کلیات

تلسکوپ فضایی هابل (HST) از بسیاری جهات توانمندترین تلسکوپ اپتیکی است که تا کنون ساخته شده است. این تلسکوپ بزرگترین تلسکوپ نیست، آینه اصلی آن با قطر 2.4 متر در مقایسه با تلسکوپ کک در هاوایی که 10 متر قطر دارد کوچکتر است. ولی این تلسکوپ ، که در مداری به فاصله 500 کیلومتری سطح زمین قرار دارد، از اثرات مختل کننده جو زمین به دور است. این امر امکان می‌دهد تا جزئیات دقیقتری نسبت به تلسکوپهای مستقر در زمین دیده شوند و نیز طول موجهایی مثل فرابنفش که به سطح زمین نمی‌رسند قابل مشاده باشند.

تاریخچه

تلسکوپ فضایی هابل نام خود را از ادوین هابل، ستاره‌شناس شهیر آمریکایی گرفته است که مشاهداتش به دانشمندان نشان داد در جهان هستی، کهکشانی‌های دیگری علاوه بر کهکشان راه شیری وجود دارد. هابل هنگام کار در رصدخانه کوه ویلسون (Mount Wilson) در سال ۱۹۲۳، به این نتیجه رسید که آندرومدا که آن زمان به‌عنوان سحابی در نظر گرفته می‌شد،‌ در واقع کهکشان مستقلی است که صدها هزار سال نوری از راه شیری فاصله دارد.

او همچنین در سال ۱۹۲۹ با کشف اینکه کهکشان‌ها با سرعتی ثابت در حال دور شدن از یکدیگر هستند، مهر ردی بر نظریه «جهان ایستا» زد و بدین ترتیب، اساس نظریه بیگ بنگ را بنا نهاد. ادوین هابل در سال ۱۹۲۹ درگذشت؛ اما تلسکوپی که نام او را به یادگار گرفته از آن زمان تاکنون بسیاری از نظریه‌های او را تأیید و اصلاح کرده است.

البته ایده ساخت تلسکوپ فضایی به سال ۱۹۴۶ برمی‌گردد؛ یعنی بیش از ۱۰ سال قبل از تأسیس ناسا. در آن سال بود که لیمن اسپیتزر جونیور (Lyman Spitzer Jr)، فیزیکدان نجومی، مقاله‌ای تأثیرگذار در مورد مزیت رصدخانه‌ای مستقر در فضا نوشت. او در این مقاله استدلال کرد که یک تلسکوپ در مدار می‌تواند آسمان را بدون مواجه با جو زمین که تصاویر را تار می‌کند، مشاهده کند و تصاویری با وضوح بسیار بالا ثبت کند.

اسپیتزر بعدها در ساخت چهار ماهواره بدون سرنشین موسوم به «Orbiting Astronomical Observatory» که ناسا بین سال‌های ۱۹۶۶ تا ۱۹۷۲ به فضا پرتاب کرد، نقش مهمی داشت و به‌طور خستگی‌ناپذیری از دولت آمریکا برای ساخت تلسکوپ فضایی بزرگ‌تر و بهتر درخواست بودجه می‌کرد. هزینه‌های هنگفت این پروژه مانع بزرگی برای تحقق آن بود و تازه در سال ۱۹۷۷ بود که کنگره آمریکا سرانجام حاضر شد بودجه‌ای را برای ساخت تلسکوپی که هابل نام گرفت، اختصاص بدهد.

پروژه نوپای هابل در سال ۱۹۸۶ پس از منفجر شدن شاتل فضایی چلنجر هنگام بلند شدن که کشته شدن ۷ فضانورد را در پی داشت، ضربه بزرگی را متحمل شد. ناسا در پی این فاجعه تراژیک، ناوگان فضایی خود را زمین‌گیر کرد و هابل را که برای جا‌به‌جایی و تعمیرات به شاتل نیاز داشت، بدون وسیله نقلیه گذاشت. البته دانشمندان از این فرصت پیش‌آمده استفاده خوبی کردند و حساسیت ابزارهای تلسکوپ را ارتقا داده و نرم‌افزار کنترل زمینی آن را بهبود بخشیدند؛ اما این سال‌های تأخیر، هزینه‎‌های گزافی را برای سرویس‌دهی و نگه‌داری از هابل در اتاقی تمیز و پیشرفته بر ناسا تحمیل کرد. سرانجام وقتی شاتل فضایی دیسکاوری در سال ۱۹۹۰ هابل را به فضا پرتاب کرد، این پروژه ۷ سال از برنامه عقب مانده بود و در این مدت بیش از ۱ میلیارد دلار بیشتر از بودجه برای آن هزینه شده بود.

