همه چیز درباره تلسکوپ فضایی هابل

از آینه معیوب تا اکتشافات تاریخی: قصه هابل

تلسکوپ فضایی هابل

تلسکوپ فضایی هابل (Hubble Space Telescope یا HST) یکی از برجسته‌ترین دستاوردهای علمی بشر در زمینه نجوم است. این تلسکوپ که در سال 1990 میلادی به فضا پرتاب شد، نام خود را از ادوین هابل، ستاره‌شناس مشهوری که نقش کلیدی در اثبات گسترش کیهان داشت، گرفته است. هابل نه تنها تصاویر خیره‌کننده‌ای از کیهان ارائه کرده، بلکه درک ما از جهان را دگرگون ساخته است.

این تلسکوپ در مدار پایین زمین قرار دارد و با اجتناب از اختلالات جو زمین، امکان مشاهده در طول‌موج‌های فرابنفش، مرئی و نزدیک فروسرخ را فراهم می‌کند. هزینه کل پروژه تا سال 2015 حدود 11.3 میلیارد دلار بوده و یکی از گران‌ترین مأموریت‌های علمی ناسا محسوب می‌شود. هابل بخشی از برنامه “رصدخانه‌های بزرگ” ناسا است و توسط مؤسسه علوم تلسکوپ فضایی (STScI) مدیریت می‌شود، در حالی که مرکز پرواز فضایی گودارد (GSFC) کنترل فضاپیما را بر عهده دارد.

تا سال 2025، هابل بیش از 35 سال فعالیت داشته و همچنان فعال است، با جشن‌هایی مانند چالش رصد آسمان شب برای بزرگداشت این دستاورد. در این مقاله، به بررسی تاریخچه، طراحی، مشکلات اولیه، مأموریت‌های سرویس‌دهی، کشفیات کلیدی، تصاویر مشهور، وضعیت فعلی و آینده هابل می‌پردازیم.

تاریخچه مفهوم‌سازی و پرتاب

ایده تلسکوپ فضایی به سال 1923 بازمی‌گردد، زمانی که هرمان اوبرت پیشنهاد پرتاب تلسکوپی با موشک را داد. اما مفهوم مدرن آن در سال 1946 توسط لیمان اسپیتزر در مقاله‌ای با عنوان “مزایای نجومی یک رصدخانه فرازمینی” مطرح شد، که بر مزایایی مانند وضوح محدود به پراش و دسترسی به طول‌موج‌های فرابنفش و فروسرخ تأکید داشت. نانسی گریس رومن، معروف به “مادر هابل”، نقش محوری در ترویج و توسعه پروژه داشت و استانداردهایی برای پروژه‌های بزرگ علمی ناسا ایجاد کرد.

در دهه 1960، رصدخانه‌های خورشیدی مدارگرد (OSO) و رصدخانه‌های نجومی مدارگرد (OAO) اثبات کردند که مشاهدات فضایی ممکن است. ناسا در سال 1968 برنامه تلسکوپ فضایی بزرگ (LST) را با آینه 3 متری پیشنهاد کرد، اما به دلیل محدودیت بودجه به 2.4 متر کاهش یافت. چالش‌های مالی در دهه 1970، از جمله حذف بودجه در سال 1974، با لابی‌گری ستاره‌شناسان و همکاری با آژانس فضایی اروپا (ESA) که ابزارها و سلول‌های خورشیدی را تأمین کرد و 15 درصد زمان رصد را دریافت کرد، حل شد. تلسکوپ در سال 1983 به نام هابل نام‌گذاری شد.

پرتاب به دلیل مشکلات فنی و فاجعه شاتل چلنجر در 1986 از 1983 به تأخیر افتاد و نهایتاً در 24 آوریل 1990 با شاتل دیسکاوری (مأموریت STS-31) انجام شد.

