تا حالا شده به این فکر کنین که این عکس‌ها با چه ابزاری گرفته می‌شن؟ ساخت این ابزار چقدر طول می‌کشه؟ نگهداری و تعمیرشون راحته یا سخت؟
تلسکوپ‌های فضایی هابل اون چیزیه که این عکس‌ها رو برای انسان‌ها گرفته. این تلسکوپ در زمان خودش تحولی بزرگ رو در دانش نجوم و شناخت ما از جهان پیرامون به وجود آورد. داستان این تلسکوپ به دهه‌ها تلاش علمی و فناوری برمی‌گرده که در ادامه این تلاش‌ها رو بیشتر شرح می‌دیم.
به نظرتون ساخت یه تلسکوپی که چنین عکس‌هایی برامون بگیره چقدر طول کشیده؟
شروع ساخت تلسکوپ فضایی هابل در دهه ۱۹۷۰ میلادی بود. ناسا در اوایل این دهه برنامه‌ریزی برای توسعه‌ی یک تلسکوپ فضایی را آغاز کرد. در سال ۱۹۷۷، کنگره‌ی ایالات متحده‌ی آمریکا بودجه‌ی ساخت این تلسکوپ رو تصویب کرد و بعد از اون کارهای مهندسی و طراحی آغاز شد. تلسکوپ هابل در نهایت در ۲۴ آوریل ۱۹۹۰ توسط شاتل فضایی دیسکاوری (Discovery) به فضا پرتاب شد و در ۲۵ آوریل ۱۹۹۰ در مدار زمین قرار گرفت. این پروژه با همکاری بین‌المللی ناسا و آژانس فضایی اروپا (ESA) انجام شد و طی سال‌ها به یکی از مهم‌ترین ابزارهای علمی در حوزه‌ی اخترشناسی تبدیل شده.
گفتیم که هابل در سال ۱۹۹۰ در مدار زمین قرار گرفت. به نظرتون فاصله‌ی اون مدار تا سطح زمین حدودا چند کیلومتره و هابل حدودا با چه سرعتی در این مدار حرکت می‌کنه؟
هابل در ارتفاع ۵۴۷کیلومتری از سطح زمین مستقره و با قرارگیری در این ارتفاع، با سرعتی حدود ۲۷۳۰۰کیلومتر بر ساعت به دور زمین می‌چرخه و هر ۹۵ دقیقه یک بار، یک دور کامل به در مدارش می‌زنه.
به نظرتون چرا این ارتفاع تغییر نمی‌کنه و ثابته؟ یا به عبارتی چرا جاذبه زمین باعث نمی‌شه هابل ارتفاعش کمتر بشه؟
جواب این سوال رو به تفصیل در فیزیک سال دوازدهم می‌گیرین. اما ما هم یه توضیح کوتاه در این مورد می‌دیم. داستان از این قراره که به ماهواره‌ای که در اون ارتفاع داره می‌چرخه، علاوه بر نیروی گرانش، نیروی گریز از مرکز که ناشی از حرکت دایره‌ای ماهواره هستش هم وارد می‌شه و وقتی در ارتفاع ۵۴۷کیلومتری از زمین هستیم، فقط سرعت ۲۷۳۰۰ کیلومتر بر ساعت می‌تونه باعث خنثی شدن نیروی جاذبه‌ی زمین بشه. در واقع اگر این سرعت بیشتر باشه ماهواره از زمین دور می‌شه و اگر کمتر باشه نیروی جاذبه به نیروی گریز از مرکز غلبه می‌کنه و ماهواره میفته رو سطح زمین. در تصویر زیر دو تا نیرویی که به ماهواره وارد می‌شن رو مشاهده می‌کنین. حالا ازتون می‌خوایم خودتون این دو تا نیرو رو مساوی هم قرار بدید و شعاع چرخش ماهواره (همون ارتفاع) رو برحسب جرم زمین، سرعت چرخش ماهواره و ثابت گرانش به دست بیارید. (توجه کنید که r در این جا فاصله تا مرکز زمینه)
مرحله بعدی هم اینه که به جای جرم زمین۵.۹۷۲ در ۱۰ به توان ۲۴، به جای ثابت گرانش ۶.۶۷۴۳۰ در ۱۰ به توان منفی ۱۱ و به جای سرعت ماهواره همون ۲۷۳۲۶ کیلومتر بر ساعت که سرعت هابل هستش رو قرار بدین (فقط قبلش با ضرب کردن در ۱۰۰۰/۳۶۰۰ به متر بر ثانیه تبدیلش کنین) تا شعاع چرخش ماهواره رو به دست بیارین.