متأسفانه این پایان مشکلات هابل نبود. همان سال وقتی دانشمندان ناسا اولین تصاویر ثبت‌شده توسط هابل را مشاهده کردند، دریافتند که آینه اصلی آن با مشخصات نادرستی صیقل داده شده است. این «انحراف کروی» بسیار ناچیز بود؛ درواقع، کمتر از ۱/۵۰ عرض یک تار موی انسان؛ اما همین انحراف ناچیز کافی بود تا بسیاری از عکس‌های هابل تار شود.

تا چند ماه بعد، این تلسکوپ به نوعی جوک در سطح ملی تبدیل شد و حتی یکی از جلدهای مجله نیوزویک آن را «اشتباه ۱٫۵ میلیارد دلاری» نامید. ناسا برای تجربه اتفاقات خوب باید تا دسامبر ۱۹۹۳ منتظر می‌ماند؛ یعنی زمانی که گروهی از دانشمندان برای رفع این انحراف نوعی لنز تماسی به نام کواستار (COSTAR) روی هابل نصب کردند. کواستار از چند آینه کوچک تشکیل شده بود و پرتو ساطع‌شده از آینه معیوب را می‌گرفت، نقص آن را برطرف می‌کرد و بعد پرتو اصلاح‌شده را برای تجزیه و تحلیل به مرکز آینه بازمی‌تابید.

«عینک‌های فضایی»‌ هابل موفق شد مشکل تاری تصاویر را برطرف کند و کمی بعد این تلسکوپ شروع به ثبت تصاویر حیرت‌انگیزی از کیهان کرد. البته امروز تمام ابزارهای نصب‌شده در هابل دارای اپتیک اصلاحی داخلی برای جبران نقص آینه هستند و دیگر به COSTAR نیازی نیست.

مشخصات

تلسکوپ HST تقریبا 14 متر طول 5 متر و 11500 کیلوگرم وزن دارد. این تلسکوپ طوری طراحی شده است که از تمام ظرفیت سفینه فضایی که آن را در 25 آوریل 1990 در مدار قرار داد استفاده کند. صفحه‌های خورشیدی که در مدار برافراشته شده‌اند و 10 متر طول دارند، توسط آژانش فضایی اروپا فراهم شدند. نوری که لوله تلسکوپ را بپیماید و به آینه اصلی برخورد کند که بازتابیده می‌شود و به آینه کوچک دومی که در مرکز لوله قرار دارد بر می‌گردد.

این آینه نور را به طرف آینه اصلی بر می‌گرداند و از سوراخی که در مرکز آن قرار می‌گذارند. این طرح اپتیکی را تلسکوپ کاسگرینی نوع ریچی - کرتن می‌نامند. در پشت سوراخ چهار سنجش افزار علمی عمده قرار دارند که عبارتند از دو دوربین عکاسی و دو طیف نگار ، هر دو دوربین عکاسی می‌توانند تصویرهایی مرئی و فرابنفش گرفته ، دوربینها طوری طراحی شده‌اند که تفکیک بسیار بهتری نسبت به آنجه بر روی زمین قابل دستیابی است بدست می‌دهند.

دهانه ورودی طیف نگارها بسیار کوچک است و این امر امکان می‌دهد که HST تفکیک خوبی داشته باشد و طیف نمایی اجسام منفرد در میدانهای شلوغی مثل مرکز خوشه‌های ستاره‌ای کروی مسیر شود، در حالی که چنین مشاهداتی از روی زمین غیر ممکن هستند و همچنین طیف نگارها می توانند نسبت به سیگنال به نوفه بسیار بزرگتر و تفکیک طیفی بهتری نسبت به تلسکوپهای فرابنفش قبلی در حال چرخش مدار بدست دهند و اندازه گیری وی‍ژگیهای طیفی ضعیفی را که قبلا هرگز دیده نشده است امکان پذیر کنند.

دستاوردها

-نگاره‌ای از منطقه اچ ۲ در کهکشان ابر ماژلانی بزرگ که توسط تلسکوپ فضایی هابل ثبت‌شده‌است.

-هابل به حل بسیاری از مشکلات ستاره‌شناسی که دانشمندان پیش از در مدار قرار گرفتن آن با آنها دست و پنجه نرم می‌کردند کمک کرد.