طراحی و مشخصات فنی

هابل یک تلسکوپ بازتابی نوع Ritchey–Chrétien Cassegrain است با آینه اصلی 2.4 متری از جنس شیشه با روکش آلومینیوم و منیزیم فلوراید برای محافظت در برابر فرابنفش. فاصله کانونی آن 57.6 متر و مساحت جمع‌آوری نور 4 متر مربع است. بدنه فضاپیما از گرافیت-اپوکسی ساخته شده برای پایداری حرارتی، با عایق چندلایه برای کنترل دما. سیستم هدایت شامل ژیروسکوپ‌ها، حسگرهای مغناطیسی، حسگرهای نوری، چرخ‌های واکنش و تورکرهای مغناطیسی است.

ابزارهای اولیه شامل دوربین میدان وسیع و سیاره‌ای (WF/PC)، طیف‌نگار وضوح بالا گودارد (GHRS)، فتومتر سرعت بالا (HSP)، دوربین اجسام کم‌نور (FOC) و طیف‌نگار اجسام کم‌نور (FOS) بودند، به علاوه حسگرهای هدایت دقیق برای آسترومتری.

ابزارهای فعلی شامل دوربین پیشرفته برای بررسی‌ها (ACS)، طیف‌نگار تصویربرداری تلسکوپ فضایی (STIS)، دوربین میدان وسیع 3 (WFC3) و غیره هستند که توسط شرکت‌هایی مانند BAE Systems ساخته شده‌اند. هابل 24 ساعته کار می‌کند اما با محدودیت‌هایی مانند پوشیدگی زمین و ناهنجاری جنوب اقیانوس اطلس.

مشکل آینه معیوب و اصلاحات

پس از پرتاب، تصاویر هابل نشان‌دهنده ابیراهی کروی (spherical aberration) بودند، زیرا آینه اصلی 2200 نانومتر بیش از حد صاف صیقل داده شده بود. این مشکل ناشی از تنظیم اشتباه اصلاح‌کننده نوری بازتابی در شرکت Perkin-Elmer بود. کمیسیون آلن، ناسا را به دلیل نظارت ضعیف مقصر دانست.

اصلاح در مأموریت سرویس 1 (SM1) در 1993 با نصب COSTAR (برای ابزارهای محوری) و WFPC2 (با اصلاح داخلی) انجام شد، که HSP را جایگزین کرد. تا سال 2002، همه ابزارها اصلاح‌شده بودند و COSTAR در 2009 برداشته شد.

مأموریت‌های سرویس‌دهی

هابل برای تعمیر در فضا طراحی شده و پنج مأموریت سرویس با شاتل فضایی داشته:

SM1 (1993، اندیور): نصب COSTAR و WFPC2، تعویض آرایه‌های خورشیدی و ژیروسکوپ‌ها.

SM2 (1997، دیسکاوری): تعویض GHRS و FOS با STIS و NICMOS، ارتقای ضبط‌کننده‌ها.

SM3A (1999، دیسکاوری): تعویض همه ژیروسکوپ‌ها و یک حسگر هدایت پس از خرابی‌ها.

SM3B (2002، کلمبیا): نصب ACS، احیای NICMOS با خنک‌کننده.

SM4 (2009، آتلانتیس): نصب WFC3 و COS، تعمیر STIS و ACS، تعویض باتری‌ها و ژیروسکوپ‌ها، اضافه کردن مکانیسم захват نرم برای دئوربیت آینده.

این مأموریت‌ها عمر هابل را تا دهه 2030 تمدید کرده‌اند.

کشفیات کلیدی و تأثیر علمی

هابل بیش از 15000 مقاله علمی تولید کرده و درک ما از کیهان را تغییر داده است. کشفیات کلیدی شامل:

اندازه‌گیری ثابت هابل برای نرخ گسترش کیهان.

کشف انرژی تاریک از طریق مشاهدات ابرنواخترها.

تأیید سیاهچاله‌ها در مراکز کهکشان‌ها.

تصویربرداری از کهکشان‌های دور مانند GN-z11 با redshift 11.1.

مطالعه سیارات فرازمینی، دیسک‌های پیش‌سیاره‌ای و جو سیارات.

