earth Lagrange השנייה, L2, בערך 1.5 מיליון קילומטרים מכדור הארץ, השלמת מעגל אחד בערך כל שישה חודשים. במקום זה, השמש, כדור הארץ והירח נשארים בצד אחד של החללית, של Webb בהיתרון למגן שמש בגודל מגרש טניס חסום את החום והאור שלהם ברציפות.

ההגנה הזו חיוני כי Webb צופה באור תת-אדום, שהוא בעיקרון חום. NASA קובעת הטלסקופ עובד בטמפרטורות קר קיצוני - בערך מינוס 370 דרגות פרנהייט, על פי דף מסלול Webb - כאילו כל חום ותק מהשמש או כדור הארץ לא מוצף את המגלים עם קול תת-אדום וכובש את האותות החלשים מגלקסיות רחוקות.

רואים את העבר, לא רק הרחוק

כי אור נוסע בקצב קבוע וסופי, הסתכלות רחוק יותר בחלל פירושה השקפה יותר בחזרה בזמן. סקירת המדע של NASA של Webb מציינת הטלסקופ יכול לגלות אור תת-אדום מגלקסיות למעלה מ-13.5 מיליארד שנות אור - כלומר האור נתפס היום עזב אותן גלקסיות יותר מ-13.5 מיליארד שנים, כאשר היקום היה צעיר. צפייה באור, למעשה, מראה את האובייקט כפי שהיה בזמן האור עזב, לא כפי שזה נראה עכשיו.

Webb נושא ארבע כלים מדעיים לניתוח אור עתיק זה: NIRCam ו-NIRSpec לתמונה וספקטרוסקופיה בתת-אדום קרוב, MIRI לתצפיות תת-אדום בינוני, וחיישן הנחיה דקה המשויך לכלי NIRISS, על פי סקירת הטלסקופ של NASA.

מהמראה לתמונה בכדור הארץ

טלסקופים במרחב מודרניים לא משתמשים בסרט צילום. מסבירית NASA על אופן עבודת הטלסקופים קובעת שאור ממוקד על ידי המראות נופל על מגלים אלקטרוניים, המרכיבים אותו לאותות דיגיטליים. אות זה מאוחסן על ידי מחשבים על הסיפון ומשודר לתחנות קרקע בכדור הארץ, כאשר מדענים בנים מחדש את הנתונים לתמונות שוחרר בציבור.