टेलिस्कोप कैसे काम करते हैं: ऑप्टिकल, रेडियो और स्पेस ऑब्जर्वेटरीज समझाए गए

टेलिस्कोप का बुनियादी काम मानव आंख से अधिक विद्युत चुम्बकीय विकिरण एकत्र करना और इसे ध्यान में लाना है। टेलिस्कोप के मुख्य दर्पण, लेंस या एंटीना का व्यास — इसका एपर्चर — दो चीजें निर्धारित करता है: यह कितना कमजोर प्रकाश इकट्ठा कर सकता है, और यह कितनी बारीकी से विवरण को अलग कर सकता है, अमेरिकी राष्ट्रीय रेडियो खगोल विज्ञान वेधशाला (NRAO) के अनुसार। बड़े एपर्चर का मतलब है कि कमजोर, अधिक दूर की वस्तुएं दृश्यमान हो जाती हैं और बेहतर संरचनाएं दृश्य में आती हैं।

ऑप्टिकल टेलिस्कोप: लेंस, दर्पण और वायुमंडल समस्या

क्लासिक ऑप्टिकल टेलिस्कोप दृश्य प्रकाश को लेंस (रिफ्रैक्टर) या दर्पण (रिफ्लेक्टर) के साथ एकत्र करते हैं। उदाहरण के लिए, Hubble Space Telescope एक परावर्तक डिज़ाइन का उपयोग करता है: प्रकाश 2.4 मीटर के अवतल प्राथमिक दर्पण से टकराता है, लगभग 0.3 मीटर के छोटे माध्यमिक दर्पण में उछलता है, और प्राथमिक दर्पण में एक छेद के माध्यम से वापस विज्ञान उपकरणों तक पहुंचता है, नासा की Goddard Space Flight Center के अनुसार। इस दो-दर्पण कॉन्फ़िगरेशन को Ritchey-Chrétien डिज़ाइन कहा जाता है, जो दृश्य के एक विस्तृत क्षेत्र में छवियों को तीक्ष्ण रखने के लिए बनाया गया है।

जमीन पर, यहां तक कि सर्वोत्तम स्थान भी वायुमंडलीय अशांति से ग्रस्त हैं, जो तारों को चमकाता है और बारीक विवरणों को धुंधला करता है, European Southern Observatory (ESO) के अनुसार, जो चिली में Very Large Telescope संचालित करता है। ESO का समाधान अनुकूली ऑप्टिक्स है: एक wavefront सेंसर मापता है कि तारे की प्रकाश को कैसे विकृत किया गया है, और एक कंप्यूटर-नियंत्रित विकृत दर्पण रीयल-टाइम में विकृति को सुधारता है। जब कोई उज्ज्वल प्राकृतिक तारा लक्ष्य के पास न हो, तो ESO एक कृत्रिम संदर्भ तारा बनाने के लिए ऊपरी वायुमंडल में एक शक्तिशाली लेजर दागता है। ESO कहता है कि यह सुधार जमीन आधारित दृश्य तरंगदैर्ध्य पर छवियों को अंतरिक्ष दूरबीन छवियों के रूप में तीव्र बना सकता है, एक अंतरिक्ष दूरबीन की लागत के एक अंश पर।

कुछ टेलिस्कोपों को पृथ्वी छोड़नी पड़ती है

पृथ्वी का वायुमंडल न केवल छवियों को धुंधला करता है — यह पूरी तरंगदैर्ध्य को सीधे अवरुद्ध करता है। खगोल विज्ञान शिक्षा साइट Las Cumbres Observatory के अनुसार, वायुमंडल अधिकांश पराबैंगनी प्रकाश, एक्स-रे, गामा किरणों और अधिकांश अवरक्त विकिरण को अवशोषित या परावर्तित करता है, मुख्य रूप से दृश्य प्रकाश, कुछ अवरक्त, और रेडियो स्पेक्ट्रम के हिस्से को गुजारते हुए। यही कारण है कि उन अवरुद्ध तरंगदैर्ध्य का अध्ययन करने के लिए निर्मित ऑब्जर्वेटरीज — जैसे Chandra Observatory (एक्स-रे केंद्रित), Fermi Space Telescope (गामा-रे), और Spitzer और Herschel जैसे अवरक्त मिशन — को वायुमंडल के ऊपर कक्षा में होना चाहिए न कि किसी पहाड़ी पर बैठना चाहिए।

एक्स-रे टेलिस्कोपों को दृश्य प्रकाश वाले से बिल्कुल भिन्न ऑप्टिकल डिज़ाइन की भी आवश्यकता होती है। Chandra X-ray Center at the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics के अनुसार, एक्स-रे फोटॉन इतने ऊर्जावान होते हैं कि वे सीधे एक पारंपरिक दर्पण के माध्यम से जाते हैं जो उन पर सीधे निशाना लगा रहा है, ठीक वैसे ही जैसे एक गोली एक दीवार को छेद देगी। Chandra का समाधान अपने दर्पणों को कोण देना है ताकि एक्स-रे एक उथले grazing कोण पर टकराएं और ध्यान में उछलें, ठीक वैसे ही जैसे एक पत्थर पानी पर उछलता है। Chandra चार बैरल-आकार के दर्पण जोड़े का उपयोग करता है जो कुछ परमाणुओं की चिकनाई तक पॉलिश किए जाते हैं और iridium से लेपित होते हैं, लगभग 1.3 माइक्रोमीटर के भीतर संरेखित — मानव बाल की चौड़ाई का एक छोटा सा अंश, Chandra X-ray Center के अनुसार।