توجه کنید این شعاع چرخش با احتساب شعاع کره‌ی زمینه (یعنی همون فاصله تا مرکز). پس شعاع کره‌ی زمین که حدود ۶۳۷۱ کیلومتره رو ازش کم کنین تا به همون حدود 547 کیلومتر خود هابل برسین.
حالا به نظرتون واقعا همیشه این ارتفاع به طور کاملا دقیق روی همون ۵۴۷ کیلومتر ثابت می‌مونه؟
جواب نه هستش! به دلیل اصطکاک ناچیز با بقایای جو بالایی زمین، ارتفاع هابل به‌تدریج کاهش پیدا می‌کنه. برای حفظ مدار، هر چند سال یک بار مأموریت‌های تعمیر و نگهداری توسط شاتل‌های فضایی انجام می‌شه تا هابل در ارتفاع مناسب باقی بمونه. آخرین مأموریت تعمیر و نگهداری در سال ۲۰۰۹ انجام شد و پس از اون، هابل در وضعیت خوبی قرار داره.
تا به حال پنج مأموریت مهم جهت تعمیر و یا بهبود وضعیت هابل انجام شده که در ادامه با اولین اون‌ها آشنا می‌شیم.
ماموریت اول (1993) - رفع نقص آینه اصلی
پس از پرتاب هابل در سال ۱۹۹۰، مشخص شد که آینه‌ی اصلی تلسکوپ دارای نقصی جزئی در انحنای خودشه که باعث تاری تصاویر می‌شد. این مشکل که به دلیل خطای میکرومتری در انحنای آینه ایجاد شده بود، باید به‌سرعت برطرف می‌شد.
خطا در انحنای آینه‌ی اصلی تلسکوپ هابل که به خطای کروی‌سازی (Spherical Aberration) معروفه، به این دلیل باعث تاری تصاویر می‌شد که نور از اجرام آسمانی به درستی روی یک نقطه متمرکز نمی‌شد. در واقع آینه‌های تلسکوپ‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌ان که نور رو از سطح خودشون به یک نقطه‌ی کانونی (Focal Point) متمرکز می‌کنن. در آینه‌های سهموی (Parabolic Mirrors) که معمولاً در تلسکوپ‌ها استفاده می‌شن، نور از تمام قسمت‌های آینه به یک نقطه دقیق متمرکز می‌شه، اما در آینه‌های کروی، به دلیل شکل نامناسب، نور از قسمت‌های مختلف آینه به نقاط متفاوتی متمرکز می‌شه و این تفاوت‌ها باعث تاری تصویر می‌شه.
آینه‌ی هابل هم به‌طور ناخواسته به جای داشتن انحنای دقیق و مناسب برای متمرکز کردن نور، دچار یک انحنای نادرست بود. انحنای آینه به اندازه ۲.۲ میکرون (کمتر از یک‌پنجاهم ضخامت موی انسان) اشتباه بود. اگرچه این مقدار به نظر کوچک میاد، اما در دقت و عملکرد یک تلسکوپ فضایی بسیار حیاتیه! به دلیل این خطا، هنگامی که نور از ستارگان، کهکشان‌ها و اجرام دیگر به آینه اصلی هابل برخورد می‌کرد، به جای اینکه به‌طور دقیق روی یک نقطه کانونی متمرکز بشه، در نقاط مختلفی پراکنده می‌شد. این امر باعث می‌شد که تصاویر، به‌جای واضح و شفاف بودن، دارای هاله‌های تاری اطرافشون باشن و جزئیات به‌خوبی قابل مشاهده نباشن.
و اما راه‌حل مشکل؛
برای اصلاح این خطا، در سال ۱۹۹۳، ناسا مأموریتی به نام STS-61 رو برای تعمیر تلسکوپ هابل انجام داد. فضانوردان در این مأموریت دستگاهی به نام COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement) نصب کردند که عملکردی مشابه با عینک طبی برای تلسکوپ داشت. این دستگاه، به‌طور اپتیکی خطای آینه اصلی را اصلاح کرد و نور رو به درستی متمرکز می‌کرد. پس از این مأموریت، هابل تونست تصاویر شفاف و با وضوح بالایی رو ثبت کنه.
همچنین، دوربین جدیدی به نام Wide Field and Planetary Camera 2 جایگزین نسخه‌ی قبلی شد که این هم به بهبود وضوح تصاویر کمک کرد.
همون‌طور که گفتیم ۴ تا مأموریت دیگه هم در سال‌های مختلف از تا ۲۰۰۹ برای تعمیر و نگهداری هابل انجام شد که پیشنهاد می‌کنیم در موردشون جست‌وجو کنین و بخونین.
رستایی باشید!
-محمد محمدبیگی