-این تلسکوپ توانست فاصله میان ستارگان را دقیق‌تر اندازه‌گیری کرده و سرعت گسترش جهان را تنها با ۱۰ درصد خطا تخمین بزند.

-همچنین هابل توانست سن جهان و راهی که در پیشه رو دارد را اندازه‌گیری کند که این نتایج ناقض بسیاری از نظریات قبلی بود.

-تصاویر با دقت بالای این تلسکوپ امکان دیدن چگونگی شکل‌گیریسیاه‌چاله‌ها را در کهکشان‌های نزدیک به ما را فراهم کرد و نیز توانست کهکشان‌هایی را که میلیاردها سال نوری از ما فاصله دارند را آشکارسازی کرده و درهای تازه‌ای از علم را برای دانشمندان بگشاید.

-هابل هر روز بین ۱۰ تا ۱۵ گیگابایت تصویر برای ستاره‌شناسان می‌فرستد. حجم این داده‌ها تاکنون بیش از ۱۰ ترابایت بوده است.

-هابل بیش از ۴۰۰٬۰۰۰ رصد جداگانه از اجرام آسمانی انجام داده‌است.

-هزاران مقاله ستاره‌شناسی بر اساس اطلاعات هابل نوشته شده‌است.

-هابل نخستین تلسکوپ نوری بود که توانست از یک سیاه چاله تصویربرداری کند. این سیاه‌چاله جرمی برابر چندین میلیارد برابر خورشید دارد.

-هابل برای نخستین بار تصاویری واضح از تولد و مرگ ستارگان ارائه داد.

-در سال ۱۹۹۴ هابل از برخورد دنباله‌دار شومیکر-لوی ۹ با مشتری تصویربرداری کرد.

-دورترین و قدیمی‌ترین اجرام آسمانی نسبت به زمین که تاکنون نور آنها به زمین رسیده‌است نیز توسط هابل ثبت شده‌اند.

-ثبت تصویری با فاصله ۱۳ میلیارد سال نوری از زمین

-در ۹ ژانویه ۲۰۱۳ دورترین ابرنواختر شناخته شده، توسط تلسکوپ هابل کشف شدند. فاصله این ابرنواختر حدود ۱۰ میلیارد سال نوری است.

-کشف دو قمر پلوتون (از جمله استوکس)

-تعیین نرخ دقیق انبساط جهان

-کشف اریس

آینده هابل

هابل در سال ۲۰۲۱، ۳۱ ساله شد. مهندسان، هابل را طوری طراحی کرده‌اند که در صورت لزوم قابل تعمیر و ارتقا باشد. از زمان پرتاب هابل، فضانوردان در پنج مأموریت فضایی با شاتل نزدیک این تلسکوپ برده شده تا آن را تعمیر کرده و ارتقا بدهند. آخرین مأموریت ارتقای هابل در سال ۲۰۰۹ بود. این تلسکوپ دیگر دوباره تعمیر یا ارتقا داده نمی‌شود؛ اما همچنان در فضا مشغول انجام مأموریت خواهد بود.

در همین حال، ناسا و شرکای بین‌المللی آن در حال آماده‌سازی تلسکوپ فضایی ۹ میلیارد دلاری «جیمز وب» (James Webb) هستند. این تلسکوپ که به افتخار مدیر ناسا (۱۹۶۱-۱۹۶۸) که نقش مهمی در برنامه فضایی آپولو داشته، جیمز وب نام‌گذاری شده‌ است، از نوع فروسرخ است که از هابل بزرگ‌تر و قادر به دیدن درون ابرها و ذرات در فضا است. این تلسکوپ در طول عمر ۶ تا ۱۰ ساله خود نیازی به تعمیرات نخواهد داشت. تلسکوپ وب به جای اینکه به دور زمین بچرخد، در فاصله یک میلیون مایلی از زمین و به دور خورشید خواهد چرخید و به همین خاطر خواهد توانست نگاه بسیار عمیق‌تری به فضا داشته باشد و نوری که تنها چند صد میلیون سال بعد از بیگ بنگ سفر خود را شروع کرده بود، مشاهده کند.

اگرچه پرتاب تلسکوپ جیمز وب به‌طور مرتب درگیر تأخیر بوده است، در حال حاضر قرار است در ماه نوامبر ۲۰۲۱ (آبان ۱۴۰۰) به فضا پرتاب شود. ستاره‌شناسان امیدوار هستند که قبل از بازنشستگی هابل بتوانند هر دو تلسکوپ را هم‌زمان در فضا داشته باشند.