مشاهدات پلوتو، کشف قمرهای آن و پدیده‌هایی مانند ابرنواختر Refsdal.

هابل همچنین کهکشان مرده عظیم در کیهان اولیه و دورترین ستاره شناخته‌شده را کشف کرده. تأثیر آن بر نجوم شامل پیشرفت در اپتیک تطبیقی و الهام‌بخشی عمومی از طریق تصاویر است.

تصاویر مشهور

تصاویر هابل مانند “ستون‌های آفرینش” در سحابی عقاب، “میدان عمیق هابل” (تصویر هزاران کهکشان در ناحیه کوچکی از آسمان)، “میدان فوق‌العاده عمیق هابل” و تصاویر کهکشان‌های برخوردکننده مانند “آنتنا”، جهان را مجذوب کرده‌اند. این تصاویر نه تنها علمی بلکه فرهنگی هستند و در پروژه‌هایی مانند Hubble Heritage به نمایش گذاشته می‌شوند.

وضعیت فعلی و آینده

تا سپتامبر 2025، هابل همچنان فعال است و 35 سالگی خود را جشن می‌گیرد با فعالیت‌هایی مانند چالش رصد آسمان شب. مدار آن به دلیل کشش جوی در حال پوسیدگی است و پیش‌بینی می‌شود تا 2028-2040 دوام بیاورد. پیشنهادهایی برای سرویس با فضاپیماهای جدید مانند Crew Dragon رد شده‌اند.

جانشین رسمی هابل، تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) است که در دسامبر 2021 پرتاب شد و بر فروسرخ تمرکز دارد با آینه 6.5 متری در نقطه لاگرانژ L2. مفاهیم آینده مانند LUVOIR برای دهه 2040 پیشنهاد شده‌اند.

سوالات متداول در مورد تلسکوپ فضایی هابل چه می دانید؟

1. تلسکوپ فضایی هابل چه زمانی پرتاب شد؟

تلسکوپ فضایی هابل در 24 آوریل 1990 توسط شاتل فضایی دیسکاوری (مأموریت STS-31) به مدار پایین زمین پرتاب شد.

2. چرا تصاویر اولیه هابل تار بودند؟

تصاویر اولیه هابل به دلیل ابیراهی کروی در آینه اصلی تار بودند، زیرا آینه 2200 نانومتر بیش از حد صاف صیقل داده شده بود. این مشکل در مأموریت سرویس‌دهی 1993 با نصب COSTAR و WFPC2 برطرف شد.

3. هابل چه نوع تلسکوپی است؟

هابل یک تلسکوپ بازتابی نوع Ritchey–Chrétien Cassegrain با آینه اصلی 2.4 متری است که در طول‌موج‌های فرابنفش، مرئی و نزدیک فروسرخ کار می‌کند.

4. مهم‌ترین کشفیات هابل چیست؟

هابل نرخ گسترش کیهان را اندازه‌گیری کرد، انرژی تاریک را تأیید کرد، سیاهچاله‌های کهکشانی را شناسایی نمود و تصاویری از کهکشان‌های دوردست مانند GN-z11 ثبت کرد.

5. آینده تلسکوپ هابل چیست؟

هابل تا حدود 2028-2040 فعال خواهد بود، اما مدار آن در حال پوسیدگی است. تلسکوپ جیمز وب جانشین آن است و مفاهیمی مانند LUVOIR برای آینده پیشنهاد شده‌اند.

نتیجه‌گیری

تلسکوپ فضایی هابل نمادی از نوآوری انسانی است که مرزهای دانش را جابه‌جا کرده. از مشکلات اولیه تا کشفیات انقلابی، هابل میراثی ماندگار بر جای گذاشته و الهام‌بخش نسل‌های آینده خواهد بود. با ادامه فعالیت آن و ورود جانشینانی مانند JWST، عصر جدیدی از اکتشافات کیهانی در پیش است.

گرد آوری:بخش علمی ستاره آبی