अवरक्त दिग्गज: धूल के माध्यम से देखना और समय में वापस जाना

James Webb Space Telescope (JWST) दृश्य लाल से मध्य-अवरक्त तरंगदैर्ध्य तक प्रकाश का पता लगाने के लिए बनाया गया है, लगभग 0.6 से 28.8 माइक्रोन को कवर करते हुए, नासा के अनुसार। इसका प्राथमिक दर्पण 18 षट्भुज सोने-लेपित सेगमेंट में 6.6 मीटर तक फैला हुआ है, जिससे यह Hubble के संग्रह क्षेत्र से लगभग 5.6 गुना बड़ा है। सोना चुना गया क्योंकि यह लाल-से-मध्य-अवरक्त प्रकाश को विशेष रूप से अच्छी तरह प्रतिबिंबित करता है। नासा कहता है कि आकार और तरंगदैर्ध्य रेंज का यह संयोजन Webb को 13.5 अरब प्रकाश-वर्ष से अधिक दूर आकाशगंगाओं की कमजोर अवरक्त प्रकाश का पता लगाने देता है, और वह अवरक्त प्रकाश घने धूल बादलों से गुजर सकता है जो Hubble के उपकरण देख सकते हैं ज्यादातर दृश्य प्रकाश को अवरुद्ध करते हैं। Webb सूर्य-पृथ्वी L2 बिंदु पर परिक्रमा करता है, पृथ्वी से लगभग 1.5 मिलियन किलोमीटर, जहां यह सूर्य और पृथ्वी दोनों के गर्म, प्रकाश-बिखरने वाले प्रभावों से स्पष्ट रहता है।

रेडियो टेलिस्कोप: डिशें जो एक विशाल आंख के रूप में काम करती हैं

रेडियो टेलिस्कोप खगोलविदों द्वारा उपयोग की जाने वाली प्रकाश की सबसे लंबी तरंगदैर्ध्य एकत्र करते हैं, लगभग 1 मिलीमीटर से 10 मीटर से अधिक, NRAO के अनुसार। प्रत्येक एंटीना में एक parabolic डिश है जो आने वाली रेडियो तरंगों को एक receiver पर केंद्रित करता है, जो विश्लेषण के लिए संकेत को बढ़ाता है — एक प्रक्रिया जो NRAO ऑप्टिकल टेलिस्कोप की तरह काम करने का वर्णन करता है लेकिन बहुत कमजोर, बहुत लंबी तरंगों के लिए ट्यून किया गया। NRAO नोट करता है कि अध्ययन की जाने वाली रेडियो तरंगें असाधारण रूप से कमजोर हैं — इसके अनुमान के अनुसार, एक विशिष्ट सेल फोन संकेत लगभग एक अरब अरब गुना मजबूत है ब्रह्मांडीय रेडियो तरंगों की तुलना में जो ये टेलिस्कोप का पता लगाते हैं।

एक एकल डिश एक resolution समस्या का सामना करता है: क्योंकि कोणीय resolution तरंग दैर्ध्य को एंटीना व्यास से विभाजित पर निर्भर करता है, और रेडियो तरंग दैर्ध्य इतनी लंबी हैं, यहां तक कि Green Bank Telescope जैसी बड़ी डिश भी अपने आप से ऑप्टिकल टेलिस्कोप के बारीक विवरण से मेल नहीं खा सकती, NRAO कहता है। समाधान interferometry है — कई डिशों को लंबी दूरी पर जोड़ना ताकि वे एक बहुत बड़े टेलिस्कोप के रूप में काम करें। NRAO Very Large Array का हवाला देता है, जिसकी 27 सक्रिय डिशें (और एक स्पेयर) न्यू मैक्सिको में लगभग 40 मील के रेल ट्रैक का उपयोग करके configurations में फैली हो सकती हैं, और Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), जो चिली में 66 डिशों को जोड़ता है, इस दृष्टिकोण के उदाहरणों के रूप में, आकाशगंगाओं को मैप करने, ब्लैक होल का पता लगाने और सबसे प्रारंभिक ब्रह्मांडीय संरचनाओं का अध्ययन करने के लिए उपयोग किया जाता है।

विभिन्न तरंग दैर्ध्य क्या प्रकट करते हैं

• दृश्य-प्रकाश टेलिस्कोप, जमीन पर या अंतरिक्ष में, तारों, आकाशगंगाओं और nebulae को पकड़ते हैं जो मानव आंख के सबसे निकट हैं।
• Webb जैसे अवरक्त टेलिस्कोप धूल बादलों के माध्यम से देख सकते हैं और कुछ सबसे दूर, सबसे पुरानी ज्ञात आकाशगंगाओं तक पहुंच सकते हैं, नासा के अनुसार।
• Chandra जैसे एक्स-रे टेलिस्कोप विस्फोटित तारों, आकाशगंगा clusters और ब्लैक होल के चारों ओर घूमने वाले पदार्थ का अध्ययन करने के लिए बनाए गए हैं।
• VLA और ALMA जैसी रेडियो टेलिस्कोप सरणियां ठंडी गैस, दूर की आकाशगंगाओं और ब्लैक होल परिवेश को मैप करती हैं कई डिशों को एक प्रभावी उपकरण में संयोजित करके, NRAO के अनुसार।